DE102019212462A1 - Flexible power supply unit - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine flexible Stromversorgungseinheit (2) aufweisend ein Gehäuse (4) mit einem darin integrierten modularen Batteriespeicher (34) mit einem Batteriebauraum (36) zur Aufnahme mindestens eines Batteriemodulträgers (38).The invention relates to a flexible power supply unit (2) having a housing (4) with a modular battery storage (34) integrated therein with a battery installation space (36) for receiving at least one battery module carrier (38).
Description
Die Erfindung betrifft eine flexible Stromversorgungseinheit. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Verwendung einer solchen Stromversorgungseinheit als flexible Ladesäule zur Ladung eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs.The invention relates to a flexible power supply unit. The invention further relates to the use of such a power supply unit as a flexible charging column for charging an electrically powered or drivable motor vehicle.
Elektrisch antreibbare oder angetriebene beziehungsweise elektromotorisch antreibbare oder angetriebene Kraftfahrzeuge, wie beispielsweise Elektro- oder Hybridfahrzeuge, weisen typischerweise einen Elektromotor als Antriebsmaschine auf, welcher zur Versorgung mit elektrischer Energie an ein fahrzeuginternes Bordnetz gekoppelt ist. Derartige Bordnetze werden in der Regel mittels eines Energiespeichers, beispielsweise in Form einer elektrochemischen Batterie, versorgt.Electrically drivable or driven motor vehicles, such as electric or hybrid vehicles for example, typically have an electric motor as the drive machine, which is coupled to an on-board electrical system in the vehicle for supplying electrical energy. Such electrical systems are usually supplied by means of an energy store, for example in the form of an electrochemical battery.
Unter einer elektrochemischen Batterie ist hierbei insbesondere eine sogenannte sekundäre Batterie (Sekundärbatterie) des Kraftfahrzeugs zu verstehen, bei welcher eine verbrauchte chemische Energie mittels eines elektrischen (Auf-)Ladevorgangs wiederherstellbar ist. Derartige Fahrzeug- oder Traktionsbatterien sind insbesondere als elektrochemische Akkumulatoren, beispielsweise als Lithium-Ionen-Akkumulatoren, ausgeführt.An electrochemical battery is to be understood here in particular as a so-called secondary battery (secondary battery) of the motor vehicle, in which a used chemical energy can be restored by means of an electrical (charging) process. Such vehicle or traction batteries are designed in particular as electrochemical accumulators, for example as lithium-ion accumulators.
Unter einem „Laden eines elektrisch oder elektromotorisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs“ wird hier und im Folgenden insbesondere das (Auf-)Laden eines solchen sekundären (Traktions-) Energiespeichers des Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie verstanden.“Charging a motor vehicle that is driven or drivable by an electric or electric motor” is understood here and in the following in particular to mean the (charging) charging of such a secondary (traction) energy store of the motor vehicle with electrical energy.
Zum Laden des Kraftfahrzeugs beziehungsweise der Fahrzeugbatterie ist es beispielsweise möglich, die Batterie kabelgebunden mittels eines Ladekabels an einen elektrischen Versorgungspunkt (Ladepunkt) oder an ein elektrisches Versorgungsnetz anzuschließen. Als Ladepunkte werden hierbei beispielsweise sogenannte Ladestationen oder Ladesäulen als Stromtankstellen oder Stromversorgungseinheiten verwendet. Typischerweise weisen derartige Ladestationen hierzu eine Ladeschnittstelle mit einem Ladekabel auf, an welchem freiendseitig ein Ladestecker angebracht ist. Dieser ist in eine komplementäre Ladebuchse als Ladeschnittstelle am Kraftfahrzeug einsteckbar, und mittels einer zugeordneten Bedieneinheit von einem Benutzer bedienbar. Beispielsweise ist die Ladeschnittstelle an einer der Straße oder einem Benutzer zugewandten Gehäuseseite (Vorderseite) der Ladesäule angeordnet, so dass ein Benutzer sein Kraftfahrzeug einfach positionieren kann.To charge the motor vehicle or the vehicle battery, it is possible, for example, to connect the battery to an electrical supply point (charging point) or to an electrical supply network in a wired manner by means of a charging cable. So-called charging stations or charging stations as charging stations or power supply units are used as charging points. For this purpose, charging stations of this type typically have a charging interface with a charging cable to which a charging plug is attached at the free end. This can be plugged into a complementary charging socket as a charging interface on the motor vehicle, and can be operated by a user by means of an associated operating unit. For example, the charging interface is arranged on a housing side (front side) of the charging column facing the street or a user, so that a user can easily position his motor vehicle.
Derartige Ladestationen oder Ladesäulen sind hierbei in der Regel mit einem elektrischen Anschluss an ein elektrisches Versorgungsnetz, insbesondere ein öffentliches Niederspannungsnetz, angeschlossen. Die Ladesäule weist hierbei häufig eine Leistungselektronik zur Spannungswandlung und/oder Spannungsanpassung auf, um eine elektrische Spannung des Versorgungsnetzes an eine gewünschte Ladespannung beziehungsweise an ein gewünschtes Spannungsniveau anzupassen.Such charging stations or charging columns are generally connected with an electrical connection to an electrical supply network, in particular a public low-voltage network. The charging station often has power electronics for voltage conversion and / or voltage adjustment in order to adapt an electrical voltage of the supply network to a desired charging voltage or to a desired voltage level.
Aus der
Aufgrund des benötigten Anschlusses an das Versorgungsnetz sind netzgebundene Ladesäulen in der Regel stationär, also feststehend, ortsfest oder nicht-beweglich. Dies bedeutet, dass die Ladesäulen an einer vorgegebenen Stelle montiert werden, und lediglich unter hohen Aufwand abbaubar und an einer anderen Stelle wieder aufbaubar sind.Due to the required connection to the supply network, network-connected charging stations are usually stationary, i.e. fixed, stationary or non-movable. This means that the charging columns are installed at a predetermined location and can only be dismantled with great effort and reassembled at another location.
Solche Ladesäulen können auch mit einem Batteriespeicher mit einer Leistungs- und Steuerungselektronik als elektrischen Zusatz- oder Hilfsenergiespeicher ausgestattet sein. Die Komponenten der Ladesäule sind typischerweise getrennt voneinander in einem Gehäuse verbaut. Der Batteriespeicher ist hierbei regelmäßig in einem separaten Aufbau des Gehäuses angeordnet. Dadurch ist die Installation und Montage derartiger Ladesäulen nachteiligerweise vergleichsweise aufwendig und kostenintensiv, da sowohl das Gehäuse der Ladesäule als auch der Batteriespeicher installiert werden muss.Such charging stations can also be equipped with a battery store with power and control electronics as an additional electrical or auxiliary energy store. The components of the charging station are typically installed separately from one another in a housing. The battery storage is here regularly arranged in a separate structure of the housing. As a result, the installation and assembly of such charging columns is disadvantageously comparatively complex and cost-intensive, since both the housing of the charging column and the battery storage must be installed.
In der
Bei einer solchen flexiblen Ladesäule ist es notwendig, dass die Leistungselektronik und der Batteriespeicher möglichst bauraumkompakt in dem Gehäuse der Ladesäule untergebracht sind. Des Weiteren ist eine einfache Fertigung und Wartung der Ladesäule beziehungsweise der Leistungselektronik und/oder des Batteriespeichers gewünscht.With such a flexible charging column, it is necessary that the power electronics and the battery storage device are accommodated in the housing of the charging column in as compact a space as possible. Furthermore, simple production and maintenance of the charging station or the power electronics and / or the battery storage is desired.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete flexible Stromversorgungseinheit anzugeben. Insbesondere soll eine im Hinblick auf unterschiedliche Anwendungen möglichst flexible und möglichst einfach skalierbare Stromversorgungseinheit angegeben werden. Des Weiteren soll ein Batteriespeicher und/oder eine Leistungselektronik der Stromversorgungseinheit möglichst bauraumkompakt und einfach montierbar sein. Der Erfindung liegt weiterhin die Aufgabe zugrunde, eine besonders geeignete Verwendung einer solchen Stromversorgungseinheit anzugeben.The invention is based on the object of specifying a particularly suitable flexible power supply unit. In particular, a power supply unit that is as flexible as possible and scalable as easily as possible with regard to different applications is to be specified. Furthermore, a battery storage and / or power electronics of the power supply unit should be as compact as possible and easy to install. The invention is also based on the object of specifying a particularly suitable use of such a power supply unit.
Hinsichtlich der Stromversorgungseinheit wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und hinsichtlich der Verwendung mit den Merkmalen des Anspruchs 10 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Die im Hinblick auf die Stromversorgungseinheit angeführten Vorteile und Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf die Verwendung übertragbar und umgekehrt.With regard to the power supply unit, the object is achieved according to the invention with the features of claim 1 and with regard to the use with the features of
Die erfindungsgemäße flexible Stromversorgungseinheit weist ein Gehäuse mit einem darin integrierten modularen Batteriespeicher mit einem Batteriebauraum zur Aufnahme mindestens eines Batteriemodulträgers auf. Mit anderen Worten weist die Stromversorgungseinheit einen modular aufgebauten Batteriespeicher auf, wobei der Batteriebauraum als vorgesehener Verbauraum modular mit mindestens einem Batteriemodulträger bestückt oder bestückbar ist. Dadurch ist eine besonders geeignete flexible Stromversorgungseinheit realisiert.The flexible power supply unit according to the invention has a housing with a modular battery store integrated therein with a battery installation space for receiving at least one battery module carrier. In other words, the power supply unit has a modularly constructed battery storage device, the battery installation space being or can be fitted with at least one battery module carrier in a modular manner as the installation space provided. A particularly suitable flexible power supply unit is thereby implemented.
Unter einem „Stromversorgungssystem“ wird hier und im Folgenden insbesondere ein elektrisches Versorgungssystem verstanden, bei welchem ein elektrischer Verbraucher über eine Ladeschnittstelle mit elektrischer Leistung oder elektrischer Energie versorgt wird. Vorzugsweise wird der Verbraucher hierbei mit einer elektrischen Energie aufgeladen.A “power supply system” is understood here and in the following in particular to mean an electrical supply system in which an electrical consumer is supplied with electrical power or electrical energy via a charging interface. The consumer is preferably charged with electrical energy.
Unter einem „flexiblen Stromversorgungssystem“ ist hier und im Folgenden ein mobiles oder bewegbares, also nicht festinstalliert oder nicht stationäres, Stromversorgungssystem zu verstehen. Dies bedeutet, dass das erfindungsgemäße Stromversorgungssystem im Wesentlichen als ein Insel- oder Off-Grid-System, also als eine netzunabhängige, autarke Inselanlage ausgeführt ist.Here and in the following, a “flexible power supply system” is to be understood as a mobile or movable, ie not permanently installed or non-stationary, power supply system. This means that the power supply system according to the invention is designed essentially as an island or off-grid system, that is to say as a network-independent, self-sufficient island system.
Der Batteriespeicher der Stromversorgungseinheit ist erfindungsgemäß modular, also nach einem Baustein- oder Baukastenprinzip ausgeführt. Der Batteriebauraum ist hierbei zweckmäßigerweise mit einer Anzahl von Batteriemodulträgern modular bestückbar, dies bedeutet, dass der Batteriebauraum einen hinreichend großen Bauraum aufweist, um eine Anzahl von beispielsweise gestapelten oder nebeneinander angeordneten Batteriemodulträgern aufzunehmen. Dadurch ist die Batteriegröße, also die Kapazität oder die Leistung beziehungsweise der Energieinhalt, des modularen Batteriespeichers flexibel, also skalierbar oder variabel, an eine jeweilige Anwendung der Stromversorgungseinheit individuell anpassbar.According to the invention, the battery storage of the power supply unit is modular, that is to say according to a building block or modular principle. The battery installation space can expediently be equipped with a number of battery module carriers in a modular manner, this means that the battery installation space has a sufficiently large installation space to accommodate a number of, for example, stacked or side by side battery module carriers. As a result, the battery size, that is to say the capacity or the power or the energy content, of the modular battery store is flexible, that is to say scalable or variable, and can be individually adapted to a respective application of the power supply unit.
Dies bedeutet, dass der modulare Batteriespeicher beziehungsweise die Stromversorgungseinheit je nach Anzahl der eingesetzten oder montierten Batteriemodulträger unterschiedliche Batteriegrößen oder (Batterie-)Leistungsstufen aufweist. Dadurch ist die Stromversorgungseinheit besonders flexibel an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen individuell angepasst oder anpassbar. Insbesondere ist es somit beispielsweise möglich, eine flexible Stromversorgungseinheit, welche an einer Stelle oder einem Einsatzort aufgebaut ist, vor Ort bei Bedarf mit weiteren Batteriemodulträgern auszustatten oder nachzurüsten. Insbesondere sind die Batteriemodulträger hierbei derart modular ausgestaltet, dass die Funktion der Stromversorgungseinheit unabhängig von der Anzahl der Batteriemodulträgersysteme gegeben ist.This means that the modular battery storage or the power supply unit has different battery sizes or (battery) power levels depending on the number of inserted or mounted battery module carriers. As a result, the power supply unit is particularly flexible or adaptable to different applications and requirements. In particular, it is thus possible, for example, to equip or retrofit a flexible power supply unit, which is built up at one point or a place of use, on site with additional battery module carriers as required. In particular, the battery module carriers are configured in a modular manner in such a way that the power supply unit functions independently of the number of battery module carrier systems.
Der mindestens eine Batteriemodulträger ist insbesondere austauschbar in dem Batteriebauraum aufgenommen. Dadurch ist es beispielsweise möglich, entladene Batteriemodulträger, bei welchem die gespeicherte elektrische Energie der Batteriemodule im Wesentlichen verbraucht ist, durch neue, aufgeladene Batteriemodulträger zu ersetzen oder auszutauschen, ohne die gesamte Stromversorgungseinheit bewegen zu müssen.The at least one battery module carrier is in particular accommodated in the battery installation space such that it can be replaced. This makes it possible, for example, to replace or exchange discharged battery module carriers, in which the stored electrical energy of the battery modules is essentially consumed, with new, charged battery module carriers without having to move the entire power supply unit.
Beispielsweise ist die flexible Stromversorgungseinheit als ein Generator für eine Anwendung auf Baustellen oder bei Großveranstaltungen ausgeführt. In einer bevorzugten Anwendung ist die flexible Stromversorgungseinheit insbesondere als ein Ladesystem, beispielsweise als eine Ladesäule, zur Ladung eines elektrisch angetrieben oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, ausgeführt.For example, the flexible power supply unit is designed as a generator for use on construction sites or at major events. In a preferred application, the flexible power supply unit is designed in particular as a charging system, for example as a charging column, for charging an electrically powered or drivable motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle.
Der oder jeder Batteriemodulträger weist eine Anzahl von miteinander elektrisch gekoppelten oder verschalteten Batteriemodulen oder Batteriezellen auf. Der Batteriemodulträger weist, je nach Anwendung oder Einsatz der flexiblen Stromversorgungseinheit, beispielsweise vier, sechs, zwölf oder mehr miteinander verschaltete Batteriemodule auf. Dadurch wird die Skalierbarkeit und Flexibilität der Stromversorgungseinheit hinsichtlich einer individuellen Anpassung an unterschiedliche Anwendungen und Anforderungen weiter verbessert.The or each battery module carrier has a number of battery modules or battery cells that are electrically coupled or interconnected with one another. Depending on the application or use of the flexible power supply unit, the battery module carrier has, for example, four, six, twelve or more interconnected battery modules. This further improves the scalability and flexibility of the power supply unit with regard to individual adaptation to different applications and requirements.
In einer vorteilhaften Weiterbildung weist das Gehäuse an einer (Gehäuse-)Rückseite eine (erste) Montageöffnung als Zugang zu dem Batteriebauraum auf. Unter einer Rückseite des Gehäuses ist hierbei insbesondere eine einer Straße oder einem Benutzer bei Nutzung der Stromversorgungseinheit abgewandte Gehäuseseite zu verstehen. Durch die rückseitige Montageöffnung ist eine besonders einfache Zugänglichkeit im Hinblick auf eine Fertigung oder Montage sowie im Servicefall, also beispielsweise zur Wartung oder Reparatur, des mindestens einen Batteriemodulträgers im Batteriebauraum realisiert. Der Batteriebauraum ist somit im Wesentlichen nach Art eines Schaltschranks ausgebildet.In an advantageous development, the housing has a (first) mounting opening on a (housing) rear side as access to the battery installation space. A rear side of the housing is to be understood here in particular as a side of the housing facing away from a street or a user when using the power supply unit. The rear assembly opening provides particularly simple accessibility with regard to production or assembly and in the event of service, for example for maintenance or repair, of the at least one battery module carrier in the battery installation space. The battery compartment is thus designed essentially in the manner of a switch cabinet.
Vorzugsweise ist die Montageöffnung mit einer Tür oder einem abnehmbaren Deckel verschlossen, welche beispielsweise absperrbar oder verriegelbar ist, so dass ein unerwünschter Zugriff auf den Batteriebauraum beziehungsweise die Batteriemodulträger vorteilhaft und einfach verhindert ist. Insbesondere wird somit eine Diebstahlsicherung des Batteriespeichers realisiert.The assembly opening is preferably closed with a door or a removable cover which can be locked or locked, for example, so that undesired access to the battery installation space or the battery module carrier is advantageously and simply prevented. In particular, an anti-theft protection of the battery store is thus implemented.
Die in dem Batteriebauraum eingesetzten oder montierten Batteriemodulträger weisen beispielsweise außenseitige, also der Montageöffnung zugewandte Anschlüsse, beispielsweise für ein Kühlkreislauf oder ein Klimatisierungsgerät, und/oder elektrische Anschlüsse zur Verschaltung auf. Durch die Orientierung dieser Anschlüsse an der Rückseite, also auf der Seite der Montageöffnung ist eine besonders einfache Montage und Demontage sowie Verschaltung der Batteriemodulträger realisiert.The battery module carriers used or mounted in the battery compartment have, for example, connections on the outside, that is to say the assembly opening, for example for a cooling circuit or an air conditioning device, and / or electrical connections for interconnection. The orientation of these connections on the rear side, that is to say on the side of the assembly opening, makes assembly and disassembly and interconnection of the battery module carriers particularly simple.
Die Konjunktion „und/oder“ ist hier und im Folgenden derart zu verstehen, dass die mittels dieser Konjunktion verknüpften Merkmale sowohl gemeinsam als auch als Alternativen zueinander ausgebildet sein können.The conjunction “and / or” is to be understood here and below in such a way that the features linked by means of this conjunction can be designed both together and as alternatives to one another.
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist eine modulare Leistungselektronik in das Gehäuse integriert. Die Leistungselektronik weist hierbei einen Elektronikbauraum zur Aufnahme mindestens eines Leistungselektronikmoduls auf. Das mindestens eine Leistungselektronikmodul trägt hierbei zweckmäßigerweise eine Leistungselektronik zur Spannungswandlung und/oder Spannungsanpassung einer von der Stromversorgungseinheit bereitgestellten elektrischen Spannung. Mit anderen Worten ist das bereitgestellte Spannungsniveau der Stromversorgungseinheit mittels des mindestens einen Leistungselektronikmoduls einstellbar und/oder regelbar, so dass beispielsweise eine geeignete Ladespannung für einen angeschlossenen Verbraucher bereitstellbar ist.In an expedient embodiment, modular power electronics are integrated into the housing. The power electronics here have an electronics installation space for receiving at least one power electronics module. The at least one power electronics module here expediently carries power electronics for voltage conversion and / or voltage adaptation of an electrical voltage provided by the power supply unit. In other words, the voltage level provided by the power supply unit can be set and / or regulated by means of the at least one power electronics module, so that, for example, a suitable charging voltage can be made available for a connected consumer.
Die flexible Stromversorgungseinheit weist in dieser Ausgestaltung somit eine modular aufgebaute Leistungselektronik in Form der Leistungselektronikmodule auf. Dies bedeutet, dass vorzugsweise sowohl der Batteriespeicher als auch die Leistungselektronik der Stromversorgungseinheit als modulare Systeme ausgeführt sind. Mit anderen Worten ist die Leistungselektronik skalierbar ausgestaltet, so dass je nach Anwendung mehr oder weniger Leistungselektronikmodule verwendet und montiert werden.In this embodiment, the flexible power supply unit thus has modular power electronics in the form of the power electronics modules. This means that both the battery storage and the power electronics of the power supply unit are preferably designed as modular systems. In other words, the power electronics are designed to be scalable, so that, depending on the application, more or fewer power electronics modules are used and installed.
Geeigneterweise ist die Funktion der Stromversorgungseinheit unabhängig von der Anzahl der verwendeten Leistungselektronikmodule gegeben. So ist es beispielsweise denkbar, dass bei einer Ausführung der Stromversorgungseinheit als Ladesäule die bereitgestellte (elektrische) Leistung einer Ladeschnittstelle zu einem angeschlossenen elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeug sowie eine Leistung zum Nachladen der Batteriemodulträger unabhängig von der Anzahl der Leistungselektronikmodule ist.The function of the power supply unit is suitably given regardless of the number of power electronics modules used. For example, it is conceivable that when the power supply unit is designed as a charging station, the (electrical) power provided by a charging interface to a connected electrically powered or drivable motor vehicle and the power for recharging the battery module carriers are independent of the number of power electronics modules.
Der modulare Batteriespeicher und die modulare Leistungselektronik weisen hierbei zwei unterschiedliche und räumlich voneinander getrennte Bauräume in dem Gehäuse auf. Beispielsweise ist der Batteriespeicher in einem unteren, also untergrundseitigen Bereich des Gehäuses, und die Leistungselektronik und/oder eine Steuerelektronik ist in einem oberen, also in einem vertikal oberhalb des Batteriespeichers angeordneten, Gehäusebereich verbaut. Vorzugsweise sind der Batteriespeicher und die Leistungselektronik in zwei horizontal nebeneinander angeordneten Bauräumen verbaut. Durch die räumliche und funktionale Trennung des Elektronikbauraums und des Batteriebauraums ist eine besonders zweckmäßige Integration der Systeme in das Gehäuse der Stromversorgungseinheit ermöglicht. Insbesondere ist somit eine besonders zweckmäßige Nutzung des vorhandenen Bauraums, also ein besonders bauraumkompaktes Packaging, ermöglicht.The modular battery storage and the modular power electronics have two different and spatially separate installation spaces in the housing. For example, the battery storage device is in a lower, that is to say underground, area of the housing, and the power electronics and / or control electronics are installed in an upper housing area, that is, in a housing area arranged vertically above the battery storage. The battery storage and the power electronics are preferably installed in two installation spaces arranged horizontally next to one another. The spatial and functional separation of the electronics installation space and the battery installation space enables the systems to be integrated into the housing of the power supply unit in a particularly useful manner. In particular, a particularly expedient use of the available installation space, that is to say packaging that is particularly compact in installation space, is made possible.
In einer geeigneten Ausgestaltungsform weist das Gehäuse an einer (Gehäuse-)Vorderseite eine (zweite) Montageöffnung als Zugang zu dem Elektronikbauraum auf. Unter einer Vorderseite des Gehäuses ist hierbei insbesondere eine der Straße oder dem Benutzer bei Nutzung der Stromversorgungseinheit zugewandte, also der Rückseite gegenüberliegend angeordnete, Gehäuseseite zu verstehen. Der Elektronikbauraum und der Batteriebauraum sind also vorzugsweise von gegenüberliegenden Gehäuseseiten der Stromversorgungseinheit zugänglich. Dadurch ist ein besonders einfacher Zugang zur Fertigung sowie im Servicefall realisiert.In a suitable embodiment, the housing has a (second) mounting opening on a (housing) front side as access to the electronics installation space. A front side of the housing is to be understood here in particular as a side of the housing facing the street or the user when the power supply unit is used, that is to say opposite the rear side. The electronics installation space and the battery installation space are therefore preferably accessible from opposite housing sides of the power supply unit. This enables particularly easy access to production and in the event of service.
Vorzugsweise ist die zweite Montageöffnung ebenfalls mit einer Tür oder einem abnehmbaren Deckel verschlossen, welche beispielsweise absperrbar oder verriegelbar ist, so dass ein unerwünschter Zugriff auf den Elektronikbauraum beziehungsweise die Leistungselektronikmodule vorteilhaft und einfach verhindert ist. Insbesondere wird somit eine Diebstahlsicherung der Leistungselektronik realisiert. Der Deckel oder die Tür der zweiten Montageöffnung kann hierbei beispielsweise mit einer außenseitigen, also der Umgebung zugewandten optischen Anzeigeeinheit, wie beispielsweise einem Display, einem Bildschirm, oder einem Monitor, versehen sein. Auf der Anzeigeeinheit können beispielsweise Leuchtbanner, Infotainment oder Werbeinhalte dargestellt werden.Preferably, the second assembly opening is also closed with a door or a removable cover, which can be locked or locked, for example, so that undesired access to the electronics installation space or the power electronics modules is advantageous and is simply prevented. In particular, an anti-theft device for the power electronics is implemented. The cover or the door of the second assembly opening can for example be provided with an external optical display unit, that is to say the surroundings facing, such as a display, a screen, or a monitor. For example, illuminated banners, infotainment or advertising content can be displayed on the display unit.
In einer besonders bevorzugten Ausführung sind der Batteriebauraum als ein Einschubgestell und der mindestens eine Batteriemodulträger als ein Einschub hierfür ausgeführt. Mit anderen Worten ist der Batteriebauraum als ein Montagegestell oder Rack mit mehreren Fächern ausgeführt, in welche ein jeweiliger Batteriemodulträger einsetzbar oder einschiebbar ist. Dadurch ist eine besonders einfache und aufwandsreduzierte Montage und Wartung des modularen Batteriespeichers realisiert. Des Weiteren ist somit eine besonders bauraumeffiziente Anordnung der Batteriemodulträger im Batteriebauraum, also ein besonders platzsparendes Packaging realisiert.In a particularly preferred embodiment, the battery compartment is designed as a slide-in frame and the at least one battery module carrier is designed as a slide-in unit for this purpose. In other words, the battery compartment is designed as a mounting frame or rack with a plurality of compartments into which a respective battery module carrier can be inserted or pushed. As a result, a particularly simple and cost-reduced assembly and maintenance of the modular battery storage is achieved. Furthermore, a particularly space-efficient arrangement of the battery module carriers in the battery installation space, that is to say particularly space-saving packaging, is implemented.
Gemäß einer geeigneten Ausbildung ist der Batteriebauraum mit Führungskonturen zur linearen Führung des mindestens einen Batteriemodulträgers entlang einer Montage- oder Einschubrichtung ausgeführt. Geeigneterweise sind die Batteriemodulträger mittels der Führungskonturen insbesondere formschlüssig geführt, so dass kein unerwünschtes Herausgleiten der Batteriemodulträger aus dem Batteriebauraum möglich ist. Die Führungskonturen wirken somit als Montage- oder Positionierungshilfe beim Einsetzen oder Entfernen der Batteriemodulträger in beziehungsweise aus dem Batteriebauraum.According to a suitable embodiment, the battery installation space is designed with guide contours for linear guidance of the at least one battery module carrier along an assembly or insertion direction. The battery module carriers are suitably guided in particular in a form-fitting manner by means of the guide contours, so that the battery module carriers cannot undesirably slide out of the battery installation space. The guide contours thus act as an assembly or positioning aid when inserting or removing the battery module carrier in or from the battery installation space.
Unter einem „Formschluss“ oder einer „formschlüssigen Verbindung“ zwischen wenigstens zwei miteinander verbundenen Teilen wird hier und im Folgenden insbesondere verstanden, dass der Zusammenhalt der miteinander verbundenen Teile zumindest in einer Richtung durch ein unmittelbares Ineinandergreifen von Konturen der Teile selbst oder durch ein mittelbares Ineinandergreifen über ein zusätzliches Verbindungsteil erfolgt. Das „Sperren“ einer gegenseitigen Bewegung in dieser Richtung erfolgt also formbedingt.A “form fit” or a “form fit connection” between at least two interconnected parts is understood here and in the following in particular to mean that the interconnected parts are held together at least in one direction by direct interlocking of contours of the parts themselves or by indirect interlocking takes place via an additional connecting part. The "blocking" of a mutual movement in this direction is therefore due to the shape.
In einer denkbaren Ausbildungsform ist der oder jeder Batteriemodulträger an gegenüberliegenden Stirnseiten mit emporstehenden Haltekonturen versehen, welche zumindest abschnittsweise formschlüssig in die Führungskonturen eingreifen oder diese zumindest teilweise hintergreifen. Dadurch ist eine besonders betriebssichere, stabile und zuverlässige Führung der Batteriemodulträger im Batteriebauraum realisiert, wodurch eine besonders einfache Montage und Demontage ermöglicht ist.In a conceivable embodiment, the or each battery module carrier is provided with protruding holding contours on opposite end faces, which at least in sections engage positively in the guide contours or at least partially engage behind them. As a result, a particularly reliable, stable and reliable guidance of the battery module carriers in the battery installation space is realized, which enables particularly simple assembly and disassembly.
Die Führungskonturen sind in einer bevorzugten Ausgestaltung als eine Anzahl von Führungsschienenpaaren ausgebildet, wobei jeweils ein Batteriemodulträger von jeweils einem Führungsschienenpaar geführt oder führbar ist. Die Führungsschienenpaare weisen jeweils zwei im Batteriebauraum gegenüberliegend angeordnete Führungsschienen auf, in welchen ein eingesetzter oder eingeschobener Batteriemodulträger vorzugsweise gleichlaufend geführt ist. Jedes Führungsschienenpaar ist somit als ein Fach zur Aufnahme eines Batteriemodulträgers ausgebildet. Die Fächer können hierbei beispielsweise horizontal nebeneinander angereiht oder vertikal übereinander gestapelt angeordnet sein. Vorzugsweise ist das Einschubgestell somit als ein Schienensystem ausgeführt. Das Schienensystem ermöglicht ein besonders einfaches und aufwandreduziertes Einschieben und Herausziehen der Batteriemodulträger, was insbesondere hinsichtlich eines Servicefalls vorteilhaft ist.In a preferred embodiment, the guide contours are designed as a number of pairs of guide rails, one battery module carrier being guided or guidable by one pair of guide rails. The pairs of guide rails each have two guide rails arranged opposite one another in the battery compartment, in which an inserted or pushed-in battery module carrier is preferably guided in the same direction. Each pair of guide rails is thus designed as a compartment for receiving a battery module carrier. The compartments can, for example, be lined up horizontally next to one another or stacked vertically one above the other. The slide-in rack is thus preferably designed as a rail system. The rail system enables the battery module carriers to be pushed in and pulled out particularly easily and with reduced effort, which is particularly advantageous with regard to a service case.
In einer alternativen Ausgestaltungsform sind die Führungskonturen beispielsweise als ein Rollensystem ausgebildet. Dies bedeutet, dass der Batteriebauraum und/oder die darin einsetzbaren Batteriemodulträger mit Rollen versehen sind. Dadurch ist eine besonders reibungs- und somit kraftreduzierte Montage und Demontage der Batteriemodulträger ermöglicht.In an alternative embodiment, the guide contours are designed, for example, as a roller system. This means that the battery installation space and / or the battery module carriers that can be inserted therein are provided with rollers. This enables assembly and disassembly of the battery module carriers with a particularly low friction and thus reduced force.
Ein zusätzlicher oder weiterer Aspekt der Erfindung sieht vor, dass ein Versorgungsanschluss zur elektrischen leitfähigen Kopplung eines an die Stromversorgungseinheit angeschlossenen Verbrauchers und/oder des mindestens einen Batteriemodulträgers an ein Versorgungsnetz vorgesehen ist. Mit anderen Worten ist die Stromversorgungseinheit an ein elektrisches Versorgungsnetz, insbesondere ein Niederspannungsnetz, also an eine externe Energieversorgung anschließbar. Dies bedeutet, dass die Stromversorgungseinheit als ein Plug-In-System ausgeführt ist, welches bedarfsweise an das Versorgungsnetz anschließbar ist. Dadurch ist es beispielsweise möglich, den internen Batteriespeicher der Stromversorgungseinheit über das Versorgungsnetz aufzuladen. Die montierten Batteriemodulträger sind somit mit einem konstanten (Nach-)Ladestrom aufladbar, ohne dass die Batteriemodulträger hierfür aus dem Gehäuse entfernt werden müssen. Eine solche Aufladung der Batteriemodulträger ist insbesondere auch bei einer gleichzeitigen Ladung oder Versorgung eines angeschlossenen Verbrauchers möglich.An additional or further aspect of the invention provides that a supply connection is provided for electrically conductive coupling of a consumer connected to the power supply unit and / or the at least one battery module carrier to a supply network. In other words, the power supply unit can be connected to an electrical supply network, in particular a low-voltage network, that is to say to an external energy supply. This means that the power supply unit is designed as a plug-in system which can be connected to the supply network as required. This makes it possible, for example, to charge the internal battery storage of the power supply unit via the supply network. The mounted battery module carriers can thus be charged with a constant (recharge) charging current without the battery module carriers having to be removed from the housing for this purpose. Such charging of the battery module carriers is possible in particular when a connected consumer is charged or supplied at the same time.
In einer geeigneten Weiterbildung ist der Versorgungsanschluss mit einem Transformator zur galvanischen Trennung der Stromversorgungseinheit von dem Versorgungsnetz gekoppelt. Mit anderen Worten ist eine galvanische Trennung zu einem angeschlossenen Versorgungs- oder Niederspannungsnetz vorgesehen. Durch den Transformator ist die Stromversorgungseinheit einerseits zuverlässig von dem angeschlossenen Versorgungsnetz getrennt, andererseits ist ein gleichzeitiges Laden von angeschlossenen Verbrauchern und des internen Batteriespeichers möglich.In a suitable development, the supply connection is coupled to a transformer for galvanic separation of the power supply unit from the supply network. With In other words, galvanic isolation from a connected supply or low-voltage network is provided. On the one hand, the transformer reliably disconnects the power supply unit from the connected supply network; on the other hand, it is possible to charge connected loads and the internal battery storage at the same time.
In einer alternativen Weiterbildungsform kann anstelle des Transformators eine elektrische Schaltung vorgesehen sein, welche den Zugang zu dem angeschlossenen Versorgungsnetz galvanisch trennt oder abschaltet, wenn ein angeschlossener Verbraucher geladen werden soll.In an alternative further development, instead of the transformer, an electrical circuit can be provided which galvanically isolates or switches off access to the connected supply network when a connected consumer is to be charged.
In einer bevorzugten Anwendung wird die vorstehend beschriebene Stromversorgungseinheit als eine flexible Ladesäule zum Laden eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, verwendet. Dadurch ist eine besonders geeignete, flexible Ladesäule realisiert.In a preferred application, the power supply unit described above is used as a flexible charging column for charging an electrically powered or drivable motor vehicle, in particular an electric or hybrid vehicle. This creates a particularly suitable, flexible charging station.
Die Ladesäule weist hierbei zweckmäßigerweise mindestens eine Ladeschnittstelle zum Anschluss an das Kraftfahrzeug auf. In einer denkbaren Ausführungsform ist die Ladeschnittstelle an einer seitlichen Gehäusefläche, also einer vertikalen Fläche des Gehäuses, welche senkrecht zur Rückseite und Vorderseite orientiert ist, angeordnet. An der Gehäusefläche kann hierbei beispielsweise eine Anzeigeeinheit und/oder eine Bedienoberfläche vorgesehen sein, mit welcher ein Ladevorgang von einem Benutzer überwacht und/oder gesteuert und/oder geregelt werden kann.The charging column expediently has at least one charging interface for connection to the motor vehicle. In a conceivable embodiment, the charging interface is arranged on a lateral housing surface, that is to say on a vertical surface of the housing which is oriented perpendicular to the rear and front. For example, a display unit and / or a user interface can be provided on the housing surface, with which a charging process can be monitored and / or controlled and / or regulated by a user.
Die Ladeschnittstelle ist beispielsweise als ein Ladekabel mit einem freiendseitigen Ladestecker, beispielsweise einem Typ2-Ladestecker, ausgeführt. Vorzugsweise weist die Ladesäule eine Anzahl solcher Ladeschnittstellen, beispielsweise vier oder sechs Ladeschnittstellen auf. Vorzugsweise ist eine für die jeweilige Anzahl von Ladeschnittstellen geeignete oder angepasste Anzahl von Batterieträgermodulen und/oder Leistungselektronikmodulen in dem Gehäuse beziehungsweise in dem Batteriebauraum und in dem Elektronikbauraum montiert.The charging interface is designed, for example, as a charging cable with a free-end charging plug, for example a
Die Anzahl und Leistung der Ladeschnittstellen ist variabel und von der verbauten Leistungselektronik beziehungsweise den verbauten Leistungselektronikmodulen abhängig. Beispielsweise sind unterschiedliche Kombinationen von Anzahl und Leistung der Ladeschnittstellen bei der erfindungsgemäßen Ladesäule beziehungsweise Stromversorgungseinheit, wie zum Beispiel vier Ladeschnittstellen mit jeweils 50 kW DC (kW: Kilowatt, DC: direct current, Gleichstrom), oder zwei Ladeschnittstellen mit jeweils 150 kW DC, oder zwei Ladeschnittstellen mit jeweils 25 kW DC und zwei Ladeschnittstellen mit jeweils 100 kW DC, möglich.The number and performance of the charging interfaces is variable and depends on the built-in power electronics or the built-in power electronics modules. For example, different combinations of the number and power of the charging interfaces in the charging station or power supply unit according to the invention, such as four charging interfaces with 50 kW DC (kW: Kilowatt, DC: direct current), or two charging interfaces with 150 kW DC, or two charging interfaces with 25 kW DC each and two charging interfaces with 100 kW DC each possible.
Nachfolgend sind Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
-
1 in perspektivischer Darstellung eine flexible Stromversorgungseinheit mit einem Gehäuse, mit Blick auf eine Vorderseite, -
2 in perspektivischer Darstellung die Stromversorgungseinheit ohne das Gehäuse, mit Blick auf eine Vorderseite, -
3 in perspektivischer Darstellung die Stromversorgungseinheit ohne das Gehäuse in einem teilweise demontierten Zustand, mit einem Batteriebauraum und mit einem Batteriemodulträger, mit Blick auf eine Rückseite, -
4 in perspektivischer Darstellung Haltekonturen des Batteriemodulträgers in dem Ausschnitt IV gemäß3 , -
5 in perspektivischer Darstellung Führungskonturen des Batteriebauraums in dem Ausschnitt V gemäß3 , und -
6 in schematischer und vereinfachter Darstellung die Stromversorgungseinheit bei einer Verwendung als Ladesäule zum Laden eines elektrisch angetriebenen oder antreibbaren Kraftfahrzeugs.
-
1 a perspective view of a flexible power supply unit with a housing, with a view of a front side, -
2 a perspective view of the power supply unit without the housing, with a view of a front side, -
3 in a perspective illustration the power supply unit without the housing in a partially dismantled state, with a battery installation space and with a battery module carrier, with a view of a rear side, -
4th in a perspective view of holding contours of the battery module carrier in the section IV according to FIG3 , -
5 in a perspective view of the guide contours of the battery installation space in the section V according to FIG3 , and -
6th in a schematic and simplified representation, the power supply unit when used as a charging station for charging an electrically powered or drivable motor vehicle.
Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts and sizes are always provided with the same reference symbols in all figures.
In der
Das Ladekabel
In einem oberen Bereich der Vorderseite
Wie in der
Die Vorderseite
In dem oberen Bereich des Rahmengestells
Nachfolgend ist der Aufbau des Batteriespeichers
Der Batteriespeicher
Der Batteriemodulträger
Geeigneterweise ist die Rückseite
Der Batteriemodulträger
Wie in der
Die Führungskonturen
Der Batteriemodulträger
Die in der
Die in
Beim Einschieben des Batteriemodulträgers
Die
Die Stromversorgungseinheit
Der Versorgungsanschluss
Durch den Versorgungsanschluss
Die beanspruchte Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus im Rahmen der offenbarten Ansprüche abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den verschiedenen Ausführungsbeispielen beschriebenen Einzelmerkmale im Rahmen der offenbarten Ansprüche auch auf andere Weise kombinierbar, ohne den Gegenstand der beanspruchten Erfindung zu verlassen.The claimed invention is not restricted to the exemplary embodiments described above. Rather, other variants of the invention can also be derived therefrom by the person skilled in the art within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention. In particular, all the individual features described in connection with the various exemplary embodiments can also be combined in other ways within the scope of the disclosed claims without departing from the subject matter of the claimed invention.
So ist es beispielsweise auch denkbar, dass die Führungskonturen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- StromversorgungseinheitPower supply unit
- 44th
- Gehäusecasing
- 66th
- Vorderseitefront
- 88th
- Rückseiteback
- 1010
- SeitenflächeSide face
- 1212
- DeckenflächeCeiling area
- 1414th
- LadeschnittstelleCharging interface
- 1616
- LadekabelCharging cable
- 1818th
- LadesteckerCharging plug
- 1919th
- LadebuchseCharging socket
- 2020th
- KraftfahrzeugMotor vehicle
- 2121st
- Aufnahmeadmission
- 2222nd
- AnzeigeeinheitDisplay unit
- 2424
- RahmengestellFrame
- 2626th
- ElektronikbauraumElectronics installation space
- 2828
- LeistungselektronikPower electronics
- 3030th
- LeistungselektronikmodulPower electronics module
- 3232
- KlimatisierungsgerätAir conditioning device
- 3434
- BatteriespeicherBattery storage
- 3636
- BatteriebauraumBattery space
- 3838
- BatteriemodulträgerBattery module carrier
- 4040
-
Batteriemodul
42 ,44 AnschlussBattery module 42 ,44 connection - 4646
- FührungskonturGuide contour
- 4848
- MontagerichtungMounting direction
- 5050
- FührungsschieneGuide rail
- 5252
- HaltekonturHolding contour
- 5454
- HalteleisteRetaining bar
- 56a, 56c56a, 56c
- U-SchenkelU-leg
- 56b56b
- FortsatzAppendix
- 5757
- FahrzeugbatterieVehicle battery
- 5858
- VersorgungsanschlussSupply connection
- 6060
- VersorgungsnetzSupply network
- 6262
- Transformatortransformer
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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