DE2558456C2

DE2558456C2 - Energiespeicher für Elektrofahrzeuge

Info

Publication number: DE2558456C2
Application number: DE2558456A
Authority: DE
Inventors: Dieter Ing.(grad.) 5790 Brilon Hasenauer
Original assignee: Accumulatorenwerk Hoppecke Carl Zoellner and Sohn KG
Current assignee: Accumulatorenwerk Hoppecke Carl Zoellner and Sohn KG
Priority date: 1975-12-23
Filing date: 1975-12-23
Publication date: 1982-05-06
Also published as: DE2558456A1

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher für Elektrofahrzeuge mit Akkumulatorenbatterien in Form von mehreren separat handhabbaren Untereinheiten, deren Endkontakte mit entsprechenden Gegenkontakten im Fahrzeug für einen automatischen elektrischen Anschluß korrespondieren, wobei die Untereinheiten von beiden Seiten des Fahrzeugs quer zu dessen Längsachse einschiebbar sind.

Für den wirtschaftlichen Einsatz von Elektrofahrzeugen ist die Fertigung von kostengünstigen und wartungsarmen Energiespeichern eine wichtige Voraussetzung. Diese Energiespeicher sollen ein günstiges Leistungsgewicht aufweisen und einfach zu handhaben, d. h. an das Fahrzeug anzuschließen, auszuwechseln, aufzuladen und zu warten, sein. Heute benutzte Elektrofahrzeuge sind in einem Fahrzeughohlraum mit einem Trog ausgerüstet, in welchen eine Vielzahl von Traktionsbatterien eingesetzt und durch Kabelverbinder miteinander verbunden sind. An die Ausbildung dieser bekannten Tröge sind Anforderungen gestellt, die Nachteile für die Herstellung und den Betrieb eines derart aufgebauten Energiespeichers haben. So müssen zum Schutz gegen Korrosion und zur elektrischen Isolation die Tröge innen mit Kunststoff oder Gummi in ausreichender Dicke ausgekleidet werden, müssen Tragealemente am Trog zur Durchführung des Trogtransportes vorhanden sein und muß die Festigkeit des Troges durch Versteifungen gewährleistet sein. Nachteiis Hg ist daher an den bekannten Trog-Energiespeichern das hohe Gewicht des Troges, welches erforderlich ist, um die notwendige Festigkeit zur Handhabung des Troges gemeinsam mit den Traktionsbatterien sicherzustellen, ferner die Schwierigkeit der Handhabung und die Notwendigkeit, schwere Hebezeuge zum Transport verwenden zu müssen. Schließlich ist nachteilig die teure Fertigung durch die große Zahl der von Hand anzubringenden Verbinder, welche die einzelnen Traktionsbatterien zu dem Gesamtenergiespeicher zusammenfassen.

Ferner ist ein Energiespeicher der eingangs genannten Art aus der FR-PS 9 72 461 bekannt. Nachteilig ist jedoch, daß die Endkontakte jeder Batterie auf einander gegenüberliegenden Seiten in übereinander versetzten Ebenen angeordnet sind, so daß sich eine komplizierte Führung der innenliegenden Zellenverbinder ergibt, die notwendigerweise auch der Forderung nach Bereitstellung leichter Akkumulatorenbatterien entgegensteht. Die Endkontakte liegen offen, so daß die elektrische Kontaktierung unsicher und kurzschlußempfindlich ist. Schließlich erfolgt die elektrische Kontaktierung nur durch das Aneinanderliegen von flächig ausgebildeten Endkontakten an vorspringenden Stromabnahmen, woraus sich schwerwiegende Nachteile für die Stromübertragung ergeben und darübes' hinaus eine genaue Positionierung der Untereinheit erforderlich ist, um überhaupt einen Stromanschluß sicherzustellen.

Auch an dem in der US-PS 11 65 784 vorgeschlagenen Elektrofahrzeug ist die elektrische Verbindung von einzelnen Batterien kompliziert und ungünstig, da die Endkontakte auf der Oberseite der Batterien ausgebildet sind und von diesen Endkontakten zwei Kabel zu Kontaktvorrichtungen führen, die am rückwärtigen Ende des Batteriewagens befestigt sind. Es handelt sich um einfache elektrische Anschlüsse, die entfernt von den Batterien und mit diesen durch Kabel verbunden an irgendeiner Fahrzeugwand zu befestigen sind.

Schließlich ist in der DE-PS 9 11 026 eine Batterie beschrieben, die Endanschlüsse an entgegengesetzen Enden des sich längs einer Seite der Batterie erstreckenden Kontaktkanals aufweist. Mit einer solchen Kontaktierung ist ein automatischer elektrischer Anschluß an ein Elektrofahrzeug nicht möglich, bei dem die Untereinheiten von beiden Seiten des Fahrzeugs quer zu dessen Längsachse einschiebbar sind. Jeweils ein Endkontakt der Untereinheit würde an der Außenseite befindlich sein.

Der Erfindung liegt gegenüber diesem Stand der Technik die Aufgabe zugrunde, eine einfache und sichere elektrische Einschubverbindung zu schaffen, mit der die Untereinheiten miteinander als auch in ihrer Gesamtheit mit dem Bordnetz des Fahrzeugs zu koppeln sind, wobei der Energiespeicher ein günstiges

Leistungsgewicht besitzen soll und ohne besondere Hebezeuge aus dem Fahrzeug heraus und in das Fahrzeug hinein transportierbar sein soll.

Die Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Maßnahmen derart gelöst, daß zur elektrischen Verbindung der Untereinheiten miteinander und mit dem Fahrzeug ein Verbindungsteil vorgesehen ist, der aus zwei gleichförmig ausgebildeten, spiegelsymmetrisch angeordneten und miteinander befestigten Kunststoffteilen besteht, die sieh in der Mitte des Fahrzeugs in Fahrzeuglängsrichtung erstrekken und jeweils Stecker aufweisen, die bei eingeschobenen Untereinheiten in Steckbuchsen eingreifen, welche an der nach innen weisenden Frontseite des Behälters jeder Untereinheit angeordnet sind, daß zwischen beiden Teilen des Verbindungsteiles Aussparungen vorgesehen sind, weiche flexible elektrische Verbinder für die Untereinheiten aufnehmen, und daß die Behälter der Untereinheiten an den beiden einander entgegengesetzten Frontseiten jeweils mit Griffleisten versehen sind.

Durch das Prinzip der Erfindung, separat handhabbare Untereinheiten anstelle eines Batterietrcges vorzusehen, wird erhebliches Gewicht insgesamt eingespart und eine leichte Handhabung aufgrund der Tatsache erreicht, daß die Behälter der Untereinheiten an den beiden einander entgegengesetzten Frontseiten jeweils mit Griffleisten versehen sind. Die Kontaktierung ist durch die Erfindung wesentlich vereinfacht und elektrisch außerordentlich sicher, da die Endkontakte an einer einzigen, im Einbauzustand innenliegenden Stirnseite ausgebildet sind, welche mit einem mittig in Fahrzeuglängsrichtung fest angeordneten Adapterteil korrespondieren, das an der am meisten geschützten Stelle des Fahrzeugs sämtliche elektrischen Verbindungsteile zur Kontaktierung mit dem Bordnetz enthält. Eine einfache Einschubverbindung dient dazu, die Untereinheiten miteinander als auch in ihrer Gesamtheit elektrisch mit dem Bordnetz des Fahrzeugs zu koppeln, wobei beim Herausziehen einer Untereinheit diese automatisch von der hohen Fahrzeugspannung abgetrennt wird. Ein erhebliches Sicherheitsmoment stellt dabei dar, daß die elektrischen Verbindungsteile weit entfernt und abgedeckt durch die Untereinheit selbst vom Benutzer angeordnet sind.

Zweckmäßige Ausgestaltungen dieses Erfindungsgegenstandes sind in den Unteransprüchen beansprucht. So v/ird durch die besondere Griffleistenausbildung und die Integrierung der Stsckbuchsen in den Griffleisien bzw. einer Querleiste erreicht, daß auch bei rauhem Lager- und Montagebetrieb die Kontakte nicht beschädigt werden können. Die Gefahr eines Kurzschlusses wird vermieden. Die dabei vorgesehene schwimmende Anordnung der Stecker im Verbindungsteil erleichtert eine exakte Kontaktierung.

Die Bewegung des Hereinschiebens und des Herausziehens einer Untereinheit aus dem Fahrzeug soll zwingend derart ablaufen, daß ein einwandfreier Kontakt erzielt wird und außerdem in waagerechter und senkrechter Richtung eine sichere Fixierung der Einschubstellung in bezug zum mit dem Fahrzeug fest verbundenen Verbindungsteil gewährleistet ist. Diesem Zweck dienen waagerecht und senkrechte Fixierleisten am Verbindungsteil, die mit entsprechenden Aussparungen des Batteriegehäuses, insbesondere den Aussparungen zusammenwirken, die durch die Griffleisten und obere Querleiste gebildet sind. Die zusammenwirken den Fixierteile können konisch ausgebildete Flächen aufweisen, die beim Einschieben der Untereinheit zentrierend und in die feste Kontaktverbindung führend wirken. Die waagerecht verlaufenden Fixierleisten sorgen darüber hinaus in der Einschubstellung der Untereinheit dafür, daß die Kontaktverbindung z. B. bei Erschütterungen nicht belastet wird.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus dec nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnung, in der ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Energiespeichers schematisch dargestellt i>t_ In der Zeichnung zeigt

F i g. 1 ein Elektrofahrzeug mit einem Energiespeicher, schematisch,

F i g. 2 das Fahrzeug der F i g. 1 in einer Ansicht von hinten, schematisch,

F i g. 3 die elektrische Verbindung von Untereinheiten des Energiespeichers im Ver'oindungsteil, schematisch,

Fig.4 eine perspektivische Ansicht eines Energiespeichers mit zwei entfernten Untereinheiten,

F i g. 5 eine Untereinheit in perspektivischer Ansicht und

Fig.6 eine Schnittansicht durch eine Untereinheit und ein Verbindungsteil zur Verdeutlichung der Kontaktierung.

Der als Ausführungsbeispiel gezeichnete Energiespeicher 1 besteht aus sechs 12zelligen Untereinheiten 2, die von beiden Seiten in das Elektrofahrzeug 3 in einen für die Aufnahme des Energiespeichers vorgesehenen Unterflur-Hohlraum eingeschoben werden können. Eine Untereinheit 2 dieser Art hat folgende Nenn- und Betriebsdaten:

Es müssen sechs Untereinheiten 2 elektrisch hintereinander geschaltet werden, um die für einen Energiespeicher für Elektrofahrzeuge derzeit geforderte Nennspannung von 144 V zu erreichen.

Die Untereinheit 2 besteht aus einem geschäumten Kunststoffbehälter 4, einem damit verschweißten Monodeckel 5, darauf aufgesetzten Rekombinationsvorrichtungen 6 und den (nicht dargestellten) Zellenelementen. Deren Einbauräume sind in dem Behälter 4 integriert.
Nach dem Einbau der Zellenelemente wird die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Zellen durch verschweißte Wandverbindungen hergestellt. Hiernach kann der Monodeckel 5 aufgeschweißt werden. Der Monodeckel 5 ist mit der Zahl der Zellen entsprechenden Löchern versehen, in welche Gewindeeinsätze mit eingeschäumt sind. Mit diesen werden die Verbindungsstut?en der Rekombinationsvorrichtungen verschraubt oder anderweitig verbunden.

Wie aus Fig.5 der Zeichnung erkennbar ist, sind frontseitig in der Untereinheit 2 Steckbuchsen 7 angeordnet. Di-se bestehen aus einem vorgefertigten Kupferteil 16 mit angegossenem Bleiende 17, welches in ein im Behälter 4 ausgebildetes Loch 18 im Paßsitz eingesetzt wird und dessen Bleiende 17 ;nit der Polfahne verschweißt wird.

Durch die stirnseitig angeordneten Endkontakte der Untereinheit 2 in Form der Steckbuchse 7 kann die Untereinheit 2 beim Einschieben in den Hohlraum des Fahrzeugs automatisch über einen im Fahrzeug

Nennspannung	24 V
Zellenzahl	12(Pb/H₂SO4)
Nennkapazität	ca. 150 Ah
Gewicht	ca. 120 kg

eingebauten Steckkontakt (z.B. MC-Kontakt) an das Bordnetz des Fahrzeugs angeschlossen werden, wie weiter unten noch näher verdeutlicht wird.

Der Behälter 4 der Untereinheit 2 ist an den einander gegenüberliegenden Stirnseiten mit je zwei senkrecht verlaufenden Griffleisten 8 versehen, die etwas nach innen gerückt angeordnet sind und oben durch eine sich über die gesamte Seitenlänge erstreckende Querleiste 9 verbunden sind. Die Griffleisten und die Querleiste sind einstückig mit dem Behälter 4 ausgebildet. Sowohl das Ziehen der Untereinheit in horizontaler Richtung mit Hilfe der Griffleisten 8 als auch das Anheben mit Hilfe der Querleisten 9 ist in einfacher Weise möglich, ohne daß die Hände der Bedienungsperson durch Fahrzeugteile oder Teile des Energiespeichers behindert werden.

Die frontseitige Ausbildung der Griffanordnung ist geringfügig von der rückseitigen dadurch verschieden, daß die obere Querleiste 9 außenseitig verstärkt ist und in die Verstärkung die Steckbuchsen 7 integriert sind.

Zusätzliche Aussparungen an den Griffleisten 8 und der Querleiste 9 können für eine Verriegelung, einen automatischen Transport oder für ein Anheben mit einem Hebegeschirr vorgesehen werden. Sollen die Untereinheiten 2 für eine Wechseltechnik ausgerüstet werden, müssen Wechseleinrichtungen geschaffen werden, die alle sechs Untereinheiten automatisch nacheinander oder zusammen austauschen können.

In dem Hohlraum des Fahrzeugs 3, der den Energiespeicher 1 aufnimmt, ist mittig in Fahrzeugslängsrichtung ein Verbindungsteil 10 befestigt. Das Verbindungsteil 10 besteht aus zwei gleich ausgebauten brettartigen Stücken aus Kunststoff, die mit ihren Rücken aneinander durch Schrauben 11 zu einer Einheit verbunden sind. Zwischen den beiden Stücken verbleibt ein Hohlraum 12. der geeignet ist, gemäß Fig. 3 der Zeichnung die Verbindungen der einzelnen Untereinheiten 2 miteinander durch flexible Leitungen aufzunehmen. Zu beiden Seiten wird zu den Untereinheiten 2 der elektrische Kontakt durch Stecker 13 hergestellt, die mit den Steckbuchsen 7 zusammenwirken. Die Stecker 13 sind schwimmend in Gummi gelagert in das Verbindungsteil 10 eingebaut. Hierzu ist gemäß Fig.6 der Zeichnung der Stecker 13 mit zylindrischem, abgerundetem Vorderende ausgebildet, das über einen Sechskantbereich 19 verdrehsicher im Mittelstück 10 gehalten ist. und ist das hintere Ende von einem im Querschnitt U-förmigen Gummiring 20 umgeben, welcher ebenfalls gummigelagert (Bezugszeichen 21) ist. Die Befestigung erfolgt mittels einer Mutter 22. wobei zwischen Unterlegscheiben der elektrische Kontakt 23 gehalten ist.

Aus Fig.4 der Zeichnung ist erkennbar, daß zur Untereinheit 2 hingewandt senkrechte und waagerechte Fixierleisten 14 einstückig mit dem Verbindungsteil 10 ausgebildet sind. Diese Fixierleisten korrespondieren mit der Ausbildung und dem Verlauf der Griffleisten 8 und Querleisten 9 derart, daß der Einschiebvorgang der Untereinheit 2 durch geringe Konizität der korrespondierenden Flächen geführt ist, eine sichere Kontaktierung erreicht wird und im Betriebszustand ein fester Sitz gewährleistet ist, der die Steckverbindung belastungsfrei hält. Eine Fixierleiste kann auch gemäß Fig.6, Bezugsziffer 24, vorgesehen sein.

Ferner sind Flansche 15 aus Kunststoff einstückig mit dem Verbindungsteil 10 zur Befestigung des Verbindungsteils 10 am Fahrzeug vorgesehen.

Durch die Unterteilung des Energiespeichers 1 in Untereinheiten 2 kann die Herstellung der Untereinheiten in der Anwendung der heute bei Starterbatterien üblichen Fertigungstechnologien durchgeführt werden. Dies ist z. B. das elektrische Verbinden der einzelnen Zellen durch verschweißte Wandverbindungen oder das Verschv/eißen des Monodeckels mit dem Behälter. Der Einbau des Energiespeichers 1 mit den Untereinheiten 2 in das Elektrofahrzeug 3 erfolgt mit Hilfe des Verbindungsteils 10 in einfacher und sicherer Weise. Durch die Kontaktierung der Untereinheiten im Innenteil des Fahrzeugs wird ein hohes Maß an elektrischer Sicherheit erreicht. Dies ist besonders wichtig, um bei Unfällen Kurzschlüsse zu vermeiden.

Eine Berührung der im Fahrzeug eingebauten Kontakte im täglichen Betrieb ist nicht möglich und es fin&t beim Herausziehen der Untereinheiten eine automatische elektrische Trennung statt.

Das Nachladen der Speicher-u'niereinneiien 2 kann außerhalb des Fahrzeugs oder im Fahrzeug eingebaut erfolgen. Zum Beispiel kann im Fahrzeug selbst ein Ladegerät eingebaut sein. Insbesondere ist durch die Verwendung der Rekombinationsvorrichtungen vorteilhaft, diese zur Steuerung des Ladevorgangs hinzuzuzie-

hen. Es wird ein Schutz gegen Überladung und eine temperaturabhängige Begrenzung des Ladestromes in einfacher Weise ermöglicht.

Es sei darauf hingewiesen, daß es grundsätzlich möglich ist, den Energiespeicher der Erfindung direkt am Netz ohne Transformator nachzuladen. Dies ist durch die sehr gute Isolierung der Untereinheiten möglich Hierbei ist es aber sinnvoll, die Ladespannung durch einen Triacsteller (bei kleinen Ladeströmen) oder durch einen Thyristorsteller (bei großen Ladeströmen) zu begrenzen.

Es ist ferner möglich, in die Untereinheiten 2 Kühlrohre mit einzuschäumen, so daß die Akkumulatorenbatterien über stirnseitige Anschlußkupplungen an eine im Fahrzeug eingebaute Wasserkühlung angeschlossen werden können.

Zusammengefaßt läßt sich das erfindungsgemäße Energiekonzept mit folgenden Merkmalen beschreiben: Es findet eine Unterteilung des Gesamtenergiespeichers in Untereinheiten statt. Jede einzelne Untereinheit weist einen Kunststoffbehälter mit Steckverbindung zu den im Mittelteil des Fahrzeugs in einem separaten Verbindungsteil angeordneten elektrischen Kontakten auf. Durch den festen Einbau des Verbindungsteüs in das Fahrzeug wird eine hohe elektrische Sicherheit in

so Verbindung mit einer Fahrzeugversteifung erreicht. Die Kontaktierung der Untereinheiten erfolgt in einfacher Weise.

Die Handhabung ist durch einfaches Einschieben und Herausnehmen der Untereinheiten mit günstiger Griffanordnung, Einzelverriegelung und Bewegungsführung erleichtert. Durch die Verwendung von Rekombinationsvorrichtungen können die Wartungsintervalle verlängert werden und wird das Austreten von Säurenebeln und von Wasserstoff in den Fahrzeughohlraum verhindert Die Aufladung kann in üblicher Weise oder schonend durch Verwendung von Ladegeräten durchgeführt werden, die durch die Rekombinatoren gesteuert sind. Die Herstellung ist durch die Anwendung der Fertigungstechnologien von Starterbatterien erleichtert

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Energiespeicher für Elektrofahrzeuge mit Akkumulatorenbatterien in Form von mehreren separat handhabbaren Untereinheiten, deren Endkontakte mit entsprechenden Gegenkontakten im Fahrzeug für einen automatischen elektrischen Anschluß korrespondieren, wobei die Untereinheiten von beiden Seiten des Fahrzeugs quer zu dessen Längsachse einschiebbar sind, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Maßnahmen, daß zur elektrischen Verbindung der Untereinheiten (2) miteinander und mit dem Fahrzeug (3) ein Verbindungsteil (10) vorgesehen ist, der aus zwei gleichförmig ausgebildeten, spiegelsymmetrisch angeordneten und miteinander befestigten Kunststoffteilen besteht, die sich in der Mitte des Fahrzeugs (3) in Fahrzeuglängsrichtung erstrecken und jeweils Stecker (13) aufweisen, die bei eingeschobenen Untereinheiten (2) in Steckbuchsen (7) eingreifen, welche as? der nach innen weisenden Frontseite des Behälters (4) jeder Untereinheit (2) angeordnet sind, daß zwischen beiden Teilen des Verbindungsteiles (10) Aussparungen (12) vorgesehen sind, welche flexible elektrische Verbinder für die Untereinheiten (2) aufnehmen, und daß die Behälter (4) der Untereinheiten (2) an den beiden einander entgegengesetzten Frontseiten jeweils mit Griffleisten versehen sind.

2. Energiespeicher nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an den entgegengesetzten Frontseiten der Untereinheiten je zwei senkrecht verlaufende Griffleir-ten (8) vorgesehen · sind, die durch eine obere Querleiste (9) verbunden sind, wobei die Steckbuchsen (7) ;r den Griffleisten (8) bzw. der Querleiste (9) integriert sind.

3. Energiespeicher nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stecker (13) im Verbindungsteil (10) schwimmend angeordnet sind.

4. Energiespeicher nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verbindungsteil (10) waagerechte und senkrechte Fixierleislen (14) angeordnet sind, die mit entsprechenden Aussparungen des Batteriebehälters (4), insbesondere den Aussparungen zusammenwirken, die durch die Griffleisten (8) und die obere Querleiste (9) gebildet sind.

5. Energiespeicher nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zusammenwirkenden Fixierteile konisch ausgebildete Flächen aufweisen.