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Die Erfindung betrifft ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer wechselbaren Traktionsbatterie nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie ein Verfahren zur Montage einer Traktionsbatterie in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug nach dem Anspruch 10.
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Bei einem allgemein bekannten, gattungsgemäßen elektrisch betriebenen Fahrzeug ist eine wechselbare Traktionsbatterie in einem nach fahrzeugunten offenen Montageraum einer Fahrzeugkarosserie aufgenommen. Die Traktionsbatterie ist dabei als quaderförmiger Batterieblock ausgebildet und von unten her in den mit geringem Übermaß entsprechend ausgebildeten Montageraum eingesetzt, der durch Seitenwände und nach oben durch eine Bodenwand des Fahrzeugs begrenzt ist.
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Die Traktionsbatterie ist eine Hochvolt-Batterie (HV-Batterie), welche elektrisch mit dem Hochvolt-Netz (HV-Netz) zu kontaktieren ist. Dazu ist eine Batterie-Steckereinheit aus einem fahrzeugseitigen Steckerelement und einem batterieseitigen Hülsenelement bekannt, die für eine elektrische Kontaktierung ineinander steckbar sind. Beim gattungsgemäßen Fahrzeug erfolgt die elektrische HV-Kontaktierung in vertikaler Richtung entsprechend der Z-Achse des Fahrzeugs zusammen mit dem Einsetzen der Traktionsbatterie in den Montageraum, wobei das batterieseitige Steckerteil vertikal ausgerichtet ist und in einem Kupplungsvorgang in das zugeordnete fahrzeugseitige Gegensteckerelement eingreift. Alternativ dazu kann die elektrische HV-Kontaktierung auch horizontal in der Fahrzeuglängsrichtung erfolgen.
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Diese bekannte vertikal gerichtete Kontaktierung in einem Arbeitsgang zusammen mit dem Einsetzen und Fixieren der Traktionsbatterie kann zu folgenden Nachteilen führen:
- Durch die vertikal gerichtete Kontaktierung kann Schmutz und Feuchtigkeit bei einem Batteriewechsel in die Batterie-Steckereinheit gelangen und die HV-Kontaktierung ungünstig beeinflussen. Da das Einsetzen der Traktionsbatterie in den Montageraum in einem gemeinsamen Kupplungsvorgang mit der Kontaktierung erfolgt und eine Traktionsbatterie üblicherweise ein hohes Gewicht hat und dadurch schwierig transportierbar und verlagerbar ist, kann die Handhabung bei einem Batteriewechsel aufwendig sein. Insbesondere sind die Steckerteile der Batteriesteckereinheit beim Einsetzen der Traktionsbatterie in den Montageraum genau fluchtend auszurichten, was bei unsachgemäßer Handhabung nicht gewährleistet sein kann und dann zu Beschädigungen an Teilen der Steckereinheit bis zu einem Ausfall der Kontaktierung führen kann.
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Zudem ist ein elektrisch betriebenes Fahrzeug mit einer Batteriesteckereinheit aus einem Steckerelement und einem Hülsenelement bekannt (
DE 10 2007 028 862 A1 ), wobei das Steckerelement ortsfest am Fahrzeug und das Hülsenelement relativ dazu verlagerbar ebenfalls am Fahrzeug angeordnet sind. Das Hülsenelement kann mit der Traktionsbatterie des Fahrzeugs mit einem HV-Kabel verbunden werden. Durch einen Verriegelungsmechanismus ist eine Kontaktierung durch Zusammenstecken der Steckereinheit nur möglich, wenn ein Sicherungshebel für eine mechanische Sicherung eines Batterieblocks in einem Aufnahmeraum aus einer Freigabestellung in eine Sicherungsstellung verlagert ist.
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Weiter ist eine Montagehilfe zur Reduzierung von Füge- und Trennkräften bei der Kontaktierung eines Batteriesteckersystems für eine Traktionsbatterie einer mobilen Arbeitsmaschine bekannt (
DE 10 2014 101 469 A9 ), wobei die Kontaktierung mittels eines Handhebels und eines angeschlossenen Mitnehmerhebels erfolgt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein elektrisch betriebenes Fahrzeug bereitzustellen, bei dem ein Traktionsbatteriewechsel im Vergleich zum Stand der Technik vereinfacht ist.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruchs 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Gemäß Anspruch 1 ist das fahrzeugseitige Steckerelement der Batterie-Steckereinheit mittels eines Gelenks schwenkbar an einer Seitenwand des Montageraums angeordnet. Mit dieser erfindungsgemäßen Ausgestaltung der Batteriesteckereinheit und deren Lage an einer Seitenwand des Montageraums können vorteilhaft bei einem Batteriewechsel die Arbeitsgänge einer elektrischen Kontaktierung und eines Einsetzens der Traktionsbatterie in ihren Montageraum und der dortigen Fixierung weitgehend getrennt durchgeführt werden, was die Handhabung erleichtern und die Kontaktierung sicherer machen kann. Dabei stehen grundsätzlich durch die fahrzeugseitige schwenkbare Anordnung des Steckerelements zwei Möglichkeiten zur Verfügung, indem eine Kontaktierung vor dem Einsetzen der Traktionsbatterie in den Montageraum oder eine Kontaktierung nach dem Einsetzen und Fixieren der Traktionsbatterie in den Montageraum durchführbar ist, wie dies nachfolgend anhand beanspruchter Ausführungsformen erläutert wird.
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In einer ersten Ausführungsform ist das fahrzeugseitige, schwenkbare Steckerelement als um eine vertikale Achse nach fahrzeugunten neigbares Winkelsteckerelement am unteren Rand einer Seitenwand, vorzugsweise einer Seitenquerwand angeordnet. Das batterieseitige Hülsenelement ist ortsfest und unbeweglich an einem unteren Rand der Traktionsbatterie angeordnet und der Position des Winkelsteckerelements zugeordnet.
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Für einen Kupplungsvorgang wird beispielsweise das Winkelsteckerelement um einen Winkel von ca. 45° nach unten geneigt und entsprechend die Traktionsbatterie für eine Kontaktierung in einem solchen Winkel herangeführt. Nach der Kontaktierung kann dann die Traktionsbatterie in Verbindung mit einer Rückschwenkbewegung des Winkelsteckerelements in den Montageraum durch Einschwenken eingesetzt und fixiert werden. Eine Demontage der Traktionsbatterie kann in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
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Damit wird der Batteriewechselvorgang einfacher und überschaubarer wobei insbesondere auch die Gefahr einer durch Schmutz und Feuchte ungenügenden Kontaktierung reduziert wird.
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Bei einer konkretisierten Ausbildung der ersten Ausführungsform weist das schwenkbare, fahrzeugseitige Steckelement zwei Hochvolt-Kontaktstifte (HV-Kontaktstifte) in einem in Steckrichtung offenen Steckerelementgehäuse auf, die jeweils mit flexiblen Hochvolt-Kabeln (HV-Kabeln) des HV-Netzes des Fahrzeugs verbunden sind. Zudem weist das fahrzeugseitige Steckerelement im Steckerelementgehäuse wenigstens einen, vorzugsweise zwei in Steckrichtung weisende Ausrichtungs- und Positionsdorne auf. Ein batterieseitig ortsfest angebrachtes Hülsenelement weist zwei buchsenförmige Hochvolt-Kontakthülsen (HV-Kontakthülsen) in einem in Steckrichtung offenen Hülsenelementgehäuse auf, die jeweils mit einem Hochvolt-Kabel (HV-Kabel) mit einem Pluspol und einem Minuspol der Traktionsbatterie verbunden sind. Zudem weist das Hülsenelement im Hülsenelementgehäuse einen, vorzugweise zwei den Ausrichtungs- und Positionsdornen zugeordnete Führungskanäle auf. Die Gehäuseteile sind dimensioniert, dass in der Kontaktposition das Hülsenelementgehäuse das Steckerelementgehäuse übergreift.
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In einer zweiten Ausführungsform ist das fahrzeugseitige, schwenkbare Steckerelement über ein Basisteil fest mit einer Seitenwand, vorzugsweise einer Seitenquerwand des Montageraums verbunden. Auf dem Basisteil sind mittels eines Gelenks mit einer Schwenkachse zwei Hochvolt-Kontaktstifte (HV-Kontaktstifte) verschwenkbar angeordnet. Die Anordnung ist dergestalt getroffen, dass die HV-Kontaktstifte in einer Offenstellung, entsprechend einer getrennten Kontaktierung aus dem Bereich des Montageraums schwenkbar und in einer Geschlossenstellung entsprechend einer hergestellten Kontaktierung in den Bereich des Montageraums schwenkbar sind. Ein Steckergegenelement als batterieseitig ortsfest an der Traktionsbatterie angebrachtes Hülsenelement ist in der Art eines offenen Aufnahmefachs ausgebildet, welches zum Einschwenken der HV-Kontaktstifte in deren Schwenkrichtung offen ist. Das Hülsenelement als Aufnahmefach enthält zudem jeweils an einem Pluspol und einem Minuspol der Traktionsbatterie angeschlossene Kontaktgegenelemente, die gegenüberliegend und zugeordnet zu den verschwenkbaren HV-Kontaktstiften in der Position der montierten Traktionsbatterie angeordnet sind.
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Bei einem Batteriewechsel erfolgt bei dieser Ausführungsform in einem ersten Arbeitsschritt ein Einsetzen und Fixieren der Traktionsbatterie in den Montageraum noch ohne Kontaktierung bei einer Offenstellung der HV-Kontaktstifte. Anschließend kann in einem zweiten Arbeitsschritt unabhängig von der mechanischen Montage der Traktionsbatterie eine elektrische Kontaktierung durch Schwenken der HV-Kontaktstifte in die Geschlossenstellung und damit in das Hülsenelement mit einer Anlage an die Kontaktgegenelemente hergestellt werden. Der Schwenkvorgang kann beispielsweise über einen Werkzeugansatz am Gelenk und/oder einen Handhebel oder gegebenenfalls gesteuert motorisch durchgeführt werden. Eine Demontage der Traktionsbatterie kann in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform der Kontaktgegenelemente im Hülsenelement wird durch federnd gelagerte HV-Kontaktplatten erreicht, die in der Geschlossenstellung der anliegenden Kontaktstiftenden federnd vorgespannt entgegen der Lage der Kontaktstiftenenden verlagert sind. Zudem können im Hülsenelement jeweils den federnd gelagerten, beweglichen HV-Kontaktplatten gegenüberliegend starr feststehende HV-Kontaktplatten zugeordnet sein, wobei die jeweils zugeordneten Konstaktstiftenden in deren Kontaktposition zwischen die federnd gelagerten HV-Kontaktplatten und die starren Kontaktplatten eingreifen. Zudem können die zur Anlage an Kontaktgegenelementen insbesondere an HV-Kontaktplatten bestimmte Kontaktstiftenden der HV-Kontaktstifte zur Vergrößerung der Anlageflächen verbreitert insbesondere als schwenkachsparallel ausgerichtete oder in Schwenkrichtung ausgerichtete Kontaktstege ausgebildet sein.
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Die vorstehenden Maßnahmen dienen insbesondere einer sicheren Kontaktierung und einer vorteilhaften Reduzierung von Übergangswiderständen.
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Anhand einer Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.
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Es zeigen:
- 1a bis 1c schematisch einen Batteriewechselvorgang in einer Seitenansicht, mit einer ersten Ausführungsform einer Batterie-Steckereinheit,
- 2 ein fahrzeugseitiges Steckerelement als Winkelstecker in zwei Schwenkstellungen,
- 3 eine vergrößerte Darstellung des Winkelsteckers nach 2 in einer perspektivischen Ansicht,
- 4 eine schematische Draufsicht auf eine Batterie-Steckereinheit vor der Kontaktierung,
- 5 eine schematische Ansicht entsprechend eines Montagezustands nach 1c mit einer zweiten Ausführungsform einer Batterie-Steckereinheit,
- 6 einen Querschnitt durch ein Hülsenelement mit HV-Kontaktplatten,
- 7 eine schematische Seitenansicht von HV-Kontaktstiften in zwei Schwenkstellungen, und
- 8 eine perspektivische Darstellung eines Hülsenelements entsprechend 6 und von HV-Kontaktstiften entsprechend 7 vor einer Kontaktierung.
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In den 1a bis 1c ist schematisch in einer Seitenansicht der Bodenbereich eines elektrisch betriebenen Fahrzeugs 1 dargestellt sowie eine Traktionsbatterie 2, die im montierten Zustand in einem in den Abmessungen angepassten Montageraum 3 aufgenommen ist. Der Montageraum 3 ist nach fahrzeugunten offen und durch Seitenwände, von denen die Querseitenwände 4a, 4b zu sehen sind und nach oben durch eine Fahrzeugbodenwand 5 begrenzt.
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Für eine Kontaktierung der Traktionsbatterie 2 mit den (nicht weiter dargestellten) HV-Netz des Fahrzeugs ist eine erste Ausführungsform einer Batterie-Steckereinheit 6 vorgesehen, die aus einem fahrzeugseitigen Steckerelement 7 und einem diesem zugeordneten batterieseitigen Hülsenelement 8 besteht.
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Das fahrzeugseitige Steckerelement 7 ist am unteren Rand der Querseitenwand 4a angeordnet und um eine vertikale Gelenkachse eines Gelenks 9 schwenkbar ausgebildet. Wie in 2 dargestellt ist der Schwenkbereich hier so ausgelegt (Doppelpfeil 10), dass das Steckerelement 7 aus einer horizontalen Position in eine um 45° nach unten gerichtete Steckposition neigbar ist. Das batterieseitige Steckergegenelement als Hülsenelement 8 ist ortsfest und unbeweglich an einem unteren Rand und in der montierten Position der Traktionsbatterie dem Steckerelement 7 gegenüberliegend angeordnet.
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Bei einem Batteriewechsel wird gemäß 1a eine Traktionsbatterie 2 von unten an das Fahrzeug 1 in einem Neigungswinkel hier von 45° mit seinem Hülsenelement 8 in den Bereich des Steckerelements 7 herangeführt, wobei das Steckerelement 7 in der Art eines Winkelsteckerelements um 45° nach unten geneigt aus dem Aufnahmeraum 3 abragt.
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In dieser Neigungsstellung wird die Kontaktierung vorgenommen, indem die Traktionsbatterie 2 mit dem Hülsenelement 8 auf das Steckerelement 7 aufgesteckt wird, wie dies in 1b dargestellt ist.
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Anschließend wird die Traktionsbatterie 2 in den Aufnahmeraum 3 durch Einschwenken eingesetzt und dort fixiert, wobei zugleich das Steckerelement 7 als Winkelsteckerelement in seine horizontale Lage geschwenkt wird, wie dies in 1c gezeigt ist. Eine Demontage der Traktionsbatterie kann in umgekehrter Reihenfolge durchgeführt werden.
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In 2 ist schematisch das Steckerelement 7 als Winkelsteckerelement vergrößert dargestellt und wird im Folgenden in Verbindung mit der perspektivischen Ansicht nach 3 und mit der Draufsicht nach 4 erläutert. Das fahrzeugseitige Steckerelement 7 weist zwei Hochvolt-Kontaktstifte als HV-Konstaktstifte 11 und 12 auf, die jeweils mit flexiblen Hochvolt-Kabeln als HV-Kabel 13, 14 des fahrzeugseitigen HV-Netzes verbunden sind. Die Verbindung kann beispielsweise in an sich bekannter Weise als Löt- oder Schweiß- oder Krimpstelle ausgebildet sein. Die HV-Kontaktstifte 11, 12 und deren Anschluss an flexible HV-Kabel 13, 14 sind in einem in Steckrichtung offenen Steckerelementgehäuse 15 aufgenommen. In 3 ist zudem strichliert und schematisch das Steckerelementgehäuse 15 in die um die Gelenkachse des Gelenks 9 nach unten um 45° geneigte Position dargestellt. In der Draufsicht nach 4 sind in einer Weiterbildung noch zwei beabstandete und in Steckrichtung ausgerichtete Ausrichtungs- und Positionsdorne 16a, 16b im Steckerelementgehäuse 15 (hier ohne Oberwand gezeigt) enthalten. Die Ausrichtungs- und Positionsdorne 16a, 16b ragen für eine gezielte Zusammenführung des Steckerelements 7 und des Hülsenelements 8 in Steckrichtung aus dem Steckerelementgehäuse 15 heraus, wie dies auch in 2 angedeutet ist. Mit den schematisch dargestellten Verschraubungen 17a und 17b soll verdeutlicht werden, dass das Steckerelement 7 zwar nach unten neigbar ist, sonst jedoch ortsfest fahrzeugseitig verbunden ist.
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Nach der Draufsicht entsprechend 4 weist das batterieseitig ortsfest an der Traktionsbatterie 2 angebrachte Hülsenelement 8 zwei buchsenförmige Hochvolt-Kontakthülsen als HV-Kontakthülsen 18, 19 in einem in Steckrichtung offenen Hülsenelementgehäuse 20 auf, die jeweils mit einem Hochvoltkabel als HV-Kabel 21, 22 mit einem Pluspol 23 und einem Minuspol 24 der Traktionsbatterie 2 verbunden sind. Im Hülsenelementgehäuse 20 sind zudem zwei Führungskanäle 25a, 25b strichliert eingezeichnet, die den Ausrichtungs- und Positionsdornen 16a, 16b mit entsprechenden Richtungen zugeordnet sind. In der Kontaktposition übergreift das Hülsenelementgehäuse 20 das Steckerelementgehäuse 15.
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In 5 ist wie in den 1a bis 1c schematisch eine Seitenansicht eines Bodenbereichs eine batteriebetriebenen Fahrzeugs 1 dargestellt mit einer Traktionsbatterie 2 und einem zugeordneten Montageraum 3 jedoch mit einer zweiten Ausführungsform einer Batterie-Steckereinheit 6, welche mit Details anhand der 6, 7 und 8 erläutert wird.
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In der Anordnung nach 5 ist die Traktionsbatterie 2 bereits in den Montageraum 3 eingesetzt und dort mechanisch fixiert. Zudem ist bereits die elektrische Kontaktierung mit der Batteriesteckereinheit 6 durchgeführt.
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Für eine Kontaktierung ist im unteren Bereich der Querseitenwand 4b fahrzeugseitig das hier modifizierte schwenkbare Steckerelement 7 angeordnet.
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Wie aus den 7 und 8 ersichtlich, weist das Steckerelement 7 ein Basisteil 26 als fahrzeugfeste Halterung auf, auf dem über ein Schenkgelenk 27 mit horizontal und quer ausgerichteter Schwenkachse zwei beabstandete Hochvolt-Kontaktstifte als HV-Konstaktstifte 28, 29 abragen. Die Kontaktstifte 28, 29 können, wie in 7a und 8 dargestellt, nach oben und damit aus dem Bereich des Montageraums 3 ragen oder um etwa 90° in den Bereich des Montageraums 3 geschwenkt werden, wie dies in 5 und 7b gezeigt ist.
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An der Traktionsbatterie 2 ist ortsfest das Hülsenelement 8 als in Schwenkrichtung der Hochvolt-Kontaktstifte 28, 29 oben offenes Aufnahmefach an einer dem Steckelement 7 zugeordneten Position angebracht. Das Hülsenelement 8 enthält federnd gelagerte Hochvolt-Kontaktplatten als HV-Kontaktplatten 30, 31, die jeweils mit einem Pluspol und Minuspol der Traktionsbatterie 9 über (nicht dargestellte) HV-Kabel verbunden sind. Wie aus der Querschnittansicht nach 6 ersichtlich, sind im Hülsenelement 8 gegenüberliegend zu den federnd gelagerten HV-Kontaktplatten 30, 31 jeweils starr angeordnete HV-Kontaktplatten 32 angebracht, wobei zwischen die Kontaktplatten und federnd vorgespannt die Enden der HV-Kontaktstifte 28, 29 in der Kontaktstellung eingreifen. Für eine möglichst große Kontaktfläche sind dabei die Kontaktstiftenden mit Kontaktstegen 33, 34 vergrößert, wobei diese schwenkachsparallel (entsprechend 8) oder in Schwenkrichtung (entsprechend 5 und 7) ausgerichtet sein können.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeug
- 2
- Traktionsbatterie
- 3
- Montageraum
- 4a, 4b
- Querseitenwände
- 5
- Fahrzeugbodenwand
- 6
- Batterie-Steckereinheit
- 7
- Steckerelement
- 8
- Hülsenelement
- 9
- Gelenk
- 10
- Doppelpfeil
- 11
- HV-Kontaktstift
- 12
- HV-Kontaktstift
- 13
- HV-Kabel
- 14
- HV-Kabel
- 15
- Steckerelementgehäuse
- 16a, 16b
- Ausrichtungs- und Positionsdorne
- 17a, 17b
- Verschraubung
- 18
- HV-Kontakthülse
- 19
- HV-Kontakthülse
- 20
- Hülsenelementgehäuse
- 21
- HV-Kabel
- 22
- HV-Kabel
- 23
- Pluspol
- 24
- Minuspol
- 25a, 25b
- Führungskanal
- 26
- Basisteil
- 27
- Schwenkgelenk
- 28
- HV-Kontaktstift
- 29
- HV-Kontaktstift
- 30
- HV-Kontaktplatten
- 31
- HV-Kontaktplatten
- 32
- HV-Kontaktplatten
- 33
- Kontaktsteg
- 34
- Kontaktsteg
- 35
- Kontaktsteg
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102007028862 A1 [0005]
- DE 102014101469 A9 [0006]
