DE102014222489A1

DE102014222489A1 - System und Verfahren zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung sowie entsprechende Speichervorrichtung, Energiespeichereinrichtung, Versorgungsvorrichtung und Stromverbraucher

Info

Publication number: DE102014222489A1
Application number: DE102014222489.6A
Authority: DE
Inventors: Juergen Eckhardt; Udo Diehl; Gottlob Haag
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2014-11-04
Filing date: 2014-11-04
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Die Erfindung schafft eine Speichervorrichtung zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung, eine Energiespeichereinrichtung zum elektrischen Ankoppeln an die Speichervorrichtung, eine Verwendung einer Energiespeichereinrichtung, eine Versorgungsvorrichtung eines Stromverbrauchers zum Versorgen einer ersten Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung, einen Stromverbraucher mit einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung, ein System zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung und ein Verfahren zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung. Die Speichervorrichtung umfasst: mindestens eine elektrische Ankoppeleinrichtung (32), an welcher eine Energiespeichereinrichtung (26-i) zum Bereitstellen von elektrischer Leistung elektrisch ankoppelbar ist; eine Kommunikationseinrichtung (40), welche dazu ausgebildet ist, zumindest ein Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers (F) in einen Notfallmodus zu erzeugen; und eine Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung (20) zum Anschließen der Speichervorrichtung (22), an welcher elektrische Leistung von dem elektrischen Anschlusspunkt (30-i) zum Versorgen des Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung abgreifbar ist und an welcher das Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers (F) in den Notfallmodus abgreifbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Speichervorrichtung zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung, eine Energiespeichereinrichtung zum elektrischen Ankoppeln an die Speichervorrichtung, eine Verwendung einer Energiespeichereinrichtung, eine Versorgungsvorrichtung eines Stromverbrauchers zum Versorgen mindestens einer ersten Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung, einen Stromverbraucher, vorzugsweise ein Fahrzeug, insbesondere ein Elektrofahrzeug, mit einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung, ein System zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung und ein Verfahren zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung.
Stand der Technik
Elektrofahrzeuge sind Fahrzeuge, welche teilweise, hauptsächlich oder vollständig mittels eines Elektromotors bewegt werden. Elektrische Leistung wird dem Elektromotor üblicherweise über eine interne Batterie des Fahrzeugs bereitgestellt. Die Batterie wird über eine Ladebuchse an dem Fahrzeug geladen, beispielsweise an speziellen Strom-„Tankstellen“, aber auch an üblichen Steckdosen. Unter einem Fahrzeug soll insbesondere ein Straßenfahrzeug, ein Schienenfahrzeug, ein Wasserfahrzeug oder ein Luftfahrzeug verstanden sein.
Leere Batterien von Elektrofahrzeugen müssen herkömmlicherweise wieder aufgeladen werden, bevor das Elektrofahrzeug wieder gefahren werden kann. Bleibt ein Elektrofahrzeug fern eines kompatiblen Stromanschlusses mit entleertem Energiespeicher liegen, kann beispielsweise ein geladener Akkumulator oder ein tragbarer Generator an die Ladebuchse des Fahrzeugs angeschlossen werden. Somit kann eine gewisse elektrische Energiemenge in die interne Batterie übertragen werden, womit das Fahrzeug wieder über eine gewisse Strecke hinweg bewegbar wird.
In der US 20140152257 A1 ist ein kompakter tragbarer Batterielader beschrieben, welcher eine wiederaufladbare interne Batterie sowie einen Ladeeingang zum Wiederaufladen der internen Batterie und einen Ladeausgang zum Laden eines externen Geräts mittels der internen Batterie aufweist.
Das Bereitstellen von elektrischer Leistung an die Stromverbrauchseinrichtungen des Fahrzeugs, insbesondere an den Elektromotor, über den Umweg der internen Batterie kann zu Umwandlungsverlusten sowie zu einer Verzögerung führen, beispielsweise wenn der Bedarfswert an elektrischer Leistung für das Fahrzeug höher ist als ein der mögliche Übertragungswert von elektrischer Leistung aus dem tragbaren Akkumulator oder Generator an die Stromverbrauchseinrichtungen des Fahrzeugs, insbesondere an den Elektromotor.
Offenbarung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung offenbart eine Speichervorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, eine Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 3, eine Verwendung einer Energiespeichereinrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 5, eine Versorgungsvorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 6, einen Stromverbraucher mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11, ein System mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 14.
Demgemäß ist vorgesehen: eine Speichervorrichtung zum Versorgen eines Stromverbrauchers, insbesondere eines externen Stromverbrauchers, mit elektrischer Leistung mit: mindestens einer elektrischen Ankoppeleinrichtung, an welcher mindestens eine Energiespeichereinrichtung zum Bereitstellen von elektrischer Leistung elektrisch, insbesondere. galvanisch, angekoppelt oder elektrisch, insbesondere galvanisch, ankoppelbar ist; einer Kommunikationseinrichtung, welche dazu ausgebildet ist, zumindest ein Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers in einen Notfallmodus zu erzeugen; und einer Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung zum Anschließen der Speichervorrichtung an den Stromverbraucher, an welcher elektrische Leistung von dem mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt zum Versorgen des Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung abgreifbar ist und an welcher das Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers in den Notfallmodus abgreifbar ist.
Weiterhin ist eine Energiespeichereinrichtung zum elektrischen Ankoppeln an die Ankoppeleinrichtung der Speichervorrichtung vorgesehen mit: einer Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung, von welcher an die Ankoppeleinrichtung Informationen über eine jeweilige elektrische Restkapazität der Energiespeichereinrichtung von übermittelbar sind; und mittels welcher Informationen über eine von der mindestens einen an die Ankoppeleinrichtung angekoppelten Energiespeichereinrichtung entnommene elektrische Energie von der Ankoppeleinrichtung empfangbar sind.
Dementsprechend schafft die Erfindung auch eine Verwendung einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinrichtung in einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung.
Weiterhin ist eine Versorgungsvorrichtung eines Stromverbrauchers zum Versorgen mindestens einer ersten Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung vorgesehen, mit: einer Stromverbraucher-Steuereinrichtung, mittels welcher ein Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers in einen Notfallmodus empfangbar ist und welche dazu ausgebildet ist, auf das Empfangen des Steuersignals hin den Stromverbraucher in den Notfallmodus zu versetzen; mindestens einer Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung zum Anschließen einer Speichervorrichtung, insbesondere einer externen Speichervorrichtung, zum Versorgen des Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung; wobei an der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung elektrische Leistung zum Versorgen der mindestens einen ersten Stromverbrauchseinrichtung anlegbar ist; und wobei an der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung das Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers in den Notfallmodus anlegbar und mittels der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung an die Stromverbraucher-Steuereinrichtung übermittelbar ist.
Unter einer Stromverbrauchseinrichtung soll insbesondere eine beliebige elektronische Komponente oder ein elektronisches Gerät verstanden werden, welches im Betrieb elektrischen Strom verbraucht.
Weiterhin ist ein Stromverbraucher vorgesehen mit: einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung, wobei der Stromverbraucher mittels der Stromverbraucher-Steuereinrichtung in den Notfallmodus versetzbar ist; und wobei mindestens eine erste Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers mittels der Versorgungsvorrichtung mit elektrischer Leistung versorgbar ist.
Weiterhin schafft die Erfindung ein System zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung mit: einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung und einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung, wobei die Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung der Speichervorrichtung an die Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung der Versorgungsvorrichtung anschließbar ist.
Des Weiteren sieht die Erfindung ein Verfahren zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung vor, mit den Schritten: Anschließen einer Speichervorrichtung an eine Versorgungsvorrichtung eines Stromverbrauchers; Übermitteln eines Steuersignals von der an die Versorgungsvorrichtung angeschlossenen Speichervorrichtung an die Versorgungsvorrichtung; Versetzen des Stromverbrauchers in einen Notfallmodus als Reaktion auf das übermittelte Steuersignal; und Versorgen des Stromverbrauchers mit elektrischer Energie durch die Speichervorrichtung.
Vorteile der Erfindung
Die der vorliegenden Erfindung zu Grunde liegende Erkenntnis besteht darin, dass bei einem Stromverbraucher mit entleerter interner Batterie häufig nicht alle, sondern nur bestimmte, primäre, Stromverbrauchseinrichtungen des Stromverbrauchers für einen Notbetrieb mit elektrischer Leistung versorgt zu werden brauchen, und dass hierfür ein separater, von der internen Batterie unabhängiger elektrischer Leistungsversorgungskreislauf vorteilhaft ist.
Erfindungsgemäß wird der Stromverbraucher, basierend auf dem Steuersignal, welches von der Speichervorrichtung ausgeht, in den Notfallmodus versetzt. Der Notfallmodus ist insbesondere ein Energiesparmodus, in welchem ein oder mehrere Stromverbrauchseinrichtungen des Stromverbrauchers, von der Versorgung mit elektrischer Leistung ausnehmbar sind oder ausgenommen werden oder welche ihrerseits in einen jeweiligen energiesparenden Funktionsmodus versetzt werden.
Durch das mögliche Umgehen der internen Batterie des Stromverbrauchers und das gezielte Versorgen bestimmter Stromverbrauchseinrichtungen werden Übertragungsverluste verringert und die Dauer, mit welcher der Stromverbraucher mittels einer festen Energiemenge betrieben werden kann, erhöht. Somit kann wahlweise die erfindungsgemäße Speichervorrichtung mit verhältnismäßig geringerer elektrischer Energiespeicherkapazität und somit besonders kompakt ausgebildet werden.
Ist der Stromverbraucher etwa ein Elektrofahrzeug, welches mit entleerter interner Batterie liegen geblieben ist, muss zum Bewegen des Elektrofahrzeugs vornehmlich der Elektromotor des Elektrofahrzeugs mit elektrischer Leistung versorgt werden, unter Umständen etwa auch eine elektronische Lenkungsvorrichtung, mittels welcher das Elektrofahrzeug lenkbar ist und/oder eine Rechenvorrichtung, welche zum Starten des Elektrofahrzeugs benötigt wird sowie gesetzlich vorgeschriebene Stromverbrauchseinrichtungen, beispielsweise Scheinwerfer, Blinker, etc., das heißt, sicherheitsrelevante Stromverbrauchseinrichtungen.
Von der Versorgung mit elektrischer Leistung ausgenommen werden oder sind in dem Notfallmodus beispielsweise ein Entertainmentsystem wie Radio oder Video, interne Lampen, ein Navigationssystem, elektrische Fensterheber, ein Lüftung und/oder Klimaanlage, eine Heizung, eine Servolenkung etc.
Weiterhin oder alternativ können Funktionen von Stromverbrauchseinrichtungen des Fahrzeugs in dem Notfallmodus eingeschränkt werden oder sein, beispielsweise kann eine Leuchtkraft der Scheinwerfer auf einen vorbestimmten, etwa gesetzlich bestimmten, Minimalwert herabgesenkt werden, eine Rechenleistung der Rechenvorrichtung des Fahrzeugs kann herabgesenkt werden, eine maximale Heizleistung kann herabgesenkt werden, etc.
Vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Speichervorrichtung eine Speichervorrichtungs-Steuereinrichtung, mittels welcher über die Ankoppeleinrichtung Informationen über eine jeweilige elektrische Restkapazität der Energiespeichereinrichtung von einer Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung der mindestens einen an die Ankoppeleinrichtung angekoppelten Energiespeichereinrichtung abfragbar und/oder Informationen über eine von der mindestens einen an die Ankoppeleinrichtung angekoppelten Energiespeichereinrichtung entnommene elektrische Energie über die Ankoppeleinrichtung an die Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung übermittelbar sind. Somit liegt stets eine akkurate Information über die elektrische Restkapazität der mindestens einen Energiespeichereinrichtung vor, basierend auf welcher die Energiespeichereinrichtungen unterschiedlich belastet werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Energiespeichereinrichtung eine Primärzelle des Zink-Luft-Typs. Zink-Luft-Primärzellen können bei einer ähnlichen Kapazität etwa ein Drittel eines Gewichts einer üblichen fahrzeuginternen Batterie aufweisen. Die Primärzelle des Zink-Luft-Typs ist optional derart ausgebildet, dass Zinkpulver in der Primärzelle austauschbar ist. Somit kann die Energiespeichereinrichtung ggf. nach einem Austausch des Zinkpulvers wieder verwendet werden. In diesem Sinne kann die Primärzelle des Zink-Luft-Typs als „Brennstoffzelle mit festem Brennstoff“ bezeichnet werden. Statt einer Primärzelle des Zink-Luft-Typs sind auch andere Speichertechnologien mit hoher Energiedichte geeignet, beispielsweise Sekundärzellen eines Lithium-Typs, Lithium-Luft-Zellen, Lithium-Ionen-Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst die Versorgungsvorrichtung eine Ladeeinrichtung, mittels welcher eine interne Batterie des Stromverbrauchers mit elektrischer Energie ladbar ist und mittels welcher elektrische Leistung zum Versorgen einer an die Versorgungsvorrichtung angeschlossenen Speichervorrichtung an die Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung anlegbar ist. Somit ist die Infrastruktur der Versorgungsvorrichtung, insbesondere im Rahmen des erfindungsgemäßen Systems, vorteilhaft zum Laden und/oder Wiederaufladen nicht nur der internen Batterie des Stromverbrauchers, sondern auch der Speichervorrichtung, insbesondere der an die Speichervorrichtung angekoppelten Energiespeichereinrichtungen verwendbar.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Versetzen des Stromverbrauchers in den Notfallmodus, gemäß der Speichervorrichtung und/oder der Versorgungsvorrichtung und/oder dem Stromverbraucher und/oder dem System und/oder dem Verfahren, dass eine interne Batterie des Stromverbrauchers elektrisch zumindest von der mindestens einen Stromverbrauchseinrichtung abgekoppelt wird. Bei der internen Batterie kann es sich insbesondere um eine wiederaufladbare Batterie, d.h. einen Akkumulator, handeln. Dies kann beispielsweise unter Verwendung von einem oder mehreren internen Schützen der internen Batterie erfolgen. Somit kann das verlustbehaftete Auf- und Entladen der internen Batterie in dem Notfallmodus energiesparend vermieden werden. Zudem wird eine elektrische Leistung, mit welcher die Stromverbrauchseinrichtung versorgt wird, nicht durch einen maximalen Lade- und/oder Entladeleistungswert der internen Batterie begrenzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Versetzen des Stromverbrauchers in den Notfallmodus, gemäß der Speichervorrichtung und/oder der Versorgungsvorrichtung und/oder dem Stromverbraucher und/oder dem System und/oder dem Verfahren, dass mittels der Stromverbraucher-Steuereinrichtung mindestens eine zweite Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers von einer Versorgung mit elektrischer Leistung ausgenommen wird. Mit anderen Worten wird in dem Notfallmodus die zweite Stromverbrauchseinrichtung nicht mittels der Speichervorrichtung mit elektrischer Leistung versorgt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst das Versetzen des Stromverbrauchers in den Notfallmodus, gemäß der Speichervorrichtung und/oder der Versorgungsvorrichtung und/oder dem Stromverbraucher und/oder dem System und/oder dem Verfahren, dass mittels der Stromverbraucher-Steuereinrichtung mindestens eine zweite Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers mit weniger elektrischer Energie versorgt wird als wenn der Stromverbraucher nicht in den Notfallmodus versetzt ist.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist der Stromverbraucher als ein Elektrofahrzeug ausgebildet und ist die erste Stromverbrauchseinrichtung als ein Elektromotor des Elektrofahrzeugs ausgebildet oder umfasst die erste Stromverbrauchseinrichtung einen Elektromotor des Elektrofahrzeugs.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren der Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen:
1 ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromverbrauchers, einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung und einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung, jeweils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 ein schematisches Blockschaltbild der Speichervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
3 ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Versorgen eines Stromverbrauchers mit elektrischer Leistung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen – sofern nichts anderes angegeben ist – mit denselben Bezugszeichen versehen. Die Nummerierung von Verfahrensschritten dient der Übersichtlichkeit und soll insbesondere nicht, sofern nichts anderes angegeben ist, eine bestimmte zeitliche Reihenfolge implizieren. Insbesondere können auch mehrere Verfahrensschritte gleichzeitig durchgeführt werden.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines erfindungsgemäßen Stromverbrauchers F, einer erfindungsgemäßen Versorgungsvorrichtung 10 und einer erfindungsgemäßen Speichervorrichtung 22, jeweils gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Stromverbraucher ein Elektrofahrzeug F. Das Elektrofahrzeug F weist eine interne Batterie 1 auf, mittels welcher das Elektrofahrzeug F mit elektrischer Leistung versorgbar ist, das heißt, alle Stromverbrauchseinrichtungen 7, M des Elektrofahrzeugs F mit elektrischer Leistung versorgbar sind. Ein Elektromotor M als eine erste Stromverbrauchseinrichtung des Elektrofahrzeugs F ist über elektrische Leitungen L1, L2, L3 über elektrische Leitungsknoten K1 und K2 sowie über elektrische Leitungen L4, L5, L6 über elektrische Leitungsknoten K3, K4, welche einem Wechselrichter 12 anliegen, über den Wechselrichter 12 und über dreiphasige Stromleitungen 11-1, 11-2, 11-3 zwischen dem Wechselrichter 12 und dem Elektromotor M mit elektrischer Leistung versorgbar und wird im Regelbetrieb des Elektrofahrzeugs F auch derart mit elektrischer Leistung versorgt.
Über an den elektrischen Knoten K2 und K4 angeschlossene elektrische Leitungen L7 und L8 und über eine zwischen der Versorgungsvorrichtung 10 und dem Elektrofahrzeug F angeordnete Schnittstelle 5 ist eine zweite Stromverbrauchseinrichtung 7, beispielsweise ein Entertainmentsystems des Elektrofahrzeugs F, mit elektrischer Energie versorgbar und wird im Regelbetrieb des Elektrofahrzeugs F auch derart mit elektrischer Leistung versorgt. Über die Schnittstelle 5 können auch für den Betrieb des Elektrofahrzeugs F notwendige, sicherheitsrelevante Stromverbrauchseinrichtungen des Elektrofahrzeugs F mit elektrischer Leistung versorgbar sein.
Die interne Batterie 1 weist mehrere, beispielsweise wiederaufladbare, Spannungsquellen 2-1, 2-1, ..., 2-n sowie interne, steuerbare Schütze 4-1, 4-2 auf.
Das Elektrofahrzeug F, insbesondere die Versorgungsvorrichtung 10, weist weiterhin eine Ladebuchse als Ladeeinrichtung 14 zum Laden der internen Batterie 1 auf. Die Ladeeinrichtung 14 ist über elektrische Anschlüsse 16-1, 16-2, 16-3, 16-4, 16-4, 16-5, 16-6 an eine externe Energieversorgung, beispielsweise eine Strom-Tankstelle anschließbar. Über die elektrische Leitung L1 und elektrische Leitungen L9 und L10 über den elektrischen Leitungsknoten K1 und einen elektrischen Knoten K5 sowie über die elektrische Leitung L4 und elektrische Leitungen L11 und L12 über den elektrischen Leitungsknoten K3 und einen elektrischen Leitungsknoten K6 und einen Wechselstrom/Gleichstrom-Wechselrichter 14 ist die interne Batterie 1 mittels elektrischer Leistung, welche an die Ladeeinrichtung 14 angelegt ist, ladbar. Weiterhin ist, beispielsweise nach Beenden des Notfallmodus‘, die Speichervorrichtung 22, insbesondere mindestens eine an der Ankoppeleinrichtung 32 der Speichervorrichtung 22 angekoppelte Energiespeichereinrichtung 26-i mittels der Ladeeinrichtung 14 wiederaufladbar. Ein Bereitstellen von elektrischer Leistung erfolgt dazu von der Ladeeinrichtung 14 über die elektrischen Leitungen L10 und L13 über den elektrischen Leitungsknoten K5 sowie über die elektrischen Leitungen L12 und L14 über den elektrischen Leitungsknoten K6 an den fünften und den sechsten elektrischen Anschluss 17-5, 17-6 der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung 18.
Die Versorgungsvorrichtung 10 weist eine Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung 18 mit ersten bis sechsten elektrischen Anschlüssen 17-1, 17-2, 17-3, 17-4, 17-5, 17-6 auf. Der fünfte Anschluss 17-5 der Versorgungsvorrichtung 10 ist über eine elektrische Leitung L13 mit dem elektrischen Knoten K5 gekoppelt. Der sechste Anschluss 17-6 der Versorgungsvorrichtung 10 ist über eine elektrische Leitung L14 mit dem elektrischen Leitungsknoten K6 gekoppelt. Ist an dem fünften und dem sechsten Anschluss 17-5, 17-6 eine elektrische Leistung angelegt, sind somit über die elektrischen Leitungen L13, L9, L2 und L3 über die elektrischen Leitungsknoten K5, K1 und K2 sowie über die elektrischen Leitungen L14, L11, L5 und L6 über die elektrischen Leitungsknoten K6, K3 und K4 der Elektromotor M als die erste Stromverbrauchseinrichtung sowie die zweite Stromverbrauchseinrichtung 7 mit elektrischer Leistung versorgbar.
Der erste und der zweite elektrische Anschluss 17-1, 17-2 der Versorgungsvorrichtung 10 sind über elektrische Leitungen L17 sowie L18 zum Datenaustausch mit einer Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 der Versorgungsvorrichtung 10 mit an dem dritten und dem vierten elektrischen Anschluss 17-3, 17-4 der Versorgungsvorrichtung 10 angelegten elektrischen Interlock-Datensignalen zum Realisieren einer Interlock-Funktion ausgebildet.
Der dritte und der vierte elektrische Anschluss 17-3, 17-4 der Versorgungsvorrichtung 10 sind über elektrische Datensignalleitungen L15 sowie L16 dazu ausgebildet, ein an dem dritten und dem vierten elektrischen Anschluss 17-3, 17-4 angelegtes Steuersignal zum Versetzen des Elektrofahrzeugs F in einen Notfallmodus an die Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 zu übermitteln. Die Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 ist derart ausgebildet, dass sie als Reaktion auf das übermittelte Steuersignal das Elektrofahrzeug F in den Notfallmodus versetzt. Als Teil des Versetzens des Elektrofahrzeugs F in den Notfallmodus werden mittels der Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 die Schütze 4-1, 4-2 der internen Batterie 1 geöffnet, sodass die interne Batterie 1 von dem Elektrofahrzeug F, insbesondere von der ersten und zweiten Stromverbrauchseinrichtung M, 7 elektrisch abgekoppelt wird, wodurch der Elektromotor M lediglich noch mittels des fünften und sechsten Anschlusses 17-5, 17-6 der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung 10 mit elektrischer Energie versorgbar ist und/oder versorgt wird.
Als Teil des Versetzens des Elektrofahrzeugs F in den Notfallmodus wird weiterhin mittels der Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung die Schnittstelle 5 und/oder die zweite Stromverbrauchseinrichtung 7 nach Maßgabe des Notfallmodus‘ gesteuert. Bei der zweiten Stromverbrauchseinrichtung 7 kann es sich beispielsweise um eine Steuerelektronik des Elektrofahrzeugs F handeln, welche derart gesteuert wird, dass alle energieverbrauchenden Funktionen außer solche, welche für das effektive, sichere Bewegen des Elektrofahrzeugs F mittels des Elektromotors M essentiell sind, abgeschaltet werden.
Aus Gründen der Übersichtlichkeit ist in 1 gemäß der ersten Ausführungsform nur eine einzelne zweite Stromverbrauchseinrichtung 7 dargestellt, im Regelfall wird es aber eine Mehrzahl von zweiten Stromverbrauchseinrichtungen 7 geben, welche, entweder mittels der Schnittstelle 5 und/oder direkt, jeweils unterschiedlich nach Maßgabe des Notfallmodus‘ durch die Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung steuerbar sind und gesteuert werden. Beispielsweise kann die Steuerelektronik des Elektrofahrzeugs F wie oben gesteuert werden, während eine Klimaautomatik als weitere zweite Stromverbrauchseinrichtung 7 und/oder ein Entertainmentsystem als noch eine weitere zweite Stromverbrauchseinrichtung 7 vollständig von der Versorgung mit elektrischer Leistung ausgenommen, d.h. von dem fünften und sechsten Anschluss 17-5, 17-6 elektrisch abgekoppelt werden und/oder sind.
Die Parameter des Notfallmodus‘, insbesondere Informationen darüber, welche ersten und zweiten Stromverbrauchseinrichtungen M, 7 des Elektrofahrzeugs F in dem Notfallmodus wie zu steuern sind, sind in der Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 speicherbar und können durch Updates oder Benutzereingaben anpassbar oder austauschbar sein.
Die Speichervorrichtung 22 weist eine Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 mit ersten bis sechsten Anschlüssen 19-1, 19-2, 19-3, 19-4, 19-5, 19-6 der Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 auf, wobei der erste Anschluss 19-1 der Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 zum Anschließen an den ersten Anschluss 17-1 der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung 18 ausgebildet ist, der zweite Anschluss 19-2 der Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 zum Anschließen an den zweiten Anschluss 17-2 der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung 18 ausgebildet ist usw. bis zum sechsten Anschluss 19-6 der Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20, welcher zum Anschließen an den sechsten Anschluss 17-6 der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung 18 ausgebildet ist.
2 zeigt ein schematisches Blockschaltbild der Speichervorrichtung 22 gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Die Speichervorrichtung 22 weist ein Gehäuse 24 auf, aus welchem ein Anschlusskabel 21 herausragt, an dessen äußerem Ende die Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 angeordnet ist. Alternativ kann die Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 auch direkt an dem Gehäuse 24 ausgebildet sein.
Innerhalb des Gehäuses 24 weist die Speichervorrichtung eine Ankoppeleinrichtung 32 mit Ankoppelstellen 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 für erfindungsgemäße Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-2 auf. In 2 ist beispielshaft eine Situation dargestellt, wo eine erste und eine zweite Energiespeichereinrichtung 26-1, 26-2 an die erste bzw. die zweite Ankoppelstelle 30-1, 30-2 angekoppelt sind. Die Ankoppeleinrichtung 32 ist dazu ausgebildet, sowohl die angekoppelten Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-1 zum Abgreifen von in den Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-1 gespeicherter elektrischer Energie als elektrische Leistung elektrisch zu kontaktieren als auch in den Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-2 und/oder an den Ankoppelstellen 30-1, 30-2, 30-3, 30-4 entstehende Wärme effizient abzuführen, insbesondere an das Gehäuse 24 der Speichervorrichtung 22. Somit kann eine Entwärmung der Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-2 sowohl an der Ankoppeleinrichtung 32 als auch in einzelnen Gehäusen der Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-2 stattfinden.
In der in 2 dargestellten Situation sind zwei Freiräume 28-1, 28-2 für weitere an die Ankoppeleinrichtung 32 anzukoppelnde Energiespeichereinrichtungen freigelassen. Das Gehäuse 24 weist einen abnehmbaren oder an einem Scharnier aufmachbaren Abschnitt 27 auf, nach dessen Abnehmen oder Aufmachen Energiespeichereinrichtungen 26-i in das Gehäuse 24 einlegbar und an die Ankoppeleinrichtung 32 ankoppelbar und von der Ankoppeleinrichtung 32 abkoppelbar und aus dem Gehäuse 24 entnehmbar sind. Somit können zusätzliche Energiespeichereinrichtungen außerhalb des Gehäuses 24 gelagert werden und an die Ankoppeleinrichtung 32 elektrisch angekoppelt werden, wenn zusätzliche elektrische Energie benötigt wird.
Die Speichervorrichtung 22 weist weiterhin eine Speichervorrichtungs-Steuereinrichtung 42 auf, mittels welcher über die Ankoppeleinrichtung 32 Informationen über eine jeweilige elektrische Restkapazität der Energiespeichereinrichtungen 26-i von einer jeweiligen Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung 36-i der Energiespeichereinrichtungen 26-i abfragbar und Informationen über von den jeweiligen Energiespeichereinrichtungen 26-i entnommene elektrische Energie über die Ankoppeleinrichtung 32 an die jeweilige Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung 36-i übermittelbar sind. Gemäß der ersten Ausführungsform weisen die Energiespeichereinrichtungen 26-1, 26-2 Primärzellen-Stapel 27-1, 27-2 des Zink-Luft-Typs auf, wobei optional in der Primärzelle 27-1, 27-2 enthaltenes Zinkpulver austauschbar sein kann.
Die abgefragten Informationen über die entnommene elektrische Energie sind mittels der Kommunikationseinrichtung 40 auch an externe Vorrichtungen, etwa an die Stromverbraucher F oder an eine Verbrauchs-Auslesevorrichtung übermittelbar, beispielsweise zum Berechnen eines Entgelts für das Bereitstellen der elektrischen Energie und Leistung.
Die Speichervorrichtung 22 umfasst weiterhin eine Spannungs-Anpassungseinrichtung 38 zum Einstellen und/oder Anpassen und/oder Regeln eines Spannungsniveaus, welches über die Ankoppeleinrichtung 32 von der oder den einzelnen angekoppelten Energiespeichereinrichtungen 26-i an die Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung anlegbar und/oder angelegt ist. Die Spannungs-Anpassungseinrichtung 38 weist insbesondere Schalter zum Verschalten der Energiespeichereinrichtungen 26-i auf eine von dem Elektrofahrzeug F, bevorzugt von dem Elektromotor M, benötigte Spannung auf.
Mittels einer Kommunikationseinrichtung 40 der Speichervorrichtung 22 ist das Steuersignal zum Versetzen des Elektrofahrzeugs F in den Notfallmodus erzeugbar und an den dritten und vierten Anschluss 19-3, 19-4 der Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung 20 anlegbar.
Das Steuersignal kann Informationen über einzustellende oder zu verändernde Parameter des Notfallmodus‘ beinhalten, basierend auf welchen die Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 automatisch und/oder nach einer Plausibilitätsprüfung die Parameter des Notfallmodus‘ anpasst. Das Steuersignal kann aber auch lediglich die Information enthalten, dass der externe Stromverbraucher, hier das Elektrofahrzeug F, zum Versorgen dessen mit elektrischer Leistung die Speichervorrichtung 22 eingesetzt wird, in den Notfallmodus zu versetzen ist. Somit brauchen der Speichervorrichtung 22 keine Informationen vorzuliegen, an welches Modell oder welchen Typ von externem Stromverbraucher sie angeschlossen ist, um das Steuersignal auszugeben.
Alternativ oder zusätzlich kann der Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 mittels der Kommunikationseinrichtung 40 eine Liste von Parametern übermittelbar sein, aus welchen die Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 die für den konkreten Stromverbraucher, ein Teil dessen die Versorgungsvorrichtung 10 ist, gültigen Parameter des Notfallmodus‘ auswählt. Alternativ oder zusätzlich kann auch an die Kommunikationseinrichtung 42 eine Stromverbraucher-Informationen über einen Typ, eine Seriennummer, ein Modell etc. des konkreten Stromverbrauchers F, an welchen die Speichervorrichtung aktuell angeschlossen ist, übermittelt werden, basierend auf welcher Stromverbraucher-Information die Kommunikationseinrichtung 42 aus einer vorbestimmten, in der Kommunikationseinrichtung 42 gespeicherten Liste die an die Versorgungsvorrichtungs-Steuereinrichtung 8 in dem Steuersignal zu übermittelnden Parameter auswählt und/oder das Steuersignal basierend auf der Stromverbraucher-Information einstellt oder anpasst.
3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm eines Verfahrens zum Versorgen eines Stromverbrauchers F mit elektrischer Leistung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S01 wird eine Speichervorrichtung 22 an eine Versorgungsvorrichtung 10 eines Stromverbrauchers F angeschlossen. In einem Schritt S02 wird ein Steuersignal von der an die Versorgungsvorrichtung 10 angeschlossenen Speichervorrichtung 22 an die Versorgungsvorrichtung 10 übermittelt. In einem Schritt S03 wird der Stromverbraucher F als Reaktion auf das übermittelte Steuersignal in einen Notfallmodus versetzt. In einem Schritt S04 wird der Stromverbraucher F, insbesondere eine erste Stromverbrauchseinrichtung M des Stromverbrauchers F, durch die Speichervorrichtung 22 mit elektrischer Energie versorgt.
Das Verfahren gemäß der zweiten Ausführungsform ist zur Verwendung mit den Vorrichtungen 10, 22 gemäß der ersten Ausführungsform geeignet und kann speziell dazu ausgebildet sein. Insbesondere ist das Verfahren gemäß allen in Bezug auf die erste Ausführungsform beschriebenen Varianten und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung anpassbar.
Obwohl die vorliegende Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele vorstehend beschrieben wurde, ist sie darauf nicht beschränkt, sondern auf vielfältige Art und Weise modifizierbar. Insbesondere lässt sich die Erfindung in mannigfaltiger Weise verändern oder modifizieren, ohne vom Kern der Erfindung abzuweichen.
Der Stromverbraucher F braucht beispielsweise kein Elektrofahrzeug F sein, sondern kann auch etwa ein Server, eine Rechenvorrichtung, ein Sicherheitssystem, ein Lebenserhaltungssystem, eine medizinische Apparatur etc. sein. Die erste Stromverbrauchseinrichtung des Stromverbrauchers, welche in dem Notfallmodus mit elektrischer Energie durch die Speichervorrichtung versorgbar ist, kann beispielsweise eine Komponente sein, deren Ausfall über längere Zeit Nachteile nach sich zieht, beispielsweise eine elektronische Verriegelungsvorrichtung eines Sicherheitssystems.
Die Energiespeichereinrichtungen und/oder die Speichervorrichtung können so ausgeführt werden, dass eine Parallelschaltung mit weiteren Energiespeichereinrichtungen bzw. Speichervorrichtungen zur Kapazitätserweiterung möglich ist, beispielsweise über eine weitere Steckmöglichkeit oder über Y-Kabel.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 20140152257 A1 [0004]

Claims

Speichervorrichtung zum Versorgen eines Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung mit: mindestens einer elektrischen Ankoppeleinrichtung (32), an welcher mindestens eine Energiespeichereinrichtung (26-i) zum Bereitstellen von elektrischer Leistung elektrisch angekoppelt oder elektrisch ankoppelbar ist; einer Kommunikationseinrichtung (40), welche dazu ausgebildet ist, zumindest ein Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers (F) in einen Notfallmodus zu erzeugen; und einer Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung (20) zum Anschließen der Speichervorrichtung (22) an den Stromverbraucher (F), an welcher elektrische Leistung von dem mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt (30-i) zum Versorgen des Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung abgreifbar ist und an welcher das Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers (F) in den Notfallmodus abgreifbar ist.
Speichervorrichtung nach Anspruch 1 mit: einer Speichervorrichtungs-Steuereinrichtung (42), mittels welcher über die Ankoppeleinrichtung (32) Informationen über eine jeweilige elektrische Restkapazität der Energiespeichereinrichtung (26-i) von einer Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung (36-i) der mindestens einen an die Ankoppeleinrichtung (32) angekoppelten Energiespeichereinrichtung (26-i) abfragbar und/oder Informationen über eine von der mindestens einen an die Ankoppeleinrichtung (32) angekoppelten Energiespeichereinrichtung (26-i) entnommene elektrische Energie über die Ankoppeleinrichtung (32) an die Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung (30-i) übermittelbar sind.
Energiespeichereinrichtung zum elektrischen Ankoppeln an die Ankoppeleinrichtung (32) der Speichervorrichtung (22) nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, mit: einer Kapazitäts-Verwaltungseinrichtung (30-i), von welcher an die Ankoppeleinrichtung (32) Informationen über eine jeweilige elektrische Restkapazität der Energiespeichereinrichtung (26-i) von übermittelbar sind; und mittels welcher Informationen über eine von der mindestens einen an die Ankoppeleinrichtung (32) angekoppelten Energiespeichereinrichtung (26-i) entnommene elektrische Energie von der Ankoppeleinrichtung (32) empfangbar sind.
Energiespeichereinrichtung nach Anspruch 3 mit: einer Primärzelle eines Zink-Luft-Typs und/oder einer Sekundärzelle eines Lithium-Typs.
Verwendung einer Energiespeichereinrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 3 oder 4 in einer Speichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2.
Versorgungsvorrichtung (10) eines Stromverbrauchers (F) zum Versorgen mindestens einer ersten Stromverbrauchseinrichtung (M) des Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung mit: einer Stromverbraucher-Steuereinrichtung (8), mittels welcher ein Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers (F) in einen Notfallmodus empfangbar ist und welche dazu ausgebildet ist, auf das Empfangen des Steuersignals hin den Stromverbraucher (F) in den Notfallmodus zu versetzen; mindestens einer Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung (18) zum Anschließen einer Speichervorrichtung (22) zum Versorgen des Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung; wobei an der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung (18) elektrische Leistung zum Versorgen der mindestens einen ersten Stromverbrauchseinrichtung (M) anlegbar ist; und wobei an der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung (18) das Steuersignal zum Versetzen des Stromverbrauchers (F) in den Notfallmodus anlegbar und mittels der Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung (18) an die Stromverbraucher-Steuereinrichtung (8) übermittelbar ist.
Versorgungsvorrichtung (10) nach Anspruch 6 mit: einer Ladeeinrichtung (14), mittels welcher eine interne Batterie (1) des Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Energie ladbar ist und mittels welcher elektrische Leistung zum Laden einer an die Versorgungsvorrichtung (10) angeschlossenen Speichervorrichtung (22) an die Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung (18) anlegbar ist.
Versorgungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 oder 7, wobei das Versetzen des Stromverbrauchers (F) in den Notfallmodus umfasst, dass eine interne Batterie (1) des Stromverbrauchers (F) elektrisch zumindest von der mindestens einen ersten Stromverbrauchseinrichtung (M) elektrisch abgekoppelt wird.
Versorgungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 8, wobei das Versetzen des Stromverbrauchers (F) in den Notfallmodus umfasst, dass mittels der Stromverbraucher-Steuereinrichtung (8) mindestens eine zweite Stromverbrauchseinrichtung (7) des Stromverbrauchers (F) von einer Versorgung mit elektrischer Leistung ausgenommen wird.
Versorgungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 6 bis 9, wobei das Versetzen des Stromverbrauchers (F) in den Notfallmodus umfasst, dass mittels der Stromverbraucher-Steuereinrichtung (8) mindestens eine zweite Stromverbrauchseinrichtung (7) des Stromverbrauchers (F) mit weniger elektrischer Energie versorgt wird als wenn der Stromverbraucher (F) nicht in den Notfallmodus versetzt ist.
Stromverbraucher (F) mit: einer Versorgungsvorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche 5 bis 7, wobei der Stromverbraucher (F) mittels der Stromverbraucher-Steuereinrichtung (8) in den Notfallmodus versetzbar ist; und wobei mindestens eine erste Stromverbrauchseinrichtung (M) des Stromverbrauchers (F) mittels der Versorgungsvorrichtung (10) mit elektrischer Leistung versorgbar ist.
Stromverbraucher (F) nach Anspruch 11, wobei der Stromverbraucher (F) als ein Elektrofahrzeug ausgebildet ist und die erste Stromverbrauchseinrichtung (M) einen Elektromotor (M) des Elektrofahrzeugs (F) umfasst.
System zum Versorgen eines Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung mit: einer Speichervorrichtung (22) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2; und einer Versorgungsvorrichtung (10) gemäß einem der vorangehenden Ansprüche 5–7; wobei die Speichervorrichtungs-Anschlusseinrichtung (20) der Speichervorrichtung (22) an die Versorgungsvorrichtungs-Anschlusseinrichtung (18) der Versorgungsvorrichtung (10) anschließbar ist.
Verfahren zum Versorgen eines Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Leistung mit den Schritten: Anschließen (S01) einer Speichervorrichtung (22) an eine Versorgungsvorrichtung (10) eines Stromverbrauchers (F); Übermitteln (S02) eines Steuersignals von der an die Versorgungsvorrichtung (10) angeschlossenen Speichervorrichtung (22) an die Versorgungsvorrichtung (10); Versetzen (S03) des Stromverbrauchers (F) in einen Notfallmodus als Reaktion auf das übermittelte Steuersignal; und Versorgen (S04) des Stromverbrauchers (F) mit elektrischer Energie durch die Speichervorrichtung (22).