DE102021214156A1 - Battery system and use of such and method for operating such - Google Patents

Battery system and use of such and method for operating such Download PDF

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DE102021214156A1
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Gilles Desmond Fomen
Torben Stingl
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Robert Bosch GmbH
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Batteriesystem mit einer Aufnahme (2), in welcher eine Batterie (3), insbesondere mechanisch, reversibel aufnehmbar ist, und mit zumindest einem Arretierungssystem (4), das ein Verschlusselement (5) umfasst, welches mittels einer ersten Kraft (6) in der Art in einer ersten Position anordenbar ist, dass das Verschlusselement (5) die Batterie (3) in der Aufnahme (2) arretiert, und welches mittels einer entgegen der ersten Kraft (6) wirkenden zweiten Kraft (7) in der Art in einer zweiten Position anordenbar ist, dass die Batterie (3) in die Aufnahme (2) hinein einführbar ist oder dass die Batterie (3) aus der Aufnahme (2) heraus entnehmbar ist, wobei die zweite Kraft (7) betragsmäßig größer ist als die erste Kraft (6).The invention relates to a battery system with a receptacle (2) in which a battery (3) can be reversibly received, in particular mechanically, and with at least one locking system (4) which comprises a closure element (5) which can be locked by means of a first force ( 6) can be arranged in a first position in such a way that the closure element (5) locks the battery (3) in the receptacle (2), and which by means of a second force (7) acting against the first force (6) in the Art can be arranged in a second position, that the battery (3) can be inserted into the receptacle (2) or that the battery (3) can be removed from the receptacle (2), the second force (7) being greater in magnitude as the first force (6).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung geht aus von einem Batteriesystem nach Gattung des unabhängigen Anspruchs. Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind auch die Verwendung eines solchen Batteriesystems sowie ein Verfahren zum Betrieb eines solchen Batteriesystems.The invention is based on a battery system according to the species of the independent claim. The present invention also relates to the use of such a battery system and a method for operating such a battery system.

Aus dem Stand der Technik ist bekannt, dass ein Batteriemodul eine Mehrzahl an einzelnen Batteriezellen aufweist, welche jeweils einen positiven Spannungsabgriff und einen negativen Spannungsabgriff aufweisen, wobei zu einer elektrisch leitenden seriellen und/oder parallelen Verbindung der Mehrzahl an Batteriezellen untereinander die jeweiligen Spannungsabgriffe elektrisch leitend miteinander verbunden werden und somit zu dem Batteriemodul zusammengeschaltet werden können. Insbesondere können die Batteriezellen jeweils einen ersten Spannungsabgriff, insbesondere einen positiven Spannungsabgriff, und einen zweiten Spannungsabgriff, insbesondere einen negativen Spannungsabgriff, aufweisen, welche miteinander mittels Zellverbindern elektrisch leitend verbunden sind, sodass eine elektrisch serielle und/oder parallele Verschaltung ausgebildet ist.It is known from the prior art that a battery module has a plurality of individual battery cells, each of which has a positive voltage tap and a negative voltage tap, the respective voltage taps being electrically conductive for an electrically conductive serial and/or parallel connection of the plurality of battery cells to one another are connected to each other and can thus be interconnected to form the battery module. In particular, the battery cells can each have a first voltage tap, in particular a positive voltage tap, and a second voltage tap, in particular a negative voltage tap, which are electrically conductively connected to one another by means of cell connectors, so that an electrically serial and/or parallel connection is formed.

Batteriemodule ihrerseits werden ferner zu Batterien zusammengeschaltet.Battery modules, for their part, are also connected together to form batteries.

Insbesondere sind die Batteriezellen dabei als Lithium-Ionen-Batteriezellen ausgebildet. Mit solchen Lithium-Ionen-Batteriezellen können vergleichbar hohe Energiedichten erreicht werden, die eine kompaktere Bauweise der Batterie erlauben. Somit können solche Batterien auch tragbar gestaltet werden und insbesondere für Anwendungen in Fahrzeugen wie z.B. eBikes oder Light electric Vehicles (LeVs) genutzt werden. Dies ermöglicht z.B. auch den schnelleren Austausch einer leeren Batterie gegen eine volle in einer Wechselstation oder das komfortablere Laden der Batterie über Nacht zu Hause, wenn insbesondere keine eigene Garage für das Fahrzeug vorhanden ist.In particular, the battery cells are designed as lithium-ion battery cells. Comparably high energy densities can be achieved with such lithium-ion battery cells, which allows a more compact design of the battery. Such batteries can therefore also be made portable and used in particular for applications in vehicles such as eBikes or light electric vehicles (LeVs). This also makes it possible, for example, to exchange an empty battery for a full one more quickly at a changing station or to charge the battery more conveniently overnight at home, especially if there is no separate garage for the vehicle.

Stand der Technik hierzu sind bspw. US 2015 / 0 123 468 und CN 109088026 A .The state of the art in this regard is, for example U.S. 2015 / 0 123 468 and CN 109088026A .

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Ein Batteriesystem mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs bietet den Vorteil, dass auf einfache Weise eine insbesondere mechanische Befestigung bzw. Anordnung einer Batterie in einer Aufnahme des Batteriesystems ausgebildet werden kann. Insbesondere kann hierbei eine lösbare Fixierung dieser Batterie in der Aufnahme zur Verfügung gestellt, wobei die Aufnahme beispielsweise in einem Fahrzeug oder auch in einer Ladestation angeordnet sein kann, sodass die Batterie z.B. während der Fahrt des Fahrzeugs oder auch während des Ladevorgangs zuverlässig gesichert ist.A battery system with the features of the independent claim offers the advantage that a particularly mechanical attachment or arrangement of a battery in a receptacle of the battery system can be formed in a simple manner. In particular, a detachable fixation of this battery in the holder can be made available, whereby the holder can be arranged, for example, in a vehicle or also in a charging station, so that the battery is reliably secured, for example, while the vehicle is driving or also during the charging process.

Dazu wird ein Batteriesystem mit einer Aufnahme zur Verfügung gestellt. In dieser Aufnahme ist eine Batterie reversibel aufnehmbar. Insbesondere ist die Batterie dabei mechanisch reversibel in der Aufnahme aufnehmbar. Weiterhin weist das Batteriesystem zumindest ein Arretierungssystem auf. Das Arretierungssystem umfasst dabei ein Verschlusselement, welches mittels einer ersten Kraft in der Art in einer ersten Position anordenbar ist, dass das Verschlusselement die Batterie in der Aufnahme arretiert, und welches mittels einer entgegen der ersten Kraft wirkenden zweiten Kraft in der Art in einer zweiten Position anordenbar ist, dass die Batterie in die Aufnahme hinein einführbar ist oder dass die Batterie aus der Aufnahme heraus entnehmbar ist. Dabei ist die zweite Kraft betragsmäßig größer als die erste Kraft.A battery system with a mount is provided for this purpose. In this recording, a battery can be reversibly recorded. In particular, the battery can be mechanically reversibly accommodated in the receptacle. Furthermore, the battery system has at least one locking system. The locking system comprises a locking element, which can be arranged in a first position by means of a first force in such a way that the locking element locks the battery in the receptacle, and which in a second position by means of a second force acting against the first force it can be arranged that the battery can be inserted into the receptacle or that the battery can be removed from the receptacle. In this case, the second force is greater in absolute terms than the first force.

Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.Advantageous developments and improvements of the device specified in the independent claim are possible as a result of the measures listed in the dependent claims.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass unter einer Wirkung der zweiten Kraft entgegen der ersten Kraft zu verstehen sein soll, dass die erste Kraft und die zweite Kraft jeweils eine Wirkrichtung aufweisen, und dass dabei die Wirkrichtung der ersten Kraft und die Wirkrichtung der zweiten Kraft einander entgegen angeordnet sind. Besonders bevorzugt sind die Wirkrichtung der ersten Kraft sowie die Wirkrichtung der zweiten Kraft dabei parallel zueinander angeordnet und weisen unterschiedliche Richtungen auf, sodass die Wirkrichtung der ersten Kraft und die Wirkrichtung der zweiten Kraft gemeinsam bevorzugt einen Winkel von 180° ausbilden.At this point it should be noted that an effect of the second force counter to the first force should be understood to mean that the first force and the second force each have a direction of action, and that the direction of action of the first force and the direction of action of the second force are opposite to each other are arranged opposite. The direction of action of the first force and the direction of action of the second force are particularly preferably arranged parallel to one another and have different directions, so that the direction of action of the first force and the direction of action of the second force together preferably form an angle of 180°.

Ferner sei an dieser Stelle angemerkt, dass eine Arretierung im Sinne der Erfindung grundsätzlich als eine Fixierung verstanden sein kann.Furthermore, it should be noted at this point that locking in the sense of the invention can basically be understood as a fixation.

Vorzugsweise kann das Verschlusselement ein Dämpferelement umfassen, welches beispielsweise aus Gummi ausgebildet ist, und welches dazu dient, die Batterie während der Fahrt gegen Betriebsbelastungen zu schützen. Hierzu kann das Dämpferelement bevorzugt an jeweiligen Kontaktflächen des Verschlusselements mit der Batterie angeordnet sein. Weiterhin kann das Arretierungssystem beispielsweise Rollen, Führungen und/oder Lagerungen umfassen, welche dazu dienen, eine Reibung und/oder einen Verschleiß des Verschlusselements zu minimieren.The closure element can preferably comprise a damping element, which is made of rubber, for example, and which serves to protect the battery against operational loads while driving. For this purpose, the damping element can preferably be arranged on the respective contact surfaces of the closure element with the battery. Furthermore, the locking system can include, for example, rollers, guides and/or bearings, which are used to minimize friction and/or wear on the closure element.

Des Weiteren sei an dieser Stelle angemerkt, dass eine Batterie zumindest ein Batteriemodul umfasst, welches wiederum zumindest eine Mehrzahl an elektrisch leitend seriell und/oder parallel verbundenen Batteriezellen umfasst. Bevorzugt ist die Mehrzahl an Batteriezellen dabei mittels Zellverbindern elektrisch leitend miteinander verbunden. Weiterhin können die Batterie und/oder das Batteriemodul zudem eine Regelungseinheit bzw. eine Steuereinheit, ein Kühlsystem und/oder mehrere Sensorelemente umfassen.Furthermore, it should be noted at this point that a battery comprises at least one battery module, which in turn comprises at least a plurality of battery cells which are electrically conductively connected in series and/or in parallel. The plurality of battery cells is preferably connected to one another in an electrically conductive manner by means of cell connectors. Furthermore, the battery and/or the battery module can also comprise a regulation unit or a control unit, a cooling system and/or a plurality of sensor elements.

Es ist zweckmäßig, wenn ein Federelement die erste Kraft ausbildet, welche weiterhin als dauerhaft wirkende Federkraft ausgebildet ist. Somit kann die durch das Federelement ausgebildete erste Kraft das Verschlusselement in der ersten Position anordnen, wodurch die Batterie in der Aufnahme arretiert ist. Insbesondere weist das Arretierungssystem ferner einen Anschlag auf, welcher eine Auslenkung des Verschlusselements begrenzt. Hierbei kann die durch das Federelement ausgebildete erste Kraft das Verschlusselement der Art in der ersten Position anordnen, dass das Verschlusselement gegen den Anschlag gedrückt und somit in der Auslenkung begrenzt ist und weiterhin die Batterie in der Aufnahme arretiert ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass es weiterhin auch möglich ist, dass das Batteriesystem insgesamt zwei Arretierungssysteme mit jeweils einem Verschlusselement umfasst, wobei die beiden Verschlusselemente in der Art einander gegenüberliegend angeordnet sind, dass sie sich gegenseitig durch eine Kontaktierung der Verschlusselemente in ihrer Auslenkung begrenzen können.It is expedient if a spring element forms the first force, which is also formed as a permanently acting spring force. Thus, the first force developed by the spring element can arrange the closure element in the first position, as a result of which the battery is locked in the receptacle. In particular, the locking system also has a stop which limits a deflection of the closure element. Here, the first force formed by the spring element can arrange the closure element in the first position such that the closure element is pressed against the stop and the deflection is thus limited and the battery is also locked in the receptacle. At this point it should be noted that it is also possible for the battery system to comprise a total of two locking systems, each with a closure element, with the two closure elements being arranged opposite one another in such a way that they mutually limit their deflection by contacting the closure elements can.

Insgesamt bietet die Ausbildung der ersten Kraft als dauerhaft wirkende Federkraft durch ein Federelement den Vorteil, dass die erste Kraft auf einfache Weise, zuverlässig und ohne zusätzlichen Energiebedarf dauerhaft ausgebildet werden kann, wodurch durch die wirkende Druckkraft eine zuverlässige Aufnahme der Batterie ausgebildet ist. Ferner sei an dieser Stelle auch bemerkt, dass zu einer Anordnung des Verschlusselements in der zweiten Position die zweite Kraft entgegen der durch das Federelement ausgebildeten ersten Kraft wirken kann und weiterhin auch betragsmäßig größer sein kann als die erste Kraft, sodass die dauerhaft wirkende Federkraft durch die zweite Kraft als Gegenkraft überwunden wird.Overall, the formation of the first force as a permanently acting spring force by means of a spring element offers the advantage that the first force can be formed permanently in a simple manner, reliably and without additional energy requirement, as a result of which the compressive force acting reliably accommodates the battery. It should also be noted at this point that for an arrangement of the closure element in the second position, the second force can act against the first force formed by the spring element and can also be greater in magnitude than the first force, so that the permanently acting spring force is second force is overcome as an opposing force.

Es ist ferner auch zweckmäßig, wenn das Verschlusselement eine Fase oder eine Abrundung aufweist, welche der Aufnahme abgewandt an dem Verschlusselement angeordnet sind, und welche in der Art ausgebildet sind, dass bei einem Einführen der Batterie in die Aufnahme hinein das Verschlusselement in der zweiten Position angeordnet ist. Dies bietet den besonderen Vorteil, dass bei einem Einführen der Batterie in die Aufnahme hinein aufgrund der zur Einführung aufgewandten Kraft eine entgegen der ersten Kraft wirkende zweite Kraft ausgebildet wird, welche zudem betragsmäßig größer ist als die wirkende erste Kraft, sodass das Verschlusselement in der zweiten Position angeordnet wird und somit die Batterie in die Aufnahme eingeführt werden kann.It is also useful if the closure element has a chamfer or a rounded edge, which is arranged on the closure element facing away from the receptacle and which are designed in such a way that when the battery is inserted into the receptacle, the closure element is in the second position is arranged. This offers the particular advantage that when the battery is inserted into the receptacle, due to the force applied for the insertion, a second force acting counter to the first force is formed, which is also greater in magnitude than the first force acting, so that the closure element in the second Position is arranged and thus the battery can be inserted into the receptacle.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass besonders bevorzugt die zur Einführung aufgewandte Kraft mittels der Fase oder Abrundung in der Art umgelenkt wird, dass die zweite Kraft ausgebildet wird. Insbesondere ist hierbei die Einführrichtung der Batterie in die Aufnahme hinein senkrecht zur Wirkrichtung der ersten Kraft angeordnet, sodass die Fase oder die Abrundung eine rechtwinklig ausgebildete Umlenkung bewirken.At this point it should be noted that the force applied for the insertion is particularly preferably deflected by means of the chamfer or rounding in such a way that the second force is formed. In particular, the direction of insertion of the battery into the receptacle is arranged perpendicularly to the direction of action of the first force, so that the chamfer or the rounding bring about a deflection formed at right angles.

Insbesondere ist es dabei vorteilhaft, wenn die zur Einführung aufgewandte Kraft bspw. die Gewichtskraft der Batterie ist, sodass bei einem Einführen der Batterie in die Aufnahme hinein insbesondere keine elektrische Energie oder keine zusätzlich mechanische Kraft benötigt wird. Selbstverständlich kann zusätzlich auch eine mechanische Kraft manuell aufgebracht werden. Insgesamt kann hierdurch die Batterie zuverlässig bspw. in einer senkrechten Position in der Aufnahme aufgenommen werden. Eine solche Ausbildung ist hierbei insbesondere bei der Verwendung des Batteriesystems in einer Ladestation vorteilhaft. Dabei kann die Batterie somit gedämpft durch die erste Kraft in die Aufnahme gleiten. Insbesondere kann zum Beispiel zudem durch eine Auswahl einer geeigneten Federkonstante des Federelements das Verhältnis zwischen der ersten Kraft und der Gewichtskraft so eingestellt werden, dass keine zusätzliche Kraft zur Einführung benötigt wird und dennoch ein gedämpftes Einführen möglich ist. Dabei kann ein statisch stabiler Zustand ausgebildet werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die zweite Kraft lediglich während des Einführens der Batterie die Aufnahme hinein ausgebildet ist, und dass anschließend die erste Kraft das Verschlusselement in der ersten Position anordnen kann.In particular, it is advantageous if the force used for insertion is, for example, the weight of the battery, so that when the battery is inserted into the receptacle, no electrical energy or no additional mechanical force is required. Of course, a mechanical force can also be applied manually. Overall, the battery can thereby be reliably accommodated in the receptacle, for example in a vertical position. Such a design is particularly advantageous when using the battery system in a charging station. The battery can thus slide dampened by the first force into the receptacle. In particular, for example, by selecting a suitable spring constant of the spring element, the ratio between the first force and the weight force can be set such that no additional force is required for insertion and damped insertion is still possible. In this way, a statically stable state can be formed. It is particularly preferred that the second force is formed only during the insertion of the battery into the receptacle, and that the first force can then arrange the closure element in the first position.

Insbesondere ist es dabei auch vorteilhaft, wenn die zur Einführung aufgewandte Kraft bspw. eine mechanische, manuell aufgebrachte Kraft ist, sodass bei einem Einführen der Batterie in die Aufnahme hinein insbesondere keine elektrische Energie benötigt wird. Insgesamt kann hierdurch die Batterie zuverlässig bspw. in einer senkrechten oder waagrechten Position in der Aufnahme aufgenommen werden. Eine solche Ausbildung ist insbesondere bei der Verwendung des Batteriesystems in einem Fahrzeug vorteilhaft. Hierdurch kann die Batterie zuverlässig in der Aufnahme aufgenommen werden. Besonders bevorzugt ist es dabei, dass die zweite Kraft lediglich während des Einführens der Batterie die Aufnahme hinein ausgebildet ist, und dass anschließend die erste Kraft das Verschlusselement in der ersten Position anordnen kann.In particular, it is also advantageous if the force applied for the insertion is, for example, a mechanical, manually applied force, so that no electrical energy is required in particular when the battery is inserted into the receptacle. Overall, the battery can thus be reliably accommodated in the receptacle, for example in a vertical or horizontal position. Such a design is particularly advantageous when using the battery system in a vehicle. As a result, the battery can be reliably accommodated in the receptacle. It is particularly preferred that the second force only during the insertion of the Battery is formed into the receptacle, and then the first force can place the closure member in the first position.

Es ist vorteilhaft, wenn die zweite Kraft mittels eines Elektromagneten in der Art temporär ausbildbar ist, dass die zweite Kraft ausschließlich in einem stromdurchflossenen Zustand des Elektromagneten ausgebildet ist, und dass in einem stromundurchflossenen bzw. stromlosen Zustand des Elektromagneten keine zweite Kraft ausgebildet ist. Insbesondere kann das Arretierungssystem hierzu ein Steuerungssystem umfassen, wie beispielsweise eine Elektronik, welches ausgebildet ist, einen Stromfluss durch den Elektromagneten zu regeln, also den Elektromagneten temporär mit Strom zu befliesen oder nicht. Dies bietet insgesamt den besonderen Vorteil, dass ausschließlich in einem stromdurchflossenen Zustand des Elektromagneten die zweite Kraft ausgebildet wird. Dadurch kann der Elektromagnet bspw. die zweite Kraft temporär als Gegenkraft zu der bevorzugt dauerhaft wirkenden und als Federkraft ausgebildeten ersten Kraft ausbilden, wodurch das Verschlusselement temporär solange in der zweiten Position angeordnet wird, wie die durch den Elektromagneten bewirkte zweite Kraft betragsmäßig größer ist als die dauerhaft wirkende Federkraft, so dass die Batterie aus der Aufnahme entnommen werden kann. In einem stromundurchflossenen bzw. stromlosen Zustand wirkt keine zweite Kraft und das Verschlusselement ist zuverlässig bspw. durch die dauerhaft wirkende Federkraft in der ersten Position anordenbar, so dass die Batterie in der Aufnahme arretiert ist. Insgesamt kann hierdurch eine einfache und zuverlässige Steuerung des Arretierungssystems ausgebildet werden.It is advantageous if the second force can be temporarily generated by means of an electromagnet in such a way that the second force is generated exclusively when the electromagnet is in a current-carrying state and that no second force is generated in a non-current-carrying or currentless state of the electromagnet. In particular, the locking system can include a control system for this purpose, such as electronics, which is designed to regulate a current flow through the electromagnet, ie to flow current through the electromagnet temporarily or not. Overall, this offers the particular advantage that the second force is only generated when the electromagnet is in a current-carrying state. As a result, the electromagnet can, for example, generate the second force temporarily as a counterforce to the first force, which preferably acts permanently and is designed as a spring force, whereby the closure element is temporarily arranged in the second position for as long as the second force caused by the electromagnet is greater in absolute terms than the permanent spring force so that the battery can be removed from the holder. In a current-free or de-energized state, no second force acts and the closure element can be arranged reliably, for example, by the permanently acting spring force in the first position, so that the battery is locked in the receptacle. Overall, this allows a simple and reliable control of the locking system to be implemented.

Es ist ferner vorteilhaft, wenn das Arretierungssystem weiterhin einen Sensor umfasst, welcher insbesondere als optischer Sensor ausgebildet ist, und welcher ausgebildet ist, bei Erfassung eines Signals den Elektromagneten zu betätigen. Insbesondere zu einer Entnahme der Batterie aus der Aufnahme heraus kann dabei der Sensor betätigt werden. Beispielsweise kann der optische Sensor dabei ausgebildet sein, eine Handbewegung eines Nutzers zu erfassen, wenn die Batterie in der Aufnahme angeordnet ist. Selbstverständlich sind auch andere Sensorarten möglich, wie beispielsweise mechanische Sensoren, zum Beispiel Schalter oder Hebel, oder auch optische Sensoren.It is also advantageous if the locking system also includes a sensor which is designed in particular as an optical sensor and which is designed to actuate the electromagnet when a signal is detected. In particular, the sensor can be actuated to remove the battery from the receptacle. For example, the optical sensor can be designed to detect a hand movement of a user when the battery is arranged in the receptacle. Of course, other types of sensors are also possible, such as mechanical sensors, for example switches or levers, or also optical sensors.

Besonders bevorzugt ist der Elektromagnet in der Art elektrisch mit der in der Aufnahme aufgenommenen Batterie verbindbar, dass der Elektromagnet von Strom aus der Batterie durchfliesbar ist. Somit kann die zur Betätigung des Elektromagneten erforderliche Energie insbesondere vorteilhaft aus der Batterie stammen. Hierbei ist vorteilhaft, dass diese Energie lediglich zur Entnahme der Batterie aus der Aufnahme heraus erforderlich ist.Particularly preferably, the electromagnet can be electrically connected to the battery accommodated in the receptacle in such a way that current from the battery can flow through the electromagnet. The energy required to actuate the electromagnet can thus advantageously come from the battery. It is advantageous here that this energy is only required to remove the battery from the receptacle.

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Ansteuerung des Elektromagneten zur Erzeugung der zweiten Kraft beispielsweise über den Sensor besonders bevorzugt einer Entnahme der Batterie aus der Aufnahme heraus dient. Zu einem Einführen kann vorteilhafterweiße wie bereits beschrieben auch die Gewichtskraft der Batterie selbst oder eine zusätzlich aufgebrachte mechanische Kraft genutzt werden. Insgesamt ist es hierbei also möglich, dass die Batterie bspw. allein durch deren Gewichtskraft oder die zusätzlich aufgebrachte mechanische Kraft in der Aufnahme angeordnet werden kann und dass die Batterie beispielsweise durch einen kurzzeitigen Stromfluss aus der Batterie selbst entnommen werden kann.At this point it should be noted that the activation of the electromagnet for generating the second force, for example via the sensor, particularly preferably serves to remove the battery from the receptacle. As already described, the weight of the battery itself or an additionally applied mechanical force can advantageously also be used for insertion. Overall, it is therefore possible here for the battery to be arranged in the receptacle solely by its weight or the additional mechanical force applied and for the battery to be removed from the battery itself, for example by a brief current flow.

Ferner ist es auch zweckmäßig, wenn die Aufnahme zumindest ein weiteres Federelement aufweist, welches insbesondere eine entgegen der Einschubrichtung der Batterie dauerhaft wirkende Federkraft auf die Batterie ausbildet.Furthermore, it is also expedient if the receptacle has at least one further spring element which, in particular, forms a spring force that permanently acts on the battery counter to the direction in which the battery is inserted.

Hierdurch kann zum einen eine zusätzliche Verspannung der Batterie in der Aufnahme ausgebildet werden, wobei die Batterie mittels des weiteren Federelements bevorzugt gedämpft gelagert werden kann, sodass die inneren Komponenten der Batterie gegen mechanische Lasten wie Schock und Vibrationen geschützt sind. Weiterhin kann dadurch die Anzahl innerer Dämpfungselemente des Batteriemoduls reduziert werden, wodurch zusätzlich ein Kostenvorteil erzielbar ist. Ferner können durch eine Fixierung mittels des weiteren Federelements Toleranzen sowohl der Batterie als auch der Aufnahme ausgeglichen werden. Die Fixierung ist somit robust gegen Fertigungs- und Montagetoleranzen ausgebildet.As a result, on the one hand, additional tensioning of the battery in the receptacle can be formed, with the battery preferably being able to be mounted in a damped manner by means of the additional spring element, so that the internal components of the battery are protected against mechanical loads such as shock and vibrations. Furthermore, the number of internal damping elements of the battery module can be reduced as a result, which means that a cost advantage can also be achieved. Furthermore, by fixing it by means of the additional spring element, tolerances of both the battery and the receptacle can be compensated for. The fixation is thus designed to be robust against manufacturing and assembly tolerances.

Zum anderen kann die Batterie während des Einführens in die Aufnahme hinein gedämpft eingeführt werden, sodass hierbei Schockbelastungen bspw. durch Stöße vermieden werden können.On the other hand, the battery can be inserted in a cushioned manner while being inserted into the receptacle, so that shock loads, for example from impacts, can be avoided.

Ferner bietet das weitere Federelement zum anderen auch den Vorteil, dass die Batterie während des Entnehmens aus der Aufnahme heraus bereits angehoben werden kann, sodass der Entnahmeprozess erleichtert wird.Furthermore, the additional spring element also offers the advantage that the battery can already be lifted out of the receptacle while it is being removed, so that the removal process is made easier.

Ferner ist Gegenstand der Erfindung auch ein Batteriesystem, wobei eine Batterie in der Aufnahme reversibel aufgenommen.Furthermore, the subject matter of the invention is also a battery system, with a battery being reversibly accommodated in the receptacle.

Zudem ist auch die Verwendung eines eben beschriebenen Batteriesystems in einem Fahrzeug oder in einer Ladestation Gegenstand der Erfindung.In addition, the invention also relates to the use of a battery system just described in a vehicle or in a charging station.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Verfahren zum Betrieb eines eben beschriebenen Batteriesystems. Dabei wird eine zweite Kraft ausgebildet, sodass das Verschlusselement in der zweiten Position angeordnet ist und die Batterie in die Aufnahme hinein eingeführt wird. Weiterhin wird dabei eine zweite Kraft ausgebildet, sodass das Verschlusselement der zweiten Position angeordnet ist und die Batterie aus der Aufnahme heraus entnommen wird.The subject matter of the present invention is also a method for operating a battery system just described. A second force is thereby generated, so that the closure element is arranged in the second position and the battery is inserted into the receptacle. Furthermore, a second force is generated so that the closure element is arranged in the second position and the battery is removed from the receptacle.

Insgesamt kann mit einem erfindungsgemäßen Batteriesystem ein einfaches und schnelles Einführen der Batterie in die Aufnahme hinein und eine bspw. automatische Entnahme des Batteriemoduls aus der Aufnahme heraus ausgebildet werden, wodurch neben einer Zeitersparnis auch eine erleichterte Bedienung zur Verfügung gestellt wird.Overall, a battery system according to the invention can be used to easily and quickly insert the battery into the receptacle and, for example, automatically remove the battery module from the receptacle, which not only saves time but also makes operation easier.

Figurenlistecharacter list

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are shown in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigt:

  • 1 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems.
It shows:
  • 1 an embodiment of a battery system according to the invention.

Die 1 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1, welches insbesondere in einem Fahrzeug oder in einer Ladestation angeordnet sein kann.The 1 shows an embodiment of a battery system 1 according to the invention, which can be arranged in particular in a vehicle or in a charging station.

Das Batteriesystem 1 weist eine Aufnahme 2 auf, in welcher eine Batterie 3 mechanisch reversibel aufnehmbar ist.The battery system 1 has a receptacle 2 in which a battery 3 can be accommodated in a mechanically reversible manner.

Weiterhin weist das Batteriesystem 1 ein Arretierungssystem 4 auf, welches ein Verschlusselement 5 umfasst. Das Verschlusselement 5 umfasst dabei bspw. ein Zugelement 51 und ein Druckelement 52, welche miteinander verbunden sind. Bevorzugt kann das Verschlusselement 5 auch einteilig ausgebildet sein.Furthermore, the battery system 1 has a locking system 4 which includes a closure element 5 . The closure element 5 comprises, for example, a tension element 51 and a pressure element 52, which are connected to one another. The closure element 5 can preferably also be designed in one piece.

Das Verschlusselement 5 ist dabei, wie in der 1 gezeigt, in einer ersten Position anordenbar, in welcher das Verschlusselement 5 die Batterie 3 in der Aufnahme 2 arretiert. Insbesondere blockiert das Druckelement 52 die Batterie 3 zuverlässig gegen eine Entnahme aus der Aufnahme 2 heraus.The closure element 5 is there, as in the 1 shown, can be arranged in a first position in which the closure element 5 locks the battery 3 in the receptacle 2 . In particular, the pressure element 52 reliably blocks the battery 3 from being removed from the receptacle 2 .

Weiterhin ist das Verschlusselement 5 dabei in einer zweiten Position anordenbar war, in welcher die Batterie 3 aus der Aufnahme 2 entnehmbar ist.Furthermore, the closure element 5 can be arranged in a second position, in which the battery 3 can be removed from the receptacle 2 .

Dabei ist das Verschlusselement 5 mittels einer ersten Kraft 6 in der ersten Position anordenbar. Weiterhin ist das Verschlusselement 5 mittels einer entgegen der ersten Kraft 6 wirkenden zweiten Kraft 7 in der zweiten Position anordenbar. Dabei ist aus der 1 zu erkennen, dass die zweite Kraft 7 in einer Richtung wirkt, welche der Richtung der Wirkung der ersten Kraft 6 entgegen gerichtet ist. Die zweite Kraft 7 ist dabei betragsmäßig größer als die erste Kraft 6.The closure element 5 can be arranged in the first position by means of a first force 6 . Furthermore, the closure element 5 can be arranged in the second position by means of a second force 7 acting counter to the first force 6 . It is from the 1 to recognize that the second force 7 acts in a direction which is the direction of action of the first force 6 opposite. The second force 7 is greater in magnitude than the first force 6.

Das Arretierungssystem 4 weist dabei ein Federelement 8 auf. Dabei bildet das Federelement 8 die erste Kraft 6 als dauerhaft wirkende Federkraft 60 aus. Insbesondere greift das Federelement 8 bzw. die erste Kraft 6 am Druckelement 52 an. Mit genaueren Worten ausgedrückt, ist die Federkraft 6 eine Druckkraft. Weiterhin weist das Arretierungssystem 4 einen Anschlag 10 auf, welcher eine Auslenkung des Verschlusselements 5 begrenzt, und welcher insbesondere das Druckelement 52 kontaktieren kann. Hierdurch ist das Verschlusselement 5 bzw. dessen Druckelement 52 gegen den Anschlag 10 gedrückt.The locking system 4 has a spring element 8 . The spring element 8 forms the first force 6 as a permanently acting spring force 60 . In particular, the spring element 8 or the first force 6 acts on the pressure element 52 . In more precise terms, the spring force 6 is a compressive force. Furthermore, the locking system 4 has a stop 10 which limits a deflection of the closure element 5 and which can contact the pressure element 52 in particular. As a result, the closure element 5 or its pressure element 52 is pressed against the stop 10 .

Das Verschlusselement 5 und insbesondere das Druckelement 52 weist zudem eine Fase 111 bzw. eine Abrundung 112 auf, welche der Aufnahme 2 abgewandt angeordnet sind, und welche in der Art ausgebildet sind, dass bei einem Einführen der Batterie 2 in die Aufnahme 2 das Verschlusselement 5 in der zweiten Position angeordnet ist. Insbesondere lenkt die Fase 111 bzw. die Abrundung 112 eine zur Einführung aufgewandte Kraft 18 um und bildet somit die zweite Kraft 7 aus. Diese aufgewandte Kraft 18 ist insbesondere die Gewichtskraft 181 der Batterie 3 und/oder eine manuell aufgebrachte mechanische Kraft 182.The closure element 5 and in particular the pressure element 52 also has a chamfer 111 or a rounded portion 112, which is arranged facing away from the receptacle 2 and which is designed in such a way that when the battery 2 is inserted into the receptacle 2, the closure element 5 is located in the second position. In particular, the chamfer 111 or the rounding 112 deflects a force 18 applied for insertion and thus forms the second force 7 . This applied force 18 is in particular the weight 181 of the battery 3 and/or a manually applied mechanical force 182.

Weiterhin weist das Arretierungssystem 4 einen Elektromagneten 9 auf. Mittels des Elektromagneten 9 ist dabei die zweite Kraft 7 temporär in der Art ausbildbar, dass die zweite Kraft 7 ausschließlich in einem stromdurchflossenen Zustand des Elektromagneten 9 ausgebildet ist, und dass in einem stromlosen Zustand des Elektromagneten 9 keine zweite Kraft 7 ausgebildet ist. Insbesondere greift die zweite Kraft 7 dabei am Zugelement 12 an. Mit genaueren Worten ausgedrückt, ist die zweite Kraft eine Zugkraft.Furthermore, the locking system 4 has an electromagnet 9 . The second force 7 can be temporarily generated by means of the electromagnet 9 in such a way that the second force 7 is generated exclusively when the electromagnet 9 is in a current-carrying state and that no second force 7 is generated when the electromagnet 9 is in a currentless state. In particular, the second force 7 acts on the tension element 12 . In more precise terms, the second force is a pulling force.

Weiterhin umfasst das Arretierungssystem 4 ferner einen Sensor 12, welcher insbesondere als optischer Sensor 120 ausgebildet ist, und welche ausgebildet ist, bei Erfassung eines Signals den Elektromagneten 7 zu betätigen. Insbesondere kann der optische Sensor 120 beispielsweise die Bewegung einer Hand 16 erfassen.Furthermore, the locking system 4 also includes a sensor 12, which is designed in particular as an optical sensor 120, and which is designed to actuate the electromagnet 7 when a signal is detected. In particular, the optical sensor 120 can detect the movement of a hand 16, for example.

Zudem ist der Elektromagnet 7 in der Art elektrisch mit der in der Aufnahme 2 aufgenommenen Batterie 3 verbindbar, dass der Elektromagnet 7 von Strom aus der Batterie 7 durchfließbar ist.In addition, the electromagnet 7 can be electrically connected to the battery 3 accommodated in the receptacle 2 in such a way that current from the battery 7 can flow through the electromagnet 7 .

Die Aufnahme 2 weist zumindest ein weiteres Federelement 13 auf. Dieses weitere Federelement 13 bildet insbesondere eine entgegen der Einschubrichtung 14 der Batterie 3 dauerhaft wirkende Federkraft 15 auf die Batterie 3 aus. Hierdurch kann eine zuverlässige und sichere Einführung, Aufnahme und Entnahme der Batterie ausgebildet werden. Des Weiteren kann die Batterie 3 zuverlässig arretiert bzw. fixiert und in der Aufnahme gedämpft werden.The receptacle 2 has at least one additional spring element 13 . This additional spring element 13 in particular forms a spring force 15 that permanently acts on the battery 3 counter to the insertion direction 14 of the battery 3 . In this way, a reliable and safe introduction, reception and removal of the battery can be implemented. Furthermore, the battery 3 can be reliably arrested or fixed and cushioned in the receptacle.

Bei dem in der 1 gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Batterie 3 in der Aufnahme 2 reversibel aufgenommen.At the in the 1 embodiment shown, the battery 3 is reversibly accommodated in the receptacle 2 .

Zur Einführung der Batterie 3 in die Aufnahme 2 hinein wird die zweite Kraft 7 ausgebildet, sodass das Verschlusselement 5 in der zweiten Position angeordnet ist und die Batterie 3 in die Aufnahme 2 eingeführt werden kann.The second force 7 is generated to insert the battery 3 into the receptacle 2 , so that the closure element 5 is arranged in the second position and the battery 3 can be inserted into the receptacle 2 .

Zur Entnahme der Batterie 3 aus der Aufnahme 2 heraus wird die zweite Kraft 7 ausgebildet, sodass das Verschlusselement 5 in der zweiten Position angeordnet ist und die Batterie 3 aus der Aufnahme 2 entnommen werden kann.In order to remove the battery 3 from the receptacle 2 , the second force 7 is generated so that the closure element 5 is arranged in the second position and the battery 3 can be removed from the receptacle 2 .

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • US 2015/0123468 [0005]US2015/0123468 [0005]
  • CN 109088026 A [0005]CN 109088026A [0005]

Claims (10)

Batteriesystem mit einer Aufnahme (2), in welcher eine Batterie (3), insbesondere mechanisch, reversibel aufnehmbar ist, und mit zumindest einem Arretierungssystem (4), das ein Verschlusselement (5) umfasst, welches mittels einer ersten Kraft (6) in der Art in einer ersten Position anordenbar ist, dass das Verschlusselement (5) die Batterie (3) in der Aufnahme (2) arretiert, und welches mittels einer entgegen der ersten Kraft (6) wirkenden zweiten Kraft (7) in der Art in einer zweiten Position anordenbar ist, dass die Batterie (3) in die Aufnahme (2) hinein einführbar ist oder dass die Batterie (3) aus der Aufnahme (2) heraus entnehmbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraft (7) betragsmäßig größer ist als die erste Kraft (6).Battery system with a receptacle (2) in which a battery (3) can be reversibly received, in particular mechanically, and with at least one locking system (4) which comprises a closure element (5) which can be held in the Art can be arranged in a first position, that the closure element (5) locks the battery (3) in the receptacle (2), and which by means of a counter to the first force (6) acting second force (7) in the way in a second Position can be arranged that the battery (3) can be inserted into the receptacle (2) or that the battery (3) can be removed from the receptacle (2), characterized in that the second force (7) is greater in magnitude than the first force (6). Batteriesystem nach dem vorherigen Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Federelement (8) die erste Kraft (6) als dauerhaft wirkende Federkraft (60) ausbildet, wobei insbesondere das Arretierungssystem (4) weiterhin einen Anschlag (10) aufweist, welcher eine Auslenkung des Verschlusselements (5) begrenzt.Battery system after the previous one claim 1 , characterized in that a spring element (8) forms the first force (6) as a permanently acting spring force (60), the locking system (4) in particular also having a stop (10) which limits a deflection of the closure element (5). Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschlusselement (5) der Aufnahme (2) abgewandt angeordnet eine Fase (111) oder Abrundung (112) aufweist, welche in der Art ausgebildet sind, dass bei einem Einführen der Batterie (3) in die Aufnahme (2) das Verschlusselement (5) in der zweiten Position angeordnet ist.Battery system according to any of the previous ones Claims 1 until 2 , characterized in that the closure element (5) is arranged facing away from the receptacle (2) and has a chamfer (111) or rounding (112), which is designed in such a way that when the battery (3) is inserted into the receptacle (2 ) the closure element (5) is arranged in the second position. Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kraft (7) mittels eines Elektromagneten (9) in der Art temporär ausbildbar ist, dass die zweite Kraft (7) ausschließlich in einem stromdurchflossenen Zustand des Elektromagneten (9) ausbildbar ist, und dass in einem stromlosen Zustand des Elektromagneten (9) keine zweite Kraft (7) ausgebildet ist.Battery system according to any of the previous ones Claims 1 until 3 , characterized in that the second force (7) can be temporarily generated by means of an electromagnet (9) in such a way that the second force (7) can only be generated when the electromagnet (9) is in a current-carrying state, and that in a current-free state of the electromagnet (9) no second force (7) is formed. Batteriesystem nach dem vorherigen Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Arretierungssystem (4) ferner einen Sensor (12), insbesondere einen optischen Sensor (120), umfasst, welcher ausgebildet ist, bei Erfassung eines Signals den Elektromagneten (7) zu betätigen.Battery system after the previous one claim 4 , characterized in that the locking system (4) further comprises a sensor (12), in particular an optical sensor (120), which is designed to actuate the electromagnet (7) when a signal is detected. Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektromagnet (7) in der Art elektrisch mit der in der Aufnahme (2) aufgenommenen Batterie (3) verbindbar ist, dass der Elektromagnet (7) von Strom aus der Batterie (3) durchfließbar ist.Battery system according to any of the previous ones Claims 4 or 5 , characterized in that the electromagnet (7) can be electrically connected to the battery (3) accommodated in the receptacle (2) in such a way that current from the battery (3) can flow through the electromagnet (7). Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Aufnahme (2) zumindest ein weiteres Federelement (13) aufweist, welches insbesondere eine entgegen der Einschubrichtung (14) der Batterie (3) dauerhaft wirkende Federkraft (15) auf die Batterie (3) ausbildet.Battery system according to any of the previous ones Claims 1 until 6 , characterized in that the receptacle (2) has at least one further spring element (13), which in particular forms a permanently acting spring force (15) on the battery (3) counter to the insertion direction (14) of the battery (3). Batteriesystem nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine Batterie (3) in der Aufnahme (2) reversibel aufgenommen ist.Battery system according to any of the previous ones Claims 1 until 7 , characterized in that a battery (3) is reversibly accommodated in the receptacle (2). Verwendung eines Batteriesystems nach einem der Ansprüche 1 bis 8 in einem Fahrzeug oder in einer Ladestation.Use of a battery system according to one of Claims 1 until 8th in a vehicle or in a charging station. Verfahren zum Betrieb eines Batteriesystems nach einem der vorherigen Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass eine zweite Kraft (7) ausgebildet wird, so dass das Verschlusselement (5) in der zweiten Position angeordnet ist, und die Batterie (3) in die Aufnahme (2) hinein eingeführt wird, und/oder dass eine zweite Kraft (7) ausgebildet wird, so dass das Verschlusselement (5) in der zweiten Position angeordnet ist, und die Batterie (3) aus die Aufnahme (2) heraus entnommen wird.Method for operating a battery system according to any one of the preceding Claims 1 until 7 , characterized in that a second force (7) is formed, so that the closure element (5) is arranged in the second position, and the battery (3) is inserted into the receptacle (2), and / or that a second Force (7) is formed, so that the closure element (5) is arranged in the second position, and the battery (3) is removed from the receptacle (2).
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