DE102021125988A1

DE102021125988A1 - Batteriewechselsystem für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug und insbesondere Nutzfahrzeug

Info

Publication number: DE102021125988A1
Application number: DE102021125988.6A
Authority: DE
Inventors: Justus Speichermann
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2021-10-07
Filing date: 2021-10-07
Publication date: 2023-04-13
Anticipated expiration: 2041-10-08
Also published as: DE102021125988B4

Abstract

Batteriewechselsystem (10) für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (100) und insbesondere Nutzfahrzeug (101), umfassend eine Wechselvorrichtung (1), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, für einen Batteriewechsel eine entladene Batterie (2) aus dem Fahrzeug (100) zu entnehmen und eine geladene Batterie (12) in das Fahrzeug (100) einzusetzen. Dabei umfasst die Wechselvorrichtung (1) eine Armeinrichtung (3) mit zwei an einer Säuleneinrichtung (4) aufgenommenen Armeinheiten (13, 23) mit jeweils einer relativ zum Fahrzeug (100) positionierbaren Koppeleinrichtung (5) zur Aufnahme jeweils einer der Batterien (1, 12), sodass eine Armeinheit (13) zur Entnahme der entladenen Batterie (2) aus dem Fahrzeug (100) und eine Armeinheit (23) zum Einsetzen der geladenen Batterie (12) in das Fahrzeug (100) bereitstehen.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriewechselsystem für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug und insbesondere Nutzfahrzeug. Das Batteriewechselsystem umfasst wenigstens eine Wechselvorrichtung, mit welcher für einen Batteriewechsel eine entladene Batterie aus dem Fahrzeug entnehmbar und eine geladene Batterie in das Fahrzeug einsetzbar ist.
Ein gattungsgemäßes Batteriewechselsystem ist aus der US 9827865 B2 bekannt. Das dort gezeigte System umfasst einen Arm mit einem Greifer, durch welchen die Batterie demontiert oder montiert werden kann.
Aus der WO 2011/161471 A2 ist ein System zum Austauschen einer Batterie eines Traktors bekannt, bei dem ein Batteriewechsel-Fahrzeug eine entladene Batterie vom Traktor zu einem Batteriespeicher transportiert oder von dort geladene Batterien zum Traktor transportiert.
Demgegenüber ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Möglichkeit zum Wechseln einer entladenen gegen eine geladene Batterie zur Verfügung zu stellen. Dabei soll der Batteriewechsel besonders zügig erfolgen können und zugleich mit möglichst wenig konstruktivem Aufwand sowie mit möglichst wenig Flächenbedarf bzw. Bauraumbedarf umsetzbar sein.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Batteriewechselsystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der allgemeinen Beschreibung und der Beschreibung des Ausführungsbeispiels.
Das erfindungsgemäße Batteriewechselsystem ist für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug und insbesondere für Nutzfahrzeug vorgesehen. Das Batteriewechselsystem umfasst wenigstens eine Wechselvorrichtung, welche dazu geeignet und ausgebildet ist, für einen Batteriewechsel eine (insbesondere wenigstens teilweise entladene) Batterie aus dem Fahrzeug zu entnehmen und eine (insbesondere wenigstens teilweise) geladene Batterie in das Fahrzeug einzusetzen. Dabei umfasst die Wechselvorrichtung wenigstens eine Armeinrichtung und wenigstens eine Säuleneinrichtung. Die Armeinrichtung umfasst wenigstens zwei an der Säuleneinrichtung aufgenommene Armeinheiten. Die Armeinheiten weisen jeweils wenigstens eine relativ zum Fahrzeug positionierbare Koppeleinrichtung zur Aufnahme jeweils wenigstens einer der Batterien auf. Insbesondere ist entweder die geladene oder die entladene Batterie aufnehmbar. Wenigstens eine Armeinheit der wenigstens zwei Armeinheiten steht zur Entnahme der entladenen Batterie aus dem Fahrzeug bereit. Wenigstens eine Armeinheit der wenigstens zwei Armeinheiten steht zum Einsetzen der geladenen Batterie in das Fahrzeug bereit. Dabei stehen die Armeinheiten insbesondere zeitgleich bereit.
Die vorliegende Erfindung bietet viele Vorteile. Einen erheblichen Vorteil bietet die Wechselvorrichtung mit den zwei Armeinheiten und ihren relativ zum Fahrzeug positionierbaren Koppeleinrichtungen. So kann die eine Armeinheit die geladene Batterie bereits in Richtung Fahrzeug bewegen, während die andere Armeinheit die entladene Batterie noch demontiert. Dadurch kann eine entladene Batterie besonders zügig gegen eine geladene Batterie gewechselt bzw. ausgetauscht werden. So kann der Stillstand des Nutzfahrzeugs während des Batteriewechsels erheblich verringert werden. Zugleich benötigt eine solche Wechselvorrichtung einen besonders geringen Bedarf an Fläche bzw. Bauraum. Vorteilhaft ist auch, dass eine solche Wechselvorrichtung konstruktiv unaufwendig umsetzbar ist. Beispielsweise ist für die Säuleneinrichtung nur ein einziger Befestigungspunkt am Boden nötig. Ein Vorteil ist auch, dass weder das Fahrzeug noch die Wechselvorrichtung für den Batteriewechsel bewegt werden müssen.
Mit dem erfindungsgemäßen Batteriewechselsystem ist ebenso ein Wechsel von einer defekten oder älteren oder sonstigen Batterie gegen eine intakte bzw. jüngere oder sonstige Batterie möglich. Mit der vorliegenden Erfindung ist es grundsätzlich möglich und vorgesehen, dass eine Batterie gegen eine andere Batterie gewechselt wird.
Die Wechselvorrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, eine an der Koppeleinrichtung der einen Armeinheit aufgenommene entladene Batterie mittels einer Drehbewegung der Armeinheit um eine Längsachse der Säuleneinrichtung von dem Fahrzeug abzutransportieren und (insbesondere währenddessen) eine an der Koppeleinrichtung der anderen Armeinheit aufgenommene geladene Batterie mittels einer Drehbewegung der Armeinheit um eine Längsachse der Säuleneinrichtung an das Fahrzeug heranzuholen. Insbesondere können die Armeinheiten in einem Drehwinkel zwischen 0° und 360° positioniert werden. Vorzugsweise können die Armeinheiten um mehr als 360° und insbesondere endlos um die Längsachse der Säuleneinrichtung gedreht werden. Möglich ist aber auch, dass die Armeinheiten nach einem bestimmten Drehwinkel in die andere Richtung zurückgedreht werden.
Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen verstellbar ausgebildet, um sie jeweils relativ zu einer der Batterien positionieren zu können. Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen (jeweils) um eine Längsachse der Säuleneinrichtung drehbar (sogenannte Drehwinkelverstellung). Die Drehwinkelverstellung umfasst insbesondere eine Drehbewegung. Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen (jeweils) in Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung verstellbar (sogenannte Axialverstellung bzw. Höhenverstellung). Die Axialverstellung umfasst insbesondere eine Vertikalbewegung. Die Axialverstellung ist besonders vorteilhaft, da Nutzfahrzeugen und zum Beispiel Traktoren die Batterie oft oberhalb ihrer (ohnehin schon hoch liegenden) Achsen angeordnet haben. Insbesondere sind die Koppeleinrichtungen (jeweils) quer zur Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung verstellbar (sogenannte Radialverstellung). Die Radialverstellung umfasst insbesondere eine Horizontalbewegung.
Die Wechselvorrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, eine freie Koppeleinrichtung mittels Drehwinkelverstellung und Axialverstellung und Radialverstellung relativ zum Fahrzeug auszurichten, sodass dessen Batterie an die Koppeleinrichtung koppelbar ist. Die Wechselvorrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die gekoppelte Batterie aus dem Fahrzeug zu entnehmen und zu verlagern. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine mit der geladenen Batterie ausgestattete Koppeleinrichtung mittels Drehwinkelverstellung und Axialverstellung und Radialverstellung derart relativ zum Fahrzeug auszurichten, dass die Batterie in das Fahrzeug einsetzbar ist. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die bestimmungsgemäß eingesetzte Batterie von der Koppeleinrichtung zu entkoppeln.
Dabei verbleibt das Fahrzeug insbesondere ortsfest. Die unbestückte Armeinheit steht dann insbesondere zur Aufnahme der entladenen Batterie beim nächsten Batteriewechsel bereit. Die mit der entladenen Batterie bestückte Armeinheit steht beispielsweise nach dem Aufladen der Batterie wieder für den nächsten Batteriewechsel bereit, um in das Fahrzeug eingesetzt zu werden.
Für die Drehwinkelverstellung sind die Armeinheiten insbesondere jeweils drehbar an der Säuleneinrichtung befestigt. Insbesondere sind die Armeinheiten unabhängig voneinander drehbar. Insbesondere ist wenigstens ein steuerbarer Antrieb vorgesehen, um eine bestimmte Drehwinkelposition anzusteuern.
Für die Axialverstellung sind die Armeinheiten insbesondere jeweils linear verschiebbar der Säuleneinrichtung befestigt. Insbesondere ist wenigstens ein ansteuerbarer Antrieb und vorzugsweise Zahnstangenantrieb vorgesehen, um eine bestimmte Axialposition anzusteuern. Insbesondere sind die Armeinheiten übereinander an der Säuleneinrichtung befestigt. Insbesondere können die Armeinheiten nicht gleichzeitig in derselben Position sein. Möglich ist aber auch, dass die Armeinheiten derart an der Säuleneinrichtung befestigt sind, dass sie gleichzeitig in derselben Höhenposition sein können. Beispielsweise umfassen die Armeinheiten die Säuleneinrichtung dann nicht vollumfänglich an ihrem Befestigungspunkt.
Für die Radialverstellung ist bevorzugt, dass die Koppeleinrichtungen jeweils linear verschiebbar an einem Arm der zugehörigen Armeinheit befestigt sind. Möglich ist auch, dass für die Radialverstellung die Armeinheiten jeweils wenigstens einen ein- und ausfahrbaren Arm aufweisen. Insbesondere ist der Arm teleskopierbar bzw. teleskopartig ausgebildet. Insbesondere ist ein ansteuerbarer Antrieb vorgesehen, um eine bestimmte Radialposition anzusteuern.
In einer vorteilhaften Weiterbildung ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, einen Batterietyp aus einer Gruppe von Batterietypen zu erkennen. Vorzugsweise ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Koppeleinrichtungen wenigstens teilweise selbstständig an die Aufnahmebedingungen eines bestimmten Batterietyps anzupassen. Insbesondere ist eine werkzeuglose Anpassung der Koppeleinrichtungen vorgesehen. Dadurch kann der Batteriewechsel auch bei verschiedenen Batterietypen schnell und ohne Umbauarbeiten erfolgen. Insbesondere ist Erkennung von Batterietypen wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung ist an den Armeinheiten jeweils wenigstens eine Ladeeinrichtung angeordnet. Die Ladeeinrichtung dient insbesondere zum Aufladen der Batterie, während diese an der Koppeleinrichtung der zugehörigen Armeinheit aufgenommen ist. Das ermöglicht einen besonders zügigen Batteriewechsel, da die entladene Batterie nicht erst aus der Wechselvorrichtung entnommen und zu einer Ladestation transportiert werden muss. Insbesondere wird die Batterie elektrisch kontaktiert. Der Ladevorgang kann aber auch berührungslos und beispielsweise durch Induktion erfolgen. Es ist möglich, dass mit der Kopplung der Batterie an die Koppeleinrichtung zugleich auch eine elektrische Kontaktierung erfolgt. Insbesondere erfolgt der Ladevorgang in Abhängigkeit des erkannten Batterietyps.
Die Ladeeinrichtung ist vorzugsweise dazu geeignet und ausgebildet, sich (selbstständig) mit der Batterie zu verbinden und die Batterie unter Überwachung des Ladevorgangs aufzuladen. Die Ladeeinrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die aufgenommene Batterie zu überprüfen und/oder zu warten. Insbesondere kann die Ladeeinrichtung den Ladevorgang selbstständig beginnen und/oder beenden. Insbesondere verbleibt die geladene Batterie bis zum nächsten Batteriewechsel in der Koppeleinrichtung an der Armeinheit. So steht die geladene Batterie dann für den nächsten Wechsel bereit. Insbesondere wird beim Aufladen eine erhöhte axiale Position für die Armeinheit mit der aufzuladenden Batterie gewählt, beispielsweise im oberen Viertel der Säuleneinrichtung. So werden kritische Systeme vor dem deutlich erhöhten Verschmutzungsgrad im Nutzfahrzeugbereich zuverlässig geschützt.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Batterie derart in der Koppeleinrichtung aufgenommen, dass die Batterie für bestimmungsgemäß vorgesehene Servicearbeiten zugänglich ist. Insbesondere umfassen die Servicearbeiten Wartungsarbeiten und/oder Reparaturarbeiten. Insbesondere sind die Koppeleinrichtung und die Batterie dazu aufeinander abgestimmt. Beispielsweise erstreckt sich die Koppeleinrichtung nicht im Bereich von Wartungsöffnungen oder dergleichen.
In einer bevorzugten und vorteilhaften Weiterbildung umfasst die Wechselvorrichtung wenigstens eine Schutzeinrichtung zum Schutz vor Witterungseinflüssen. Das ist besonders bei einem Außenbetrieb bzw. Freiluftbetrieb von Vorteil, beispielsweise bei Traktoren auf einer Ackerfläche. So kann die in der Wechselvorrichtung verbleibende Batterie vor Sonne (UV, Wärme), Regen oder sonstigen Einwirkungen geschützt werden. Insbesondere bietet die Schutzeinrichtung auch einen Schutz vor Staub und sonstigen Verunreinigungen.
Es ist bevorzugt und vorteilhaft, dass die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Fahrzeugtyp aus einer Gruppe von Fahrzeugtypen zu erkennen und die Koppeleinrichtungen auch in Abhängigkeit des erkannten Fahrzeugtyps zu positionieren. Insbesondere ist dazu wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen.
Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine Fahrzeugposition zu erkennen und die Koppeleinrichtungen wenigstens in Abhängigkeit der erkannten Fahrzeugposition zu positionieren. Insbesondere ist dazu wenigstens eine Sensoreinrichtung vorgesehen.
Es ist möglich, dass das Batteriewechselsystem wenigstens ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug umfasst. Das Fahrzeug umfasst vorzugsweise wenigstens zwei gegeneinander austauschbare Batterien. Insbesondere ist von den wenigstens zwei Batterien wenigstens eine im Fahrzeug aufnehmbar, während die wenigstens eine andere Batterie in der Wechselvorrichtung verbleiben kann. Das Batteriewechselsystem kann auch wenigstens zwei Fahrzeuge oder eine Fahrzeugflotte umfassen. Das Batteriewechselsystem kann auch wenigstens zwei oder mehr Wechselvorrichtungen umfassen. Insbesondere ist das Batteriewechselsystem als ein autonomes System ausgebildet. Insbesondere ist das Fahrzeug autonom fahrend und/oder arbeitend ausgebildet. Insbesondere kann die Wechselvorrichtung den Batteriewechsel autonom vornehmen.
In allen Ausgestaltungen ist es bevorzugt, dass die Säuleneinrichtung fest auf einer Bodenstruktur verankert ist. Insbesondere ist die Säuleneinrichtung als eine Säule ausgebildet oder umfasst wenigstens eine solche. Möglich ist aber auch, dass die Säuleneinrichtung auf einem drehbaren und/oder fahrbaren Traggestell aufgenommen ist.
Die Armeinrichtung kann auch wenigstens drei Armeinheiten umfassen. Möglich ist auch, dass die Armeinrichtung vier oder fünf oder mehr Armeinheiten umfasst. Es ist möglich, dass eine Lagervorrichtung vorgesehen ist, in welcher wenigstens eine (zum Beispiel geladene oder entladene) Batterie gelagert wird, insbesondere damit eine Armeinheit mit einer freien Koppeleinrichtung bereitgestellt werden kann. In einer solchen Ausgestaltung ist die Wechselvorrichtung insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, die Batterie von der Armeinheit in die Lagereinrichtung zu überführen und/oder die Batterie aus der Lagereinrichtung in die Armeinheit zu übernehmen. So ist auch dann ein zügiger und wirtschaftlicher Batteriewechsel möglich, wenn einer oder beide bzw. alle Armeinheiten noch mit einer Batterie belegt sind. Beispielsweise wird eine Armeinheit mit einer aufgeladenen Batterie aus der Lagereinrichtung ausgestattet, während die andere Armeinheit die Batterie aus dem Fahrzeug demontiert. Die Armeinheiten erstrecken sich insbesondere quer zur Säuleneinrichtung. Insbesondere sind die Armeinheiten in der Art eines Kragarms ausgebildet.
Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, die Armeinheit während oder nach dem Abtransportieren der Batterie in Längsrichtung der Säuleneinrichtung (also axial) so zu verstellen, dass die andere Armeinheit in eine Axialposition gebracht werden kann, welche passend zum Fahrzeug ausgerichtet ist und für das Einsetzen der Batterie in das Fahrzeug nötigt. Eine solche Ausgestaltung ist insbesondere dann vorgesehen, wenn die Armeinheiten übereinander an der Säuleneinrichtung befestigt sind und dadurch nicht gleichzeitig in derselben Axialposition bzw. Höhenposition sein können. Insbesondere befinden sich die Armeinheiten stets in verschiedenen Axialpositionen.
Die Wechselvorrichtung umfasst insbesondere wenigstens eine Steuereinrichtung. In der Steuereinrichtung ist insbesondere wenigstens ein Algorithmus zur Durchführung des hier beschriebenen Batteriewechsels hinterlegt. Insbesondere ist die Steuereinrichtung dazu geeignet und ausgebildet, mit einer Steuereinrichtung des Fahrzeugs zu kommunizieren. Insbesondere umfasst auch das Fahrzeug wenigstens eine Steuereinrichtung. Insbesondere ist eine Sensoreinrichtung vorgesehen, um die Position des Fahrzeugs und der Batterie und um andere Parameter des Batteriewechsels zu überwachen. Während des Batteriewechsels verbleibt das Fahrzeug insbesondere ortsfest.
Die Wechselvorrichtung ist insbesondere dazu geeignet und ausgebildet, sich Zugang zu einer im Fahrzeug montierten Batterie zu verschaffen und insbesondere die Batterie vom Fahrzeug abzukoppeln und vorzugsweise wenigstens eine Hochvoltverbindung zu trennen. Die Wechselvorrichtung ist dazu geeignet und ausgebildet, die Batterie an der Koppeleinrichtung zu befestigen und aus dem Fahrzeug zu entnehmen. Möglich ist auch, dass der Zugang zur Batterie wenigstens teilweise durch das Fahrzeug bereitgestellt wird. Beispielsweise öffnet das Fahrzeug selbstständig eine Klappe oder Haube oder dergleichen. Insbesondere ist dazu eine Kommunikation mit dem Fahrzeug vorgesehen. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, eine Batterie in das Fahrzeug einzusetzen und insbesondere die Batterie an das Fahrzeug anzukoppeln und besonders bevorzugt dazu wenigstens eine Hochvoltverbindung herzustellen.
Die Batterien sind insbesondere als elektrischer Energiespeicher zur Energieversorgung eines Fahrantriebs und/oder wenigstens einer anderen Nutzfunktion des Fahrzeugs ausgebildet. Insbesondere können die Batterien als Traktionsbatterien bezeichnet werden. Vorzugsweise sind die Batterien als Hochvolt-Batterien ausgebildet. Unter einem Nutzfahrzeug werden insbesondere neben üblichen Nutzfahrzeugen wie Lkw und Zugmaschinen und dergleichen auch selbst fahrende Arbeitsmaschinen, Traktoren bzw. Schlepper, Flurförderfahrzeuge, Baumaschinen, Forstmaschinen und andere Arten von solchen Fahrzeugen verstanden.
In allen Ausgestaltungen ist bevorzugt, dass die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet ist, selbstständig zu entscheiden, mit welcher der wenigstens zwei Armeinheiten die entladene Batterie entnommen wird und welche der wenigstens zwei Armeinheiten die geladene Batterie in das Fahrzeug einsetzt. Insbesondere ist die Wechselvorrichtung dazu geeignet und ausgebildet, zu erkennen, welche der wenigstens zwei Armeinheiten frei ist und/oder ob eine in der Wechselvorrichtung befindliche Batterie überhaupt eingesetzt werden kann. Insbesondere ist jede der wenigstens zwei Armeinheiten dazu geeignet und ausgebildet, eine Batterie in das Fahrzeug einzusetzen und eine Batterie aus dem Fahrzeug zu entnehmen. Insbesondere sind die Armeinheiten identisch ausgebildet.
Weitere Vorteile und Merkmale der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ausführungsbeispielen, die im Folgenden mit Bezug auf die beiliegenden Figuren erläutert werden.
In den Figuren zeigen:

1 eine stark schematisierte Darstellung eines erfindungsgemäßen Batteriewechselsystems; und
2 ein Fahrzeug für das Batteriewechselsystem.

Die 1 zeigt eine Wechselvorrichtung 1 eines erfindungsgemäßen Batteriewechselsystems 10. Die Wechselvorrichtung 1 kann einen Batteriewechsel automatisch bzw. selbstständig durchführen und dazu eine Batterie 2 aus einem Fahrzeug 100 entnehmen und währenddessen eine geladene Batterie 12 heranbringen und anschließend in das Fahrzeug 100 einbauen.
Ein für das Batteriewechselsystem 10 geeignetes Fahrzeug 100 ist in der 2 gezeigt. Das Fahrzeug 100 ist hier ein Nutzfahrzeug 101 und z. B. ein Traktor bzw. Schlepper. Das Fahrzeug 100 ist hier mit einer Batterie 2 ausgestattet, welche durch die Wechselvorrichtung 1 des Batteriewechselsystems 10 getauscht werden kann. Beispielsweise kann das Fahrzeug 100 autonom fahren bzw. arbeiten und fährt bei Bedarf zur Wechselvorrichtung 1, wo dann der Batteriewechsel ebenfalls autonom erfolgt.
Die in der 1 dargestellte Wechselvorrichtung 1 umfasst eine an einer Bodenstruktur 14 fest verankerte Säuleneinrichtung 4. An der Säuleneinrichtung 4 ist eine Armeinrichtung 3 mit zwei bewegbaren Armeinheiten 13, 23 befestigt. Die Armeinheiten 13, 23 können um eine Längsachse der Säuleneinrichtung 4 gedreht werden (sogenannte Drehwinkelverstellung). Zudem können die Armeinheiten 13, 23 in Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung 4 hoch- und runtergefahren werden (sogenannte Axialverstellung). Dazu sind hier entsprechende Antriebe vorgesehen, welche beispielsweise elektrisch und/oder hydraulisch ausgebildet sind.
Um bei einem Außeneinsatz Schutz vor Witterungseinflüssen und Verschmutzung zu bieten, ist die Wechselvorrichtung 1 hier mit einer Schutzeinrichtung 7 ausgestattet. Diese erstreckt sich dachartig über den Schwenkbereich der Armeinrichtung 3 und ist hier beispielhaft an der Säuleneinrichtung 4 befestigt.
Die Armeinheiten 13, 23 sind hier jeweils mit einer Koppeleinrichtung 5 ausgestattet, an welcher jeweils eine Batterie 2, 12 angekoppelt werden kann. Die Koppeleinrichtungen 5 sind hier verfahrbar an den Armen 33 der Armeinheiten 13, 23 angebunden. Dadurch können die Koppeleinrichtungen 5 quer zur Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung 4 verstellt werden (sogenannte Radialverstellung).
Die Armeinheiten 13, 23 sind hier mit Ladeeinrichtungen 6 ausgestattet. Darüber kann eine angekoppelte Batterie 2, 12 direkt an den Armeinheiten 13, 23 aufgeladen werden, sodass sie für den nächsten Batteriewechsel bereitsteht. Zudem können hier Wartungs- bzw. Reparaturarbeiten an der Batterie direkt in der Wechselvorrichtung durchgeführt werden.
In der der hier dargestellten Situation ist in der oberen Armeinheit 23 eine Batterie 12 aufgenommen, welche bereits aufgeladen ist oder gerade mittels der Ladeeinrichtung 6 geladen wird. Diese Batterie 12 steht also jetzt oder bald bereit, um in ein Fahrzeug 100 eingesetzt zu werden.
Die untere Armeinheit 13 ist hier mit einer entladenen Batterie 2 ausgestattet, welche soeben aus einem hier nicht dargestellten Fahrzeug 100 entnommen wurde. So ist die Ladeeinrichtung 6 hier beispielsweise noch in einer Ruheposition. Beispielsweise wird die Ladeeinrichtung 6 nach unten geschwenkt, um die Batterie 2 aufladen zu können.
Für den Batteriewechsel fährt das Fahrzeug 100 an die hier gezeigte Wechselvorrichtung 1 heran. Dann erfolgt beispielsweise eine automatische Erkennung eines Fahrzeugtyps und/oder Batterietyps. Nun wird die Koppeleinrichtung 5 der Armeinheit 13 so zum Fahrzeug 100 ausgerichtet, dass dessen Batterie 2 entnehmbar ist. Dazu erfolgt beispielsweise eine Axialverstellung, bei welcher die Armeinheit 13 mittels eines hier beispielhaft dargestellten Zahnstangenantriebs hoch- oder runtergefahren wird. Beispielsweise kann eine Drehwinkelverstellung stattfinden, bei welcher die Armeinheit 13 um die Säuleneinrichtung 4 gedreht wird. Für die Radialverstellung wird die Koppeleinrichtung 5 an dem Arm 33 der Armeinheit 13 in dessen Längsrichtung verschoben.
Nach der Ausrichtung wird die Batterie 2 an die Koppeleinrichtung 5 angebunden und mit den zuvor beschriebenen Verstellmöglichkeiten so bewegt, dass die Batterie 2 aus dem Fahrzeug 100 entnommen werden kann. Sodann wird die Armeinheit 13 um die Längsachse der Säuleneinrichtung 4 verschwenkt, um die entladene Batterie 2 abzutransportieren.
Währenddessen wird die in der anderen Armeinheit 23 befindliche geladene Batterie 12 zum Fahrzeug 100 transportiert. Auch dazu wird die Armeinheit 23 entsprechend verschwenkt. Anschließend wird die Batterie 12 mittels der beschriebenen Verstellmöglichkeiten in das Fahrzeug 100 eingesetzt und von der Koppeleinrichtung 5 getrennt. Das Fahrzeug 100 ist nun wieder mit einer aufgeladenen Batterie 12 ausgestattet und kann seine Arbeit fortsetzen. Die entladene Batterie 2 verbleibt nach dem Batteriewechsel in der Koppeleinrichtung 5 und wird dort von der Ladeeinrichtung 6 aufgeladen oder gewartet.
Bezugszeichenliste

1: Wechselvorrichtung
2: Batterie
3: Armeinrichtung
4: Säuleneinrichtung
5: Koppeleinrichtung
6: Ladeeinrichtung
7: Schutzeinrichtung
10: Batteriewechselsystem
12: Batterie
13: Armeinheit
14: Bodenstruktur
23: Armeinheit
33: Arm
100: Fahrzeug
101: Nutzfahrzeug

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 9827865 B2 [0002]
WO 2011161471 A2 [0003]

Claims

Batteriewechselsystem (10) für ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (100) und insbesondere Nutzfahrzeug (101), umfassend wenigstens eine Wechselvorrichtung (1), welche dazu geeignet und ausgebildet ist, für einen Batteriewechsel eine entladene Batterie (2) aus dem Fahrzeug (100) zu entnehmen und eine geladene Batterie (12) in das Fahrzeug (100) einzusetzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselvorrichtung (1) wenigstens eine Armeinrichtung (3) mit wenigstens zwei an einer Säuleneinrichtung (4) aufgenommenen Armeinheiten (13, 23) mit jeweils einer relativ zum Fahrzeug (100) positionierbaren Koppeleinrichtung (5) zur Aufnahme jeweils wenigstens einer der Batterien (1, 12) umfasst, sodass wenigstens eine Armeinheit (13) zur Entnahme der entladenen Batterie (2) aus dem Fahrzeug (100) und wenigstens eine Armeinheit (23) zum Einsetzen der geladenen Batterie (12) in das Fahrzeug (100) bereitstehen.
Batteriewechselsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wechselvorrichtung (1) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine an der Koppeleinrichtung (5) der einen Armeinheit (13) aufgenommene entladene Batterie (2) mittels einer Drehbewegung der Armeinheit (13) um eine Längsachse der Säuleneinrichtung (4) von dem Fahrzeug (100) abzutransportieren und eine an der Koppeleinrichtung (5) der anderen Armeinheit (23) aufgenommene geladene Batterie (12) mittels einer Drehbewegung der Armeinheit (23) um eine Längsachse der Säuleneinrichtung (4) an das Fahrzeug (100) heranzuholen.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Koppeleinrichtungen (5) um eine Längsachse der Säuleneinrichtung (4) drehbar sind (sog. Drehwinkelverstellung) und/oder wobei die Koppeleinrichtungen (5) in Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung (4) (sog. Axialverstellung) und/oder quer zur Richtung der Längsachse der Säuleneinrichtung (4) (sog. Radialverstellung) verstellbar sind.
Batteriewechselsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Wechselvorrichtung (1) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine freie Koppeleinrichtung (5) durch die Drehwinkelverstellung und die Axialverstellung und die Radialverstellung relativ zum Fahrzeug (100) auszurichten, sodass dessen Batterie (2, 12) an die Koppeleinrichtung (5) koppelbar ist und die gekoppelte Batterie (2, 12) aus dem Fahrzeug (100) zu entnehmen und zu verlagern und/oder wobei die Wechselvorrichtung (1) dazu geeignet und ausgebildet ist, eine mit einer geladenen Batterie (2, 12) ausgestattete Koppeleinrichtung (5) durch die Drehwinkelverstellung und die Axialverstellung und die Radialverstellung derart relativ zum Fahrzeug (100) auszurichten, dass die Batterie (2, 12) in das Fahrzeug (100) einsetzbar ist und die bestimmungsgemäß eingesetzte Batterie (2, 12) von der Koppeleinrichtung (5) zu entkoppeln.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der beiden vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Drehwinkelverstellung die Armeinheiten (13, 23) jeweils drehbar an der Säuleneinrichtung (4) befestigt sind.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der drei vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Axialverstellung die Armeinheiten (13, 23) jeweils linear verschiebbar an der Säuleneinrichtung (4) befestigt sind.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vier vorhergehenden Ansprüche, wobei für die Radialverstellung die Koppeleinrichtungen (5) jeweils linear verschiebbar an einem Arm (33) der zugehörigen Armeinheit (13, 23) befestigt sind und/oder wobei für die Radialverstellung die Armeinheiten (13, 23) jeweils wenigstens einen ein- und ausfahrbaren Arm (33) aufweisen.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechselvorrichtung (1) dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Batterietyp aus einer Gruppe von Batterietypen zu erkennen und die Koppeleinrichtungen (5) wenigstens teilweise selbstständig an die Aufnahmebedingungen eines bestimmten Batterietyps anzupassen.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei an den Armeinheiten (13, 23) jeweils eine Ladeeinrichtung (6) zum Aufladen der an der Koppeleinrichtung (5) der zugehörigen Armeinheit (13, 23) aufgenommen Batterie (2, 12) angeordnet ist.
Batteriewechselsystem (10) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei die Ladeeinrichtung (6) dazu geeignet und ausgebildet ist, sich mit der Batterie (2, 12) zu verbinden und die Batterie (2, 12) unter Überwachung des Ladevorgangs aufzuladen und/oder wobei die Ladeeinrichtung (6) dazu geeignet und ausgebildet ist, die aufgenommene Batterie (2, 12) zu überprüfen und/oder zu warten.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batterie (2, 12) derart in der Koppeleinrichtung (5) aufgenommen ist, dass die Batterie (2, 12) für bestimmungsgemäß vorgesehene Servicearbeiten zugänglich ist.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechselvorrichtung (1) wenigstens eine Schutzeinrichtung (7) zum Schutz vor Witterungseinflüssen umfasst.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Wechselvorrichtung (1) dazu geeignet und ausgebildet ist, einen Fahrzeugtyp aus einer Gruppe von Fahrzeugtypen zu erkennen und die Koppeleinrichtungen (5) auch in Abhängigkeit des erkannten Fahrzeugtyps zu positionieren.
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend wenigstens ein wenigstens teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug (100) mit wenigstens zwei gegeneinander austauschbaren Batterien (2, 12) für den Antrieb des Fahrzeugs (100).
Batteriewechselsystem (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Säuleneinrichtung (4) fest auf einer Bodenstruktur (14) verankert ist.