Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug und Kraftfahrzeug mit austauschbarer Batterie

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug. Ferner betrifft die Erfindung ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen Batteriesystem.

Batteriebetriebene Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektrofahrzeuge sowie einige Hybridfahrzeuge, weisen einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, eine Leistungselektronik zum Beaufschlagen des Elektromotors mit elektrischer Energie zum Steuern des Elektromotors, eine Batterie zum Bereitstellen der elektrischen Energie zum Betreiben des Elektromotors und ein Bordstromnetz zum Verteilen der elektrischen Energie an die Verbraucher des Kraftfahrzeugs auf. Um hierfür ausreichend Leistung bereitzustellen ist die Batterie zumeist als Hochvoltbatterie, in Abhängigkeit der Fahrzeugklasse sowie des Fahrzeugtyps mit einer Spannung von zwischen 250V und 800V, ausgebildet.

Batteriebetriebene Kraftfahrzeuge haben den Vorteil, dass im Betrieb keine verbrennungsmotorischen Abgase entstehen und somit einen besonders geringen Einfluss auf die Luftqualität der Umgebung des Kraftfahrzeugs ausüben. Zudem weisen Elektromotoren auch bei niedrigen Drehzahlen ein hohes Drehmoment auf und zeichnen sich durch geringe Geräuschemissionen aus.

Ein Schwachpunkt batteriebetriebener Kraftfahrzeuge ist die Batterie. Herkömmliche Batterien batteriebetriebener Kraftfahrzeuge sind verhältnismäßig groß und erhöhen das Gesamtgewicht des Kraftfahrzeugs erheblich. Daher ist die Reichweite von batteriebetriebenen Kraftfahrzeugen oftmals wesentlich geringer als von vergleichbaren verbrennungsmotorisch angetriebenen Kraftfahrzeugen. Überdies stellen herkömmliche Batterien mit steigender Energiedichte der Batteriezellen ein nicht unerhebliches Unfallrisiko, insbesondere bei einem Fahrzeugcrash, dar. Schließlich haben Batterien den Nachteil, dass ein Ladevorgang der Batterie, selbst mit einem Schnellladegerät, wesentlich länger als ein Tankvorgang bei einem Kraftfahrzeug mit einem Verbrennungsmotor dauert. Dies ist insbesondere bei Fernreisen problematisch, da der Fahrer hierdurch längere Zwangspausen einlegen muss. Eine Möglichkeit zum Reduzieren solcher Zwangspausen liegt in der Bereitstellung austauschbarer Batterien. Da die Batterien oftmals mehrere hundert Kilogramm wiegen, erfolgt das Tauschen der Batterien zumeist automatisch mit hierfür ausgebildeten Batteriewechselvorrichtungen. Aus der EP 2454 120 B1 ist ein Batteriesystem mit einer austauschbaren Batterie für ein Kraftfahrzeug bekannt. Die Batterie weist ein Batteriegehäuse auf, welches über Kupplungselemente mit dem Kraftfahrzeug mechanisch verbindbar ist. An dem Batteriegehäuse ist eine Spule zur induktiven Energieübertragung an eine kraftfahrzeugseitige Spule angeordnet. Ein derartiges Batteriesystem hat den Nachteil, dass die induktive Energieübertragung verhältnismäßig hohe Verluste aufweist. Überdies ist eine relative Lage der beiden Spulen zueinander nur schwer kontrollierbar.

Gemäß alternativer Ausführungsformen weisen das Kraftfahrzeug und die Batterie miteinander verbindbare elektrische Steckkontakte auf, wie beispielsweise Hochvoltstecker bzw. Hochvoltbuchsen, welche beim Anordnen der Batterie am Kraftfahrzeug zur elektrischen Kopplung miteinander in Eingriff bringbar sind. Derartige Steckkontakte haben den Nachteil, dass diese beim Heranführen der Batterie an das Kraftfahrzeug leicht gegeneinander verkanten und somit die elektrischen Kontakte beschädigen können. Dies hat zur Folge, dass die Steckkontakte oftmals bereits nach nur wenigen Kopplungszyklen keine zuverlässige elektrische Kopplung mehr bereitstellen können und ausgetauscht werden müssen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile bei einem Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Insbesondere ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug und ein Kraftfahrzeug mit einem gattungsgemäßen Batteriesystem zu schaffen, die auf eine einfache und kostengünstige Art und Weise hohe Verluste bei der induktiven Energieübertragung vermeiden und eine sichere sowie zuverlässige elektrische und/oder mechanische Kopplung von Batterie und Leistungselektronik des Kraftfahrzeugs gewährleisten.

Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des nebengeordneten Anspruchs 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriesystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Batteriesystem weist eine Batterie zum Bereitstellen elektrischer Energie für das Kraftfahrzeug mit einem ersten Umrichter zum Umwandeln eines Gleichstroms der Batterie in einen Wechselstrom sowie einer ersten Spule zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfelds zur Übertragung von Energie an das Kraftfahrzeug und eine am Kraftfahrzeug anordenbare sowie mit einem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch koppelbare zweite Spule zur Aufnahme von Energie von der ersten Spule auf.

Erfindungsgemäß ist die erste Spule um einen ersten Spulenkern und die zweite Spule um einen zweiten Spulenkern gewickelt, wobei der erste Spulenkern einen ersten Kontaktbereich zum mechanischen Koppeln mit einem zweiten Kontaktbereich des zweiten Spulenkerns zum Herstellen eines gemeinsamen Spulenkerns aufweist.

Die Batterie ist vorzugsweise als Hochvoltbatterie ausgebildet. Unter einer Hochvoltbatterie wird im Rahmen der Erfindung eine Batterie mit einer Batteriespannung zwischen 250 V und 1500 V, insbesondere von etwa 400 V, verstanden. Eine maximale Batteriestromstärke der Batterie beträgt vorzugsweise zwischen 200 A und 1000 A, insbesondere etwa 600 A. Die Technologie der Batterie kann beispielsweise auf der Li-Ion-Technologie oder einer vergleichbaren Batterietechnologie wiederaufladbarer Batterien mit verhältnismäßig hoher Leistungsdichte basieren. Die Batterie weist vorzugsweise ein Batteriegehäuse auf, welches eine oder mehrere Batteriezellen der Batterie sowie die erste Spule und den ersten Umrichter umgibt und vor Umwelteinflüssen schützt. Das Batteriegehäuse weist vorzugsweise mindestens eine Öffnung zum Freilegen des ersten Kontaktbereichs oder eine Durchführung zum Hinausführen des ersten Kontaktbereichs des ersten Spulenkerns auf. Vorzugsweise weist das Batteriegehäuse zwei voneinander getrennte Öffnungen zum Freilegen jeweils eines ersten Kontaktbereichs oder zwei voneinander getrennte Durchführungen zum Hinausführen jeweils eines ersten Kontaktbereichs des ersten Spulenkerns auf. Alternativ weist das Batteriegehäuse eine Durchführung und eine Öffnung auf.

Der erste Umrichter ist zum Umwandeln des Gleichstroms der Batterie in den Wechselstrom ausgebildet. Mit einem Wechselstrom ist eine induktive Energieübertragung von der ersten Spule auf die zweite Spule möglich. Gleichstromeingänge des ersten Umrichters sind mit Gleichstrompolen der Batterie elektrisch gekoppelt. Wechselstromausgänge des ersten Umrichters sind mit Spulenenden der ersten Spule elektrisch gekoppelt. Der erste Umrichter ist vorzugsweise innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet. Weiter bevorzugt ist der erste Umrichter ausgebildet, im Rahmen eines Ladevorgangs der Batterie einen Wechselstrom in einen Gleichstrom umzuwandeln.

Vorzugsweise weist das Batteriesystem einen zweiten Umrichter auf, der im Bereich der zweiten Spule angeordnet ist. Wechselstromeingänge des zweiten Umrichters sind mit den Spulenenden der zweiten Spule elektrisch gekoppelt. Gleichstromausgänge des zweiten Umrichters sind mit Gleichstromkontakten des Bordstromnetzes des Kraftfahrzeugs elektrisch koppelbar. Die zweite Spule und der zweite Umrichter sind vorzugsweise von einem Spulengehäuse umgeben, wobei das Spulengehäuse vorzugsweise Öffnungen für die zweiten Kontaktbereiche sowie Durchführungen für die Gleichstromausgänge aufweist. Die Gleichstromausgänge sind vorzugsweise als Stecker oder Buchse zum elektrischen sowie mechanischen Koppeln mit einer Buchse bzw. einem Stecker des Bordstromnetzes des Kraftfahrzeugs ausgebildet. Das Spulengehäuse weist vorzugsweise Befestigungsabschnitte zum Befestigen des Spulengehäuses am Kraftfahrzeug auf. Auf diese Weise ist das Spulengehäuse am Kraftfahrzeug montierbar und kann somit bei einem Batte riewech sei am Kraftfahrzeug verbleiben. Weiter bevorzugt ist der zweite Umrichter ausgebildet, im Rahmen eines Ladevorgangs der Batterie einen Gleichstrom in einen Wechselstrom umzuwandeln.

Die erste Spule ist als erste Spulenwicklung aus Spulendraht, insbesondere aus lackiertem Kupferdraht, ausgebildet und ist mit einer ersten Windungszahl um den ersten Spulenkern gewickelt, sodass der erste Spulenkern vorzugsweise koaxial zur ersten Spulenwicklung angeordnet ist. Der erste Spulenkern weist vorzugsweise ein ferromagnetisches Material, wie beispielsweise Eisen, auf oder ist aus diesem gebildet. Vorzugsweise weist der erste Spulenkern einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf. Vorzugsweise weist der erste Kontaktbereich einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf.

Die zweite Spule ist als zweite Spulenwicklung aus Spulendraht, insbesondere aus lackiertem Kupferdraht, ausgebildet und ist mit einer zweiten Windungszahl um den zweiten Spulenkern gewickelt, sodass der zweite Spulenkern vorzugsweise koaxial zur zweiten Spulenwicklung angeordnet ist. Die zweite Windungszahl entspricht vorzugsweise der ersten Windungszahl. Der zweite Spulenkern weist vorzugsweise ein ferromagnetisches Material, wie beispielsweise Eisen, auf oder ist aus diesem gebildet. Vorzugsweise weist der zweite Spulenkern einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf. Vorzugsweise weist der zweite Kontaktbereich einen rechteckigen, insbesondere quadratischen, Querschnitt auf. Weiter bevorzugt weist der zweite Spulenkern, insbesondere im zweiten Kontaktbereich, einen Querschnitt auf, welcher in Form und Größe einem Querschnitt des ersten Spulenkerns, insbesondere im ersten Kontaktbereich, entspricht.

Unter einem Kontaktbereich wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Kontaktfläche verstanden. Durch das Kontaktieren des ersten Kontaktbereichs mit dem zweiten Kontaktbereich ist eine flächige Kontaktierung zwischen dem ersten Spulenkern und dem zweiten Spulenkern herstellbar. Die Kontaktfläche ist vorzugsweise plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet.

Das erfindungsgemäße Batteriesystem ist derart ausgebildet, dass durch Zusammenführen des ersten Spulenkerns mit dem zweiten Spulenkern der erste Kontaktbereich mit dem zweiten Kontaktbereich in Kontakt bringbar ist. Eine gemeinsame Kontaktfläche des ersten Kontaktbereichs mit dem zweiten Kontaktbereich entspricht vorzugsweise der ersten Kontaktfläche und der zweiten Kontaktfläche in Form und Größe. Auf diese Weise bilden der erste Spulenkern und der zweite Spulenkern einen gemeinsamen, vorzugsweise luftspaltfreien, Spulenkern.

Vorzugsweise weist das Batteriesystem noch eine dritte Spule auf, welche zum induktiven Laden der Batterie ausgebildet ist. Die dritte Spule ist vorzugsweise innerhalb des Batteriegehäuses angeordnet und somit vor Umwelteinflüssen geschützt. Weiter bevorzugt ist an der dritten Spule ein dritter Umrichter angeordnet. Vorzugsweise sind die erste Spule und die dritte Spule an unterschiedlichen, insbesondere entgegengesetzten, Seiten der Batterie angeordnet.

Ein erfindungsgemäßes Batteriesystem hat gegenüber herkömmlichen Batteriesystemen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine elektrische Kopplung zwischen der Batterie und dem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs herstellbar ist. Die Batterie ist vom Kraftfahrzeug austauschbar, ohne dass hierdurch elektrische Steckkontakte beschädigt werden können. Somit ist das erfindungsgemäße Batteriesystem deutlich robuster und verschleißärmer als bekannte Batteriesysteme ausgebildet. Ferner hat die Bildung des gemeinsamen Spulenkerns durch gegenseitiges Kontaktieren des ersten Kontaktbereichs mit dem zweiten Kontaktbereich den Vorteil, dass die induktive Übertragung zwischen ersten Spule und der zweiten Spule, also von der Batterie zum Bordstromnetz, gemäß einem Transformator erfolgt und somit weniger Verluste aufweist. Die Nutzbarkeit der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie ist somit erheblich verbessert. Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Batteriesystem vorgesehen sein, dass der erste Spulenkern zwei erste Kontaktbereiche und der zweite Spulenkern zwei zweite Kontaktbereiche aufweist, wobei der erste Spulenkern und der zweite Spulenkern ausgebildet sind, durch Kontaktieren der ersten Kontaktbereiche mit jeweils einem zweiten Kontaktbereich einen geschlossenen gemeinsamen Spulenkern zu bilden. Hierbei ist es bevorzugt, dass der erste Spulenkern und der zweite Spulenkern ausgebildet sind, einen geschlossenen gemeinsamen Spulenkern mit einem rechteckigen, insbesondere quadratischen, Umriss zu bilden. Ein geschlossener gemeinsamer Spulenkern hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise die induktive Energieübertragung zwischen der ersten Spule und der zweiten Spule, also von der Batterie an das Bordstromnetz, weiter verbessert ist.

Es ist erfindungsgemäß bevorzugt, dass der erste Spulenkern U-förmig mit zwei ersten Kontaktbereichen ausgebildet ist, wobei der zweite Spulenkern U-förmig oder I-förmig bzw. stabförmig mit zwei zweiten Kontaktbereichen ausgebildet ist. Die ersten Kontaktbereiche sind vorzugsweise parallel zueinander und/oder auf einer gemeinsamen Ebene angeordnet. Bei einer U-förmigen Ausbildung weist der erste Spulenkern zwei parallele bzw. im Wesentlichen parallele Schenkel auf, welche über einen Verbindungsbereich miteinander verbunden sind. Die ersten Kontaktbereiche sind vorzugsweise an Endflächen der Schenkel, welche vom Verbindungsbereich weggerichtet sind, angeordnet. Bei einem I-förmigen zweiten Spulenkern sind die zweiten Kontaktbereiche vorzugsweise auf derselben Seite des zweiten Spulenkerns angeordnet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der erste Spulenkern I-förmig und der zweite Spulenkern u-förmig ausgebildet ist. Ebenso ist eine L-förmige Ausbildung des ersten Spulenkerns und des zweiten Spulenkerns im Rahmen der Erfindung möglich. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise der gemeinsame Spulenkern bildbar ist.

Weiter bevorzugt ist der zweite Spulenkern in einem Spulengehäuse angeordnet, wobei das Spulengehäuse im Bereich der zweiten Kontaktbereiche Ausnehmungen zur Aufnahme jeweils eines ersten Kontaktbereichs des ersten Spulenkerns aufweist. Dies bedeutet, dass ein Teilbereich des ersten Spulenkerns zum Koppeln mit dem zweiten Spulenkern in das Spulengehäuse eingreift. Hierbei kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass der erste Kontaktbereich mindestens eine Fase aufweist, die ein solches Einfügen erleichtert. Der zweite Kontaktbereich weist vorzugsweise eine entsprechende Gegenkontur auf, sodass ein gleichmäßig geschlossener gemeinsamer Spulenkern bildbar ist. Ein Innenquerschnitt der Ausnehmungen entspricht vorzugsweise im Wesentlichen einem Außenquerschnitt des Spulengehäuses, sodass die Ausnehmung als Führung für den ersten Spulenkern ausgebildet ist. Es ist weiter bevorzugt, dass an dem Spulengehäuse eine Fixiervorrichtung zum Fixieren des Spulengehäuses am Kraftfahrzeug angeordnet ist. Dies hat den Vorteil, dass ein Ausrichten der Batterie zum Kraftfahrzeug zum Koppeln der Batterie am Kraftfahrzeug mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise verbessert ist.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung weist das Batteriesystem eine Verriegelungsvorrichtung zum temporären Fixieren der Batterie am Kraftfahrzeug auf. Die Verriegelungsvorrichtung ist vorzugsweise am Batteriegehäuse angeordnet und mit einer Gegenhaltevorrichtung des Kraftfahrzeugs zum Verriegeln in Eingriff bringbar. Die Verriegelungsvorrichtung weist vorzugsweise eine Schraubvorrichtung, eine Klemmvorrichtung oder dergleichen auf. Dies hat den Vorteil, dass eine relative Lage der Batterie zum Kraftfahrzeug mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise festlegbar ist.

Vorzugsweise weist das Batteriesystem eine Druckvorrichtung zum Drücken des ersten Kontaktbereichs an den zweiten Kontaktbereich und/oder zum Drücken des zweiten Kontaktbereichs an den ersten Kontaktbereich auf. Die Druckvorrichtung weist beispielsweise eine Druckfeder auf. Vorzugsweise ist die Druckvorrichtung ausgebildet, gegen den ersten Spulenkern und/oder gegen den zweiten Spulenkern derart zu drücken, dass der erste Spulenkern und der zweite Spulenkern aufeinandergedrückt werden, wenn die Batterie am Kraftfahrzeug angeordnet ist. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Druckvorrichtung als Verriegelungsvorrichtung zum temporären Fixieren der Batterie am Kraftfahrzeug ausgebildet ist. Eine Druckvorrichtung hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine Kontaktierung ersten Kontaktbereiche mit den zweiten Kontaktbereichen verbessert ist. Somit ist sichergestellt, dass der gemeinsame Spulenkern auch bei starken Erschütterungen sowie Vibrationen, wie beispielsweise auf unwegsamem Gelände, erhalten bleibt und sich die Kontaktbereiche der beiden Spulenkerne nicht voneinander lösen.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der erste Kontaktbereich und/oder der zweite Kontaktbereich eine Schutzschicht zur Reduzierung von Korrosion auf. Die Schutzschicht ist vorzugsweise als Lack, insbesondere als elektrisch leitender Lack, ausgebildet. Es kann erfindungsgemäß vorgesehen sein, dass die Schutzschicht aus einem Metall hergestellt ist oder zumindest ein Metall aufweist. Vorzugsweise weist die Schutzschicht eine geringere Oxidationsneigung als Eisen auf. Weiter bevorzugt ist die Schutzschicht ausgebildet, den magnetischen Fluss im gemeinsamen Spulenkern nicht oder nur geringfügig zu beeinflussen. Eine Schutzschicht hat den Vorteil, dass eine Korrosion des Kontaktbereichs reduziert ist. Somit ist mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Verschleiß des Batteriesystems reduziert und somit eine besonders zuverlässige induktive Energieübertragung gewährleistet.

Besonders bevorzugt weist der erste Spulenkern und/oder der zweite Spulenkern eine Ausrichtvorrichtung zum gegenseitigen Ausrichten des ersten Spulenkerns zum zweiten Spulenkern auf. Die Ausrichtvorrichtung ist beispielsweise an einer Seite des jeweiligen Spulenkerns angeordnet und zum Kontaktieren des jeweils anderen Spulenkerns beim Zusammenführen der Spulenkerne zu dem gemeinsamen Spulenkern ausgebildet. Die Ausrichtvorrichtung ist vorzugsweise als Anlagefläche, Anlagekante oder dergleichen ausgebildet. Vorzugsweise ist die Ausrichtvorrichtung aus einem nicht-magnetischen Werkstoff ausgebildet, um den magnetischen Fluss durch die Spulenkerne nicht negativ zu beeinflussen. Hierdurch ist mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Ausrichten der Spulenkerne zueinander verbessert.

Vorzugsweise weist der erste Spulenkern oder zweite Spulenkern eine Zentriervorrichtung und der jeweils andere zweite Spulenkern oder erste Spulenkern eine Gegenzentriervorrichtung auf, wobei die Zentriervorrichtung zum Eingreifen in die Gegenzentriervorrichtung ausgebildet ist. Die Zentriervorrichtung ist beispielsweise als Zentrierzapfen ausgebildet und kann beispielsweise eine zylinderförmige, kegelförmige oder pyramidenförmige Form aufweisen. Die Gegenzentriervorrichtung weist vorzugsweise eine hierzu in Form und Größe komplementäre Gestalt auf. Demnach ist die Gegenzentriervorrichtung vorzugsweise als Ausnehmung ausgebildet. Vorzugsweise weist die Zentriervorrichtung eine Fase zum besseren Zusammenführen von Zentriervorrichtung und Gegenzentriervorrichtung auf. Die Zentriervorrichtung und die Gegenzentriervorrichtung sind vorzugsweise jeweils an einem Kontaktbereich des jeweiligen Spulenkerns, insbesondere zentriert, angeordnet. Dies hat den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise ein Zusammenführen des ersten Spulenkerns mit dem zweiten Spulenkern verbessert ist.

Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug gelöst. Das Kraftfahrzeug weist einen Elektromotor zum Antreiben des Kraftfahrzeugs, eine Leistungselektronik zum Betreiben des Elektromotors mit elektrischer Energie und ein Bordstromnetz zum Verteilen der elektrischeren Energie an Verbraucher des Kraftfahrzeugs auf. Erfindungsgemäß weist das Kraftfahrzeug zum Versorgen des Bordstromnetzes mit elektrischer Energie ein erfindungsgemäßes Batteriesystem auf, wobei die zweite Spule mit dem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs elektrisch gekoppelt ist.

Die elektrische Kopplung der zweiten Spule mit dem Bordstromnetz ist vorzugsweise mittels eines zweiten Umrichters realisiert. Die Batterie des Batteriesystems ist austauschbar am Kraftfahrzeug gehalten, insbesondere lösbar an diesem fixiert. Vorzugsweise ist die Batterie an einem unteren Bereich des Kraftfahrzeugs angeordnet und mittels einer automatischen Batteriewechselvorrichtung von unten dem Kraftfahrzeug entnehmbar sowie von unten an diesem anordenbar.

Bei dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug ergeben sich sämtliche Vorteile, die bereits zu einem Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung beschrieben worden sind. Demnach hat das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug gegenüber herkömmlichen Kraftfahrzeugen den Vorteil, dass mit einfachen Mitteln sowie auf eine kostengünstige Art und Weise eine elektrische Kopplung zwischen der Batterie und dem Bordstromnetz des Kraftfahrzeugs herstellbar ist. Die Batterie ist vom Kraftfahrzeug austauschbar, ohne dass hierdurch elektrische Steckkontakte beschädigt werden können.

Somit ist das Batteriesystem des erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs deutlich robuster und verschleißärmer als bekannte Batteriesysteme ausgebildet. Ferner hat die Bildung des gemeinsamen Spulenkerns durch gegenseitiges Kontaktieren des ersten Kontaktbereichs mit dem zweiten Kontaktbereich den Vorteil, dass die induktive Übertragung zwischen ersten Spule und der zweiten Spule, also von der Batterie zum Bordstromnetz, gemäß einem Transformator erfolgt und somit weniger Verluste aufweist. Die Nutzbarkeit der in der Batterie gespeicherten elektrischen Energie ist somit erheblich verbessert.

Ein erfindungsgemäßes Batteriesystem für ein Kraftfahrzeug sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:

Figur 1 in einer Draufsicht eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,

Figur 2 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt des erfindungsgemäßen Batteriesystems aus Figur 1, Figur 3 in einer perspektivischen Ansicht einen Teil einer Batterie einer bevorzugten zweiten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems,

Figur 4 in einer Schnittdarstellung einen Ausschnitt einer bevorzugten dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems, und

Figur 5 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs.

Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den Figuren 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.

In Fig. 1 ist eine bevorzugte erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 für ein Kraftfahrzeug 2 (vgl. Fig. 5) schematisch in einer Draufsicht abgebildet. Das Batteriesystem 1 weist eine Batterie 3 mit mehreren Batteriezellen 22 auf, die miteinander verschaltet sind. An einer Seite der Batterie 3 ist ein erster Umrichter 4 zum Umwandeln des Gleichstroms der Batterie 3 in einen Wechselstrom angeordnet. An die wechselstromseitigen Ausgänge des ersten Umrichters 4 ist eine erste Spule 5 angeschlossen, sodass die erste Spule 5 mit dem erzeugten Wechselstrom beaufschlagbar ist. Die erste Spule 5 ist um einen ersten Spulenkern 8 gewickelt. An beiden Endbereichen des ersten Spulenkerns 8 sind zwei erste Kontaktbereiche 10 auf derselben Seite des ersten Spulenkerns 8 ausgebildet, welche in dieser Darstellung aus der Zeichenebene heraus zeigen. Der erste Spulenkern 8 ist U-förmig ausgebildet, wobei die beiden Enden des ersten Spulenkerns 8 jeweils durch einen ersten Kontaktbereich 10 begrenzt sind. Auf den ersten Kontaktbereichen 10 ist jeweils eine Schutzschicht 16 zum Schutz vor Korrosion angeordnet. Die Batterie 3, die erste Spule 5, der erste Umrichter 4 und der erste Spulenkern 8 sind von einem Batteriegehäuse 23 umgeben, wobei zwei seitliche Teilbereiche des ersten Spulenkerns 8 mit den daran angeordneten ersten Kontaktbereichen 10 aus dem Batteriegehäuse 23 herausragen. An dem Batteriegehäuse 23 sind mehrere Verriegelungsvorrichtungen 14 zum lösbaren fixieren der Batterie 3 an dem Kraftfahrzeug 2 angeordnet. Somit bildet die Batterie 3 eine separate sowie austauschbare Einheit des Batteriesystems 1. Anstatt eines aufwendigen und langwierigen Ladevorgangs ist eine leere Batterie 3 leicht durch eine aufgeladene Batterie 3 austauschbar.

Zum Weiterleiten der elektrischen Energie der Batterie 3 an ein Bordstromnetz 6 (vgl. Fig. 5) des Kraftfahrzeugs 2, weist das Batteriesystem 1 eine zweite Spule 7 auf, die um einen zweiten Spulenkern 9 gewickelt ist. Die zweite Spule 7 ist an eine Wechselstromseite eines zweiten Umrichters 24 angeschlossen. Eine Gleichstromseite des zweiten Umrichters 24 ist zum Anschließen an das Bordstromnetz 6 an einen elektrischen Stecker 25 angeschlossen. An beiden Endbereichen des zweiten Spulenkerns 9 sind zwei zweite Kontaktbereiche 11 auf derselben Seite des zweiten Spulenkerns 9 ausgebildet, welche in dieser Darstellung in die Zeichenebene hinein zeigen. Der zweite Spulenkern 9 ist I-förmig ausgebildet. Auf den zweiten Kontaktbereichen 11 ist jeweils eine Schutzschicht 16 zum Schutz vor Korrosion angeordnet.

Die zweite Spule 7, der zweite Spulenkern 9 und der zweite Umrichter 24 sind innerhalb eines Spulengehäuses 12 angeordnet, wobei das Spulengehäuse 12 im Bereich der zweiten Kontaktbereiche 11 jeweils eine Ausnehmung 13 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel sind die zweiten Kontaktbereiche 11 von einer Hüllfläche des Spulengehäuses 12 zurückgesetzt und bilden zusammen mit dem Spulengehäuse 12 einen Aufnahmeschacht zur Aufnahme der seitlichen Teilbereiche des ersten Spulenkerns 8 mit den daran angeordneten ersten Kontaktbereichen 10 zum Kontaktieren der zweiten Kontaktbereiche 11. Der Stecker 25 ist an dem Spulengehäuse 12 angeordnet. Zum Fixieren des Spulengehäuses 12 am Kraftfahrzeug 2 sind seitlich am Spulengehäuse 12 Fixiervorrichtungen 26 angeordnet. Die Fixiervorrichtungen 26 sind hier beispielhaft als Befestigungsflansch mit einer Befestigungsdurchführung ausgebildet.

Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der bevorzugten ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser Darstellung sind der erste Spulenkern 8 und der zweite Spulenkern 9 derart zusammengeführt, dass der erste Kontaktbereich 10 den zweiten Kontaktbereich 11 vollständig kontaktiert. Somit ist ein gemeinsamer Spulenkern gebildet. Hierbei ragt ein Teilbereich des ersten Spulenkerns 8 aus dem Batteriegehäuse 23 heraus und in die Ausnehmung 13 des Spulengehäuses 12 hinein.

In Fig. 3 ist ein Teil einer Batterie 3 der bevorzugten zweiten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht abgebildet. In dieser Darstellung ist die U-Form des ersten Spulenkerns 8 mit den beiden ersten Kontaktbereichen 10 und der darum gewickelten ersten Spule 5 gut erkennbar. Die ersten Kontaktbereiche 10 bilden in dieser zweiten Ausführungsform mit dem Batteriegehäuse 23 eine gemeinsame Fläche oder stehen nur geringfügig aus dem Batteriegehäuse 23 hervor. Der erste Spulenkern 8 ist geringfügig gegenüber dem Batteriegehäuse 23 in dieser Darstellung nach oben bewegbar am Batteriegehäuse 23 gehalten. Unterhalb des ersten Spulenkerns 8 ist eine Druckvorrichtung 15 zum Erzeugen einer Druckkraft gegen den ersten Spulenkern 8 zum Drücken des ersten Spulenkerns 8 nach oben angeordnet. Hierdurch soll ein zuverlässiger Kontakt zwischen dem ersten Kontaktbereich 10 und dem zweiten Kontaktbereich 11 sichergestellt werden.

Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt einer bevorzugten dritten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 schematisch in einer Schnittdarstellung. In dieser bevorzugten dritten Ausführungsform weist der erste Spulenkern 8 seitlich an beiden Enden jeweils eine Ausrichtvorrichtung 17 zum Ausrichten des ersten Spulenkerns 8 zum zweiten Spulenkern 9 auf. Ferner weist der erste Spulenkern 8 an beiden ersten Kontaktbereichen 10 jeweils eine Zentriervorrichtung 18 auf, welche exemplarisch zylinderförmig ausgebildet ist. Der zweite Spulenkern 9 weist an beiden zweiten Kontaktbereichen 11 entsprechende Gegenzentriervorrichtungen 19 auf, welche in diesem Beispiel als zylinderförmige Ausnehmungen ausgebildet sind. Somit ist der erste Spulenkern 8 in den zweiten Spulenkern 9 steckbar.

In Fig. 5 ist eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 2 schematisch in einer Seitenansicht dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist einen Elektromotor 20, eine Leistungselektronik 21, ein Bordstromnetz 6 auf und ein erfindungsgemäßes Batteriesystem 1 auf, wobei eine zweite Spule des Batteriesystems 1 mit einem zweiten Spulenkern 9 des Batteriesystems 1 am Kraftfahrzeug 2 montiert und eine Batterie 3 des Batteriesystem 1 austauschbar am Kraftfahrzeug 2 gehalten ist. Eine erste Spule 5 mit einem ersten Spulenkern 8 ist dabei derart am Kraftfahrzeug 2 angeordnet, dass der erste Spulenkern 8 und der zweite Spulenkern 9 einen gemeinsamen geschlossenen Spulenkern bilden. Eine Druckvorrichtung 15 der Batterie 3 drückt hierbei den ersten Spulenkern 8 gegen den zweiten Spulenkern 9.

Bezugszeichenliste Batteriesystem Kraftfahrzeug Batterie erster Umrichter erste Spule Bordstromnetz zweite Spule erster Spulenkern zweiter Spulenkern erster Kontaktbereich zweiter Kontaktbereich Spulengehäuse Ausnehmung Verriegelungsvorrichtung Druckvorrichtung Schutzschicht Ausrichtvorrichtung Zentriervorrichtung Gegenzentriervorrichtung Elektromotor Leistungselektronik Batteriezelle Batteriegehäuse zweite Umrichter Stecker Fixiervorrichtung