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Die Erfindung betrifft eine Anordnung mit Energiespeichermodulen.
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Es ist allgemein bekannt, dass Energiespeicherzellen parallel oder in Reihe verschaltet werden können, um eine entsprechende Energiemenge beziehungsweise Spannung zur Verfügung zu stellen.
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Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung mit Energiespeichermodulen einfach herstellbar zu machen.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe bei der Anordnung mit Energiespeichermodulen, nach den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen gelöst.
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Wichtige Merkmale der Anordnung mit Energiespeichermodulen sind, dass zwischen jeweils zwei Modulen eine Steckverbindung zur elektrischen Verbindung vorgesehen ist.
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Von Vorteil ist dabei, dass ein modularer Aufbau ausführbar ist, so dass die gewünschte Ladeenergiemenge beziehungsweise Spannung bereit stellbar ist. Die Verschaltung wird. mittels der Steckverbindung erreicht, wobei je nach Verschaltung die Steckverbindbar gleichartig oder unterschiedlich ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Energiespeichermodul zumindest zwei Anschlussfelder auf, wobei jedes Anschlussfeld für eine jeweilige Steckverbindung mit einem weiteren Energiespeichermodul vorgesehen ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine Anordnung der Module in einer Reihe ausführbar ist. Bei Vorsehen von mehreren Anschlussfeldern beispielsweise an vier Seiten eines quaderförmig ausgeführten Moduls ist auch eine flächenfüllende, insbesondere ebene, oder raumfüllende, insbesondere quaderförmige oder würfelförmige, räumliche Anordnung ausführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die jeweilige Steckverbindung jeweils ein Steckverbinderteil (1, ST1 oder ST2) auf. Von Vorteil ist dabei, dass die Steckverbindung einfach ausführbar ist, indem stets derselbe Verbindungsherstellschritt anwendbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist das Steckverbinderteil in einer ersten und in einer zweiten Variante ausgeführt, wobei die Varianten sich unterscheiden in einer unterschiedlichen Kontaktierung,
insbesondere wobei als Kontaktierung die Menge der elektrischen Verbindungen zwischen den zu einem ersten Energiespeichermodul zugewandten Kontaktelementen und den zu einem zweiten Energiespeichermodul zugewandten Kontaktelemente bezeichnet werden. Von Vorteil ist dabei, dass die verschiedenen Varianten optisch erkennbar sind,
beispielsweise durch ihre Farbe und/oder Markierung und/oder Beschriftung des jeweiligen Steckverbinderteils. Somit ist ein stets gleichartiges Steckverbinden ausführbar, wobei die elektrischen Verbindungen unterschiedlich sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Steckverbinderteil Kontaktelemente für Niederspannungsleitungen, insbesondere Hilfsspannungsleitungen und Datenbusleitungen, und Kontaktelemente für Leistungsleitungen auf, insbesondere für Leitungen zur Durchleitung von mehr als 5 Ampere, insbesondere von mehr als 10 Ampere. Von Vorteil ist dabei, dass nicht nur ein Energiebus sondern auch ein Datenbus mit Hilfsspannung durchleitbar ist beziehungsweise weiterleitbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Kontaktierung des Steckverbinderteils zweiter Variante derart ausgeführt, dass die Anode der Energiespeicherzelle des in der Linie, insbesondere Reihe, letzten Energiespeichermoduls rückgeführt ist zu dem Anschlussfeld des in der Linie, insbesondere Reihe, ersten Energiespeichermoduls,
insbesondere wobei die Rückführungsleitung eine der Leistungsleitungen ist, insbesondere die das Potential der Anode führt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Reihenschaltung der Energiespeicherzellen der Module einfach ausführbar ist, wobei entlang einer ersten Leistungsleitung die Energiespeicherzellen in Reihe verschaltet sind und die Anode der letzten Energiespeicherzelle rückgeführt ist über eine zweite Leistungsleitung. Statt der Anode ist alternativ die Kathode rückführbar.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die jeweilige Steckverbindung jeweils zwei Steckverbinderteile (2, ST1 und ST2) auf. Von Vorteil ist dabei, dass ein erstes Steckverbinderteil stets gleichartig einbaubar ist und ein zweites Steckverbinderteil je nach Steckposition eine von der Steckposition abhängige Verschaltung ermöglicht. Somit ist das zweite Steckverbinderteil je stets gleichartig ausgeführt und bewirkt je nach Steckposition verschiedene Verschaltungen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist ein erstes Steckverbinderteil der Steckverbindung zur elektrischen Verbindung von Niederspannungsleitungen, insbesondere Hilfsspannungsleitungen und Datenbusleitungen, geeignet ausgebildet und ein zweites Steckverbinderteil der Steckverbindung ist zur elektrischen Verbindung für Leistungsleitungen geeignete ausgebildet, insbesondere für Leitungen zur Durchleitung von mehr als 5 Ampere, insbesondere von mehr als 10 Ampere. Von Vorteil ist dabei, dass das erste Steckverbinderteil mit Kontaktelementen ausführbar ist, die einen ersten, insbesondere dünnen, Querschnitt aufweisen, und das zweite Steckverbinderteil mit Kontaktelementen ausführbar ist, die einen größeren Querschnitt als die Kontaktelemente des ersten Steckverbinderteils aufweisen.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist jedes Energiespeichermodul ein Anschlussfeld auf für die Steckverbindung,
wobei das erste Steckverbinderteil im Anschlussfeld stets gleichartig positioniert ist, insbesondere nur in einer einzigen Position positionierbar ist, und das zweite Steckverbinderteil in zwei unterschiedlichen Positionen im Anschlussfeld positionierbar ist. Von Vorteil ist dabei, dass ein einfaches Verbinden ermöglicht ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung ist die Position des zweiten Steckverbinderteils derart ausgeführt, dass die Anode der Energiespeicherzelle des in der Linie, insbesondere Reihe, letzten Energiespeichermoduls rückgeführt ist zu dem Anschlussfeld des in der Linie, insbesondere Reihe, ersten Energiespeichermoduls,
insbesondere wobei die Rückführungsleitung eine der Leistungsleitungen ist, insbesondere die das Potential der Anode führt. Von Vorteil ist dabei, dass eine Reihenschaltung der Energiespeicherzellen in einfacher Weise ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Energiespeichermodule in einer Reihe angeordnet, wobei zwischen zwei direkt hintereinander angeordneten Modulen jeweils eine Steckverbindung angeordnet ist. Von Vorteil ist dabei, dass eine einfach herstellbare Anordnung realisierbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung weist die Steckverbindung erste Kontaktelemente auf, die elektrisch verbindbar sind mit entsprechenden Kontaktelementen eines der beiden direkt hintereinander angeordneten Module, und zweite Kontaktelemente aufweise, die elektrisch verbindbar sind mit entsprechenden Kontaktelementen des anderen der beiden direkt hintereinander angeordneten Module. Von Vorteil ist dabei, dass ein mehrseitiges Steckverbinderteil verwendbar ist, also ein Steckverbinderteil mit zwei sich Anschlussfeldern, deren Kontaktelemente verbunden sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Energiespeichermodule in Reihe angeordnet entlang einer mäanderförmigen Linie, insbesondere so dass eine zweidimensionale flächenfüllende Anordnung entsteht,
insbesondere wobei die Energiespeichermodule entlang einer mehrere Schichten mäanderförmig durchlaufenden Linie angeordnet sind, insbesondere so dass eine dreidimensionale raumfüllende Anordnung entsteht. Von Vorteil ist dabei, dass die Anordnung kompakt ausführbar ist.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung sind die Steckverbinderteile mehrpolig, lösbar verbindbar und/oder abnehmbar ausgeführt. Von Vorteil ist dabei, dass einfach und kostengünstig herstellbare Teile verwendbar sind.
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Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung verbindet die Steckverbindung Hilfsspannungsleitungen, Datenbusleitungen und/oder Leistungsleitungen,
insbesondere wobei die Steckverbindung jeweils zwei Steckverbinderteile und ein zwischengeordnetes Kabel mit elektrischen Leitungen und/oder starren elektrischen Verbindungsleitungen aufweist. Von Vorteil ist dabei, dass jedes Modul nicht nur eine Energiespeicherzelle sondern auch eine zugehörige elektronische Schaltung aufweist, die als Busteilnehmer eines Datenbusses ausgebildet ist, wofür die elektronische Schaltung mit den Datenbusleitungen verbunden ist. Somit ist die elektronische Schaltung beispielsweise zum Steuern des Ladestroms der Energiespeicherzelle verwendbar, indem die elektronische Schaltung eine Bypassschaltung aufweist. Außerdem ist die elektronische Schaltung mit einem Sensor zur Erfassung der Spannung an der Energiezelle ausführbar, so dass die erfassten Werte an einen übergeordneten Rechner weiterleitbar sind, welcher mit den Datenbusleitungen verbunden und als Busteilnehmer ausgebildet ist. Darüber hinaus ist die elektronische Schaltung über die Hilfsspannungsleitungen mit Energie versorgbar.
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Weitere Vorteile ergeben sich aus den Unteransprüchen. Die Erfindung ist nicht auf die Merkmalskombination der Ansprüche beschränkt. Für den Fachmann ergeben sich weitere sinnvolle Kombinationsmöglichkeiten von Ansprüchen und/oder einzelnen Anspruchsmerkmalen und/oder Merkmalen der Beschreibung und/oder der Figuren, insbesondere aus der Aufgabenstellung und/oder der sich durch Vergleich mit dem Stand der Technik stellenden Aufgabe.
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Die Erfindung wird nun anhand von schematischen Abbildungen näher erläutert:
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In der 1 ist ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für eine Energiespeicheranordnung gezeigt.
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In der 2 ist ein alternatives erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel für eine Energiespeicheranordnung gezeigt.
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Wie in 1 gezeigt weist die Energiespeicheranordnung mehrere Energiespeichermodule auf, die in 1 hintereinander, also entlang einer Linie, angeordnet sind, wobei die Module mit 1 bis n durchzählbar sind. In 1 ist n = 4.
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Jedes Energiespeichermodul weist dabei eine Energiespeicherzelle E auf, die mit Leistungsleitungen verbunden ist, welche zu mindestens zwei voneinander beabstandeten Anschlusselementen, insbesondere Anschlussklemmen, geführt sind.
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Außerdem weist jedes Energiespeichermodul eine elektronische Schaltung P auf, die mit Hilfsspannungsleitungen und Datenleitungen eines Datenbusses verbunden und ebenfalls zu mindestens zwei voneinander beabstandeten Anschlusselementen, insbesondere Anschlussklemmen, geführt sind.
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Die jeweils ersten Anschlusselemente, welche mit einer Hilfsspannungsleitung, einer Datenleitung oder mit einer Leistungsleitung verbunden sind, bilden ein erstes Anschlussfeld.
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Die jeweils zweiten Anschlusselemente, welche mit einer Hilfsspannungsleitung, einer Datenleitung oder mit einer Leistungsleitung verbunden sind, bilden ein zweites Anschlussfeld.
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Zwischen nächstbenachbarten Energiespeichermodulen ist jeweils ein Steckverbinderteil (ST1, ST2) angeordnet, das mit seinem ersten Kontaktelementen mit den Anschlusselementen des ersten Anschlussfeldes steckverbindbar ist und das mit seinen zweiten Kontaktelementen mit den Anschlusselementen des zweiten Anschlussfeldes Steckverbindbar ist.
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Auf diese Weise sind die Hilfsspannungsleitungen, Datenleitungen und Leistungsleitungen der nächstbenachbarten Module miteinander elektrisch verbindbar. Als Leistungsleitungen ist eine Leistungsleitung für ein oberes Potential und eine Leistungsleitung für ein unteres Potential verwendet.
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Die elektronische Schaltung weist einen Busteilnehmer auf, welcher Daten aus den Datenleitungen herausfiltert, die für das jeweilige Modul bestimmt sind. Somit ist ein Aufladevorgang beziehungsweise ein Entladevorgang einer Energiespeicherzelle steuerbar. In Weiterbildung sind auch Informationen vom Busteilnehmer über den Datenbus absendbar an andere Busteilnehmer oder einen mit dem Datenbus verbundenen, in der Figur nicht gezeigten übergeordneten Rechner.
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Zwischen zwei nächstbenachbarten Energiespeichermodulen wird das erste Steckverbinderteil ST1 angeordnet, wobei allerdings zwischen dem vorletzten und letzten Energiespeichermodul das zweite Steckverbinderteil ST2 angeordnet wird. Dabei bewirken beide Steckverbinderteile ein Durchschleifen der Hilfsspannungsleitung und der Datenleitungen. Jedoch bewirkt das erste Steckverbinderteil ST1 die Leistungsverbindung zweier ungleichnamiger Potentiale zweier nächstbenachbarter Module sowie das Durchschleifen einer zweiten Leistungsleitung, die zur Rückführung der Anode des letzten Moduls in der Linie hin zum Anschlussfeld des ersten Moduls in der Linie dient. Hingegen bewirkt das zweite Steckverbinderteil ST2 die Leistungsverbindung zweier ungleichnamiger Potentiale der letzten beiden nächstbenachbarten Module. Die andere Leistungsleitung wird vom zweiten Steckverbinderteil ST2 mit der Anode der letzten Energiespeicherzelle E verbunden, so dass eine elektrische Reihenschaltung der Energiespeicherzellen der in Reihe angeordneten Energiespeichermodule bewirkt ist. Die Kontaktbelegung des zweiten Steckverbinderteils ST2 unterscheidet sich also von der Kontaktbelegung des ersten Steckverbinderteils ST1.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt einer jeweiligen einzigen Energiespeicherzelle E eine Mehrzahl miteinander in Reihe oder parallel verschalteter Energiespeicherzellen E in jedem Modul eingesetzt.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden die in Reihe angeordneten Energiespeichermodule entlang einer mäanderförmigen Linie angeordnet, so dass eine zweidimensionale flächenfüllende Anordnung entsteht. In Weiterbildung sind die Energiespeichermodule auch dreidimensional anordenbar, insbesondere entlang einer mehrere Schichten mäanderförmig durchlaufenden Linie.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt der vorgenannten Reihenschaltung eine elektrische Parallelschaltung der Energiespeicherzellen ausgeführt. Hierzu wird in 1 ein von ST1 und ST2 verschiedenes Steckverbinderteil zwischen jeweils nächstbenachbarten Energiespeichermodulen angeordnet, das jeweils die gleichnamigen Potentiale nächstbenachbarter Module miteinander verbindet.
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Wie in 2 gezeigt, wird beider dortigen Anordnung ein erstes Steckverbinderteil ST1 verwendet, welches die Hilfsspannungsleitungen und Datenleitungen durchschleift. Zwischen nächstbenachbarten Energiespeichermodulen wird stets dasselbe Steckverbinderteil ST1 angeordnet. Für die Leistungsleitungen wird das ebenfalls stets gleichartig ausgeführte zweite Steckverbinderteil ST2 eingesetzt, welches in zwei Steckpositionen im Anschlussfeld anordenbar ist. Dabei werden in der ersten Steckposition die Leistungsverbindung ungleichnamiger Potentiale zweier nächstbenachbarter Module hergestellt sowie eine zweite Leistungsleitung durchgeschleift, welche als Rückführung der Anode des in der Linie letzten Moduls hin zum Anschlussfeld des in der Linie ersten Moduls dient. In der zweiten Steckposition jedoch wird zum einen die Leistungsverbindung ungleichnamiger Potentiale der letzten beiden nächstbenachbarten Module hergestelltund zum anderen die andere Leistungsleitung mit der Anode der letzten Energiespeicherzelle E in der Linie verbunden, so dass eine elektrische Reihenschaltung der Energiespeicherzellen der in Reihe angeordneten Energiespeichermodule bewirkt ist.
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Somit wird die Anode der Energiespeicherzelle des in der Linie letzten Energiespeichermoduls rückgeführt zu den Anschlussfeld des ersten Energiespeichermoduls. Die als Rückführungsleitung wirksame Leistungsleitung führt also nur das Potential der Anode. Die durch das jeweilige Steckverbinderteil ST1 durchgeschleiften jeweiligen Leistungsleitungen führen entsprechend unterschiedliche Potentiale.
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Die Kontaktbelegung des zweiten Steckverbinderteils ST2 unterscheidet sich also von der Kontaktbelegung des ersten Steckverbinderteils ST1 nicht.
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Gemäß dem Ausführungsbeispiel nach 2 wird also das erste Steckverbinderteil ST1 stets gleichartig im Anschlussfeld angeordnet und das zweite Steckverbinderteil ST2 in einer ersten beziehungsweise zweiten Steckposition – abhängig davon, ob das zu verbindende Paar der Energiespeichermodule das letzte in der linienhaften Anordnung ist oder nicht.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt einer jeweiligen einzigen Energiespeicherzelle E eine Mehrzahl miteinander in Reihe oder parallel verschalteter Energiespeicherzellen E in jedem Modul eingesetzt.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen werden die in Reihe angeordneten Energiespeichermodule entlang einer mäanderförmigen Linie angeordnet, so dass eine zweidimensionale flächenfüllende Anordnung entsteht. In Weiterbildung sind die Energiespeichermodule auch dreidimensional anordenbar, insbesondere entlang einer mehrere Schichten mäanderförmig durchlaufenden Linie.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen wird statt der vorgenannten Reihenschaltung eine elektrische Parallelschaltung der Energiespeicherzellen ausgeführt. Hierzu wird in 2 das zweite Steckverbinderteil ST1 in einer dritten Steckposition zwischen jeweils nächstbenachbarten Energiespeichermodulen angeordnet, welche nicht in 2 abgebildet ist. Das Steckverbinderteil verbindet jeweils die gleichnamigen Potentiale nächstbenachbarter Module miteinander. Eine weitere Steckposition ist also auch nicht beim in der linienhaften Anordnung letzten Paar von Energiespeicherzellen notwendig.
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Bei weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsbeispielen ist mit dem erfindungsgemäßen Stecksystem auch die Ausführung einer gemischten Reihen-Parallelschaltung möglich. Beispielsweise ist eine Reihenschaltung von mehreren paarweise parallelgeschalteten Energiespeichermodulen ausführbar.
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Bezugszeichenliste
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- E
- Energiespeicherzelle
- P
- elektronische Schaltung, Peripherie
- ST1
- erstes Steckverbinderteil
- ST2
- zweites Steckverbinderteil
