DE102022124378A1

DE102022124378A1 - Aufnahmeeinrichtung für ein austauschbares Batteriemodul an einem Fahrzeug und Verfahren zur Steuerung einer derartigen Aufnahmeeinrichtung

Info

Publication number: DE102022124378A1
Application number: DE102022124378.8A
Authority: DE
Inventors: Janik Ricke
Original assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Current assignee: ZF CV Systems Global GmbH
Priority date: 2022-09-22
Filing date: 2022-09-22
Publication date: 2024-03-28

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung (2) für ein austauschbares Batteriemodul (4) an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, welche quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs an diesem angeordnet sowie dazu ausgebildet ist, ein Batteriemodul von einem Handhabungsgerät einer externen Übergabestation zu übernehmen und dieses in eine Lagerposition zu bringen, das Batteriemodul mechanisch zu fixieren und an ein elektrisches Traktionsbordnetz des Fahrzeugs anzuschließen, sowie dazu ausgebildet ist, das Batteriemodul von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs zu trennen, das Batteriemodul aus der mechanischen Fixierung zu lösen sowie in eine Übergabeposition zu bringen, und das Batteriemodul an das Handhabungsgerät der Übergabestation zu übergeben. Damit ein automatisierter Austausch von Batteriemodulen erfolgen kann ist die Aufnahmeeinrichtung gekennzeichnet durch einen am Fahrzeug befestigten Tragrahmen (6), einen daran angeordneten Aufnahmekäfig (8) zur Aufnahme, Lagerung und Herausgabe des Batteriemoduls (4), und ein Steuergerät (42), welches über Steuerleitungen (44) mit Aktuatoren (48, 62, 66, 68, 69, 76) verbunden ist, wobei an dem Aufnahmekäfig (8) ein Türrahmen (34) angeordnet ist, welcher mittels wenigstens eines Türaktuators (66) in eine Öffnungsposition sowie in eine Schließ- und Fixierposition bringbar ist, und wobei das Batteriemodul (4) mittels eines Kontaktaktuators (76) wechselweise von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs elektrisch abtrennbar sowie mit diesem elektrisch verbindbar ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Aufnahmeeinrichtung für ein austauschbares Batteriemodul an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, welche quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs an diesem angeordnet sowie dazu ausgebildet ist, ein Batteriemodul von einem Handhabungsgerät einer externen Übergabestation zu übernehmen und dieses in eine Lagerposition zu bringen, das Batteriemodul mechanisch zu fixieren und an ein elektrisches Traktionsbordnetz des Fahrzeugs anzuschließen, sowie dazu ausgebildet ist, das Batteriemodul von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs zu trennen, das Batteriemodul aus der mechanischen Fixierung zu lösen sowie in eine Übergabeposition zu bringen, und das Batteriemodul an das Handhabungsgerät der Übergabestation zu übergeben. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zur Steuerung einer derartigen Aufnahmeeinrichtung bei einem Austausch eines elektrisch entladenen Batteriemoduls gegen ein elektrisch aufgeladenes Batteriemodul.
Elektrisch antreibbare Fahrzeuge, wie Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, weisen mindestens eine elektrische Batterie oder ein mindestens eine Batterie umfassendes Batteriemodul auf, um zumindest einen zum Antrieb der Räder einer Fahrzeugachse vorgesehenen Elektromotor mit elektrischer Energie zu versorgen. Da das Aufladen einer elektrischen Batterie beziehungsweise eines solchen Batteriemoduls relativ zeitaufwendig ist, sind Anordnungen mit elektrischen Batterien oder Batteriemodulen vorgeschlagen worden, welche alternativ dazu oder zusätzlich zu einem Ladevorgang einen Austausch der Batterien beziehungsweise Batteriemodule ermöglichen.
So ist aus der DE 27 17 768 B2 und der DE 10 2012 205 414 B3 jeweils ein Elektrofahrzeug bekannt, bei dem eine austauschbare Batterie in einem Batterieraum angeordnet ist, welcher sich im Unterboden des Elektrofahrzeugs befindet und nach unten offen ist. Zum Austausch der Batterie wird das Fahrzeug über einer Grube positioniert, in welcher eine Hebe- und Fixiereinrichtung angeordnet ist, mittels welcher die elektrisch entladene Batterie vom Fahrzeug gelöst, abgesenkt und entfernt sowie eine elektrisch geladene Batterie zugeführt, angehoben und am Fahrzeug fixiert wird.
Für elektrisch antreibbare Nutzfahrzeuge, wie Lastkraftwagen, Anhänger und Sattelauflieger ist eine derartige Anordnung von elektrischen Batterien sowie deren Austausch aufgrund der großen Abmessungen und des großen Gewichts der für diese Fahrzeuggattung erforderlichen Batterien ungeeignet.
In der DE 10 2013 020 928 A1 ist ein elektrisch antreibbarer Lastkraftwagen beschrieben, dessen Fahrzeugrahmen für die Aufnahme eines Wechselaufbaus vorgesehen ist. Zwischen dem Fahrzeugrahmen und dem Wechselaufbau ist ein Batterierahmen mit mindestens einer Batterieeinheit angeordnet ist. Um die übliche Transporthöhe des Wechselaufbaus zu erreichen, ist der Lastkraftwagen bevorzugt mit einem Niederflurfahrgestell ausgerüstet. Da zum Austausch der Batterieeinheit zunächst der Wechselaufbau abgesetzt und dann mit einem Hubgerät der Batterierahmen mit der elektrisch entladenen Batterieeinheit vom Fahrgestell abgehoben und entfernt wird, sowie dann ein Batterierahmen mit einer elektrisch geladenen Batterieeinheit geholt sowie auf dem Fahrgestell abgesetzt wird, ist der Austausch der Batterieeinheit vergleichsweise umständlich und zeitaufwendig.
Aus der DE 20 2016 006 076 U1 ist ein Sattelzug mit einer elektrisch antreibbaren Sattelzugmaschine und einem elektrisch antreibbaren Sattelauflieger bekannt, deren Fahrzeugrahmen in Schichtverbundbauweise hergestellt sind. Bei der Sattelzugmaschine sind mehrere elektrische Batteriemodule in Gehäusekästen angeordnet, die beidseitig zwischen den Fahrzeugachsen am Fahrzeugrahmen befestigt sind. Bei dem Sattelauflieger sind mehrere Batteriemodule beidseitig zwischen zwei Bodenplatten des in Sandwichbauweise ausgeführten Ladebodens angeordnet. Aufgrund der Einzelanordnung der Batteriemodule ist deren Austausch ebenfalls umständlich und zeitaufwendig.
Aus der DE 10 2017 121 571 A1 ist ein Sattelzug mit einer elektrisch antreibbaren Sattelzugmaschine und einem Sattelauflieger bekannt, welcher unterhalb des Ladebodens einen Zwischenraum zur Aufnahme eines palettenförmigen Tragelementes mit einem elektrischen Energiespeicher aufweist. In dem Zwischenraum des Sattelaufliegers ist beidseitig jeweils eine U-förmige Ladeschiene an dem Fahrzeugrahmen befestigt und das Tragelement ist beidseitig jeweils mit einer U-förmigen, zum Eingriff in die Ladeschienen ausgebildeten Führungsschiene versehen. Bei der Aufnahme des Tragelementes in den Zwischenraum des Sattelaufliegers steht das Tragelement auf dem Boden. Die Aufnahme des Tragelementes erfolgt bei geöffneter Verschlussklappe am Fahrzeugheck und abgesenktem Fahrzeugrahmen oder abgesenkten Ladeschienen des Sattelaufliegers bei langsamer Rückwärtsfahrt des Sattelzuges, wobei die Führungsschienen des Tragelementes in die Ladeschienen des Sattelaufliegers einspuren und in diesen geführt werden. Anschließend wird der Fahrzeugaufbau oder die Ladeschienen wieder in die normale Lage angehoben und die Verschlussklappe geschlossen. Um das Einspuren der Führungsschienen des Tragelementes in die Ladeschienen des Sattelaufliegers zu gewährleisten, ist es erforderlich, dass der Fahrzeugrahmen beziehungsweise die Ladeschienen auf die richtige Höhe eingestellt werden und der Sattelzug vor dem Tragelement exakt ausgerichtet wird. Daher ist der Austausch des Energiespeichers bei dieser Anordnung schwierig und zeitaufwendig.
Aus der DE 10 2009 025 051 A1 ist ein elektrisch antreibbarer automatisierter Containertransporter bekannt, bei dem eine elektrische Batterie quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs in einem Einbauraum zwischen zwei Fahrzeugachsen angeordnet ist. Zur Aufnahme der Batterie sind in entsprechendem Abstand zwei Tragschienen über Konsolen an dem Fahrzeugrahmen sowie Auflageelemente an den Seitenwänden der Batterie befestigt. In einer sogenannten Lagerposition ist die Batterie durch eine Anlage der Auflageelemente an Zentrierelemente der Tragschienen gegen ein Verrutschen gesichert und durch eine Anlage von elektrischen Kontaktelementen an zugeordnete elektrische Gegenkontaktelemente im Bereich der Tragschienen elektrisch an das Traktionsbordnetz des Containertransporters angeschlossen. Zum Austausch der Batterie wird diese mit einem Gabelstapler oder einem anderen fahrbaren Hubgerät angehoben und quer zur Längsrichtung des Containertransporters weitgehend horizontal aus dessen Einbauraum und den Tragschienen herausgefahren. Der Einbau der elektrisch geladenen Batterie erfolgt in umgekehrter Reihenfolge und Bewegungsrichtung.
Den beschriebenen Fahrzeugen ist gemeinsam, dass zum Austausch der Batterie beziehungsweise des Batteriemoduls jeweils fahrerische und/oder manuelle Aktivitäten eines Fahrers und/oder einer externen Person erforderlich sind, um das Fahrzeug an der Übergabestation richtig zu positionieren sowie das Fahrzeug durch geeignete Einstellungen und Handhabungen auf den Austausch der Batterie vorzubereiten.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Aufnahmeeinrichtung für ein austauschbares Batteriemodul an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug vorzustellen, welche einen automatisierten Austausch eines elektrisch entladenen Batteriemoduls gegen ein elektrisch aufgeladenes Batteriemodul ermöglicht. Außerdem soll ein Verfahren beschrieben werden, mittels dem eine solche Aufnahmeeinrichtung bei einem Austausch eines Batteriemoduls betreibbar ist.
Die Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe wird mittels einer Aufnahmeeinrichtung erreicht, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Ein Verfahren zur Steuerung des Betriebs einer solchen Aufnahmeeinrichtung ist in zwei Verfahrensansprüchen definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen der Aufnahmeeinrichtung beziehungsweise des Verfahrens sind in den zugeordneten abhängigen Ansprüchen genannt.
Demnach betrifft die Erfindung zunächst eine Aufnahmeeinrichtung für ein austauschbares Batteriemodul an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, welche quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs an diesem angeordnet sowie dazu ausgebildet ist, ein Batteriemodul von einem Handhabungsgerät einer externen Übergabestation zu übernehmen und dieses in eine Lagerposition zu bringen, das Batteriemodul mechanisch zu fixieren und an ein elektrisches Traktionsbordnetz des Fahrzeugs anzuschließen, sowie dazu ausgebildet ist, das Batteriemodul von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs zu trennen, das Batteriemodul aus der mechanischen Fixierung zu lösen sowie in eine Übergabeposition zu bringen, und das Batteriemodul an das Handhabungsgerät der Übergabestation zu übergeben.
Zur Lösung der vorrichtungsbezogenen Aufgabe ist diese Aufnahmeeinrichtung gekennzeichnet durch einen am Fahrzeug befestigten Tragrahmen, einen daran angeordneten Aufnahmekäfig zur Aufnahme, Lagerung und Herausgabe des Batteriemoduls, und ein Steuergerät, welches über Steuerleitungen mit Aktuatoren verbunden ist. Außerdem ist an dem Aufnahmekäfig ein Türrahmen angeordnet, welcher mittels wenigstens eines Türaktuators in eine Öffnungsposition sowie in eine Schließ- und Fixierposition bringbar ist. Zudem ist das Batteriemodul mittels eines Kontaktaktuators wechselweise von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs elektrisch abtrennbar sowie mit diesem elektrisch verbindbar.
Die Aufnahmeeinrichtung weist demnach einen Aufnahmekäfig auf, in dem ein elektrisches Batteriemodul auswechselbar aufnehmbar ist. Da ein solches Batteriemodul eine vergleichsweise große Masse sowie vergleichsweise große Abmessungen aufweist, sind dessen Transport sowie passgenaue Platzierung im Aufnahmekäfig von besonderer Bedeutung. Außerdem muss gewährleistet sein, dass das Batteriemodul in dem Aufnahmekäfig mechanisch sicher fixierbar ist. Um diese Anforderungen insbesondere für ein autonomes, also ohne direkte mechanische Hilfe eines Menschen erfolgendes Befüllen und Entleeren des Aufnahmekäfigs zu erfüllen, weist der Aufnahmekäfig einen Türrahmen auf, welcher mithilfe eines von einem Steuergerät steuerbaren Türaktuators in eine Öffnungsposition sowie in eine Schließ- und Fixierposition bringbar ist. In seiner Öffnungsposition kann ein Batteriemodul mittels eines externen Handhabungsgeräts in den Aufnahmekäfig eingefügt beziehungsweise aus diesem wieder entfernt werden. Wenn sich der Türrahmen in seiner Schließ- und Fixierposition befindet, verschließt dieser den Aufnahmekäfig und klemmt das Batteriemodul automatisch in dem Aufnahmekäfig fest, sodass dieser kraftschlüssig und/oder formschlüssig gegen ein Bewegen gesichert ist. Der Türrahmen ist an einer vertikalen oder horizontalen Schwenkachse des Aufnahmekäfigs angelenkt. Gemäß einer noch zu schildernden Ausführungsform kann der Türrahmen alternativ dazu an einem Deckelrahmen angelenkt sein.
Außerdem ist an der Aufnahmeeinrichtung ein von dem Steuergerät steuerbarer Kontaktaktuator vorhanden, mittels dem ein in dem Aufnahmekäfig platziertes Batteriemodul wechselweise von dem Traktionsbordnetz des Fahrzeugs elektrisch abtrennbar sowie mit diesem elektrisch verbindbar ist.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass es sich bei dem Fahrzeug, an dem eine erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung angeordnet ist, beispielsweise um ein Nutzfahrzeug in der Art eine Solo-Fahrzeugs, eines Zugfahrzeugs oder eines Anhängefahrzeugs, wie einem Sattelauflieger oder einem Deichselanhänger, handeln kann.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Aufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, dass an der Oberseite des Aufnahmekäfigs, wie schon kurz erwähnt, zusätzlich ein Deckelrahmen angeordnet ist, welcher von Bauteilen des Aufnahmekäfigs geführt an diesem hoch und herunter bewegbar ist. Hierzu ist der Deckelrahmen bevorzugt mittels mindestens eines Hubaktuators wechselweise anhebbar oder absenkbar. Dabei kann vorgesehen sein, dass der Deckelrahmen im abgesenkten Zustand ein in seiner Lagerposition befindliches Batteriemodul zusätzlich mechanisch fixiert. Ein angehobener Deckelrahmen erleichtert zudem das autonome Entfernen von einem Batteriemodul und das Beladen des Aufnahmekäfigs mit einem Batteriemodul.
Eine andere vorteilhafte Weiterbildung der Aufnahmeeinrichtung sieht vor, dass der Aufnahmekäfig an einer Kippachse des Tragrahmens kippbar gelagert ist. Diese Kippachse ist quer zur Längserstreckung des Aufnahmekäfigs ausgerichtet, also in etwa parallel zur Längserstreckung des Fahrzeugs. Mithilfe wenigstens eines von dem Steuergerät gesteuerten Kippaktuators kann der Aufnahmekäfig in eine horizontale Ausrichtung gebracht oder beidseitig aus dieser Mittenlage heraus gekippt werden.
Durch diese kippbare Lagerung des Aufnahmekäfigs ist es möglich, zeitweise eine leichte Neigung des Aufnahmekäfigs einzustellen, um so ein Hineinschieben oder Herausziehen eines Batteriemoduls aus beziehungsweise in den Aufnahmekäfig zu erleichtern. Anschließend kann der Aufnahmekäfig und damit das Batteriemodul in die erwähnte Mittenlage beziehungsweise eine weitgehend horizontale Lagerposition gebracht werden. Eine solche Mittenlage kann dann als eingestellt angesehen, wenn der Aufnahmekäfig zusammen mit dem darin angeordneten Batteriemodul parallel zu dem fahrzeugfesten Tragrahmen ausgerichtet ist.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Aufnahmeeinrichtung ist vorgesehen, dass der Aufnahmekäfig zwei Seitenrahmen aufweist, welche jeweils aus mehreren zueinander beabstandeten Längsträgern und mehreren damit fest verbundenen sowie zueinander beabstandeten Vertikalträgern bestehen. Außerdem sind die beiden Seitenrahmen an deren Unterseiten mittels tragrahmenseitigen Querträgern sowie türrahmenfern mittels stirnseitigen Querstreben fest miteinander verbunden. Hierdurch ist der Aufnahmekäfig als eine stabile und zugleich materialsparende Rahmenkonstruktion ausgebildet.
Weiter kann vorgesehen sein, dass auch der Deckelrahmen kostengünstig als Rahmenkonstruktion ausgebildet ist und zwei Längsträger aufweist, welche mit mehreren Querträgern fest verbunden sind.
Gemäß einer anderen Weiterbildung des Aufnahmekäfigs und des Deckelrahmens ist vorgesehen, dass zur vertikalbeweglichen Führung des Deckelrahmens die Vertikalträger der beiden Seitenrahmen des Aufnahmekäfigs in Bezug zu deren oberen, zweiten Längsträger jeweils einen verlängerten freien Abschnitt aufweisen, und dass die Querträger des Deckelrahmens als Führungselemente ausgebildet sind, welche die verlängerten Abschnitte der Vertikalträger der Seitenrahmen spielbehaftet in sich aufnehmen. Hierdurch wird die Anordnung separater vertikaler Führungselemente vermieden.
Weiter kann hierbei vorgesehen sein, dass die Querträger des Deckelrahmens als nach unten offene U-Profile ausgebildet sind, in welche die verlängerten freien Abschnitte der Vertikalträger der beiden Seitenrahmen spielbehaftet hinein ragen. Dies ermöglicht eine kostengünstige Herstellung des Deckelrahmens und seiner Führungselemente.
Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die beiden Längsträger des Deckelrahmens Führungselemente aufweisen, in denen die verlängerten freien Abschnitte der Vertikalträger der beiden Seitenrahmen spielbehaftet hinein ragen.
Der Aufnahmekäfig ist wie erwähnt um eine Kippachse kippbar an dem fahrzeugfesten Tragrahmen gelagert. Zur mittels des Steuergeräts gesteuerten Verschwenkung des Aufnahmekäfigs ist gemäß einer anderen Weiterbildung der Aufnahmeeinrichtung wenigstens ein solcher Kippaktuator vorhanden, dessen Stellglied mit zumindest einem der beiden Längsträger der beiden Seitenrahmen des Aufnahmekäfigs gelenkig verbunden ist. Der Kippaktuator ist vorteilhaft derart ausgebildet, dass dieser im unbetätigten Zustand den Aufnahmekäfig federbelastet in einer horizontalen Mittenlage hält und betätigt um die Kippachse wechselweise kippt.
In seiner Mittenlage ist der Aufnahmekäfig mittels eines Verriegelungsaktuators mit dem fahrzeugfesten Tragrahmen wechselweise verriegelbar oder entriegelbar. Der Verriegelungsaktuator ist als Elektromagnet oder als einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet, welcher ebenfalls über eine Steuerleitung mit dem Steuergerät verbunden ist. Sofern die geschilderte Kippfunktion genutzt werden soll, ist die Verriegelung des Aufnahmekäfigs in der erwähnten Mittenlage nach der Aufnahme eines Batteriemoduls notwendig, um ein unkontrolliertes Kippen des Aufnahmekäfigs zu verhindern.
Eine andere Ausführungsform des Aufnahmekäfigs sieht vor, dass zwischen den beiden Längsträgern der beiden Seitenrahmen des Aufnahmekäfigs mehrere Transportrollen angeordnet sowie an dessen beiden Längsträgern drehbar gelagert sind. Der Abstand der Transportrollen zueinander ist dabei so gering, dass eine Rollenbahn ausgebildet ist, auf der sich ein Batteriemodul verkantungsfrei bewegen lässt.
Wie erwähnt ist vorgesehen, dass der Deckelrahmen mittels mindestens eines Hubaktuators wechselweise vertikal anhebbar oder absenkbar ist. Der Hubaktuator ist dazu über eine Steuerleitung mit dem Steuergerät verbunden, welches die Betätigung des Hubaktuators bei einem Auswechseln des Batteriemoduls steuert. Der Deckelrahmen ist derartig ausgebildet, dass dieser im abgesenkten Zustand ein in seiner Lagerposition befindliches Batteriemodul mechanisch in dieser Position formschlüssig und/oder kraftschlüssig fixiert.
Weiter ist zum autonomen Auswechseln eines Batteriemoduls an der Aufnahmeeinrichtung bevorzugt vorgesehen, dass der Türrahmen mittels mindestens eines Verriegelungsaktuators wechselweise mit zumindest einem der Längsträger der beiden Seitenrahmen des Aufnahmekäfigs verriegelbar oder entriegelbar. Sowohl der wenigstens eine Türaktuator als auch der zumindest eine Verriegelungsaktuator sind ebenfalls mit dem Steuergerät über geeignete Steuerleitungen verbunden, sodass das Steuergerät auch deren Betätigung gemäß einem vorgegebenen Verfahrensablauf steuern kann.
Außerdem ist es vorteilhaft, wenn an dem Aufnahmekäfig ein innerer Positionssensor vorhanden ist, mittels dem ermittelbar ist, ob sich ein Batteriemodul in seiner Lagerposition befindet. Dieser innere Positionssensor ist als ein Mikroschalter oder als ein induktiv oder kapazitiv wirksamer Näherungssensor ausgebildet, welcher vorzugsweise an einem stirnseitigen, deckelfernen Rahmenbauteil des Aufnahmekäfigs angeordnet ist.
Weiter ist bevorzugt ein äußerer Positionssensor zur Ermittlung der Anwesenheit einer benachbarten Übergabestation für Batteriemodule vorhanden, welcher stirnseitig an einem Längsträger eines Seitenrahmens des Aufnahmekäfigs angeordnet ist. Der äußere Positionssensor ist beispielsweise als ein QR-Code-Scanner ausgebildet. Durch das Einlesen des QR-Codes der externen Übergabestation wird der aktuelle Standort des Fahrzeugs neben der externen Übergabestation als für einen Austausch des Batteriemoduls geeignet erkannt. Zudem können damit zum Beispiel Daten über die Verfügbarkeit geladener Batteriemodule sowie den Ladezustand und die Ladehistorie des für den Austausch vorgesehenen elektrisch geladenen Batteriemoduls abgerufen werden. Alternativ dazu kann der äußere Positionssensor auch als ein induktiv oder kapazitiv wirksamer Näherungssensor ausgebildet sein, mittels dem ein für einen Austausch des Batteriemoduls geeigneter Standort des Fahrzeugs an der externen Übergabestation erfasst werden kann.
Die erwähnten Sensoren sind über Sensorleitungen mit dem Steuergerät verbunden, sodass dieses den Verfahrensablauf hinsichtlich des Entladens und Beladens des Aufnahmekäfigs mit einem Batteriemodul überwachen kann.
Weiter ist zu erwähnen, dass die Längsträger, Vertikalträger, Querträger, Vertikalstreben und Horizontalstreben der beiden Seitenrahmen, des Stirnrahmens, des Deckelrahmens und des Türrahmens beispielsweise aus Stahlblech bestehende Vierkantrohre sind, und dass diese zur Bildung der Seitenrahmen, des Deckelrahmens und des Türrahmens miteinander verschweißt und/oder verschraubt und/oder vernietet sind.
Der Kippaktuator für den Aufnahmekäfig ist beispielsweise als ein doppeltwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet, welcher mit seinem einem Ende gelenkig an einem fahrzeugfesten Befestigungspunkt und mit seinem anderen Ende an einem überkragenden Ende eines der beiden Längsträger der beiden Seitenrahmen angeordnet ist.
Der Kippbereich des Aufnahmekäfigs ist gemäß einer anderen Gestaltung mittels an dem fahrzeugfesten Tragrahmen angeordneten Anschlagelementen beidseitig auf jeweils einen solchen Neigungswinkel begrenzt, bei dem ein Batteriemodul durch sein Eigengewicht gerade noch selbsttätig beziehungsweise mit sehr geringem Kraftaufwand auf den Transportrollen in den Aufnahmekäfig hineinrollt oder aus diesem hinausrollt. Der Kippbereich des Aufnahmekäfigs kann daher beispielhaft beidseitig auf jeweils 3° begrenzt sein.
Zur Verriegelung des Aufnahmekäfigs mit nur einem Verriegelungsaktuator ist gemäß einer anderen Weiterbildung der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, dass der Verriegelungsaktuator an einem die Längsträger der beiden Seitenrahmen verbindenden Querträger befestigt ist, dass das Stellelement des Verriegelungsaktuators gelenkig mit dem Stellhebel eines Kreuzhebels verbunden ist, welcher mittig um eine vertikale Achse schwenkbar an dem Querträger gelagert ist, dass an den beiden freien Enden des Kreuzhebels jeweils ein Sperrbolzen angeordnet oder ausgebildet ist, dass die beiden Sperrbolzen jeweils in einer Führungsbohrung des zugeordneten Längsträgers des Aufnahmekäfigs geführt sind, und dass bei unbetätigtem Verriegelungsaktuator die Sperrbolzen federbelastet in eine zugeordnete Verriegelungsbohrung in dem fahrzeugfesten Tragrahmen eingreifen sowie bei betätigtem Verriegelungsaktuator aus der jeweiligen Verriegelungsbohrung herausgezogen sind. Energie wird somit vorteilhaft nur zum Entriegeln des Aufnahmekäfigs aufgewendet.
Der Verriegelungsaktuator des Aufnahmekäfigs kann wahlweise als Elektromagnet oder als einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet sein. Das Federelement zur Verriegelung des Aufnahmekäfigs ist bei einer Ausführung des Verriegelungsaktuators als Stellzylinder bevorzugt in diesen integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Eine andere Bauform sieht vor, dass der Deckelrahmen mittels Federkraft in einer das Batteriemodul mechanisch fixierenden unteren Position gehalten wird, sodass nur zum Anheben des Deckelrahmens Energie aufgewendet wird.
Weiter kann vorgesehen sein, dass am Aufnahmekäfig beidseitig jeweils mindestens ein als Elektromagnet oder als einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildeter Hubaktuator mit seinem einen Ende an einem Vertikalträger eines Seitenrahmens und mit seinem anderen Ende an dem benachbarten Längsträger des Deckelrahmens angeordnet ist. Die Federelemente zum Niederhalten des Deckelrahmens sind bei einer Ausführung der Hubaktuatoren als Stellzylinder vorzugsweise in diese integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist. Auch ein solcher Hubaktuator ist über eine Steuerleitung mit dem Steuergerät verbunden.
Der Türrahmen wird bevorzugt mittels Federkraft geschlossenen gehalten, sodass nur zum Öffnen des Türrahmens Energie aufgewendet wird. Gemäß einer Ausführungsform ist zum Anheben und Absenken des Türrahmens wenigstens ein Türaktuator gelenkig mit seinem einen Ende an einem Vertikalträger eines Seitenrahmens und mit seinem anderen Ende gelenkig an einer Vertikalstrebe des Türrahmens befestigt. Der zumindest eine Türaktuator ist beispielsweise als ein einfachwirksamer, hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet. Die Federelemente zum Schließen des Deckelrahmens sind bevorzugt in die Türaktuatoren integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Zur Verriegelung des Türrahmens ist gemäß einer anderen Weiterbildung des Aufnahmekäfigs der Aufnahmeeinrichtung vorgesehen, dass in einem unteren Abschnitt der Vertikalstreben des Türrahmens jeweils ein federbelasteter, von einem einfachwirksamen Verriegelungsaktuator verschiebbarer Sperrbolzen angeordnet ist, dass die Sperrbolzen bei geschlossenem Türrahmen und kraftlos geschaltetem Verriegelungsaktuator jeweils in eine Verriegelungsbohrung eingreifen, welche in den zugeordneten Längsträgern der Seitenrahmen ausgebildet sind, und dass die Sperrbolzen bei kraftführend geschaltetem Verriegelungsaktuator in die Vertikalstreben des Türrahmens eingezogen sind. Energie wird somit nur zum Entriegeln des Türrahmens aufgewendet. Die Verriegelungsaktuatoren am Türrahmen sind beispielsweise als Elektromagneten oder als einfachwirksame hydraulische oder pneumatische Stellzylinder ausgebildet. Die Federelemente zur Verriegelung des Türrahmens sind bei einer Ausführung der Verriegelungsaktuatoren als Stellzylinder vorzugsweise in diese integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Eine andere Ausgestaltung des Aufnahmekäfigs sieht vor, dass die fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente in der Lagerposition des Batteriemoduls bevorzugt mittels Federkraft an die Kontaktelemente des Batteriemoduls angedrückt werden sowie mittels eines einfachwirksamen Kontaktaktuators von den Kontaktelementen des Batteriemoduls lösbar sind. Energie wird somit nur zum Lösen der fahrzeugseitigen Kontaktelemente von den Kontaktelementen des Batteriemoduls aufgewendet. Der Kontaktaktuator kann wahlweise als Elektromagnet oder als einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet sein. Das Federelement zum Andrücken der fahrzeugseitigen Kontaktelemente ist bei einer Ausführung des Kontaktaktuators als Stellzylinder vorzugsweise in diesen integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Weiter kann zur Vermeidung von mechanischen Beschädigungen des Batteriemoduls vorgesehen sein, dass an der zum Batteriemodul weisenden Innenseite der Rahmenbauteile des Aufnahmekäfigs, des Deckelrahmens und des Türrahmens Anschlagelemente aus einem elastischen Material, wie zum Beispiel Gummi, angeordnet sind.
Zur widerstandsarmen Führung des Batteriemoduls beim Hineinrollen und Hinausrollen aus dem Aufnahmekäfig sind auf der Innenseite zumindest einiger Vertikalträger der beiden Seitenrahmen Halteelemente aus einem reibungsarmen Material, wie außen konvex geformte und mit einer Gleitbeschichtung versehene Gleitschuhe aus Hartgummi, angeordnet. Diese Halteelemente dienen auch einem spielbehafteten seitlichen Halt des Batteriemoduls in dem Aufnahmekäfig.
Um beim Austausch eines Batteriemoduls eine Demontage und Montage eines Unterfahrschutzes des Fahrzeugs zu vermeiden, sind der Türrahmen und dessen Verriegelung vorteilhaft derart robust ausgebildet, dass der Türrahmen im Bereich des Aufnahmekäfigs den Unterfahrschutz des Fahrzeugs bildet.
Wie eingangs erwähnt betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zur Steuerung einer Aufnahmeeinrichtung für ein elektrisches Batteriemodul an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug bei einem Austausch eines entladenen Batteriemoduls gegen ein geladenes Batteriemodul. Bei diesem Verfahren werden zum Entfernen des Batteriemoduls aus dem geschilderten Aufnahmekäfig des Fahrzeugs bis zur Übernahme des Batteriemoduls durch ein Handhabungsgerät einer externen Übergabestation die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

a) Lösen der fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente von den elektrischen Kontaktelementen des Batteriemoduls durch eine energetische Versorgung des Kontaktaktuators,
b) Entriegeln des Türrahmens durch eine energetische Versorgung der türseitigen Verriegelungsaktuatoren,
c) Öffnen des Türrahmens durch eine energetische Versorgung des zumindest einen Türaktuators,
d) Anheben des Deckelrahmens und damit Lösen der Fixierung des Batteriemoduls durch eine energetische Versorgung des wenigstens einen Hubaktuators,
e) Entriegeln des Aufnahmekäfigs durch eine energetische Versorgung des käfigseitigen Verriegelungsaktuators,
f) Schwenken des Aufnahmekäfigs nach außen bis an die übergabestationsnahen Anschlagelemente durch eine diesbezügliche Ansteuerung des Kippaktuators.

Ausgehend von dem gerade genannten Zustand der Aufnahmeeinrichtung sowie nach dem dann folgendem Entfernen des elektrisch entladenen Batteriemoduls sowie dem Einfügen eines elektrisch geladenen Batteriemoduls in den Aufnahmekäfig werden die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt:

g) Kippen des Aufnahmekäfigs nach innen bis an die übergabestationsfernen Anschlagelemente durch eine diesbezügliche Ansteuerung des Kippaktuators,
h) sobald mittels des inneren Positionssensors das Erreichen der Lagerposition durch das Batteriemodul erkannt wurde, absenken des Deckelrahmens und damit Fixieren des Batteriemoduls durch eine energetische Abschaltung des zumindest einen Hubaktuators,
i) Kippen des Aufnahmekäfigs in seine horizontale Mittenlage durch eine diesbezügliche Ansteuerung des Kippaktuators,
j) Verriegeln des Aufnahmekäfigs durch eine energetische Abschaltung des käfigseitigen Verriegelungsaktuators,
k) Schließen des Türrahmens durch eine energetische Abschaltung des zumindest einen Türaktuators,
l) Verriegeln des Türrahmens durch eine energetische Abschaltung der türseitigen Verriegelungsaktuatoren,
m) Andrücken der fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente an die elektrischen Kontaktelemente des Batteriemoduls durch eine energetische Abschaltung des Kontaktaktuators.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels erläutert. In der Zeichnung zeigt

1 eine erfindungsgemäße Aufnahmeeinrichtung für ein Batteriemodul in einer schematischen Seitenansicht,
2 die Aufnahmeeinrichtung gemäß 1 in einer schematischen vertikalen Ansicht von unten, und
3 einen Türrahmen der Aufnahmeeinrichtung gemäß den 1 und 2 in einer schematischen horizontalen Draufsicht.

Demnach ist eine die Merkmale der Erfindung aufweisende Aufnahmeeinrichtung 2 für ein austauschbares Batteriemodul in der 1 in einer Seitenansicht und in der 2 in einer vertikalen Ansicht von unten abgebildet. Die Aufnahmeeinrichtung 2 besteht im Wesentlichen aus einem Aufnahmekäfig 8, welcher aus einzelnen, miteinander verbundenen Trägern und Streben aufgebaut ist. An dem Aufnahmekäfig 8 sind mehrere Aktuatoren, Anschlagpuffer, Sensoren sowie zumindest eine elektrische Kontaktvorrichtung angeordnet. Schließlich verfügt die Aufnahmeeinrichtung 2 über ein Steuergerät 42, welches über Steuerleitungen 44 und Sensorleitungen 45 mit den Aktuatoren und Sensoren signaltechnisch verbunden ist. Dies wird im Detail erläutert.
Die Aufnahmeeinrichtung 2 ist zum Anbau an ein elektrisch antreibbares Fahrzeug bestimmt und quer zur Längsrichtung dieses Fahrzeugs zwischen dessen Fahrzeugachsen angeordnet. Die Aufnahmeeinrichtung 2 kann ein mindestens eine elektrische Batterie umfassendes Batteriemodul 4 autonom von einem Handhabungsgerät einer externen Übergabestation übernehmen, mechanisch fixieren, in eine weitgehend horizontale Lagerposition bringen und an ein elektrisches Traktionsbordnetz des Fahrzeugs anschließen. Außerdem ist diese Aufnahmeeinrichtung 2 dazu vorgesehen und geeignet, das Batteriemodul 4 autonom von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs zu trennen, es aus der erwähnten mechanischen Fixierung zu lösen, es in eine Übergabeposition zu bringen sowie es an das Handhabungsgerät der Übergabestation zu übergeben.
Die Aufnahmeeinrichtung 2 weist einen am Fahrzeugrahmen 3 befestigten rechteckigen Tragrahmen 6 auf, welcher in diesem Ausführungsbeispiel aus zwei Längsträgern 16, 17 und zwei fest damit verbundenen Querträgern 18a, 18b besteht. An diesem Tragrahmen 6 ist ein Aufnahmekäfig 8 schenkbar gelagert. Dieser Aufnahmekäfig 8 dient zur Aufnahme des erwähnten Batteriemoduls 4, welches in diesen eingefügt und wieder entfernt werden kann.
Der Aufnahmekäfig 8 besteht aus zwei weitgehend rechteckigen Seitenrahmen 10, 12, welche aus jeweils zwei Längsträgern 10a, 10b, 12a und jeweils fünf Vertikalträgern 11 a, 11b, 11c, 11 d, 11e zusammengesetzt und fest miteinander verbunden sind. Wie die 1 andeutet sind die beiden Seitenrahmen 10, 12 an einem inneren Ende des Aufnahmekäfigs 8 mittels wenigstens zwei stirnseitigen Querstreben 13, 14 fest miteinander verbunden. Die 2 zeigt ergänzend, dass die beiden Seitenrahmen 10, 12 auch unten mittels tragarmseitigen Querträgern 19a, 19b, 19c fest miteinander verbunden sind.
Außerdem weist die Aufnahmeeinrichtung 2 einen Deckelrahmen 28 auf, welcher aus zwei Längsträgern 30 und einer ausreichenden Anzahl von Querträgern 32a, 32b, 32c, 32d, 32e besteht, welche fest miteinander verbunden sind. Die Querträger 32a, 32b, 32c, 32d, 32e sind als Führungselemente ausgebildet und weisen daher eine nach unten, also zu den Vertikalträgern 11a, 11b, 11c, 11d, 11e hin offene U-förmige Querschnittsgeometrie auf. Die Querträger 32a, 32b, 32c, 32d, 32e sind dazu ausgebildet, axial verlängerte freie Abschnitte 26a, 26b, 26c, 26d der jeweils zugeordneten Vertikalträger 11a, 11b, 11c, 11d, 11e in sich aufzunehmen. Hierdurch ist der Deckelrahmen 28 an den beiden Seitenrahmen 10, 12 des Aufnahmekäfigs 8 vertikal verschiebbar angeordnet. Der Deckelrahmen 28 kann in Bezug zu den beiden Seitenrahmen 10, 12 demnach vertikal angehoben und wieder abgesenkt werden.
Sofern die Vertikalträger 11a, 11b, 11c, 11 d, 11e der beiden Seitenrahmen 10, 12 beispielsweise als Rechteckprofile ausgebildet sind, haben die Querträger 32a, 32b, 32c, 32d, 32e demnach eine topfförmige, rechteckige Geometrie. Die axial verlängerten Abschnitte 26a, 26b, 26c, 26d der Vertikalträger 11a, 11b, 11c, 11d, 11e der beiden Seitenrahmen 10, 12 erstrecken sich zur Erfüllung der geschilderten Funktion über den jeweiligen Verbindungsbereich mit dem zugeordneten zweiten Längsträger 10b der beiden Seitenrahmen 10, 12 hinaus.
An dem Deckelrahmen 28 ist ein Türrahmen 34 auf und zu schwenkbar angelenkt, welcher schematisch in 3 dargestellt ist. Der Türrahmen 34 besteht aus zwei zueinander beabstandeten Vertikalstreben 36, 37, welche durch zwei Horizontalstreben 38, 39 fest miteinander verbunden sind. Der Türrahmen 34 ist an seinem oberen Ende mittels einer Schwenkachse 64 ab dem Deckelrahmen 28 schwenkbar angeordnet, welches durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Hierdurch kann das auch in der 3 schematisch dargestellte Batteriemodul 4 bei hochgeschwenktem Türrahmen 34 in den Aufnahmekäfig 8 eingeschoben und dieser dann durch Herunterschwenken des Türrahmens 34 wieder verschlossen werden.
Der Türrahmen 34 kann mittels zwei Verriegelungsaktuatoren 68, 69 und deren Sperrbolzen 70, 71 mit den ersten beiden, also unteren Längsrahmen 10a, 12a des Aufnahmekäfigs 8 verriegelt werden. An dem beiden Horizontalstreben 38, 39 sind jeweils zwei Anschlagelemente 86a, 86b, 86c, 86d angeordnet, welche bei verriegeltem Türrahmen 34 fest an einer Rückseite des Batteriemoduls 4 anliegen und im Zusammenwirken mit stirnseitig gegenüber angeordneten Anschlagelementen 82 ein Verrutschen desselben verhindern. Auch diese Anschlagelemente 82, 86a, 86b, 86c, 86d sind vorzugsweise aus einem Gummimaterial hergestellt.
Die Längsträger und die Querträger des Aufnahmekäfigs 8, des zugehörigen des Deckelrahmens 28 und des Türrahmens 34 sind bevorzugt aus Stahlblech bestehende Vierkantrohre, welche zur Bildung des Aufnahmekäfigs 8 sowie des Deckelrahmens 28 und des Türrahmens 34 miteinander verschweißt und/oder verschraubt und/oder vernietet sind.
Der Aufnahmekäfig 8 weist eine Mehrzahl von Transportrollen 20 auf, welche zwischen den beiden Seitenrahmen 10, 12 angeordnet sowie an deren unteren, ersten Längsträgern 10a, 12a drehbar gelagert sind. Der Abstand der Transportrollen 20 zueinander ist vergleichsweise gering, sodass der Boden des Aufnahmekäfigs 8 mittels der Transportrollen 20 als eine Rollenbahn ausgebildet ist. Ein in den Aufnahmekäfig 8 einzusetzendes Batteriemodul 4 kann bei angehobenem Deckelrahmen 28 und hochgeschwenktem Türrahmen 34 dadurch verkantungsfrei in den Aufnahmekäfig 8 hinein sowie anschließend aus diesem wieder heraus befördert werden.
Der Aufnahmekäfig 8 weist zumindest eine Schwenkkonsole 22 auf, welche an der Unterseite der Längsträger 10a, 12a der beiden Seitenrahmen 10, 12 in deren Längsrichtung etwa mittig befestigt oder ausgebildet ist. Die Schwenkkonsole 22 ist vorzugsweise einstückig ausgebildet und verbindet die beiden ersten, also unteren Längsträger 10a, 12a der beiden Seitenrahmen 10, 12 miteinander. Die Schwenkkonsole 22 ist mittels eines Lagers drehbar an einer Kippachse 40 gelagert, welche sich parallel zu den Transportrollen 20 erstreckt und am fahrzeugfesten Tragrahmen 6 befestigt ist. Hierdurch ist der Aufnahmekäfig 8 schwenkbar an dem fahrzeugfesten Tragrahmen 6 angeordnet. Ein in die 1 eingezeichneter Doppelpfeil an der Kippachse 40 verdeutlicht die möglichen Schwenkrichtungen.
Zur Begrenzung des Schwenkbereiches des Aufnahmekäfigs 8 sind auf den beiden Querträgern 18a, 18b des fahrzeugfesten Tragrahmens 6 jeweils zwei Anschlagelemente 46a, 46b, 46c, 46d angeordnet, welche beispielsweise aus Hartgummi bestehen. Der Kippbereich des Aufnahmekäfigs 8 ist hierdurch in beide vertikale Richtungen jeweils auf einen Neigungswinkel von etwa 3° begrenzt, bei dem das Batteriemodul 4 auf den Transportrollen 20 mit geringer Kraftunterstützung in den Aufnahmekäfig 8 hineinrollen oder aus diesem hinausrollen kann.
Zur Verschwenkung des Aufnahmekäfigs 8 ist ein vorliegend als doppeltwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildeter Kippaktuator 48 vorhanden, welcher mit einem Ende gelenkig an einem fahrzeugfesten Befestigungspunkt 50 und mit seinem zweiten Ende gelenkig an einem innen überkragenden Ende eines der Längsträger 10a, 12a der beiden Längsrahmen 10, 12 befestigt ist.
Der Kippaktuator 48 und alle weiteren Aktuatoren 52, 62, 66, 68, 69, 76 und Sensoren 78, 80 der Aufnahmeeinrichtung 2 sind über in den Figuren nicht vollständig dargestellte Steuerleitungen 44 und Sensorleitungen 45 mit einem Steuergerät 42 verbunden, welches alle Funktionen der Aufnahmeeinrichtung 2 bei einem Entfernen und Einfügen eines Batteriemoduls 4 in beziehungsweise aus dem Aufnahmekäfig 8 bedarfsgerecht steuert.
Zur Verriegelung des Aufnahmekäfigs 8 in seiner horizontal ausgerichteten Mittenlage ist ein vorliegend als ein einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildeter Verriegelungsaktuator 52 vorhanden, welcher an einem die beiden Seitenrahmen 10, 12 verbindenden Querträger 19a befestigt ist.
Die Kolbenstange dieses Stellzylinders 52 ist gelenkig mit dem Stellhebel eines Kreuzhebels 54 verbunden, welcher schwenkbar an einer vertikalen Drehachse gelagert ist. Diese Drehachse ist an einem Tragarm 55 befestigt, welcher mit dem erwähnten Querträger 19a fest verbunden ist. Ein weiterer Doppelpfeil veranschaulicht die möglichen Drehrichtungen des Kreuzhebels 54. An dem Kreuzhebel 54 sind endseitig zwei Sperrbolzen 56, 57 befestigt, welche jeweils in einer Führungsbohrung 58, 59 des zugeordneten Längsträgers 10a, 12a der beiden Längsrahmen 10, 12 geführt sind. Bei drucklosem Stellzylinder 52 greifen die beiden Sperrbolzen 56, 57 jeweils federbelastet in eine Verriegelungsbohrung 60, 61 ein, welche in dem jeweils benachbarten Längsträger 16, 17 des fahrzeugfesten Tragrahmens 6 oder in einem dort befestigten Verriegelungsblock 53 ausgebildet sind. Bei druckführendem Stellzylinder 52 werden die beiden Sperrbolzen 56, 57 entsprechend den eingezeichneten Richtungspfeilen aus der zugeordneten Verriegelungsbohrung 60, 61 herausgezogen. Energie wird somit nur zum Entriegeln des Aufnahmekäfigs 8 aufgewendet.
Bei dem Deckelrahmen 28 gemäß 1 ist vorgesehen, dass dieser mittels Federkraft in einer das Batteriemodul 4 in seiner Lagerposition mechanisch, also form- und/oder kraftschlüssig, fixierenden unteren Position gehalten wird. Zum Anheben des Deckelrahmens 28 entsprechend dem eingezeichneten Richtungspfeil sind mindestens zwei einfachwirksame, vorliegend als hydraulische oder pneumatische Stellzylinder ausgebildete Hubaktuatoren 62 vorgesehen. Diese beiden Hubaktuatoren 62 sind im Bereich der beiden Seitenrahmen 10, 12 angeordnet. Dabei ist jeweils ein Ende dieser Hubaktuatoren 62 mit einem Vertikalträger 11c des betreffenden Seitenrahmens 10, 12 und das jeweils andere Ende mit dem zugeordneten Längsträger 30 des Deckelrahmens 28 verbunden. Die Federelemente zum Niederhalten des Deckelrahmens 28 sind bei dieser Ausführung der Hubaktuatoren 62 vorteilhaft in diese integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Der Türrahmen 34 ist wie bereits erwähnt oben an den Längsträgern 30 des Deckelrahmens 28 gelagert und ist somit entsprechend dem eingezeichneten Drehrichtungspfeil um eine Schwenkachse 64 schwenkbar. Der Türrahmen 34 wird mittels Federkraft geschlossenen gehalten. Zum Öffnen des Türrahmens 34 ist beidseitig jeweils ein einfachwirksamer, vorliegend als hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildeter Türaktuator 66 beispielsweise mit horizontaler Ausrichtung vorhanden. Der jeweilige Türaktuator 66 ist gelenkig an einem zugeordneten Vertikalträger 11d des jeweiligen Seitenrahmens 10, 12 und gelenkig an der dazu benachbarten Vertikalstrebe 36 des Türrahmens 34 angeordnet. Die Federelemente zum Schließen des Türrahmens 34 sind auch bei dieser Ausführung der Türaktuatoren 66 vorteilhaft in diese integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Zur Verriegelung des Türrahmens 34 ist vorgesehen, dass in den unteren Abschnitten der beiden Vertikalstreben 36, 37 jeweils ein federbelasteter, von einem einfachwirksamen Verriegelungsaktuator 68, 69 einfahrbarer Sperrbolzen 70, 71 angeordnet ist, welcher jeweils bei abgesenktem Deckelrahmen 28 und geschlossenem Türrahmen 34 bei kraftlosen Verriegelungsaktuatoren 68 in eine Verriegelungsbohrung in dem Längsträger 10, 12a des Aufnahmekäfigs 8 eingreift sowie bei kraftführenden Verriegelungsaktuatoren 68 in die jeweilige Vertikalstrebe 36, 37 des Türrahmens 34 eingezogen ist. Energie wird somit nur zum Entriegeln des Türrahmens 34 aufgewendet.
Die beiden Verriegelungsaktuatoren 68, 69 des Türrahmens 34 können wahlweise als Elektromagneten oder als einfachwirksame hydraulische oder pneumatische Stellzylinder ausgebildet sein. Die Federelemente zur Verriegelung des Türrahmens 34 sind bei einer Ausführung der Verriegelungsaktuatoren 68, 69 als Stellzylinder in diese integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Zur elektrischen Kontaktierung des Batteriemoduls 4 ist vorgesehen, dass fahrzeugseitige Kontaktelemente 72 in der Lagerposition des Batteriemoduls 4 mittels Federkraft an zugeordnete Kontaktelemente 74 des Batteriemoduls 4 angedrückt werden, sowie mittels eines einfachwirksamen, vorliegend als hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildeten Kontaktaktuators 76 von den Kontaktelementen 74 des Batteriemoduls 4 lösbar sind. Energie wird somit nur zum Lösen der fahrzeugseitigen Kontaktelemente 72 von den Kontaktelementen 74 des Batteriemoduls 4 aufgewendet. Das Federelement zum Andrücken der fahrzeugseitigen Kontaktelemente 72 ist bei dieser Ausführung des Kontaktaktuators 76 vorteilhaft in diesen integriert, wodurch Bauraum eingespart und die Montage vereinfacht ist.
Zur Ermittlung des Erreichens der Lagerposition durch das in den Aufnahmekäfig 8 eingeschobenen Batteriemoduls 4 ist ein innerer Positionssensor 78 vorhanden, welcher wahlweise als ein Mikroschalter oder als ein induktiv oder kapazitiv wirksamer Näherungssensor ausgebildet sein kann und beispielsweise an einer stirnseitigen Querstrebe 13, 14 angeordnet ist.
Zur Erkennung eines für einen Austausch des Batteriemoduls 4 geeigneten Standortes des Fahrzeugs an einer Übergabestation ist ein äußerer Positionssensor 80 vorgesehen, welcher bevorzugt als ein QR-Code-Scanner ausgebildet und endseitig an einem Längsträger 10a des ersten Seitenrahmens 10 angeordnet ist. Durch das Einlesen des QR-Codes der externen Übergabestation können neben der Überprüfung des Standortes auch für einen Austausch des Batteriemoduls 4 relevante Daten, wie die Verfügbarkeit geladener Batteriemodule sowie der Ladezustand und die Ladehistorie des für den Austausch vorgesehenen geladenen Batteriemoduls 4 abgerufen werden.
Um eine mechanische Beschädigung des Batteriemoduls 4 zu vermeiden und eine stabile Fixierung des Batteriemoduls 4 in dem Aufnahmekäfig 8 zu gewährleisten, sind, wie schon teilweise erwähnt, an der Innenseite zumindest der stirnseitigen Vertikalträger 11a, an der Innenseite des Deckelrahmens 28 und an der Innenseite des Türrahmens 34 Anschlagelemente 82, 84a, 8b, 84c, 84d, 86a, 86b, 86d, 86c aus einem elastischen Material, wie beispielsweise Gummi, angeordnet.
Zur widerstandsarmen Führung des Batteriemoduls 4 beim Hineinrollen in sowie Hinausrollen aus dem Aufnahmekäfig 8 sowie zur seitlichen Abstützung des Batteriemoduls 4 im eingeschobenen Zustand sind an der Innenseite zumindest einiger Vertikalträger 11a, 11b, 11c, 11d, 11e der beiden Seitenrahmen 10, 12 vorzugsweise nicht dargestellte Halteelemente aus einem reibungsarmen Material oder mit einer Gleitbeschichtung versehene Gleitschuhe aus Hartgummi angeordnet.
Beim Entfernen des Batteriemoduls 4 aus dem Aufnahmekäfig 8 ist bis zur Übernahme des Batteriemoduls 4 durch ein Handhabungsgerät einer externen Übergabestation vorgesehen, dass zunächst die fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente 72 durch eine energetische Versorgung des Kontaktaktuators 76 von den Kontaktelementen 74 des Batteriemoduls 4 gelöst werden, dass daraufhin der Türrahmen 34 durch eine energetische Versorgung der türseitigen Verriegelungsaktuatoren 68, 69 entriegelt sowie durch eine anschließende energetische Versorgung der Türaktuatoren 66 der Türrahmen 34 angehoben wird. Sodann wird der Deckelrahmen 28 durch eine energetische Versorgung der Hubaktuatoren 62 angehoben und damit die mechanische Fixierung des Batteriemoduls 4 gelöst. Abschließend wird der Aufnahmekäfig 8 durch eine energetische Versorgung des käfigseitigen Verriegelungsaktuators 52 entriegelt und durch eine entsprechende Ansteuerung des Kippaktuators 48 nach außen bis zu den übergabestationsnahen Anschlagelementen 46c, 46d herunter geschwenkt.
Beim Einbau eines aufgeladenen Batteriemoduls 4 in den Aufnahmekäfig 8 ist nach der Übernahme eines solchen Batteriemoduls 4 von dem Handhabungsgerät der externen Übergabestation vorgesehen, dass zunächst der Aufnahmekäfig 8 durch eine entsprechende Ansteuerung des wenigstens einen Kippaktuators 48 nach innen bis an die vorderen beiden Anschlagelemente 46a, 46b herunter geschwenkt wird. Dadurch rollt das Batteriemodul 4 bis an die Anschlagelemente 82 heran, welche an den stirnseitigen Querstreben 13, 14 des Aufnahmekäfigs 8 befestigt sind. Das Erreichen dieser Position wird mittels des inneren Positionssensors 78 erkannt.
Anschließend wird der Aufnahmekäfig 8 durch eine entsprechende Ansteuerung des Kippaktuators 48 in seine Mittenlage geschwenkt und durch eine energetische Abschaltung des käfigseitigen Verriegelungsaktuators 52 mit dem fahrzeugfesten Tragrahmen 3 verriegelt. Sodann wird der Hubaktuator 62 durch eine energetische Abschaltung federbelastet aktiviert, sodass er den Deckelrahmen 28 federbelastet auf die Vertikalträger 11a - 11e der beiden Seitenrahmen 10, 12 soweit herunterzieht, bis die elastischen Anschlagelemente 84a - 84d des Deckelrahmens 28 fest an der Oberseite des Batteriemoduls 4 anliegen und das Batteriemodul 4 dadurch im Aufnahmekäfig 8 festklemmen.
Abschließend wird der Türrahmen 34 durch eine energetische Abschaltung der Türaktuatoren 66 geschlossen und durch eine energetische Abschaltung der türseitigen Verriegelungsaktuatoren 68, 69 verriegelt. Schließlich werden die fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente 72 durch eine energetische Abschaltung des Kontaktaktuators 76 an die Kontaktelemente 74 des Batteriemoduls 4 angedrückt.
Bezugszeichenliste (Teil der Beschreibung)

2: Aufnahmeeinrichtung für ein Batteriemodul
3: Fahrzeugrahmen
4: Batteriemodul
6: Fahrzeugfester Tragrahmen
8: Aufnahmekäfig
10: Erster Seitenrahmen
10a: Erster Längsträger des ersten Seitenrahmens 10
10b: Zweiter Längsträger des ersten Seitenrahmens 10
11a - 11e: Vertikalträger des ersten Seitenrahmens 10
12: Zweiter Seitenrahmen
12a: Erster Längsträger des zweiten Seitenrahmens 12
13: Erste stirnseitige Querstrebe
14: Zweite stirnseitige Querstrebe
16: Erster Längsträger des fahrzeugfesten Tragrahmens 6
17: Zweiter Längsträger des fahrzeugfesten Tragrahmens 6
18a, 18b: Querträger des fahrzeugfesten Tragrahmens 6
19a - 19c: Tragarmseitige Querträger (die beiden Seitenrahmen 10, 12 verbindend)
20: Transportrollen
22: Schwenkkonsole am Aufnahmekäfig 8
26a - 26d: Verlängerter freier Abschnitt der Vertikalträger eines Seitenrahmens
28: Deckelrahmen
30: Längsträger des Deckelrahmens
32a - 32e: Querträger des Deckelrahmens, Führungselemente
34: Türrahmen
36: Erste Vertikalstrebe des Türrahmens
37: Zweite Vertikalstrebe des Türrahmens
38: Erste Horizontalstrebe des Türrahmens
39: Zweite Horizontalstrebe des Türrahmens
40: Kippachse für den Aufnahmekäfig am fahrzeugfesten Tragrahmen
42: Steuergerät
44: Steuerleitungen
45: Sensorleitungen
46a - 46b: Übergabestationsferne Anschlagelemente am Tragrahmen 6
46c - 46d: Übergabestationsnahe Anschlagelemente am Tragrahmen 6
48: Kippaktuator, doppeltwirksamer Stellzylinder
50: Befestigungspunkt für den Kippaktuator
52: Käfigseitiger Verriegelungsaktuator, einfachwirksamer Stellzylinder
53: Verriegelungsblock
54: Kreuzhebel
55: Tragarm am Querträger 19a
56: Erster Sperrbolzen am Kreuzhebel 54
57: Zweiter Sperrbolzen am Kreuzhebel 54
58: Führungsbohrung im ersten Längsträger 10a des ersten Seitenrahmens 10
59: Führungsbohrung im ersten Längsträger 12a des zweiten Seitenrahmens 12
60: Verriegelungsbohrung im ersten Längsträger 16 des Tragrahmens 6
61: Verriegelungsbohrung im zweiten Längsträger 17 des Tragrahmens 6
62: Hubaktuator zum Anheben des Deckelrahmens
64: Schwenkachse des Türrahmens 34
66: Türaktuator
68: Erster türseitiger Verriegelungsaktuator
69: Zweiter türseitiger Verriegelungsaktuator
70: Sperrbolzen am ersten Verriegelungsaktuator 68
71: Sperrbolzen am zweiten Verriegelungsaktuator 69
72: Erstes elektrisches Kontaktelement
74: Zweites elektrisches Kontaktelement
76: Kontaktaktuator, einfachwirksamer Stellzylinder
78: Erster Positionssensor
80: Zweiter Positionssensor, QR-Code-Scanner
82: Stirnseitige Anschlagelemente
84a - 84d: Anschlagelemente am Deckelrahmen 28
86a - 86c: Anschlagelemente am Türrahmen 34

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 2717768 B2 [0003]
DE 102012205414 B3 [0003]
DE 102013020928 A1 [0005]
DE 202016006076 U1 [0006]
DE 102017121571 A1 [0007]
DE 102009025051 A1 [0008]

Claims

Aufnahmeeinrichtung (2) für ein austauschbares Batteriemodul (4) an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug, welche quer zur Längsrichtung des Fahrzeugs an diesem angeordnet sowie dazu ausgebildet ist, ein Batteriemodul (4) von einem Handhabungsgerät einer externen Übergabestation zu übernehmen und dieses in eine Lagerposition zu bringen, das Batteriemodul mechanisch zu fixieren und an ein elektrisches Traktionsbordnetz des Fahrzeugs anzuschließen, sowie dazu ausgebildet ist, das Batteriemodul (4) von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs zu trennen, das Batteriemodul (4) aus der mechanischen Fixierung zu lösen sowie in eine Übergabeposition zu bringen, und das Batteriemodul (4) an das Handhabungsgerät der Übergabestation zu übergeben, gekennzeichnet durch einen am Fahrzeug befestigten Tragrahmen (6), einen daran angeordneten Aufnahmekäfig (8) zur Aufnahme, Lagerung und Herausgabe des Batteriemoduls (4), und ein Steuergerät (42), welches über Steuerleitungen (44) mit Aktuatoren (48, 62, 66, 68, 69, 76) verbunden ist, wobei an dem Aufnahmekäfig (8) ein Türrahmen (34) angeordnet ist, welcher mittels wenigstens eines Türaktuators (66) in eine Öffnungsposition sowie in eine Schließ- und Fixierposition bringbar ist, und wobei das Batteriemodul (4) mittels eines Kontaktaktuators (76) wechselweise von dem elektrischen Traktionsbordnetz des Fahrzeugs elektrisch abtrennbar sowie mit diesem elektrisch verbindbar ist.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass an der Oberseite des Aufnahmekäfigs (8) zusätzlich ein Deckelrahmen (28) angeordnet ist, welcher von Bauteilen des Aufnahmekäfigs (8) geführt an diesem hoch und herunter bewegbar ist.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelrahmen (28) mittels mindestens eines Hubaktuators (62) wechselweise anhebbar oder absenkbar ist, und dass der Deckelrahmen (28) im abgesenkten Zustand ein in seiner Lagerposition befindliches Batteriemodul (4) mechanisch fixiert.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekäfig (8) an einer Kippachse (40) des Tragrahmens (6) kippbar gelagert ist, und dass diese Kippachse (40) quer zur Längserstreckung des Aufnahmekäfigs (8) ausgerichtet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekäfig (8) zwei Seitenrahmen (10, 12) aufweist, dass die beiden Seitenrahmen (10, 12) jeweils aus mehreren zueinander beabstandeten Längsträgern (10a, 10b, 12a) und mehreren damit fest verbundenen sowie zueinander beabstandeten Vertikalträgern (11a, 11b, 11c, 11d, 11e) bestehen, dass die beiden Seitenrahmen (10, 12) mittels tragarmseitigen Querträgern (19a, 19b, 19c) fest miteinander verbunden sind, und dass die beiden Seitenrahmen (10, 12) an türrahmenfernen Vertikalträgern (11a) mittels stirnseitigen Querstreben (13, 14) fest miteinander verbunden sind.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelrahmen (28) aus zwei Längsträgern (30) und diese beiden Längsträger (30) fest miteinander verbindenden Querträgern (32a - 32e) aufgebaut ist, dass zur vertikalbeweglichen Führung des Deckelrahmens (28) die Vertikalträger (11a - 11e) der beiden Seitenrahmen (10, 12) des Aufnahmekäfigs (8) in Bezug zu deren oberen, zweiten Längsträger (10b) jeweils einen verlängerten freien Abschnitt (26a - 26e) aufweisen, und dass die Querträger (32a - 32e) des Deckelrahmens (28) als Führungselemente ausgebildet sind, welche die verlängerten Abschnitte (26a - 26e) der Vertikalträger (11a - 11e) der Seitenrahmen (10, 12) spielbehaftet in sich aufnehmen.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der Ansprüche 2, 5 und 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Querträger (32a - 32e) des Deckelrahmens (28) als nach unten offene U-Profile ausgebildet sind, in welche die verlängerten freien Abschnitte (26a - 26e) der Vertikalträger (11a - 11e) der beiden Seitenrahmen (10, 12) spielbehaftet hinein ragen.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Türrahmen (34) aus Vertikalstreben (36, 37) und Querstreben (38, 39) aufgebaut ist, und dass der Türrahmen (34) am Deckelrahmen (28) mittels einer Schwenkachse (64) schwenkbar gelagert ist.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Kippaktuator (48) vorhanden ist, dessen Stellglied mit zumindest einem der beiden Längsträger (10a, 10b) der beiden Seitenrahmen (10, 12) des Aufnahmekäfigs (8) verbunden ist, wobei der Kippaktuator (48) derart ausgebildet ist, dass dieser im unbetätigten Zustand den Aufnahmekäfig (8) federbelastet in einer horizontalen Mittenlage hält und betätigt um die Kippachse (40) wechselweise kippen kann.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnahmekäfig (8) in seiner horizontalen Mittenlage mittels eines Verriegelungsaktuators (52) mit dem Tragrahmen (6) wechselweise verriegelbar oder entriegelbar ist, und dass der Verriegelungsaktuator (52) als Elektromagnet oder als einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden Längsträger (10a, 10b) der beiden Seitenrahmen (10, 12) des Aufnahmekäfigs (8) Transportrollen (20) angeordnet und an den beiden Längsträgern (10a, 10b) drehbar gelagert sind, wobei der Abstand der Transportrollen (20) zueinander so gering ist, dass eine Rollenbahn ausgebildet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Türrahmen (34) mittels mindestens eines Verriegelungsaktuators (68, 69) wechselweise mit zumindest einem der Längsträger (10a, 12a) der beiden Seitenrahmen (10, 12) verriegelbar oder entriegelbar ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein innerer Positionssensor (78) zur Ermittlung eines in der Lagerposition befindlichen Batteriemoduls (4) an einer stirnseitigen Querstrebe (13, 14) des Aufnahmekäfigs (8) angeordnet ist, und dass dieser innere Positionssensor (78) als ein Mikroschalter oder als ein induktiv oder kapazitiv wirksamer Näherungssensor ausgebildet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein äußerer Positionssensor (80) zur Ermittlung der Anwesenheit einer benachbarten Übergabestation stirnseitig an einem Längsträger (10a, 12a) eines Seitenrahmens (10, 12) angeordnet ist, und dass dieser äußere Positionssensor (80) als ein QR-Code-Scanner ausgebildet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längsträger, Vertikalträger, Querträger, Vertikalstreben und Horizontalstreben (10a, 10b; 11a, 11b, 11c, 11d, 11e; 13, 14; 30, 32a, 32b, 32c, 32d, 32e, 36, 37, 38, 39) der beiden Seitenrahmen (10, 12), des Deckelrahmens (28) und des Türrahmens (34) als aus Stahlblech bestehende Vierkantrohre ausgebildet und zur Bildung der Seitenrahmen (10, 12), des Deckelrahmens (28) und des Türrahmens (34) miteinander verschweißt und/oder verschraubt und/oder vernietet sind.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippaktuator (48) als ein doppeltwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist, und dass der Kippaktuator (48) mit seinem einen Ende gelenkig an einem fahrzeugfesten Befestigungspunkt (50) sowie mit seinem anderen Ende an einem überkragenden Ende eines der beiden Längsträger (10a, 12a) der beiden Seitenrahmen (10, 12) angeordnet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippbereich des Aufnahmekäfigs (8) in dessen Längserstreckung gesehen beidseitig durch an dem fahrzeugfesten Tragrahmen (6) angeordnete Anschlagelemente (46a, 46b, 46c, 46d) begrenzt ist, und dass der Kippbereich auf jeweils einen solchen Neigungswinkel begrenzt ist, bei dem ein Batteriemodul (4) durch sein Eigengewicht gerade noch selbsttätig auf den Transportrollen (20) in den Aufnahmekäfig (8) hineinrollt oder hinausrollt.
Aufnahmeeinrichtung nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Kippbereich des Aufnahmekäfigs (8) beidseitig auf jeweils 3° begrenzt ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verriegelung des Aufnahmekäfigs (8) ein Verriegelungsaktuator (52) vorhanden ist, dass der Verriegelungsaktuator (52) an einem die beiden Längsträger (10a, 12a) der beiden Seitenrahmen (10, 12) verbindenden Querträger (19a) befestigt ist, dass das Stellelement des Verriegelungsaktuators (52) gelenkig mit dem Stellhebel eines Kreuzhebels (54) verbunden ist, welcher mittig um eine vertikale Achse schwenkbar an dem Querträger (19a) gelagert ist, dass an den beiden freien Enden des Kreuzhebels (54) jeweils ein Sperrbolzen (56, 57) angeordnet oder ausgebildet ist, dass die beiden Sperrbolzen (56, 57) jeweils in einer Führungsbohrung (58, 59) des zugeordneten Längsträgers (10a, 12a) der Seitenrahmen (10, 12) geführt sind, und dass bei unbetätigtem Verriegelungsaktuator (52) die Sperrbolzen (56, 57) federbelastet in eine zugeordnete Verriegelungsbohrung (60, 61) in dem fahrzeugfesten Tragrahmen (6) eingreifen sowie bei betätigtem Verriegelungsaktuator (52) aus der jeweiligen Verriegelungsbohrung (60, 61) herausgezogen sind.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Deckelrahmen (28) mittels Federkraft in einer das Batteriemodul (4) mechanisch fixierenden unteren Position gehalten wird, und dass beidseitig jeweils mindestens ein als Elektromagnet oder einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildeter Hubaktuator (62) mit seinem einen Ende an einem Vertikalträger (11c) eines Seitenrahmens (10, 12) sowie mit seinem anderen Ende an dem benachbarten Längsträger (30) des Deckelrahmens (28) angeordnet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Türrahmen (34) mittels Federkraft geschlossenen gehalten wird, dass zum Öffnen des Türrahmens (34) wenigstens ein Türaktuator (66) gelenkig mit seinem einen Ende an einem Vertikalträger (11d) eines Seitenrahmens (10) und mit seinem anderen Ende gelenkig an einer Vertikalstrebe (36) des Türrahmens (34) befestigt ist, und dass der zumindest eine Türaktuator (66) als ein einfachwirksamer, hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Verriegelung des Türrahmens (34) in einem unteren Abschnitt der Vertikalstreben (36, 37) des Türrahmens (34) jeweils ein federbelasteter, von einem einfachwirksamen Verriegelungsaktuator (68, 69) verschiebbarer Sperrbolzen (70, 71) angeordnet ist, dass die Sperrbolzen (70, 71) bei abgesenktem Deckelrahmen (28) und geschlossenem Türrahmen (34) bei kraftlos geschaltetem Verriegelungsaktuator (68, 69) jeweils in eine Verriegelungsbohrung eingreifen, welche in den zugeordneten Längsträgern (10a, 12a) der Seitenrahmen (10, 12) ausgebildet sind, dass die Sperrbolzen (70, 71) bei kraftführend geschaltetem Verriegelungsaktuator (68, 69) in die Vertikalstreben (36, 37) des Türrahmens (34) eingezogen sind, und dass die Verriegelungsaktuatoren (68, 69) am Türrahmen (34) als Elektromagneten oder als einfachwirksame hydraulische oder pneumatische Stellzylinder ausgebildet sind.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente (72) in der Lagerposition des Batteriemoduls (4) mittels Federkraft an die elektrischen Kontaktelemente (74) des Batteriemoduls (4) angedrückt werden sowie mittels eines einfachwirksamen Kontaktaktuators (76) von den Kontaktelementen (74) des Batteriemoduls (4) lösbar sind, und dass der Kontaktaktuator (76) als Elektromagnet oder als einfachwirksamer hydraulischer oder pneumatischer Stellzylinder ausgebildet ist.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der zum Batteriemodul (4) weisenden Innenseite der Rahmenbauteile des Aufnahmekäfigs (8), des Deckelrahmens (28) und des Türrahmens (34) Anschlagelemente (82; 84a, 84b, 84c, 84d; 86a, 86b, 86c, 86d) aus einem elastischen Material angeordnet sind.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an der zum Batteriemodul (4) weisenden Innenseite zumindest einiger Vertikalstreben (10a, 12a) der Seitenrahmen (10, 12) Halteelemente aus einem reibungsarmen Material angeordnet sind.
Aufnahmeeinrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Türrahmen (34) und dessen Verriegelungsbauteile derart robust ausgebildet sind, dass der Türrahmen (34) eine Unterfahrschutzvorrichtung des Fahrzeugs bildet.
Verfahren zur Steuerung einer Aufnahmeeinrichtung (2) für ein elektrisches Batteriemodul (4) an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug gemäß einem der Vorrichtungsansprüche bei einem Austausch eines entladenen Batteriemoduls gegen ein geladenes Batteriemodul, dadurch gekennzeichnet, dass zum Entfernen des Batteriemoduls (4) aus dem Aufnahmekäfig (8) des Fahrzeugs bis zur Übernahme des Batteriemoduls (4) durch ein Handhabungsgerät einer externen Übergabestation die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: a) Lösen der fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente (72) von den elektrischen Kontaktelementen (74) des Batteriemoduls (4) durch eine energetische Versorgung des Kontaktaktuators (76), b) Entriegeln des Türrahmens (34) durch eine energetische Versorgung der türseitigen Verriegelungsaktuatoren (68, 69), c) Öffnen des Türrahmens (34) durch eine energetische Versorgung des zumindest einen Türaktuators (66), d) Anheben des Deckelrahmens (28) und damit Lösen der Fixierung des Batteriemoduls (4) durch eine energetische Versorgung des wenigstens einen Hubaktuators (62), e) Entriegin des Aufnahmekäfigs (8) durch eine energetische Versorgung des käfigseitigen Verriegelungsaktuators (52), f) Kippen des Aufnahmekäfigs (8) nach außen bis an die übergabestationsnahen Anschlagelemente (46c, 46d) durch eine diesbezügliche Ansteuerung des Kippaktuators (48).
Verfahren zur Steuerung einer Aufnahmeeinrichtung (2) für ein elektrisches Batteriemodul (4) an einem elektrisch antreibbaren Fahrzeug gemäß einem der Vorrichtungsansprüche bei einem Austausch eines entladenen Batteriemoduls gegen ein geladenes Batteriemodul, dadurch gekennzeichnet, dass zum Einbau eines geladenen Batteriemoduls (4) in den Aufnahmekäfig (8) nach einer Übernahme des geladenen Batteriemoduls (4) von dem Handhabungsgerät der externen Übergabestation die folgenden Verfahrensschritte durchgeführt werden: g) Kippen des Aufnahmekäfigs (8) nach innen bis an die übergabestationsfernen Anschlagelemente (46a, 46b) durch eine diesbezügliche Ansteuerung des Kippaktuators (48), h) sobald mittels des inneren Positionssensors (78) das Erreichen der Lagerposition durch das Batteriemodul (4) erkannt wurde, absenken des Deckelrahmens (28) und damit Fixieren des Batteriemoduls (4) durch eine energetische Abschaltung des zumindest einen Hubaktuators (62), i) Kippen des Aufnahmekäfigs (8) in seine horizontale Mittenlage durch eine diesbezügliche Ansteuerung des Kippaktuators (48), j) Verriegeln des Aufnahmekäfigs (8) durch eine energetische Abschaltung des käfigseitigen Verriegelungsaktuators (52), k) Schließen des Türrahmens (34) durch eine energetische Abschaltung des zumindest einen Türaktuators (66), l) Verriegeln des Türrahmens (34) durch eine energetische Abschaltung der türseitigen Verriegelungsaktuatoren (68, 69), m) Andrücken der fahrzeugseitigen elektrischen Kontaktelemente (72) an die elektrischen Kontaktelemente (74) des Batteriemoduls (4) durch eine energetische Abschaltung des Kontaktaktuators (76).