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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Anschließen mehrerer Energieversorgungs-Module an ein elektrisches Gerät, welche mehrere vorrichtungsseitige Spulen zur induktiven Kopplung mit modulseitigen Spulen der Energieversorgungs-Module umfasst. Weiterhin betrifft die Erfindung ein elektrisches Gerät mit einem Stromanschluss, welcher mit einer solchen Anschlussvorrichtung verbunden ist. Schließlich betrifft die Erfindung ein Energieversorgungs-Modul, umfassend ein Gehäuse, zumindest eine Energiequelle, welche eine elektrische Gleichspannung bereitstellt, und eine modulseitige Spule, welche für die induktive Kopplung mit einer vorrichtungsseitigen Spule einer Anschlussvorrichtung eines elektrischen Geräts vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das Energieversorgungs-Modul einen modulseitigen DC/AC-Wandler, der gleichspannungsseitig mit der zumindest einen Energiequelle und wechselspannungsseitig mit der modulseitigen Spule verbunden ist und für den Energietransfer von der Energiequelle zur modulseitigen Spule vorgesehen ist.
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STAND DER TECHNIK
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In der heutigen Zeit werden vermehrt elektrische und elektronische Geräte verwendet, die unabhängig von einem Stromnetz betrieben werden können. Dabei wird ein Energieversorgungs-Modul, welches beispielsweise eine galvanische Zelle oder eine Brennstoffzelle umfasst, über eine Anschlussvorrichtung an ein elektrisches Gerät angeschlossen.
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Ein Problem dabei ist, dass sich im Lauf der Zeit eine Vielzahl von verschiedenen Typen von Energieversorgungs-Modulen ausgebildet hat. Häufig sind selbst Energieversorgungs-Module mit gleicher Nennspannung nur deswegen nicht austauschbar, weil die Anschlusskontakte unterschiedlich ausgebildet sind.
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Ein weiteres Problem beim Anschluss von Energieversorgungs-Modulen besteht darin, dass nicht ohne weiteres Energieversorgungs-Module mit unterschiedlichen Nennspannungen und/oder Ladezuständen kombiniert werden können. Beispielsweise sind zum Teil recht aufwändige Schaltungen bekannt, um unterschiedliche Ladezustände zwischen Akkumulatorzellen, insbesondere bei Lithium-Ionen-Zellen, auszugleichen. Diese Schaltungen sind auch unter dem Begriff „Balancer” bekannt, da sie die Ladezustände mehrerer zusammengeschalteter Zellen ausgleichen, d. h. „ausbalancieren”.
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Ein weiteres Problem besteht darin, dass die Anschlusskontakte der Energieversorgungs-Module vor Berührung oder Kurzschluss geschützt werden müssen. Insbesondere Energieversorgungs-Module mit vergleichsweise hohem Energieinhalt, wie sie beispielsweise bei Elektrokraftfahrzeugen vorkommen, stellen ein erhebliches Gefahrenpotential dar. Beispielsweise kann ein solcher Akkumulator, welcher häufig eine Nennspannung von einigen hundert Volt aufweist, bei Berührung der Kontakte schwerwiegende Verletzungen oder sogar den Tod einer Person verursachen, wenn nicht besondere Schutzmaßnahmen ergriffen werden. Ein Kurzschluss eines Akkumulators kann zudem zur Explosion desselben führen und auch im Umkreis erheblichen Schaden beziehungsweise erhebliche Verletzungen verursachen.
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Beispielsweise zeigt die
JP 11113183 A dazu einen Akkumulator, welcher mehrere Lithium-Ionen-Zellen aufweist. Die Zellen sind transformatorisch mit einer Ladevorrichtung verbunden. Jeder Zelle ist zu diesem Zweck auch ein gesonderter Gleichrichter zur Gleichrichtung der von der Ladevorrichtung stammenden Wechselspannung zugeordnet.
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Die
JP 2007274837 A zeigt eine weitere Schaltung zum Ladungsausgleich zwischen mehreren in Serie geschalteter Zellen. Die einzelnen Zellen sind hier ebenfalls transformatorisch mit einer Ladevorrichtung verbunden.
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Die
JP 2003284264 A zeigt schließlich eine Schaltung, bei der eine galvanische Zelle transformatorisch mit einem Verbraucher verbunden ist. Zusätzlich weist die Schaltung eine induktive und damit kontaktlose Kommunikationsschnittstelle auf.
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Nachteilig an diesen Systemen ist, dass sie insbesondere nicht den Anschluss verschiedenartiger Energieversorgungs-Module ermöglichen und auch keine Lehre enthalten, wie solche Energieversorgungs-Module sicherer gemacht werden können.
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OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
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Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein verbessertes Energieversorgungs-Modul, eine verbesserten Anschluss-Vorrichtung für Energieversorgungs-Module, sowie ein verbessertes Gerät mit einer solchen Anschluss-Vorrichtung anzugeben. Insbesondere soll damit die Austauschbarkeit verschiedenartiger, beziehungsweise unterschiedlich stark geladener Energieversorgungs-Module sowie die Sicherheit derselben verbessert werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch eine Vorrichtung der eingangs genannten Art gelöst, welche zumindest ebenso viele vorrichtungsseitige AC/DC-Wandler umfasst wie Energieversorgungs-Module anschließbar sind, und welche wechselspannungsseitig mit den vorrichtungsseitigen Spulen und gleichspannungsseitig mit einem Stromanschluss des elektrischen Geräts verbunden sind.
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Die Aufgabe der Erfindung wird weiterhin mit einem elektrischen Gerät gelöst, welches einen Stromanschluss umfasst der mit einer erfindungsgemäßen Auschlussvorrichtung verbunden ist.
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Schließlich wird die Aufgabe der Erfindung mit einem Energieversorgungs-Modul der eingangs genannten Art gelöst, bei dem die Energiequelle, die modulseitige Spule, der modulseitige DC/AC-Wandler sowie andere mit der Energiequelle elektrisch verbundene Teile ausschließlich innerhalb des Gehäuses angeordnet sind.
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Erfindungsgemäß wird dadurch erreicht, dass verschiedenartige Energieversorgungs-Module, beziehungsweise Energieversorgungs-Module mit unterschiedlichem Ladezustand an ein elektrisches Gerät beziehungsweise dessen Anschluss-Vorrichtung anschließbar sind. Zu diesem Zweck sind vorrichtungsseitig zumindest ebenso viele AC/DC-Wandler wie Energieversorgungs-Module vorgesehen. Auf diese Weise kann die gleichspannungsseitig erhaltene Spannung individuell, das heißt für jedes Energieversorgungs-Module extra, an die vorhandenen Gegebenheiten angepasst werden. Somit können auf einfache Weise verschiedenartige Energieversorgungs-Module beziehungsweise Energieversorgungs-Module mit unterschiedlichem Ladezustand, welche insbesondere durch unterschiedliche Spannungsniveaus gekennzeichnet sind, kombiniert werden.
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Weiterhin wird auch die Sicherheit beim Hantieren mit einer solchen Anschluss-Vorrichtung beziehungsweise mit einem solchen Energieversorgungs-Modul erhöht, da die Energiequelle beziehungsweise mit der Energiequelle elektrisch verbundene Teile ausschließlich innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Die Gefahr eines Stromschlags oder eines Kurzschlusses wird daher maßgeblich verringert, ohne dass dazu aufwändige Maßnahmen, wie zum Beispiel das häufig angewandte Stromlos-Schalten von Anschlussklemmen, nötig wäre.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung in Zusammenschau mit den Figuren der Zeichnung.
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Vorteilhaft ist es bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, wenn je eine vorrichtungsseitige Spule für die induktive Kopplung mit zumindest einer modulseitigen Spule je eines Energieversorgungs-Moduls vorgesehen ist und je eine vorrichtungsseitige Spule wechselspannungsseitig mit je einem vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler verbunden ist. Bei dieser Variante der Erfindung ist das erfinderische Prinzip auf besonders einfache Weise beziehungsweise mit geringem technischen Aufwand verwirklicht, da pro Energieversorgungs-Modul vorrichtungsseitig je eine Spule sowie je ein AC/DC-Wandler vorgesehen ist.
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Günstig ist es, wenn die vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler gleichspannungsseitig parallel geschalten sind. Auf diese Weise können die Energieversorgungs-Module auf einfache Weise unter der Rahmenbedingung verbunden werden, dass die AC/DC-Wandler gleichspannungsseitig dieselbe Spannung aufweisen.
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Günstig ist es weiterhin, wenn die vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler gleichspannungsseitig in Serie geschalten sind. Auf diese Weise können die Energieversorgungs-Module auf einfache Weise unter der Rahmenbedingung verbunden werden, dass die AC/DC-Wandler gleichspannungsseitig denselben Strom führen.
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Vorteilhaft ist auch eine Vorrichtung, bei der ein den vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandlern nachgeschalteter und wechselspannungsseitig verbundener vorrichtungsseitiger DC/AC-Wandler vorgesehen ist. Bei dieser Variante können die Energieversorgungs-Module, welche ja eine Gleichspannungsquelle beinhalten, auch zur Versorgung eines Verbrauchers herangezogen werden, welcher eine Wechselspannung benötigt. Desgleichen kann die Ladung der Gleichspannungsquellen über eine Wechselspannungsquelle, beispielsweise über einen Netzanschluss, bewerkstelligt werden.
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Besonders vorteilhaft ist es, wenn die vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler und – sofern vorhanden – der vorrichtungsseitige DC/AC-Wandler als bidirektionaler Wandler ausgeführt sind. Auf diese Weise kann elektrische Energie in eine beliebige Richtung transportiert werden, also zum Beispiel von einem Energieversorgungs-Modul zu einem Verbraucher, von einem Generator zu einem Energieversorgungs-Modul oder zwischen Energieversorgungs-Modulen.
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Besonders vorteilhaft ist es weiterhin, wenn die erfindungsgemäße Vorrichtung eine Steuerung umfasst, welche dazu vorbereitet ist, die vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler derart anzusteuern, dass die Energieversorgungs-Module in einem vorbestimmbaren bzw. definierbaren Verhältnis belastet oder versorgt werden. Bei dieser Variante können bestimmte Energieversorgungs-Module je nach Erfordernis stärker oder schwacher belastet, d. h. entladen, beziehungsweise stärker oder schwächer versorgt, d. h. geladen, werden. Auf diese Weise kann beispielsweise das Balancing zwischen verschiedenen Zellen und/oder Energieversorgungs-Modulen bewerkstelligt werden. Auch kann ein Energieversorgungs-Modul gezielt entladen werden, beispielsweise aus Sicherheitsgründen weil ein Defekt festgestellt wurde.
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Vorteilhaft ist es auch, wenn für jedes Energieversorgungs-Modul eine gesonderte potentialfreie Kommunikationsschnittstelle vorgesehen ist. Bei dieser Variante können zwischen den Energieversorgungs-Modulen und der Anschluss-Vorrichtung auch Daten ausgetauscht werden, ohne dass dazu eine elektrische Verbindung zwischen den Energieversorgungs-Modulen und der Anschluss-Vorrichtung nötig wäre. Beispielsweise kann die Kommunikationsschnittstelle als induktive Schnittstelle, optische Schnittstelle oder Funkschnittstelle realisiert sein.
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Vorteilhaft ist es zudem, wenn die erfindungsgemäße vorrichtung ein Kupplungsstück umfasst, das mit einem Kühlsystem des elektrischen Geräts verbunden ist und an das ein Kühlsystem eines Energieversorgungs-Moduls anschließbar ist. Auf diese Weise können die Energieversorgungs-Module beispielsweise über einen zentral in der Anschluss-Vorrichtung vorgesehenen Kühler gekühlt werden. Die Kühlung (oder auch Heizung) kann dabei über gasförmige oder flüssige Medien erfolgen.
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Besonders vorteilhaft ist es bei einem erfindungsgemäßen Energieversorgungs-Modul, wenn alle spannungsführenden Teile ausschließlich innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Auf diese Weise sind die Personen, welche mit den Energieversorgungs-Modulen hantieren, besonders gut vor einem Stromschlag geschützt. Desweiteren können metallische Teile, welche das Energieversorgungs-Modul berühren, auch keinen Kurzschluss des Energieversorgungs-Moduls verursachen.
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Besonders vorteilhaft ist es auch, wenn das Gehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material besteht. Auf diese Weise sind die Personen, welche mit den Energieversorgungs-Modulen hantieren, noch besser vor einem Stromschlag geschützt, weil auch ein Defekt innerhalb des Energieversorgungs-Moduls nicht dazu führen kann, dass das Gehäuse spannungsführend wird. Desweiteren kann ein Kurzschluss des Energieversorgungs-Moduls durch metallische Teile, welche das Energieversorgungs-Modul berühren, noch weniger verursacht werden.
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Günstig ist zudem ein Energieversorgungs-Modul, bei dem die Energiequelle als Brennstoffzelle ausgeführt ist. Brennstoffzellen sind leicht verfügbar und sind vor allem dann von Vorteil, wenn ein Kraftstoff (z. B. Ethanol) in elektrische Energie umgewandelt werden soll.
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Günstig ist schließlich ein Energieversorgungs-Modul, bei dem die Energiequelle als galvanische Zelle oder Kondensator und der modulseitige DC/AC-Wandler als bidirektionaler Wandler ausgeführt sind. Vorteilhaft kann so elektrische Energie sowohl vom als auch zum Energieversorgungs-Modul transferiert werden. Insbesondere bei Vorsehen von Kondensatoren (z. B. Doppelschicht-Kondensatoren – auch bekannt als „Supercaps”) können so innerhalb von kurzer Zeit große Mengen an elektrischer Energie transferiert werden.
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Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung lassen sich auf beliebige Art und Weise kombinieren.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der schematischen Zeichnung des Ausführungsbeispiels näher erläutert. Die Figur zeigt dabei eine erfindungsgemäße Vorrichtung, an welche mehrere Energieversorgungsmodule angeschlossen sind.
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DETAILIERTE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
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Die 1 zeigt eine Variante einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Anschließen mehrerer Energieversorgungs-Module 2a, 2b an ein elektrisches Gerät 3. Die Vorrichtung 1 umfasst mehrere vorrichtungsseitige Spulen 4a, 4b, welche für die induktive Kopplung mit den Energieversorgungs-Modulen 2a, 2b vorgesehen sind. Erfindungsgemäß umfasst die Vorrichtung 1 weiterhin zumindest ebenso viele vorrichtungsseitige AC/DC-Wandler 5a, 5b wie Energieversorgungs-Module 2a, 2b anschließbar sind. Die AC/DC-Wandler 5a, 5b sind dabei wechselspannungsseitig mit den vorrichtungsseitigen Spulen 4a, 4b und gleichspannungsseitig mit einem Stromanschluss des elektrischen Geräts 3 verbunden.
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Die Energieversorgungs-Module 2a, 2b umfassen jeweils ein Gehäuse (nicht dargestellt) und eine modulseitige Spule 12a, 12b, welche für die induktive Kopplung mit einer vorrichtungsseitigen Spule 4a, 4b der Anschlussvorrichtung 1 des elektrischen Geräts 3 vorgesehen ist. Weiterhin umfasst das Energieversorgungs-Modul 2a, 2b einen modulseitigen DC/AC-Wandler 13a. 13b, der wechselspannungsseitig mit der modulseitigen Spule 12a, 12b und gleichspannungsseitig über eine Sicherung 14a, 14b mit zumindest einer Energiequelle 15a, 15b, welche eine elektrische Gleichspannung bereitstellt, verbunden ist. Der modulseitige DC/AC-Wandler 13a. 13b ist dabei für den Energietransfer von der Energiequelle 15a, 15b zur modulseitigen Spule 12a, 12b vorgesehen. Die Energiequelle 15a, 15b des Energieversorgungs-Moduls 2a, 2b kann beispielsweise als Brennstoffzelle, als galvanische Zelle oder als Kondensator ausgeführt sein. Erfindungsgemäß sind die Energiequelle 15a, 15b, die modulseitige Spule 12a, 12b, der modulseitige DC/AC-Wandler 13a. 13b sowie andere mit der Energiequelle 15a, 15b elektrisch verbundene Teile ausschließlich innerhalb des Gehäuses angeordnet. Die Gefahr eines Stromschlags bei Berührung des Energieversorgungs-Moduls 2a, 2b ist damit deutlich verringert.
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Vorzugsweise sind überhaupt alle spannungsführenden Teile (also auch jene Teile, die nur eine ungefährliche Spannung führen) ausschließlich innerhalb des Gehäuses angeordnet, sodass bei Berührung des Energieversorgungs-Moduls 2a, 2b keinerlei Gefahr eines Stromschlags besteht. Insbesondere ist es dabei von Vorteil, wenn das Gehäuse des Energieversorgungs-Moduls 2a, 2b (vollständig) aus einem elektrisch isolierenden Material besteht.
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Im vorliegenden Beispiel ist je eine vorrichtungsseitige Spule 4a, 4b für die induktive Kopplung mit zumindest einer modulseitigen Spule 12a, 12b je eines Energieversorgungs-Moduls 2a, 2b vorgesehen und je eine vorrichtungsseitige Spule 4a, 4b wechselspannungsseitig mit je einem vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler 5a, 5b verbunden. Selbstverständlich ist es aber auch denkbar, dass die vorrichtungsseitigen Spule 4a, 4b und/oder die modulseitigen Spule 12a, 12b in mehrere Teilspulen aufgeteilt sind, beispielsweise wenn die elektrische oder elektronische Schaltung eine Mittenanzapfung benötigt.
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Weiterhin ist im vorliegenden Beispiel für jedes Energieversorgungs-Modul 2a, 2b ein mit einer vorrichtungsseitigen zweiten Spule 8a, 8b verbundener vorrichtungsseitiger Steuerbaustein 9a, 9b sowie ein mit einer modulseitigen zweiten Spule 16a, 16b verbundener modulseitigen Steuerbaustein 17a, 17b vorgesehen. Die Spulen 8a, 8b und 16a, 16b bilden dabei eine potentialfreie Kommunikationsschnittstelle. Selbstverständlich kann eine solche Schnittstelle auch durch andere Bauteile gebildet sein, beispielsweise durch eine optische Schnittstelle oder eine Funkschnittstelle.
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Im vorliegenden Beispiel sind die vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler 5a, 5b gleichspannungsseitig parallel geschaltet. Denkbar wäre aber auch eine andere Schaltung, beispielsweise eine Serienschaltung. Den vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandlern 5a, 5b ist dabei ein vorrichtungsseitiger DC/AC-Wandler 6 nachgeschaltet, welcher mit diesen gleichspannungsseitig verbundenen ist. Vorzugsweise sind alle AC/DC-Wandler bzw. DC/AC-Wandler, also, die ersten vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler 5a, 5b, der zweite vorrichtungsseitige DC/AC-Wandler 6 sowie die modulseitigen DC/AC-Wandler 13a, 13b als bidirektionaler Wandler ausgeführt, sodass elektrische Energie beliebig transferiert werden kann. In diesem Fall ist eine Unterscheidung zwischen AC/DC-Wandler bzw. DC/AC-Wandler nicht mehr generell zutreffend, sondern nur zu einem bestimmten Zeitpunkt, je nachdem welche Funktion der betreffende Wandler gerade ausführt.
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Im vorliegenden Fall ist als Verbraucher ein Wechselstrommotor 7 an den vorrichtungsseitigen DC/AC-Wandler 6 angeschlossen. Selbstverständlich kann auch ein anderer Verbraucher vorgesehen sein. Bei Vorsehen eines Gleichstromverbrauchers kann der vorrichtungsseitige DC/AC-Wandler 6 vorteilhaft auch weggelassen werden.
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Die Schnittstelle von der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 zum Wechselstrommotor 7 bildet einen Stromanschluss des elektrischen Geräts 3. Die strichliert dargestellte Grenze der erfindungsgemäßen Vorrichtung 1 dient im Wesentlichen dem besseren Verständnis.
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Selbstverständlich könnte beispielsweise der vorrichtungsseitigen DC/AC-Wandler 6 auch als dem Verbraucher zugehörig gesehen werden.
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Die dargestellte Vorrichtung 1 umfasst nun weiterhin eine Steuerung 10, welche mit dem vorrichtungsseitigen DC/AC-Wandler 6 verbunden und die – da es sich bei dem elektrisches Gerät 3 um ein Elektrokraftfahrzeug handelt – als „Vehicle Controller” ausgeführt ist. Der Vehicle Controller 10 ist mit einem „Battery Management System” 11 verbunden, welches wiederum den vorrichtungsseitigen Steuerbausteinen 9a, 9b (im konkreten Fall eines Elektrokraftfahrzeugs als „Module Controller” ausgeführt) und über die Spulen 8a, 8b und 16a, 16b auch mit den modulseitigen Steuerbausteinen 17a, 17b (im konkreten Fall eines Elektrokraftfahrzeugs als „Cell Subsystem Controller” ausgeführt) verbunden ist.
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Zwar eignet sich die Erfindung besonders für ein Elektrokraftfahrzeug, jedoch ist diese nicht auf ein Fahrzeug eingeschränkt. Auch ist die Aufteilung in Vehicle Controller 10 und Battery Management System 11 nicht zwingend. Selbstverständlich kann die Funktion des Battery Management System 11 in den Vehicle Controller 10 integriert sein. An diese Stelle wird überhaupt angemerkt, dass die Aufteilung in verschiedene funktionale Einheiten in der dargestellten Form nicht zwingend ist. Selbstverständlich können die Funktionen auch auf andere (physikalische) Einheiten aufgeteilt werden. Desweiteren können die dargestellten Funktionen sowohl in Hardware und/oder Software abgebildet sein. Bei letzterem wird in an sich bekannter Weise ein in einem Speicher abgelegtes Programm zu Laufzeit in einen Prozessor geladen und dort ausgeführt.
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Optional kann die Vorrichtung 1 auch ein Kupplungsstück umfassen, das mit einem Kühlsystem des elektrischen Geräts 3 verbunden ist und an das ein Kühlsystem eines Energieversorgungs-Moduls 2a, 2b anschließbar ist. Auf diese Weise kann ein im Gerät 3 angeordneter Kühler die Energieversorgungs-Module 2a, 2b kühlen. Selbstverständlich können die Energieversorgungs-Module 2a, 2b aber auch eigene Kühleinrichtungen umfassen.
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Die Funktion der in der 1 dargestellten Anordnung ist nun wie folgt:
Über die erfindungsgemäße Vorrichtung 1 können mehrere Energieversorgungsmodule 2a, 2b an ein elektrisches Gerät 3 angeschlossen werden, um dieses mit elektrischer Energie zu versorgen oder aber auch um vom elektrischen Gerät 3 (wenn dieses beispielsweise ein Ladegerät ist) elektrische Energie zu erhalten. Auch ein Austausch von Energie zwischen den Energieversorgungsmodulen 2a, 2b ist möglich, um solcherart das sogenannte „Balancing”, also den Ausgleich verschiedener Spannungen beziehungsweise Ladezustände, zwischen den einzelnen Energieversorgungsmodulen 2a, 2b zu bewerkstelligen. Weiterhin ermöglicht die Vorrichtung 1 den Anschluss verschiedenartiger Energieversorgungsmodule 2a und 2b. Beispielsweise kann die Energiequelle 15a im Energieversorgungsmodul 2a durch eine galvanische Zelle, die Energiequelle 15b im Energieversorgungsmodul 2b dagegen durch eine Brennstoffzelle gebildet sein. Insbesondere ist es auch denkbar, dass das Energieversorgungsmodul 2a beispielsweise eine Spannung von 12 V für Hilfsaggregate in einem Elektrofahrzeug zur Verfügung stellt, das Energieversorgungsmodul 2b dagegen für den eigentlichen Antrieb des Elektrofahrzeugs ausgebildet ist und eine Nennspannung von 400 V aufweist. Vorteilhaft kann nun auch elektrische Energie von der Brennstoffzelle an die galvanische Zelle transferiert werden.
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Ein besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anordnung besteht also darin, dass galvanische Zellen – auch mit stark unterschiedlichem Ladezustand – ohne Leistungsverlust gekoppelt werden können und auch Energieversorgungsmodule 2a, 2b verschiedener Art an die Vorrichtung 1 angeschlossen werden können.
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Die Vorrichtung 1 kann dazu beispielsweise mehrere Schächte aufweisen, in welche die Energieversorgungsmodule 2a, 2b eingeschoben und dort fixiert werden. Vorzugsweise sind die Abmessungen der Schächte standardisiert, um eine einfache Austauschbarkeit verschiedener Energieversorgungsmodule 2a, 2b zu gewährleisten. Vorteilhaft ist es auch, wenn diese Schächte (und auch die Energieversorgungsmodule 2a, 2b) ein Gehäuse aus elektrisch isolierendem Material ohne weitere spannungsführende Teile aufweisen.
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Im folgenden wird angenommen, dass das Energieversorgungsmodul 2a eine galvanische Zelle 15a und das Energieversorgungsmodul 2b eine Brennstoffzelle umfasst. Weiterhin wird angenommen, dass der Energietransfer von den Energieversorgungsmodulen 2a, 2b zum elektrischen Gerät 3 erfolgt. Selbstverständlich ist die Lehre aber auch analog auf andere Fälle anwendbar, beispielsweise auf den Energietransfer zu oder zwischen den Energieversorgungsmodulen 2a, 2b.
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Über den Vehicle Controller 10 und das Battery Management System 11, die vorrichtungsseitigen Steuerbausteine 9a, 9b und die vorrichtungsseitigen zweiten Spulen 8a, 8b kann abgefragt werden, ob sich grundsätzlich ein Energieversorgungsmodul 2a, 2b an der Vorrichtung 1 befindet. Ist dies der Fall, so kann über die modulseitigen zweiten Spulen 16a, 16b eine Kommunikationsverbindung zu den modulseitigen Steuerbausteinen 17a, 17b aufgebaut werden. In einem weiteren Schritt werden die modulseitigen DC/AC-Wandler 13a. 13b und die ersten vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler 5a, 5b so angesteuert, dass die Energieversorgungs-Module 2a, 2b in einem vorgebbaren Verhältnis belastet werden. Beispielsweise kann ein Energieversorgungsmodul 2a, 2b mit geringerem Energieinhalt geringer belastet werden als ein Energieversorgungsmodul 2a, 2b mit höherem Energieinhalt. Beispielsweise kann dazu der Energieinhalt über die Kommunikationsschnittstelle 9a/16a und 9b/16b abgefragt werden. Diese Gleichspannung der parallel geschalteten Energieversorgungsmodule 2a, 2b wird durch entsprechende Ansteuerung des vorrichtungsseitigen DC/AC-Wandlers 6 in eine für die elektrische Maschine 7 passende Wechselspannung konvertiert.
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Vorteilhaft weist die dargestellte Vorrichtung einige Stellen zum Eingriff in die Steuerung/Regelung auf, nämlich die ersten vorrichtungsseitigen AC/DC-Wandler 5a, 5b, den zweiten vorrichtungsseitigen DC/AC-Wandler 6 sowie die modulseitigen DC/AC-Wandler 13a, 13b auf. Auf diese Weise kann sehr leicht ein geforderter Betriebsfall eingestellt werden, nämlich ein Energietransfer in beliebiger Richtung unabhängig von den verschiedenen Spannungsniveaus.
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Abschließend wird festgehalten dass die Darstellungen in den Figuren teilweise unmaßstäblich sind. Weiterhin können die einzelnen in den Figuren dargestellten Varianten auch den Gegenstand einer unabhängigen Erfindung bilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 11113183 A [0006]
- JP 2007274837 A [0007]
- JP 2003284264 A [0008]
