DE102021102472A1

DE102021102472A1 - Batteriewechselsystem, Kraftfahrzeug und Anhänger

Info

Publication number: DE102021102472A1
Application number: DE102021102472.2A
Authority: DE
Inventors: Volker Hohm; Helge Herten; Onur Misir
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2021-02-03
Filing date: 2021-02-03
Publication date: 2022-08-04

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2) oder für einen Anhänger (3) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend eine Traktionsbatterie (4), eine Haltevorrichtung (5) zum mechanischen Koppeln der Traktionsbatterie (4) mit dem Kraftfahrzeug (2) oder Anhänger (3) und eine Stromschnittstelle (6) zum elektrischen Koppeln der Traktionsbatterie (4) mit einem Antriebssystem (7) des Kraftfahrzeugs (2) oder des Anhängers (3). Die Haltevorrichtung (5) weist ein Führungselement (8) sowie ein Gegenführungselement (9) zur linearen Führung der Traktionsbatterie (4) an dem Führungselement (8) auf, wobei das Führungselement (8) als Führungsschiene (10) und das Gegenführungselement (9) als Führungsschlitten (11) oder umgekehrt ausgebildet ist. Das Batteriewechselsystem (1) weist eine Sicherungsvorrichtung (12) zum Halten der Traktionsbatterie (4) an der Haltevorrichtung (5) in einer Koppelstellung (K) auf. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug (2) und einen Anhänger (3).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem für ein Kraftfahrzeug oder für einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem sowie einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem.
Alternativ angetriebene Kraftfahrzeuge stellen einen wichtigen Bestandteil der zukünftigen Mobilität dar. Hierunter werden Kraftfahrzeuge verstanden, welche nicht oder nicht ausschließlich verbrennungsmotorisch fortbewegt werden, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge mit einer Brennstoffzelle und/oder einem Batteriespeicher. Insbesondere für PKW und leichte Nutzfahrzeuge existieren bereits umfangreiche Ansätze und Produkte am Markt, um den Herausforderungen der zukünftigen Mobilität zu begegnen.
Aus der DE 10 2016 113 759 A1 ist ein Nutzfahrzeug mit einem elektromotorischen Antrieb bekannt. Das Kraftfahrzeug weist einen Fahrwerkrahmen auf, an welchem in Batteriekäfigen angeordnete Traktionsbatteriemodule über Lagerelemente gehalten sind. Eine Entnahme der Batteriekäfige erfolgt in vertikaler Richtung und erfordert ein Entfernen etwaiger Aufbauten und ist daher sehr aufwendig und nur zum Austausch defekter Traktionsbatteriemodule wirtschaftlich sinnvoll.
Auch für schwere Nutzfahrzeuge, wie beispielsweise LKW, Busse oder dergleichen, gibt es bereits erste Lösungen, gleichwohl ist die erforderliche Reichweite gattungsgemäßer Kraftfahrzeuge, insbesondere bei LKW, welche oftmals in verhältnismäßig kurzer Zeit lange Fernstrecken zu überwinden haben, stets eine enorme Herausforderung, da hierfür große und folglich schwere Traktionsbatterien erforderlich sind, welche aufgrund ihrer hohen Kapazität eine große Reichweite aber auch eine hohe Ladedauer aufweisen. Insbesondere im Warenfernverkehr, in welchem die Beförderung der Waren unter hohem Termindruck erfolgt, sind übermäßig lange Wartezeiten zum Laden der Traktionsbatterie nicht oder nur schwer hinnehmbar. Ferner erhöhen derartige Traktionsbatterien das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs führen zu einem erhöhten Verbrauch sowie Verschleiß und reduzieren die Nutzlast. Überdies weisen solche Traktionsbatterien einen besonders hohen Bauraumbedarf aus und können somit die Dimension des Kraftfahrzeugs erhöhen bzw. einen Nutzraum des Kraftfahrzeugs reduzieren.
Zur Reduzierung der erforderlichen Wartezeiten zum Versorgen elektrisch angetriebener Kraftfahrzeuge mit elektrischer Energie sind bereits unterschiedliche Ansätze vorhanden. Zum Laden von Traktionsbatterien, insbesondere von Traktionsbatterien mit verhältnismäßig hoher Kapazität, sind Ladevorrichtung mit einer erhöhten Ladeleistung bekannt, sodass durch Erhöhung eines Ladestroms die Ladezeiten reduzierbar sind. Nachteilig hierbei ist, dass Schnellladen wenig ressourcenschonend und mit einer hohen Verlustleistung verbunden ist, welche über Kühlvorrichtungen abgeführt werden muss, um eine Beschädigung der Traktionsbatterie zu vermeiden. Des Weiteren muss an einer Schnellladestation eine hohe Ladeleistung vorgehalten werden, wenn die Traktionsbatterien mehrerer Kraftfahrzeuge gleichzeitig geladen werden sollen. Die hierfür erforderliche Ladeinfrastruktur ist nicht leicht realisierbar, insbesondere wenn die Stromerzeugung aus erneuerbaren Energien erfolgen soll und die Umweltbedingungen hierfür ungünstig sind, wie beispielsweise nachts bei Windstille. Zudem kann Schnellladen zu unerwünschten chemischen Nebenreaktionen in der Traktionsbatterie führen, durch welche eine Kapazität der Traktionsbatterie und somit eine Lebensdauer reduziert werden. Infolgedessen ist ein ressourcen- sowie kostenintensiver Austausch der Traktionsbatterie nach einer verhältnismäßig geringen Anzahl an Ladezyklen im Vergleich mit schonend geladenen Traktionsbatterien erforderlich.
Eine weitere Möglichkeit der Reduzierung von Wartezeiten bei Kraftfahrzeugen mit elektrischem Antriebssystem sind oberleitungsgespeiste LKW. Bei diesem Konzept weist der LKW einen Stromabnehmer auf, welcher mit einer über der Fahrbahn angeordneten Oberleitung zur Stromaufnahme kontaktierbar ist. Zum Überbrücken kurzer Strecken, an welchen keine Oberleitungen vorhanden sind, wie beispielsweise in Innenstädten, weisen derartige LKW Traktionsbatterien mit vergleichsweise geringem Bauraumbedarf sowie geringem Gewicht und geringer Kapazität auf. Ein großer Vorteil dieses Konzepts ist, dass die Reichweite des LKWs nahezu unbegrenzt ist. Zudem ist der Strom aus der Oberleitung direkt in mechanische Energie umwandelbar, sodass Verluste, die ansonsten beim Aufladen sowie Entladen der Traktionsbatterie entstehen, nicht anfallen. Nachteilig an diesem Konzept ist vor allem, dass eine flächendeckende Infrastruktur mit Oberleitungen erforderlich ist. Dies ist insbesondere für den länderübergreifenden Warenfernverkehr problematisch, da die hierfür notwendigen Investitionen von jedem Land gebilligt werden müssen, um ein nahtloses Oberleitungsnetz zu gewährleisten.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem, ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem und einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise Wartezeiten zum Bereitstellen einer geladenen Traktionsbatterie reduzieren und somit ein schnelleres Zurücklegen größerer Distanzen über Ländergrenzen hinweg zu gewährleisten.
Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Batteriewechselsystem für ein Kraftfahrzeug oder für einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1, durch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 9 sowie durch einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriewechselsystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug sowie dem erfindungsgemäßen Anhänger und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Batteriewechselsystem für ein Kraftfahrzeug oder für einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Batteriewechselsystem weist eine Traktionsbatterie, eine Haltevorrichtung zum mechanischen Koppeln der Traktionsbatterie mit dem Kraftfahrzeug oder dem Anhänger und eine Stromschnittstelle zum elektrischen Koppeln der Traktionsbatterie mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs oder des Anhängers auf. Erfindungsgemäß weist die Haltevorrichtung ein am Kraftfahrzeug oder Anhänger montierbares Führungselement sowie ein an der Traktionsbatterie angeordnetes Gegenführungselement zur linearen Führung der Traktionsbatterie an dem Führungselement auf. Entweder ist das Führungselement als Führungsschiene und das Gegenführungselement als Führungsschlitten ausgebildet oder das Führungselement als Führungsschlitten und das Gegenführungselement als Führungsschiene ausgebildet. Ferner weist das Batteriewechselsystem eine Sicherungsvorrichtung zum Halten der Traktionsbatterie an der Haltevorrichtung in einer Koppelstellung, in welcher ein an der Traktionsbatterie angeordnetes batterieseitiges Schnittstellenteil der Stromschnittstelle mit einem fahrzeugseitigen Schnittstellenteil der Stromschnittstelle elektrisch gekoppelt ist, auf.
Unter einem Batteriewechselsystem wird im Rahmen der Erfindung ein System zur Anordnung an einem Kraftfahrzeug, insbesondere einem LKW, oder einem Anhänger, insbesondere einem Anhänger für einen LKW, verstanden, bei welchem ein Austausch der Traktionsbatterie gegenüber herkömmlich installierten Traktionsbatterien, welche üblicherweise nur im Rahmen einer Reparatur des Kraftfahrzeugs in einer Werkstatt austauschbar sind, verbessert. Zudem ist der Austausch der Traktionsbatterie des erfindungsgemäßen Batteriewechselsystems mit einfachen Mitteln durchführbar und nimmt weniger Zeit in Anspruch als ein vollständiger Ladenvorgang der Traktionsbatterie an einer Ladestation.
Die Traktionsbatterie weist vorzugsweise mehrere Batteriezellen auf, welche beispielsweise als Pouchzellen oder dergleichen ausgebildet sind. Zudem weist die Traktionsbatterie vorzugsweise ein Batteriegehäuse auf, welches die Batteriezellen vor äußeren Einflüssen, wie beispielsweise Wasser, Hitze, Schmutz, mechanische Stöße oder dergleichen, schützt. Zusätzlich kann eine Kühlvorrichtung vorgesehen sein, mittels welcher die Batteriezellen und/oder das Batteriegehäuse kühlbar sind, um eine Überhitzung der Batteriezellen zu vermeiden. Die Kühlvorrichtung ist vorzugsweise zwischen den Batteriezellen und der Haltevorrichtung, besonders bevorzugt zwischen dem Batteriegehäuse und der Haltevorrichtung, angeordnet.
Die Haltevorrichtung ist zum mechanischen Koppeln der Traktionsbatterie mit dem Kraftfahrzeug oder dem Anhänger ausgebildet. Hierfür weist die Haltevorrichtung das Führungselement und das Gegenführungselement auf. Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass das am Kraftfahrzeug oder Anhänger anordenbare Führungselement als Führungsschiene und das an der Traktionsbatterie angeordnete Gegenführungselement als Führungsschlitten ausgebildet ist. Auf diese Weise ist eine linear geführte Relativbewegung der Traktionsbatterie zum Kraftfahrzeug bzw. Anhänger bereitstellbar. Die Führungsschiene und der Führungsschlitten sind vorzugsweise derart ausgebildet, dass der Führungsschlitten nur an einer oder beiden Stirnseiten der Führungsschiene mit der Führungsschiene in Eingriff bringbar und von dieser lösbar ist. Hierfür ist es bevorzugt, wenn die Führungsschiene an mindestens einer Stirnseite eine Einführhilfe aufweist, um ein Eingreifen des Führungsschlittens mit der Führungsschiene zu erleichtern. Die Einführhilfe kann erfindungsgemäß als Aufweitung ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Einführhilfe trichterförmig ausgebildet.
Weiter bevorzugt weist das Batteriewechselsystem mehrere, insbesondere zwei, Führungselemente auf, die vorzugsweise vertikal übereinander am Kraftfahrzeug oder Anhänger anordenbar sind. Weiter bevorzugt weist das Batteriewechselsystem mehrere, insbesondere zwei, Gegenführungselemente auf, die entsprechend vertikal übereinander an der Traktionsbatterie angeordnet sind. Die Haltevorrichtung ist vorzugsweise derart am Kraftfahrzeug oder Anhänger anordenbar, dass die Traktionsbatterie quer zum Kraftfahrzeug bzw. Anhänger verschiebbar gehalten ist. Weiter bevorzugt ist die Haltevorrichtung zur derartigen Anordnung am Kraftfahrzeug oder Anhänger ausgebildet, dass die Traktionsbatterie an einer Stirnseite des Kraftfahrzeugs oder Anhängers und vorzugsweise hochkant anordenbar ist.
Unter einem Führungsschlitten wird im Rahmen der Erfindung eine Vorrichtung verstanden, die mit der Führungsschiene in Eingriff bringbar und entlang der Führungsschiene linear bewegbar ist. Der Führungsschlitten weist vorzugsweise eine Lagerung, insbesondere eine Wälzlagerung, auf, um einen Widerstand zwischen dem Führungsschlitten und der Führungsschiene beim relativen Verschieben der Traktionsbatterie zum Kraftfahrzeug bzw. Anhänger herabzusetzen. Der Führungsschlitten kann erfindungsgemäß rotationssymmetrisch ausgebildet sein. Alternativ kann der Führungsschlitten auch schienenförmig, hakenförmig, V-profilförmig oder U-profilförmig ausgebildet sein. Vorzugsweise weist der Führungsschlitten einen Formschlussabschnitt zum Hintergreifen der Führungsschiene auf, um ein Abheben des Führungsschlittens von der Führungsschiene formschlüssig zu verhindern. Ein an der Traktionsbatterie angeordneter Führungsschlitten ist vorzugsweise von mindestens einer Seite, wie beispielsweise einer Oberseite, in die Führungsschiene einhängbar ausgebildet. Eine an der Traktionsbatterie angeordnete Führungsschiene ist vorzugsweise von mindestens einer Seite, wie beispielsweise einer Oberseite, auf den Führungsschlitten aufsetzbar ausgebildet.
Die Sicherungsvorrichtung ist zum Halten der Traktionsbatterie an der Haltevorrichtung in der Koppelstellung ausgebildet. In der Koppelstellung ist das an der Traktionsbatterie angeordnete batterieseitige Schnittstellenteil der Stromschnittstelle mit dem fahrzeugseitigen Schnittstellenteil der Stromschnittstelle elektrisch gekoppelt. Die Sicherungsvorrichtung ist vorzugsweise selbstaktivierend ausgebildet. Das bedeutet, dass die die Traktionsbatterie in die Koppelstellung bringbar ist, ohne dass die Sicherungsvorrichtung diese Bewegung behindert. Weiter bevorzugt ist die Sicherungsvorrichtung selbstaktivierend ausgebildet, sodass die in der Koppelstellung gebrachte Traktionsbatterie automatisch mittels der Sicherungsvorrichtung in der Koppelstellung haltbar ist.
Die Stromschnittstelle ist zum elektrischen Koppeln der Traktionsbatterie mit dem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs oder des Anhängers ausgebildet. Hierfür weist die Stromschnittstelle einen fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteil und einen batterieseitigen Stromschnittstellenteil. Der fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil ist an der Haltevorrichtung im Bereich der Koppelstellung angeordnet und vorzugsweise als Anschlussstecker ausgebildet. Der batterieseitige Stromschnittstellenteil ist an der Traktionsbatterie angeordnet und vorzugsweise als Anschlussbuchse ausgebildet. In der Koppelstellung sind der fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil und der batterieseitige Stromschnittstellenteil miteinander elektrisch gekoppelt und vorzugsweise miteinander im Eingriff.
Ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem hat gegenüber herkömmlichen Batteriewechselsystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Traktionsbatterie durch lineares Verschieben austauschbar ist. Zudem ist ein unbeabsichtigtes Lösen der Traktionsbatterie von der Führungsvorrichtung durch die Sicherungsvorrichtung verhinderbar. Mit dem erfindungsgemäßen Batteriewechselsystem lassen sich somit Zeiten für erforderliche Zwischenstopps reduzieren, sodass Gesamtzeiten zum Zurücklegen von Fernstrecken deutlich reduzierbar sind. Überdies ist ein Schnellladen der Traktionsbatterie nicht notwendig. Auf diese Weise wird eine Strominfrastruktur entlastet und eine Lebensdauer der Traktionsbatterie durch schonendes Laden erhöht.
Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriewechselsystem vorgesehen sein, dass die Führungsschiene eine Durchführung zum Einführen des Führungsschlittens aufweist, wobei der Führungsschlitten eine Hinterschneidung zum formschlüssigen Begrenzen einer Bewegung des Führungsschlittens quer zur Längserstreckung der Führungsschiene aufweist. Vorzugsweise sind Führungsschiene und Führungsschlitten derart ausgebildet, dass ein Zusammenführen von Führungsschiene und Führungsschlitten nur über eine Stirnseite oder beide Stirnseiten der Führungsschiene möglich ist. Die Führungsschiene ist vorzugsweise als Doppelschiene mit einem zentralen Spalt ausgebildet, wobei der Führungsschlitten im Spalt linear führbar ist. Der Führungsschlitten ist vorzugsweise zylinderförmig mit zwei unterschiedlichen Durchmessern ausgebildet, wobei ein Kopfende des Führungsschlittens vorzugsweise einen größeren Durchmesser als eine Spaltbreite des zentralen Spalts aufweist. Ein im Spalt anordenbarer Zwischenbereich des Führungsschlittens weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, welcher geringfügig kleiner als die Spaltbreite ausgebildet ist. Alternativ kann der Führungsschlitten auch eine größere Längserstreckung entlang der Führungsschiene als Quererstreckung quer zur Führungsschiene aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine lineare Führung der Traktionsbatterie an dem Führungselement verbessert ist. Ein unbeabsichtigtes Abheben der Traktionsbatterie vom Führungselement ist auf diese Weise formschlüssig vermeidbar.
Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass die Sicherungsvorrichtung eine in der Führungsschiene ausgebildete Halteausnehmung zum schwerkraftunterstützten Halten des Führungsschlittens in der Koppelstellung aufweist. Die Halteausnehmung ist vorzugsweise als Vertiefung ausgebildet, sodass ein potenzielles Energieniveau der Traktionsbatterie in der Koppelstellung ein lokales Minimum aufweist. Mit anderen Worten muss die Lageenergie der Traktionsbatterie erhöht werden, um diese aus der Koppelstellung herauszubewegen. Ferner ist die Halteausnehmung vorzugsweise U-förmig, V-förmig oder sägezahnförmig ausgebildet. Bei einer sägezahnförmigen Ausbildung weist eine erste Lauffläche der Führungsschiene eine steilere Ausrichtung auf als eine benachbarte zweite Lauffläche der Führungsschiene. Vorzugsweise ist die erste Lauffläche senkrecht oder nahezu senkrecht zu einer benachbarten weiteren Lauffläche der Führungsschiene ausgerichtet, sodass über die erste Lauffläche eine Bewegungsrichtung der Traktionsbatterie relativ zum Führungselement gesperrt ist. Auf diese Weise entspricht eine Bewegungsrichtung der Traktionsbatterie zur Koppelstellung einer Bewegungsrichtung der Traktionsbatterie von der Koppelstellung weg. Somit sind gleichzeitig eine geladene Traktionsbatterie koppelbar und eine entladene Traktionsbatterie entkoppelbar. Eine Halteausnehmung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Traktionsbatterie in der Koppelstellung schwerkraftgestützt haltbar ist. Ein unbeabsichtigtes Abgleiten der Traktionsbatterie quer zur Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs ist somit verhinderbar.
Weiter bevorzugt weist die Führungsschiene einen ersten Teilabschnitt und einen zweiten Teilabschnitt auf, wobei der Führungsschlitten in der Koppelstellung auf dem zweiten Teilabschnitt angeordnet ist, wobei die Sicherungsvorrichtung ein relativ zum zweiten Teilabschnitt der Führungsschiene zwischen einer Freigabestellung und einer Sicherungsstellung bewegbar angeordnetes Sicherungselement aufweist. Unter einer Sicherungsstellung wird eine Stellung des Sicherungselements verstanden, in welcher eine Bewegung der Traktionsbatterie aus der Koppelstellung heraus durch das Sicherungselement verhindert ist. Unter einer Freigabestellung wird eine Stellung des Sicherungselements verstanden, in welcher eine Bewegung der Traktionsbatterie aus der Koppelstellung heraus durch das Sicherungselement freigegeben ist. Das Sicherungselement weist vorzugsweise eine Rückstellvorrichtung zum automatischen Rückstellen des Sicherungselements in die Sicherungsstellung auf. Die Rückstellvorrichtung weist vorzugsweise eine Federvorrichtung und/oder eine Wippe mit einem Rückstellgewicht auf. Vorzugsweise weist das Batteriewechselsystem eine Betätigungsvorrichtung zum Bewegen des Sicherungselements in die Freigabestellung auf. Besonders bevorzugt ist eine Bewegungsrichtung des Sicherungselements zwischen der Freigabestellung und der Sicherungsstellung quer, vorzugsweise rechtwinklig, zur linearen Bewegungsrichtung der Traktionsbatterie entlang dem Führungselement ausgerichtet. Alternativ kann die Bewegung des Sicherungselements zwischen der Freigabestellung und der Sicherungsstellung als Schwenkbewegung, insbesondere um eine quer, vorzugsweise rechtwinklig, zur linearen Bewegungsrichtung der Traktionsbatterie entlang dem Führungselement angeordnete Schwenkachse, ausgebildet sein. Weiter bevorzugt weist das Batteriewechselsystem eine Aktuatorvorrichtung zum automatischen Bewegen des Sicherungselements in die Freigabestellung in Folge einer Bewegung der Traktionsbatterie in Richtung der Koppelstellung auf. Somit ist ein manuelles Betätigen des Sicherungselements in die Freigabestellung beim Koppeln einer geladenen Traktionsbatterie entbehrlich. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Sicherung der Traktionsbatterie in der Koppelstellung verbesserbar ist.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann bei einem Batteriewechselsystem vorgesehen sein, dass das Sicherungselement eine Kontaktrampe zum Kontaktieren des Führungsschlittens aufweist, wobei die Kontaktrampe ausgebildet ist, im Zusammenspiel mit dem Führungsschlitten beim Bewegen der Traktionsbatterie in Richtung der Koppelstellung das Sicherungselement in die Freigabestellung zu bewegen. Die Kontaktrampe ist vorzugsweise in der Freigabestellung parallel zur Führungsschiene ausgerichtet. Eine Schwenkachse der Kontaktrampe ist vorzugsweise quer zur Führungsschiene ausgerichtet. Eine von der Schwenkachse beabstandete Seite der Kontaktrampe weist vorzugsweise einen Halteabsatz zum Halten des Führungsschlittens in der Koppelstellung auf. Ferner weist das Sicherungselement vorzugsweise einen Hintergreifabschnitt zum Hintergreifen des Führungsschlittens in der Sicherungsstellung auf. Der Hintergreifabschnitt ist vorzugsweise an der Kontaktrampe gehalten und somit mit dieser gemeinsam um die Schwenkachse verschwenkbar ausgebildet. Somit ist ein beidseitiges Herausbewegen der Traktionsbatterie aus der Koppelstellung verhinderbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Bewegen der Traktionsbatterie in die Koppelstellung sowie ein Sichern der Traktionsbatterie in der Koppelstellung verbessert sind.
Vorzugsweise sind der erste Teilabschnitt und der zweite Teilabschnitt der Führungsschiene voneinander getrennt ausgebildet, wobei der erste Teilabschnitt als das Sicherungselement ausgebildet ist. Der erste Teilabschnitt ist beispielsweise verschwenkbar, insbesondere gemäß einer Kontaktrampe, oder linear bewegbar, insbesondere senkrecht, zum zweiten Teilabschnitt ausgebildet. Im Ruhezustand ist der erste Teilabschnitt vorzugsweise in der Sicherungsstellung angeordnet. Der erste Teilabschnitt ist vorzugsweise ausgebildet, durch Bewegen der Traktionsbatterie auf den ersten Teilabschnitt bzw. auf dem ersten Teilabschnitt in Richtung der Koppelstellung in die Freigabestellung bewegt zu werden. Diese Bewegung ist vorzugsweise durch die Gewichtskraft der Traktionsbatterie bewirkbar. Weiter bevorzugt ist der erste Teilabschnitt ausgebildet, sich bei auf den zweiten Teilabschnitt bewegtem Führungsschlitten in die Sicherungsstellung zu bewegen. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Sichern der Traktionsbatterie in der Koppelstellung gewährleistet ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist die Sicherungsvorrichtung mit dem fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteil der Stromschnittstelle mechanisch gekoppelt. Die mechanische Kopplung ist vorzugsweise derart, dass der fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil in der Freigabestellung der Sicherungsvorrichtung eine derartige Position innehat, dass die Traktionsbatterie kollisionsfrei in die Koppelstellung bringbar ist. Ferner ist die mechanische Kopplung vorzugsweise derart, dass der fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil in der Sicherungsstellung der Sicherungsvorrichtung eine derartige Position innehat, dass die in der Koppelstellung angeordnete Traktionsbatterie mit dem fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteil elektrisch und besonders bevorzugt auch mechanisch gekoppelt ist. In diesem Zustand greift der fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil vorzugsweise in die Traktionsbatterie ein. Ein batterieseitiges Stromschnittstellenteil der Stromschnittstelle ist vorzugsweise als elektrische Buchse ausgebildet und an der Traktionsbatterie angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Bewegen der Traktionsbatterie entlang dem Führungselement sowie eine elektrische Kopplung der Traktionsbatterie mit dem fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteil verbesserbar sind.
Besonders bevorzugt ist die Haltevorrichtung ausgebildet, ein Bewegen des Führungsschlittens entlang der Führungsschiene in nur eine Richtung zuzulassen, wobei ein erstes Führungsschienenende der Führungsschiene zur Aufnahme des Führungsschlittens und ein entgegengesetztes zweites Führungsschienenende der Führungsschiene zur Abgabe des Führungsschlittens ausgebildet ist. Hierfür weist das Batteriewechselsystem vorzugsweise zusätzlich ein oder mehrere mechanische Bauelemente auf, welche eine Relativbewegung in eine Richtung zulassen und in eine entgegengesetzte Richtung sperren, wie beispielsweise Sperrklinken, Sperrzähne oder dergleichen. Alternativ oder zusätzlich kann die Sicherungsvorrichtung erfindungsgemäß zur Bereitstellung dieser Funktion ausgebildet sein. In diesem Fall ist die Sicherungsvorrichtung vorzugsweise ausgebildet, die lineare Bewegung in eine Richtung stets zu sperren und in die andere Richtung in der Sicherungsstellung zu sperren und in der Freigabestellung freizugeben. Beim Hinzufügen einer aufgeladenen Traktionsbatterie über das erste Führungsschienenende der Führungsschiene ist somit eine entladene Traktionsbatterie über das zweite Führungsschienenende der Führungsschiene vom Batteriewechselsystem entfernbar. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Batteriewechsel verbessert ist. Das Entfernen einer entladenen Traktionsbatterie und das Hinzufügen einer aufgeladenen Traktionsbatterie ist somit gleichzeitig durchführbar.
Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist ein elektrisches Antriebssystem mit einem Elektromotor auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem auf, wobei die Haltevorrichtung des Batteriewechselsystems an einer Heckseite des Kraftfahrzeugs angeordnet ist. Die Haltevorrichtung ist vorzugsweise derart angeordnet und ausgebildet, dass die Traktionsbatterie horizontal quer zur Fahrtrichtung verschiebbar an dieser anordenbar ist. Bei dieser Anordnung ist ein gleichzeitiges Hinzufügen und Entfernen von Traktionsbatterien verbesserbar. Alternativ kann die Haltevorrichtung derart angeordnet und ausgebildet sein, dass die Traktionsbatterie vertikal quer zur Fahrtrichtung verschiebbar an dieser anordenbar ist. Zusätzlich weist die Traktionsbatterie, vorzugsweise an ihrer Oberseite, vorzugsweise eine mechanische Koppelvorrichtung, wie beispielsweise eine Öse, einen Haken oder dergleichen, auf, um ein Herausheben der Traktionsbatterie mittels einer Hebevorrichtung, wie beispielsweise eines Krans, zu verbessern. Bei dieser Anordnung ist die Traktionsbatterie schwerkraftbedingt vor einem Herausbewegen aus der Koppelstellung besonders gesichert. Ein fahrzeugseitiges Stromschnittstellenteil der Stromschnittstelle ist vorzugsweise mit dem elektrischen Antriebssystem des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt. Vorzugsweise ist der fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil zur Herstellung einer elektrischen Kopplung mit dem batterieseitigen Stromschnittstellenteil nach oben ausgerichtet. Demnach ist der batterieseitige Stromschnittstellenteil vorzugsweise nach unten ausgerichtet. Das Kraftfahrzeug ist vorzugsweise als Nutzfahrzeug, insbesondere als Zugmaschine, LKW, Bus oder dergleichen, ausgebildet. Unter einer Anordnung an einer Heckseite wird im Rahmen der Erfindung ein Anordnen in Fahrtrichtung hinter einem Karosserieaufbau des Kraftfahrzeugs sowie weiter bevorzugt oberhalb eines Fahrzeugbodens verstanden. Besonders bevorzugt ist das Batteriewechselsystem nicht unterhalb oder innerhalb des Kraftfahrzeugs angeordnet. Vorzugsweise weist das Kraftfahrzeug zum Schutze der in der Koppelstellung angeordneten Traktionsbatterie vor mechanischen Stößen eine Kollisionsschutzvorrichtung auf. Die Kollisionsschutzvorrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere Schutzrohre, eine Schutzwand oder dergleichen auf. Somit ist eine Kollisionssicherheit des Kraftfahrzeugs erhöht.
Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Batteriewechselsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Traktionsbatterie durch lineares Verschieben austauschbar ist. Zudem ist ein unbeabsichtigtes Lösen der Traktionsbatterie von der Führungsvorrichtung durch die Sicherungsvorrichtung verhinderbar. Mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug lassen sich somit Zeiten für erforderliche Zwischenstopps reduzieren, sodass Gesamtzeiten zum Zurücklegen von Fernstrecken deutlich reduzierbar sind. Überdies ist ein Schnellladen der Traktionsbatterie nicht notwendig. Auf diese Weise wird eine Strominfrastruktur entlastet und eine Lebensdauer der Traktionsbatterie durch schonendes Laden erhöht. Durch die Anordnung der Traktionsbatterie hinter einem Karosserieaufbau des Kraftfahrzeugs ist die Traktionsbatterie bei Unfällen besser geschützt. Durch eine Anordnung der Traktionsbatterie hinter dem Karosserieaufbau kann eine defekte Traktionsbatterie in die Umgebung entgasen, sodass Insassen des Kraftfahrzeugs vor diesen schädlichen Gasen besser geschützt sind.
Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch einen Anhänger für ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Antriebssystem gelöst. Erfindungsgemäß weist der Anhänger ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem auf, wobei die Stromschnittstelle eine elektrische Koppelvorrichtung zum elektrischen Koppeln des fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteils mit dem elektrischen Antriebssystem des Kraftfahrzeugs aufweist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der Anhänger ein eigenes elektrisches Antriebssystem aufweist. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass das fahrzeugseitige Stromschnittstellenteil mit dem elektrischen Antriebssystem des Anhängers elektrisch gekoppelt ist. Vorzugsweise ist das Batteriewechselsystem an einer Frontseite des Anhängers angeordnet. Unter einer Anordnung an einer Frontseite wird im Rahmen der Erfindung ein Anordnen in Fahrtrichtung vor einem Aufbau des Anhängers sowie weiter bevorzugt oberhalb eines Anhängerbodens verstanden. Besonders bevorzugt ist das Batteriewechselsystem nicht unterhalb oder innerhalb des Anhängers angeordnet. Vorzugsweise weist der Anhänger zum Schutze der in der Koppelstellung angeordneten Traktionsbatterie vor mechanischen Stößen eine Kollisionsschutzvorrichtung auf. Die Kollisionsschutzvorrichtung weist vorzugsweise ein oder mehrere Schutzrohre, eine Schutzwand oder dergleichen auf. Somit ist eine Kollisionssicherheit des Anhängers erhöht.
Bei dem erfindungsgemäßen Anhänger ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Batteriewechselsystem gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung sowie zu einem Kraftfahrzeug gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat der erfindungsgemäße Anhänger gegenüber herkömmlichen Anhängern den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die Traktionsbatterie durch lineares Verschieben austauschbar ist. Zudem ist ein unbeabsichtigtes Lösen der Traktionsbatterie von der Führungsvorrichtung durch die Sicherungsvorrichtung verhinderbar. Mit dem erfindungsgemäßen Anhänger lassen sich somit Zeiten für erforderliche Zwischenstopps reduzieren, sodass Gesamtzeiten zum Zurücklegen von Fernstrecken deutlich reduzierbar sind. Überdies ist ein Schnellladen der Traktionsbatterie nicht notwendig. Auf diese Weise wird eine Strominfrastruktur entlastet und eine Lebensdauer der Traktionsbatterie durch schonendes Laden erhöht. Durch die Anordnung der Traktionsbatterie vor einem Aufbau des Anhängers ist die Traktionsbatterie bei Unfällen besser geschützt. Durch eine Anordnung der Traktionsbatterie am Anhänger kann eine defekte Traktionsbatterie in die Umgebung entgasen, sodass Insassen eines den Anhänger ziehenden Kraftfahrzeugs vor diesen schädlichen Gasen besser geschützt sind.
Ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßer Anhänger werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

1 in einer Seitenansicht ein Kraftfahrzeug gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
2 in einer Seitenansicht einen Anhänger gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung,
3 in einer Seitenansicht ein Batteriewechselsystem gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung,
4 in einer Seitenansicht das Batteriewechselsystem aus 3 in der Koppelstellung,
5 in einer Schnittdarstellung ein Batteriewechselsystem gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung,
6 in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung das Batteriewechselsystem aus 5 in der Entkoppelstellung,
7 in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung ein Batteriewechselsystem gemäß einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung mit Sicherungsvorrichtung in der Sicherungsstellung,
8 in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung das Batteriewechselsystem aus 7 in der Entkoppelstellung mit Sicherungsvorrichtung in der Freigabestellung,
9 in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung ein Batteriewechselsystem gemäß einer bevorzugten vierten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung mit Sicherungsvorrichtung in der Freigabestellung,
10 in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung das Batteriewechselsystem aus 9 in der Entkoppelstellung mit Sicherungsvorrichtung in der Sicherungsstellung, und
11 in einer Draufsicht von unten ein Batteriewechselsystem gemäß einer bevorzugten Ausführungsform.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 11 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
In 1 ist ein Kraftfahrzeug 2 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Seitenansicht abgebildet. Das Kraftfahrzeug 2 weist ein elektrisches Antriebssystem 7 mit einem Elektromotor 18 auf. An einer Heckseite 19 des Kraftfahrzeugs 2 ist ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem 1 angeordnet. Das Batteriewechselsystem 1 weist eine Traktionsbatterie 4 auf, welche über eine Haltevorrichtung 5 linear verschiebbar am Kraftfahrzeug 2 gehalten ist. Ferner weist das Batteriesystem 1 eine zwischen der Traktionsbatterie 4 und der Haltevorrichtung 5 angeordnete Kühlvorrichtung 22 zum Kühlen der Traktionsbatterie 4 sowie eine Kollisionsschutzvorrichtung 24 zum Schützen einer von der Haltevorrichtung 5 abgewandten Seite der Traktionsbatterie 4 auf.
2 zeigt einen Anhänger 3 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung schematisch in einer Seitenansicht. Der Anhänger 3 weist ein optionales elektrisches Antriebssystem 7 mit einem Elektromotor 18 auf. An einer Frontseite 27 des Anhängers 3 ist ein erfindungsgemäßes Batteriewechselsystem 1 angeordnet. Das Batteriewechselsystem 1 weist eine Traktionsbatterie 4 auf, welche über eine Haltevorrichtung 5 linear verschiebbar am Anhänger 3 gehalten ist. Ferner weist das Batteriesystem 1 eine zwischen der Traktionsbatterie 4 und der Haltevorrichtung 5 angeordnete Kühlvorrichtung 22 zum Kühlen der Traktionsbatterie 4 sowie eine Kollisionsschutzvorrichtung 24 zum Schützen einer von der Haltevorrichtung 5 abgewandten Seite der Traktionsbatterie 4 auf. Zudem weist das Batteriewechselsystem 1 eine elektrische Koppelvorrichtung 20 zum elektrischen Koppeln der Traktionsbatterie 4 mit einem elektrischen Antriebssystem 7 eines Kraftfahrzeugs 2 auf.
In 3 ist ein Batteriewechselsystem 1 gemäß einer bevorzugten ersten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung E schematisch abgebildet. Das Batteriesystem 1 weist eine Haltevorrichtung 5 mit mehreren als Führungsschienen 10 ausgebildeten Führungselementen 8 auf, welche an einem Leiterrahmen 23 eines Kraftfahrzeugs 2 (vgl. 1) oder eines Anhängers 3 (vgl. 3) gehalten sind. An den Führungselementen 8 ist eine in einer Freigabestellung F angeordnete Sicherungsvorrichtung 12 angeordnet. Eine Traktionsbatterie 4 des Batteriesystems 1 ist in einer Entkoppelstellung E angeordnet. An der Traktionsbatterie 4 sind als Führungsschlitten 11 ausgebildete Gegenführungselemente 9 der Haltevorrichtung 5 zur linearen vertikalen Führung der Traktionsbatterie 4 zu den Führungselementen 8 angeordnet. Überdies weist das Batteriesystem 1 eine Stromschnittstelle 6 zur elektrischen Kopplung der Traktionsbatterie 4 sowie eine Kühlmediumschnittstelle 21 zur Kühlmittelversorgung auf. An einer Unterseite der Traktionsbatterie 4 ist ein batterieseitiges Schnittstellenteil 6a der Stromschnittstelle 6 zur elektrischen Kopplung mit einem am Leiterrahmen angeordneten fahrzeugseitigen Schnittstellenteil 6b der Stromschnittstelle 6 angeordnet. Ferner ist an der Unterseite der Traktionsbatterie 4 ein batterieseitiges Kühlschnittstellenteil 21a der Kühlmediumschnittstelle 21 zur fluidkommunizierenden Kopplung mit einem am Leiterrahmen 23 angeordneten fahrzeugseitigen Kühlschnittstellenteil 21 b angeordnet. Zum Bewegen ist an einer Oberseite der Traktionsbatterie 4 eine mechanische Koppelvorrichtung 25, beispielsweise zur Kopplung mit einer nicht abgebildeten Kranvorrichtung, angeordnet.
4 zeigt das Batteriewechselsystem 1 aus 3 in der Koppelstellung K schematisch in einer Seitenansicht. In der Koppelstellung ist das batterieseitige Schnittstellenteil 6a mit dem fahrzeugseitigen Schnittstellenteil 6b elektrisch gekoppelt. Ferner ist das batterieseitige Kühlschnittstellenteil 21a mit dem fahrzeugseitigen Kühlschnittstellenteil 21 b fluidkommunizierend gekoppelt. Die Sicherungsvorrichtung 12 ist in der Sicherungsstellung S angeordnet, sodass eine Relativbewegung zwischen dem Führungsschlitten 11 und der Führungsschiene 10 blockiert ist.
In 5 ist ein Batteriewechselsystem 1 gemäß einer bevorzugten zweiten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung E schematisch in einer Schnittdarstellung abgebildet. Die Haltevorrichtung 5 weist zwei vertikal übereinander angeordnete als Führungsschienen 10 ausgebildete Führungselemente 8 auf, die am Leiterrahmen 23 gehalten sind. Die Führungsschienen 10 weisen jeweils eine sich entlang der Führungsschiene 10 erstreckende Durchführung 13 auf, in welcher ein als Führungsschlitten 11 ausgebildetes an der Traktionsbatterie 4 gehaltenes Gegenführungselement 9 der Haltevorrichtung 5 eingeführt ist. Eine Hinterschneidung 14 des Führungsschlittens 11 hintergreift die Führungsschiene 10 und verhindert somit ein Ablösen der Traktionsbatterie 4 von der Führungsschiene 10. Zwischen der Traktionsbatterie 4 und den Führungsschienen 10 ist eine Kühlvorrichtung 22 zum Kühlen der Traktionsbatterie 4 angeordnet. Über die Haltevorrichtung 5 ist die Traktionsbatterie 4 relativ zum Leiterrahmen 23 horizontal translatorisch quer zur Fahrtrichtung verschiebbar gehalten. The Traktionsbatterie 4 ist in der Koppelstellung K angeordnet.
6 zeigt das Batteriewechselsystem 1 aus 5 in der Entkoppelstellung E schematisch in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung des Kraftfahrzeugs 2, von welchem nur ein Teil einer Rückwand abgebildet ist. In dieser Ansicht ist die Traktionsbatterie 4 abgeschnitten und lediglich der an der Traktionsbatterie gehaltene Führungsschlitten 11 dargestellt. Die Haltevorrichtung 5 weist eine zentrale Halteausnehmung 15 auf. In der nicht dargestellten Koppelstellung K ist der Führungsschlitten 11 in der Halteausnehmung 15 angeordnet, sodass die Traktionsbatterie 4 gegen ein seitliches Herausbewegen formschlüssig gesichert ist. In der dargestellten Entkoppelstellung E ist der Führungsschlitten 11 relativ zur Führungsschiene 10 horizontal quer zur Fahrtrichtung linear verschiebbar.
In 7 ist ein Batteriewechselsystem 1 gemäß einer bevorzugten dritten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung E mit Sicherungsvorrichtung 12 in der Sicherungsstellung S schematisch in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung abgebildet. Die Sicherungsvorrichtung 12 weist ein als Sicherungselement 16 mit einer Kontaktrampe 17 und einer Haltekammer 26 zum Halten des Führungsschlittens 11 auf. Über eine verdeckte Rückstellvorrichtung 28 ist das Sicherungselement 16 in die Sicherungsstellung S rückstellbar.
Der Führungsschlitten 11 ist über ein erstes Führungsschienenende 10c mit der Führungsschiene 10 in Eingriff bringbar und über ein zweites Führungsschienenende 10d von der Führungsschiene 10 herausbewegbar. In der dargestellten Entkoppelstellung E ist der Führungsschlitten 11 relativ zur Führungsschiene 10 horizontal quer zur Fahrtrichtung linear versch iebbar.
8 zeigt das Batteriewechselsystem 1 aus 7 in der Entkoppelstellung E mit Sicherungsvorrichtung 12 in der Freigabestellung F schematisch in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung. Der Führungsschlitten 11 kontaktiert die Kontaktrampe 17. Hierdurch ist das Sicherungselement 16 in die Freigabestellung F gedruckt. In der dargestellten Entkoppelstellung E ist der Führungsschlitten 11 weiterhin relativ zur Führungsschiene 10 horizontal quer zur Fahrtrichtung linear verschiebbar. Bei Erreichen der Koppelstellung K gerät der Führungsschlitten 11 außer Kontakt mit der Kontaktrampe 17, sodass das Sicherungselement 16 mittels der Rückstellvorrichtung 28 in die Sicherungsstellung S zurückbewegt und in der Haltekammer 26 gehalten wird.
In 9 ist ein Batteriewechselsystem 1 gemäß einer bevorzugten vierten Ausführungsform der Erfindung in der Entkoppelstellung E mit Sicherungsvorrichtung 12 in der Freigabestellung F schematisch in einer Schnittdarstellung in Fahrtrichtung abgebildet. Die Führungsschiene 10 weist einen zentralen zweiten sowie am Kraftfahrzeug 2 starr gehaltenen zweiten Teilabschnitt 10b auf, welcher beidseitig von vertikal zum Kraftfahrzeug 2 bewegbaren ersten Teilabschnitten 10a umgeben ist. Die Sicherungsvorrichtung 12 ist durch die ersten Teilabschnitte 10a gebildet. In der dargestellten Entkoppelstellung E ist der Führungsschlitten 11 auf einem der ersten Teilabschnitte 10a angeordnet, sodass dieser vertikal nach unten in die Freigabestellung F gedrückt ist. Der in der Freigabestellung F angeordnete erste Teilabschnitt 10a ist über eine mechanische Koppelvorrichtung 25 mit dem fahrzeugseitigen Schnittstellenteil 6b mechanisch gekoppelt, sodass das fahrzeugseitige Schnittstellenteil 6b nach unten gedrückt und eine Kollision mit der Traktionsbatterie 4 somit vermeidbar ist. In der dargestellten Entkoppelstellung E ist der Führungsschlitten 11 relativ zur Führungsschiene 10 horizontal quer zur Fahrtrichtung linear verschiebbar.
10 zeigt das Batteriewechselsystem 1 aus 9 in der Koppelstellung K mit Sicherungsvorrichtung 12 in der Sicherungsstellung S. Der erste Teilabschnitt 10a ist mittels der Rückstellvorrichtung 28 in die Sicherungsstellung S gebracht, sodass der Führungsschlitten 11 in der Koppelstellung K gehalten ist. Über die mechanische Koppelvorrichtung 25 ist das fahrzeugseitige Schnittstellenteil 6b in dieser Ansicht nach oben gezogen und mit dem nicht dargestellten batterieseitigen Schnittstellenteil 6a elektrisch gekoppelt.
In 11 ist ein Batteriewechselsystem 1 gemäß einer bevorzugten Ausführungsform schematisch in einer Draufsicht von unten abgebildet. In dieser Ansicht ist die Anordnung der Traktionsbatterie 4 mit der Kühlvorrichtung 22 zum Leiterrahmen 23 von einer Unterseite dargestellt. Zudem sind die Position der Stromschnittstelle 6 und der Kühlmediumschnittstelle 21 veranschaulicht. Die Fahrtrichtung weist in dieser Darstellung nach links.
Bezugszeichenliste

1: Batteriewechselsystem
2: Kraftfahrzeug
3: Anhänger
4: Traktionsbatterie
5: Haltevorrichtung
6: Stromschnittstelle
6a: batterieseitiges Schnittstellenteil
6b: fahrzeugseitiges Schnittstellenteil
7: Antriebssystem
8: Führungselement
9: Gegenführungselement
10: Führungsschiene
10a: erster Teilabschnitt
10b: zweiter Teilabschnitt
10c: erstes Führungsschienenende
10d: zweites Führungsschienenende
11: Führungsschlitten
12: Sicherungsvorrichtung
13: Durchführung
14: Hinterschneidung
15: Halteausnehmung
16: Sicherungselement
17: Kontaktrampe
18: Elektromotor
19: Heckseite
20: elektrische Koppelvorrichtung
21: Kühlmediumschnittstelle
21a: batterieseitiges Kühlschnittstellenteil
21b: fahrzeugseitiges Kühlschnittstellenteil
22: Kühlvorrichtung
23: Leiterrahmen
24: Kollisionsschutzvorrichtung
25: mechanische Koppelvorrichtung
26: Haltekammer
27: Frontseite
28: Rückstellvorrichtung
E: Entkoppelstellung
F: Freigabestellung
K: Koppelstellung
S: Sicherungsstellung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

DE 102016113759 A1 [0003]

Claims

Batteriewechselsystem (1) für ein Kraftfahrzeug (2) oder für einen Anhänger (3) für ein Kraftfahrzeug (2), aufweisend eine Traktionsbatterie (4), eine Haltevorrichtung (5) zum mechanischen Koppeln der Traktionsbatterie (4) mit dem Kraftfahrzeug (2) oder Anhänger (3) und eine Stromschnittstelle (6) zum elektrischen Koppeln der Traktionsbatterie (4) mit einem Antriebssystem (7) des Kraftfahrzeugs (2) oder des Anhängers (3), dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (5) ein am Kraftfahrzeug (2) oder Anhänger (3) montierbares Führungselement (8) sowie ein an der Traktionsbatterie (4) angeordnetes Gegenführungselement (9) zur linearen Führung der Traktionsbatterie (4) an dem Führungselement (8) aufweist, wobei das Führungselement (8) als Führungsschiene (10) und das Gegenführungselement (9) als Führungsschlitten (11) oder das Führungselement (8) als Führungsschlitten (11) und das Gegenführungselement (9) als Führungsschiene (10) ausgebildet ist, und wobei das Batteriewechselsystem (1) eine Sicherungsvorrichtung (12) zum Halten der Traktionsbatterie (4) an der Haltevorrichtung (5) in einer Koppelstellung (K), in welcher ein an der Traktionsbatterie (4) angeordnetes batterieseitiges Schnittstellenteil (6a) der Stromschnittstelle (6) mit einem fahrzeugseitigen Schnittstellenteil (6b) der Stromschnittstelle (6) elektrisch gekoppelt ist, aufweist.
Batteriewechselsystem (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (10) eine Durchführung (13) zum Einführen des Führungsschlittens (11) aufweist, wobei der Führungsschlitten (11) eine Hinterschneidung (14) zum formschlüssigen Begrenzen einer Bewegung des Führungsschlittens (11) quer zur Längserstreckung der Führungsschiene (10) aufweist.
Batteriewechselsystem (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung (12) eine in der Führungsschiene (10) ausgebildete Halteausnehmung (15) zum schwerkraftunterstützten Halten des Führungsschlittens (11) in der Koppelstellung (K) aufweist.
Batteriewechselsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsschiene (10) einen ersten Teilabschnitt (10a) und einen zweiten Teilabschnitt (10b) aufweist, wobei der Führungsschlitten (11) in der Koppelstellung (K) auf dem zweiten Teilabschnitt (10b) angeordnet ist, wobei die Sicherungsvorrichtung (12) ein relativ zum zweiten Teilabschnitt (10b) der Führungsschiene (10) zwischen einer Freigabestellung (F) und einer Sicherungsstellung (S) bewegbar angeordnetes Sicherungselement (16) aufweist.
Batteriewechselsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherungselement (16) eine Kontaktrampe (17) zum Kontaktieren des Führungsschlittens (11) aufweist, wobei die Kontaktrampe (17) ausgebildet ist, im Zusammenspiel mit dem Führungsschlitten (11) beim Bewegen der Traktionsbatterie (4) in Richtung der Koppelstellung (K) das Sicherungselement (16) in die Freigabestellung (F) zu bewegen.
Batteriewechselsystem (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teilabschnitt (10a) und der zweite Teilabschnitt (10b) der Führungsschiene (10) voneinander getrennt ausgebildet sind, wobei der erste Teilabschnitt (10a) als das Sicherungselement (16) ausgebildet ist.
Batteriewechselsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherungsvorrichtung (12) mit dem fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteil (6b) der Stromschnittstelle (6) mechanisch gekoppelt ist.
Batteriewechselsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung (5) ausgebildet ist, ein Bewegen des Führungsschlittens (11) entlang der Führungsschiene (10) in nur eine Richtung zuzulassen, wobei ein erstes Führungsschienenende (10c) der Führungsschiene (10) zur Aufnahme des Führungsschlittens (11) und ein entgegengesetztes zweites Führungsschienenende (10d) der Führungsschiene (10) zur Abgabe des Führungsschlittens (11) ausgebildet ist.
Kraftfahrzeug (2) aufweisend ein elektrisches Antriebssystem (7) mit einem Elektromotor (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Kraftfahrzeug (2) ein Batteriewechselsystem (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche aufweist, wobei die Haltevorrichtung (5) des Batteriewechselsystems (1) an einer Heckseite (19) des Kraftfahrzeugs (2) angeordnet ist.
Anhänger (3) für ein Kraftfahrzeug (2) mit einem elektrischen Antriebssystem (7), dadurch gekennzeichnet, dass der Anhänger (3) ein Batteriewechselsystem (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 aufweist, wobei die Stromschnittstelle (6) eine elektrische Koppelvorrichtung (20) zum elektrischen Koppeln des fahrzeugseitigen Stromschnittstellenteils (6b) mit dem elektrischen Antriebssystem (7) des Kraftfahrzeugs (2) aufweist.