DE102016116584A1

DE102016116584A1 - Energiespeichervorrichtung

Info

Publication number: DE102016116584A1
Application number: DE102016116584.0A
Authority: DE
Inventors: Frederic Dietze
Original assignee: Weightworks GmbH
Current assignee: Weightworks GmbH
Priority date: 2016-09-05
Filing date: 2016-09-05
Publication date: 2018-03-08

Abstract

Energiespeichervorrichtung, insbesondere für den Anlasser eines Verbrennungsmotors, mit wenigstens einem Energiespeicherelement, mit einer Überwachungseinheit für das Energiespeicherelement und mit einer Kommunikationseinheit zur kontaktlosen Interaktion zwischen der Überwachungseinheit und einer externen Vorrichtung.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung, insbesondere für den Anlasser eines Verbrennungsmotors. Ebenso betrifft die Erfindung ein Energiespeichersystem mit einer solchen Energiespeichervorrichtung, eine Trennvorrichtung sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Energiespeichervorrichtung oder einem solchen Energiespeichersystem. Ebenso bertrifft die Erfindung ein Überwachungssystem mit einer Energiespeichervorrichtung, eine Verwendung einer solchen Energiespeichervorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Energiespeichervorrichtung.
Es ist bekannt, den Betriebszustand von Starterbatterien auf Blei-Säure Basis zu überwachen, beispielsweise über eine Elektronikeinrichtung am Pluspol, die in Echtzeit mit dem Steuergerät des jeweiligen Fahrzeugs kommuniziert. Hierbei können eine Vielzahl unterschiedlicher Werte übermittelt werden, insbesondere die Temperatur am Batteriepol, die Spannung zwischen den Batteriepolen, den aktuell entnommenen Strom oder die Kapazität. Ebenso ist es bekannt, den Ladezustand einer Starterbatterie über eine stand-alone Box zu überwachen, die den entnommenen Strom oder die aktuelle Spannung ermittelt. Derartige Überwachungssysteme für Batterien sind nur mit erheblichem Aufwand zu installieren, kostenintensiv und bieten eine nur eingeschränkte Funktionalität.
Im Gegensatz zu Starterbatterien auf Blei-Säure Basis können Starterbatterien auf LiFePO4 Basis beschädigt werden, sofern diese mittel- und/oder langfristig über oder unter einem bestimmten Spannungsniveau betrieben werden. Dies kann im Feldeinsatz beispielsweise durch ein Tiefentladen durch Verbraucher im Stand oder ein Überladen durch einen zu hohen Spannungsreglerwert der Lichtmaschine beziehungsweise durch einen Ausfall des Spannungsreglers der Lichtmaschine erfolgen. Bei Starterbatterien auf LiFePO4 Basis bestehen daher erhöhte Anforderungen an die Überwachung, um die Betriebssicherheit auch langfristig zu gewährleisten. Ebenso bestehen bei Starterbatterien auf LiFePO4 Basis erhöhte Anforderungen an die Überprüfung einzelner Zustände, insbesondere von Nicht-Betriebszuständen.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, eine Energiespeichervorrichtung anzugeben, die bei nur geringem Kosten- und Installationsaufwand eine verbesserte Überwachung beziehungsweise erweiterte Überwachungsfunktionalität und/oder Überprüfung ermöglicht. Ebenso bestand die Aufgabe darin, ein entsprechendes Energiespeichersystem mit einer solchen Energiespeichervorrichtung, eine Trennvorrichtung sowie ein entsprechend ausgestattetes Kraftfahrzeug anzugeben. Ebenso bestand die Aufgabe darin, ein Überwachungssystem, eine Verwendung einer Energiespeichervorrichtung sowie ein Verfahren zur Überwachung einer Energiespeichervorrichtung anzugeben.
Diese Aufgabe ist durch eine Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 gelöst worden. Ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem ist Gegenstand von Anspruch 7, eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung ist Gegenstand von Anspruch 10, ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug ist Gegenstand von Anspruch 11 und ein erfindungsgemäßes Überwachungssystem ist Gegenstand von Anspruch 12. Eine erfindungsgemäße Verwendung einer Energiespeichervorrichtung ist in Anspruch 13 angegebenen. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den jeweils abhängigen Ansprüchen angegeben.
Eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung ist insbesondere für den Anlasser eines Verbrennungsmotors ausgebildet. Dabei weist eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung wenigstens ein Energiespeicherelement, eine Überwachungseinheit für das Energiespeicherelement und eine Kommunikationseinheit zur kontaktlosen Interaktion zwischen der Überwachungseinheit und einer externen Vorrichtung auf.
Mit einer derart ausgebildeten Energiespeichervorrichtung kann mit nur geringem Aufwand eine Überwachung und/oder Überprüfung des wenigstens einen Energiespeicherelements vorgenommen werden. Durch die kontaktlose Interaktion zwischen der Überwachungseinheit und externer Vorrichtungen kann zudem die Überwachungs- und/oder Überprüfungsfunktionalität mit nur geringem Aufwand erweitert, insbesondere individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
Beispielsweise erlaubt die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung, die Temperatur des Energiespeicherelements im Betrieb stetig zu überwachen, so dass ein sogenannter „Thermal Runaway“ beziehungsweise eine nachhaltige Beschädigung präventiv vermieden werden kann, insbesondere durch zusätzliche Sicherheitsfunktionalität, die durch die kontaktlose Interaktion mit nur geringem Aufwand bereitgestellt werden kann. So besteht die Möglichkeit, den Anwender möglichst in Echtzeit zu warnen oder eine Sicherheitsfunktion wie das Abstellen des Motors oder die Abklemmung beziehungsweise Trennung der Energiespeichervorrichtung von Verbrauchern oder Leistungsquellen zu initiieren, sofern sich die ermittelten Zustände außerhalb eines Soll-Bereichs befinden. Gegenüber einer rein akustischen Warnung des Anwenders, die überhört oder ignoriert werden kann, wird hierdurch die Betriebssicherheit signifikant erhöht.
Erfindungsgemäß ist es weiterhin möglich, über ein Smartphone mit NFC Schnittstelle oder einen Card-Reader mit NFC, sämtliche Betriebszustände des verbauten Energiespeicherelements auszulesen und so Rückschlüsse über den Zustand beziehungsweise den bisherigen Einsatz zu erhalten und/oder mittels eines Eingabegeräts mit NFC Schnittstelle jeweils gewünschte Schaltzustände der Überwachungseinrichtung einzugeben, beispielsweise zur Initiierung einer Zurücksetzung (Reset). Das Auslesen kann beispielsweise im Gewährleistungs- oder Schadensfall von Vorteil sein, da somit ohne großen Aufwand Fehlanwendungen rechtzeitig erkannt beziehungsweise eindeutig nachgewiesen werden können. Zudem kann der Zustand des Energiespeicherelements ermittelt werden, ohne die Energiespeichervorrichtung zu öffnen oder einen handhabungsintensiven Anschluss eines entsprechenden Diagnosegeräts vorzunehmen. Auf kostenintensive Steckverbindungen kann verzichtet werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung weist die Kommunikationseinheit wenigstens eines der folgenden Merkmale auf:

– Die Kommunikationseinheit ist zur kontaktlosen Signal- und/oder Energieübertragung eingerichtet.
– Die Kommunikationseinheit ist zur kontaktlosen Kommunikation, bevorzugt zur kontaktlosen Datenübertragung ausgebildet.
– Die Kommunikationseinheit ist zum Senden und/oder Empfangen von Daten ausgebildet.
– Die Kommunikationseinheit ist zum Speisen und/oder Empfangen elektrischer Energie ausgebildet.
– Die Kommunikationseinheit ist zur Datenübertragung mittels Funktechnik und/oder Lichtwellen eingerichtet.
– Die Kommunikationseinheit ist zur Datenübertragung mittels RFID-Technik, Nahfeldkommunikation (NFC), Bluetooth und/oder WLAN eingerichtet.
– Die Kommunikationseinheit ist als Antenne zur Nahfeldkommunikation (NFC) ausgebildet, insbesondere als NFC-Tag.
– Die Kommunikationseinheit ist zur Signal-, Daten und/oder Energieübertragung mittels Induktion und/oder magnetischer Kopplung ausgebildet.
– Die Kommunikationseinheit ist als Reedschalter ausgebildet.
– Die Kommunikationseinheit ist für den gesicherten Datenaustausch, insbesondere für den kryptografisch gesicherten Datenaustausch ausgebildet.
– Die Kommunikationseinheit ist zur aktiv-passiv und/oder zur aktiv-aktiv (peer-to-peer) Kommunikation eingerichtet.

Durch zumindest eine der voranstehend erwähnten Ausgestaltungen kann mit nur geringem Aufwand eine kontaktlose und sichere Interaktion zwischen der Überwachungseinheit und einer externen Vorrichtung eingerichtet werden.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung weist die Überwachungseinheit wenigstens eines der folgenden Merkmale auf:

– Die Überwachungseinheit ist zum Überwachen des Betriebszustands des Energiespeicherelements eingerichtet, insbesondere zur Echtzeitüberwachung.
– Die Überwachungseinheit ist zur Prüfung einzelner Zustände des Energiespeicherelements eingerichtet, bevorzugt zur Überprüfung eines Nicht-Betriebszustandes, des Auslieferungszustandes, eines Zustandes zu Diagnosezwecken und/oder eines Zustandes in Trennung der Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger.
– Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung der elektrischen Spannung, des elektrischen Stroms und/oder der Temperatur des Energiespeicherelements eingerichtet.
– Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung des Drucks, der Feuchtigkeit und/oder der Gaszusammensetzung innerhalb oder in der Umgebung der Energiespeichervorrichtung, insbesondere innerhalb eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung eingerichtet
– Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung des Standortes der Energiespeichervorrichtung eingerichtet.
– Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung von Fehlzuständen des Energiespeicherelements eingerichtet, bevorzugt zur Erfassung kritischer Spannungs-, Strom-, Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeit- und/oder Gaswerten eingerichtet, weiter bevorzugt zur Erfassung von jeweiligen Höchst- und/oder Niedrigstwerten.
– Die Überwachungseinheit ist zur Speicherung erfasster Daten eingerichtet, insbe-sondere erfasster elektrischer Spannungen, Strömen, Temperaturen, Drücken, Feuchtigkeitswerten, Gaswerten, Fehlzuständen, Höchst- und/oder Niedrigstwerten.
– Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten mittels der Kommunikationseinrichtung eingerichtet.
– Die Überwachungseinheit weist einen Sensor zur Erfassung der elektrischen Spannung des Energiespeicherelements und/oder eine Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Ströme, bevorzugt einen Stromsensor oder Shunt, und/oder einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Energiespeicherelements und/oder einen Drucksensor und/oder einen Feuchtigkeitssensor und/oder einen Gassensor, bevorzugt zur Ermittlung der Veränderung der Zellchemie des Energiespeicherelements und/oder einen Standortsensor, bevorzugt einen GPS Sensor.
– Die Überwachungseinheit weist eine Speichereinheit zur Speicherung erfasster Daten auf.
– Die Überwachungseinheit weist eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung erfasster und/oder gespeicherter Daten auf.
– Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten an eine Fahrzeugsteuerung eingerichtet.
– Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten an ein stationäres oder mobiles Endgerät, insbesondere einem Smartphone, eingerichtet.
– Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten an ein stationäres oder mobiles Monitoringsystem, bevorzugt mit einem Display, eingerichtet.

Hierdurch wird der Funktionsumfang der Energiespeichervorrichtung in vorteilhafter Weise erweitert, wodurch insbesondere die Betriebssicherheit verbessert beziehungsweise etwaige Prüf- und/oder Diagnosevorgänge vereinfacht werden. Durch Auslesen der Betriebszustände in Echtzeit während der Fahrt und Verwertung der Daten, beispielsweise in der Fahrzeugelektronik, kann in einem festgestellten Fehlerfall beziehungsweise bei Kurzschluss der Motor des Fahrzeugs abgestellt werden. Die Entwicklung von Feuer oder Schaden an der Starterbatterie auf LiFePO4-Basis kann somit verhindert werden. Schließlich können beispielsweise die Betriebszustände mit einem mobilen Endgerät, wie z.B. einem Smartphone, ausgelesen und/oder überwacht werden. Beispielsweise kann ein Nutzer eine SMS erhalten, sofern der Akkumulator entladen oder Verbraucher im Stand angeschaltet sind. Die Gefahr vor Tiefentladen kann damit verringert und damit Verlängerung der Lebensdauer erzielt werden, da der Nutzer das Energiespeicherelement rechtzeitig nachladen beziehungsweise das jeweilige Fahrzeug starten kann.
Nach einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Energiespeichervorrichtung weist das Energiespeicherelement wenigstens eines der folgenden Merkmale auf:

– Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens eine Energiespeicherzelle, vorzugsweise eine Batteriezelle, bevorzugt eine Sekundärbatterie- oder Akkuzelle beziehungsweise Becherzelle.
– Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens eine Lithium-Eisenphosphat-Akkuzelle (LiFePO4).
– Das Energiespeicherelement ist als Starterakkumulator ausgebildet, vorzugsweise zur Speisung eines Anlassers eines Verbrennungsmotors.
– Das Energiespeicherelement ist als Starterakkumulator für Kraftfahrzeuge ausgebildet, insbesondere für den Einsatz in Motorsportfahrzeugen.
– Das Energiespeicherelement oder wenigstens eine Energiespeicherzelle ist zylindrisch, quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet, wobei der Pluspol und der Minus-pol vorzugsweise an verschiedenen Enden des Energiespeicherelements ausgebildet sind.
– Das Energiespeicherelement umfasst einen Arbeitstemperaturbereich von –30°C bis +60°C, vorzugsweise von 0°C bis +40°C, bevorzugt von +15°C bis +25°C.
– Das Energiespeicherelement umfasst eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen, die vorzugsweise parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
– Das Energiespeicherelement umfasst eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen die zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind.
– Das Energiespeicherelement umfasst eine Mehrzahl von Zellenpaketen mit in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen, wobei die Zellenpakete zueinander parallel geschaltet sind.
– Das Energiespeicherelement umfasst genau 12 Energiespeicherzellen, wobei bevorzugt jeweils 4 Zellen zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind und weiter bevorzugt 3 Zellenpakete parallel geschaltet sind.
– Das Energiespeicherelement umfasst genau 20 Energiespeicherzellen, wobei bevorzugt jeweils 4 Zellen zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind und weiter bevorzugt 5 Zellenpakete parallel geschaltet sind.
– Das Energiespeicherelement umfasst genau 28 Energiespeicherzellen, wobei bevorzugt jeweils 4 Zellen zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind und weiter bevorzugt 7 Zellenpakete parallel geschaltet sind.

Akkuzellen auf Basis von Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) zeichnen sich unter anderem aus durch die geringe Wärmeentwicklung beim Ladevorgang sowie eine hohe Leistungsdichte. Sie eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz als Starterakkumulatoren. In Verbindung mit einer erfindungsgemäßen Überwachungseinrichtung kann eine insgesamt hohe Betriebssicherheit bei vorteilhaften Leistungen erreicht werden. Die paketförmige Anordnung einzelner Speicherzellen erleichtert die Montage und den Transport sowie die Verschaltung und Verbindung mit der jeweiligen Elektronik.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn das Energiespeicherelement in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei bevorzugt auch die Überwachungseinheit und/oder die Kommunikationseinheit innerhalb des Gehäuses oder an diesem angeordnet ist/sind. Hierdurch kann ein kompakter Aufbau gewährleistet werden, wodurch Transport und Montage beziehungsweise Einbau erleichtert werden und die Betriebssicherheit erhöht wird.
Es kann weiterhin von Vorteil sein, wenn die Überwachungseinheit zwischen dem Energiespeicherelement und einer Gehäusewand angeordnet ist, bevorzugt zwischen dem Energiespeicherelement und dem einem Boden des Gehäuses und/oder wobei das Gehäuse einen Deckel aufweist, an dessen Innenseite die Kommunikationseinheit angeordnet ist. Der Gesamtaufbau kann hierdurch kompakt ausfallen. Gleichzeitig wird hierdurch eine sichere Befestigung der Überwachungseinheit und/oder der Kommunikationseinheit ermöglicht.
Nach einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Energiespeichersystem mit einer voranstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtung und mit wenigstens einer Trennvorrichtung zur Trennung der Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger ausgestattet, wobei die Trennvorrichtung zur Interaktion mit der Überwachungseinheit und/oder einem stationären oder mobilen Endgerät eingerichtet ist und in Abhängigkeit empfangener und/oder gesendeter Daten eine Trennung der Energiespeichervorrichtung durchführt. Durch ein derartiges Energiespeichersystem lässt sich beispielsweise bei zu hohen oder zu niedrigen Spannungen eine Trennung der Energiespeichervorrichtung initiieren, sodass Schäden vermieden werden können. Eine Trennung kann dabei beispielsweise automatisiert oder durch Benutzereingabe veranlasst werden. Die Betriebssicherheit wird hierdurch weiter verbessert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Energiespeichersystems ist die Trennvorrichtung dazu eingerichtet, eine Trennung der Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger in Abhängigkeit von mittels der Überwachungseinheit erfassten und/oder gespeicherten Daten über den Betriebszustand des Energiespeicherelements und/oder in Abhängigkeit von Diebstahlkriterien und/oder kontaktlos übermittelten Benutzereingaben durchzuführen. Eine derartige Ausgestaltung kann das Diebstahlrisiko eines Fahrzeugs mit nur geringem Aufwand verringern.
Insbesondere kann hierdurch die Energiespeichervorrichtung beziehungsweise das darin enthaltene Energiespeicherelement und damit das Fahrzeug aus der Distanz deaktiviert werden, ähnlich einer Wegfahrsperre. Sofern die Energiespeichervorrichtung über eine Leistungselektronik von der KFZ-Lichtmaschine gespeist wird, kann die als Leistungselektronik ausgebildete Trennvorrichtung diese im Bedarfsfall trennen. Die Kommunikation beziehungsweise das Signal wird erfindungsgemäß über die Kommunikationseinheit übertragen. Eine derartige Leistungselektronik kann dazu eingerichtet sein, hohe Ströme über eine längere Zeitspanne, z.B. 200A über > 10sec, oder Peak-Ströme über eine sehr kurze Zeitspannen, z.B. 1000A über < 1sec, zu übertragen.
Nach einer weiteren Ausgestaltung ist die Trennvorrichtung separat von der Energiespeichervorrichtung ausgebildet und/oder beabstandet von der Energiespeichervorrichtung angeordnet. Der Gestaltungsspielraum für die Montage der unterschiedlichen Komponenten in oder an einem Fahrzeug wird somit erhöht. Ebenso kann die Trennvorrichtung in der Energiespeichervorrichtung integriert, bevorzugt innerhalb eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet sein, wodurch ein insgesamt kompakter Aufbau sichergestellt wird.
Eine erfindungsgemäße Trennvorrichtung, insbesondere zur Trennung einer Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger, weist eine Leistungselektronik auf und ist zur Interaktion mit einer Überwachungseinheit einer Energiespeichervorrichtung und/oder einem stationären oder mobilen Endgerät eingerichtet und führt in Abhängigkeit empfangener und/oder gesendeter Daten eine Trennung der Energiespeichervorrichtung durch.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug, insbesondere für den Motorsport, mit einem Verbrennungsmotor, einem Anlasser sowie einer voranstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtung und/oder einem voranstehend beschriebenen Energiespeichersystem. Ein derartiges Fahrzeug weist eine erhöhte Betriebssicherheit und/oder einen verbesserten Diebstahlschutz auf.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Überwachungssystem mit wenigstens einer voranstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtung und/oder einem voranstehend beschriebenen Energiespeichersystem und/oder einem voranstehend beschriebenen Kraftfahrzeug und mit wenigstens einem stationären oder mobilen Endgerät, das zur kontaktlosen Interaktion mit der Überwachungseinheit eingerichtet ist. Durch ein derartiges Überwachungssystem können etwaige Sicherheitsfunktionalitäten in vorteilhafter Weise durch das stationäre oder mobile Endgerät bereitgestellt werden. Beispielsweise kann der jeweilige Betriebszustand aktiv von einem Anwender und/oder von geschultem Überwachungspersonal mittels des stationären oder mobilen Endgeräts überwacht werden. Bei Feststellung etwaiger Fehlzustände können aktiv Sicherheitsmaßnahmen eingeleitet werden. Beispielsweise bekommt der Nutzer eine Meldung auf sein Smartphone, sobald das Fahrzeug bewegt wird oder die Alarmanlage anschlägt, beziehungsweise sobald Strom entnommen wird, und die Energiespeichervorrichtung kann dann aus der Ferne deaktiviert werden.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft die Verwendung einer voranstehend beschriebenen Energiespeichervorrichtung und/oder eines voranstehend beschriebenen Energiespeichersystems als Energiespeichervorrichtung und/oder Energiespeichersystem für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise im Motorsport. Eine derartige Energiespeichervorrichtung und/oder ein derartiges Energiespeichersystem eignen sich in besonders vorteilhafter Weise für den Einsatz im Motorsport, insbesondere aufgrund der hohen Leistungsdichte und der verbesserten Betriebssicherheit.
Ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung einer Energiespeichervorrichtung, bei der mittels einer Überwachungseinheit der Betriebszustand eines Energiespeicherelements erfasst und/oder gespeichert wird und die dadurch erfassten und/oder gespeicherten Daten mittels einer Kommunikationseinheit an eine externe Vorrichtung kontaktlos übermittelt werden. Durch ein derartiges Verfahren kann in vorteilhafter Weise mit nur geringem Aufwand eine Überwachung und/oder Überprüfung des Energiespeicherelements vorgenommen werden. Durch die kontaktlose Datenübermittlung zwischen der Überwachungseinheit und externer Peripherie kann zudem die Überwachungs- und/oder Überprüfungsfunktionalität mit nur geringem Aufwand erweitert und insbesondere individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.
Die Erfindung ist nicht auf die ausdrücklich beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Weitere vorteilhafte Ausführungsbeispiele ergeben sich durch Kombinationen der Merkmale, die in den Ansprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen offenbart sind. Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
1 eine schematische Querschnittsansicht einer Energiespeichervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 eine schematische Draufsicht einer Energiespeichervorrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
3 eine schematische Darstellung eines Energiespeichervorrichtung mit daran angeschlossener Lichtmaschine eines Kraftfahrzeugs nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
1 zeigt eine schematische Querschnittsansicht einer Energiespeichervorrichtung 1 nach einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Energiespeichervorrichtung 1 ist insbesondere zur Speisung eines Anlassers eines Verbrennungsmotors ausgebildet. Die Energiespeichervorrichtung 1 weist wenigstens ein Energiespeicherelement 2, eine Überwachungseinheit 4 für das wenigstens eine Energiespeicherelement 2 und eine Kommunikationseinheit 6 zur kontaktlosen Interaktion zwischen der Überwachungseinheit 4 und einer externen Vorrichtung auf.
Weiterhin weist die Energiespeichervorrichtung 1 ein Gehäuse 8 auf, das bevorzugt aus CFK ausgebildet ist. Das Gehäuse kann ferner mit einem Deckel 10 ausgestattet sein. Das wenigstens eine Energiespeicherelement 2, die Überwachungseinheit 4 sowie die Kommunikationseinheit 6 sind bevorzugt innerhalb des Gehäuses 8 angeordnet, das durch den Deckel 10 verschlossen ist. Das Gehäuse kann ferner eine Bodenplatte 12 aufweisen, die ebenfalls aus CFK ausgebildet sein kann. Die Bodenplatte 12 kann über die Gehäuseseitenwände hervorstehen.
Der Gehäuseinnenraum ist mit einem Schaum 14 ausgestattet, in dem das Energiespeicherelement 2 aufgenommen ist.
Bevorzugt sind eine Mehrzahl von Energiespeicherelementen 2 vorgesehen, die weiter bevorzugt als Lithium-Eisenphosphat-Akkuzellen ausgebildet sind. Die Überwachungseinheit 4 ist beispielsweise als Elektronik in Form einer Platine ausgebildet, die zwischen den Energiespeicherelementen 2 sowie einem Gehäuseboden angeordnet ist, bevorzugt zwischen dem Gehäuseboden und einer Schaumschicht unterhalb der Energiespeicherelemente 2. Die Kommunikationseinheit 6 ist bevorzugt als NFC-Antenne ausgebildet und an der Innenseite des Deckels 10 angeordnet. Die Überwachungseinheit 4 und die Kommunikationseinheit 6 sind durch eine Kabelanordnung 16 miteinander verbunden.
Wie den 1 und 2 entnommen werden kann, weist die Energiespeichervorrichtung 1 Pole 18 auf, über die eine elektrische Verbindung der Energiespeicherelemente 2 mit einer Leistungsquelle und/oder mit einem Leistungsempfänger hergestellt werden kann. Die Pole 18 sind an einer Außenseite des Deckels 10 angeordnet. Der Deckel 10 weist ferner ein Druckausgleichsventil 20 auf, durch das ein möglicherweise entstehender Überdruck im Gehäuseinnenraum ausgeglichen werden kann. An der Außenseite des Deckels 10 kann ferner ein Symbol 22 angeordnet sein, welches auf die Kommunikationseinheit 6 verweist. Insbesondere kann das Symbol 22 die Technologie der jeweiligen Kommunikationseinheit 6 verdeutlichen, beispielsweise die NFC-Technologie symbolisieren.
3 zeigt eine Energiespeichervorrichtung 1 mit einer daran angeschlossenen KFZ-Lichtmaschine 24. Zwischen der Energiespeichervorrichtung 1 und der Lichtmaschine 24 kann eine Trennvorrichtung 26 vorgesehen sein, die zur Trennung der Energiespeichervorrichtung 1 von einer Leistungsquelle, wie z.B. der Lichtmaschine 24, und/oder einem Leistungsempfänger, wie z.B. einem hier nicht dargestellten Anlasser, eingerichtet ist. Dabei kann die Trennvorrichtung 26 zur Interaktion mit der Überwachungseinheit 4 und/oder einem hier ebenfalls nicht gezeigten stationären oder mobilen Endgerät eingerichtet sein. In Abhängigkeit empfangener und/oder gesendeter Daten kann die Trennvorrichtung 26 eine Trennung der Energiespeichervorrichtung 1 durchführen. Die Trennvorrichtung kann als externe Peripherie oder innerhalb des Gehäuses 8 der Energiespeichervorrichtung 1 angeordnet sein.
Ferner kann zwischen der Energiespeichervorrichtung 1 und der Lichtmaschine 24 eine Vorrichtung 28 zur Erzeugung eines Spannungsabfalls angeordnet sein, die bevorzugt als Diode ausgebildet ist. Eine derartige Vorrichtung 28 kann die Energiespeicherelemente 2 vor übermäßiger Speisung durch die Lichtmaschine 24 schützen, insbesondere wenn durch die Lichtmaschine 24 eine dauerhaft zu hohe Speisung erfolgt.
Schließlich kann zwischen der Energiespeichervorrichtung 1 und der Lichtmaschine 24 eine Vorrichtung 30 zur Erfassung elektrischer Ströme angeordnet sein, die Rückschlüsse über die Ladekapazität ermöglicht. Die Vorrichtung 28 und/oder die Vorrichtung 30 können beide als Teil der Überwachungseinheit 4 ausgebildet und innerhalb des Gehäuses 8 angeordnet sein. Ebenso können die Vorrichtung 28 und/oder die Vorrichtung 30 als externe Peripherie ausgebildet sein.
Eine voranstehend beschriebene Energiespeichervorrichtung 1 ist in besonders vorteilhafter Weise als Starterakkumulator für den Motorsport einzusetzen. Mit einer derart ausgebildeten Energiespeichervorrichtung 1 kann mit nur geringem Aufwand eine Überwachung und/oder Überprüfung des wenigstens einen Energiespeicherelements 2 vorgenommen werden. Durch die kontaktlose Interaktion zwischen der Überwachungseinheit 4 und externer Vorrichtungen kann zudem die Überwachungs- und/oder Überprüfungsfunktionalität mit nur geringem Aufwand erweitert, insbesondere individuell auf den jeweiligen Anwendungsfall angepasst werden.

Claims

Energiespeichervorrichtung, insbesondere für den Anlasser eines Verbrennungsmotors, mit wenigstens einem Energiespeicherelement, mit einer Überwachungseinheit für das Energiespeicherelement und mit einer Kommunikationseinheit zur kontaktlosen Interaktion zwischen der Überwachungseinheit und einer externen Vorrichtung.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationseinheit wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Die Kommunikationseinheit ist zur kontaktlosen Signal- und/oder Energieübertragung eingerichtet. b. Die Kommunikationseinheit ist zur kontaktlosen Kommunikation, bevorzugt zur kontaktlosen Datenübertragung ausgebildet. c. Die Kommunikationseinheit ist zum Senden und/oder Empfangen von Daten ausgebildet. d. Die Kommunikationseinheit ist zum Speisen und/oder Empfangen elektrischer Energie ausgebildet. e. Die Kommunikationseinheit ist zur Datenübertragung mittels Funktechnik und/oder Lichtwellen eingerichtet. f. Die Kommunikationseinheit ist zur Datenübertragung mittels RFID-Technik, Nahfeldkommunikation (NFC), Bluetooth und/oder WLAN eingerichtet. g. Die Kommunikationseinheit ist als Antenne zur Nahfeldkommunikation (NFC) ausgebildet, insbesondere als NFC-Tag. h. Die Kommunikationseinheit ist zur Signal-, Daten und/oder Energieübertragung mittels Induktion und/oder magnetischer Kopplung ausgebildet. i. Die Kommunikationseinheit ist als Reedschalter ausgebildet. j. Die Kommunikationseinheit ist für den gesicherten Datenaustausch, insbesondere für den kryptografisch gesicherten Datenaustausch ausgebildet. k. Die Kommunikationseinheit ist zur aktiv-passiv und/oder zur aktiv-aktiv (peer-to-peer) Kommunikation eingerichtet.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Die Überwachungseinheit ist zum Überwachen des Betriebszustands des Energiespeicherelements eingerichtet, insbesondere zur Echtzeitüberwachung. b. Die Überwachungseinheit ist zur Prüfung einzelner Zustände des Energiespeicherelements eingerichtet, bevorzugt zur Überprüfung eines Nicht-Betriebszustandes, des Auslieferungszustandes, eines Zustandes zu Diagnosezwecken und/oder eines Zustandes in Trennung der Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger. c. Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung der elektrischen Spannung, des elektrischen Stroms und/oder der Temperatur des Energiespeicherelements eingerichtet. d. Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung des Drucks, der Feuchtigkeit und/oder der Gaszusammensetzung innerhalb oder in der Umgebung der Energiespeichervorrichtung, insbesondere innerhalb eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung eingerichtet e. Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung des Standortes der Energiespeichervorrichtung eingerichtet. f. Die Überwachungseinheit ist zur Erfassung von Fehlzuständen des Energiespeicherelements eingerichtet, bevorzugt zur Erfassung kritischer Spannungs-, Strom-, Temperatur-, Druck-, Feuchtigkeit- und/oder Gaswerten eingerichtet, weiter bevorzugt zur Erfassung von jeweiligen Höchst- und/oder Niedrigstwerten. g. Die Überwachungseinheit ist zur Speicherung erfasster Daten eingerichtet, insbesondere erfasster elektrischer Spannungen, Strömen, Temperaturen, Drücken, Feuchtigkeitswerten, Gaswerten, Fehlzuständen, Höchst- und/oder Niedrigstwerten. h. Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten mittels der Kommunikationseinrichtung eingerichtet. i. Die Überwachungseinheit weist einen Sensor zur Erfassung der elektrischen Spannung des Energiespeicherelements und/oder einen Vorrichtung zur Erfassung elektrischer Ströme, bevorzugt einen Stromsensor oder Shunt, und/oder einen Temperatursensor zur Erfassung der Temperatur des Energiespeicherelements und/oder einen Drucksensor und/oder einen Feuchtigkeitssensor und/oder einen Gassensor, bevorzugt zur Ermittlung der Veränderung der Zellchemie des Energiespeicherelements und/oder einen Standortsensor, bevorzugt einen GPS Sensor. j. Die Überwachungseinheit weist eine Speichereinheit zur Speicherung erfasster Daten auf. k. Die Überwachungseinheit weist eine Datenverarbeitungsvorrichtung zur Verarbeitung erfasster und/oder gespeicherter Daten auf. l. Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten an eine Fahrzeugsteuerung eingerichtet. m. Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten an ein stationäres oder mobiles Endgerät, insbesondere einem Smartphone, eingerichtet. n. Die Überwachungseinheit ist zur Übermittlung erfasster und/oder gespeicherter Daten an ein stationäres oder mobiles Monitoringsystem, bevorzugt mit einem Display, eingerichtet.
Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement wenigstens eines der folgenden Merkmale aufweist: a. Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens eine Energiespeicherzelle, vorzugsweise eine Batteriezelle, bevorzugt eine Sekundärbatterie- oder Akkuzelle beziehungsweise Becherzelle. b. Das Energiespeicherelement umfasst wenigstens eine Lithium-Eisenphosphat-Akkuzelle (LiFePO4). c. Das Energiespeicherelement ist als Starterakkumulator ausgebildet, vorzugsweise zur Speisung eines Anlassers eines Verbrennungsmotors. d. Das Energiespeicherelement ist als Starterakkumulator für Kraftfahrzeuge ausgebildet, insbesondere für den Einsatz in Motorsportfahrzeugen. e. Das Energiespeicherelement oder wenigstens eine Energiespeicherzelle ist zylindrisch, quaderförmig oder würfelförmig ausgebildet, wobei der Pluspol und der Minuspol vorzugsweise an verschiedenen Enden des Energiespeicherelements ausgebildet sind. f. Das Energiespeicherelement umfasst einen Arbeitstemperaturbereich von –30°C bis +60°C, vorzugsweise von 0°C bis +40°C, bevorzugt von +15°C bis +25°C. g. Das Energiespeicherelement umfasst eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen, die vorzugsweise parallel und/oder in Reihe zueinander geschaltet sind. h. Das Energiespeicherelement umfasst eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen die zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind. i. Das Energiespeicherelement umfasst eine Mehrzahl von Zellenpaketen mit in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen, wobei die Zellenpakete zueinander parallel geschaltet sind. j. Das Energiespeicherelement umfasst genau 12 Energiespeicherzellen, wobei bevorzugt jeweils 4 Zellen zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind und weiter bevorzugt 3 Zellenpakete parallel geschaltet sind. k. Das Energiespeicherelement umfasst genau 20 Energiespeicherzellen, wobei bevorzugt jeweils 4 Zellen zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind und weiter bevorzugt 5 Zellenpakete parallel geschaltet sind. l. Das Energiespeicherelement umfasst genau 28 Energiespeicherzellen, wobei bevorzugt jeweils 4 Zellen zu einem Zellenpaket in Reihe geschaltet sind und weiter bevorzugt 7 Zellenpakete parallel geschaltet sind.
Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Energiespeicherelement in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei bevorzugt auch die Überwachungseinheit und/oder die Kommunikationseinheit innerhalb des Gehäuses oder an diesem angeordnet ist/sind.
Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit zwischen dem Energiespeicherelement und einer Gehäusewand angeordnet ist, bevorzugt zwischen dem Energiespeicherelement und dem einem Boden des Gehäuses und/oder wobei das Gehäuse eine Deckel aufweist, an dessen Innenseite die Kommunikationseinheit angeordnet ist.
Energiespeichersystem mit einer Energiespeichervorrichtung nach zumindest einem der voranstehenden Ansprüche und mit wenigstens einer Trennvorrichtung zur Trennung der Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger, wobei die Trennvorrichtung zur Interaktion mit der Überwachungseinheit und/oder einem stationären oder mobilen Endgerät eingerichtet ist und in Abhängigkeit empfangener und/oder gesendeter Daten eine Trennung der Energiespeichervorrichtung durchführt.
Energiespeichersystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung dazu eingerichtet ist, eine Trennung der Energiespeichervorrichtung von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger in Abhängigkeit von mittels der Überwachungseinheit erfassten und/oder gespeicherten Daten über den Betriebszustand des Energiespeicherelements und/oder in Abhängigkeit von Diebstahlkriterien und/oder kontaktlos übermittelten Benutzereingaben durchzuführen.
Energiespeichersystem nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennvorrichtung separat von der Energiespeichervorrichtung ausgebildet und/oder beabstandet von der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist und/oder wobei die Trennvorrichtung in der Energiespeichervorrichtung integriert ist, bevorzugt innerhalb eines Gehäuses der Energiespeichervorrichtung angeordnet ist.
Trennvorrichtung, insbesondere zur Trennung einer Energiespeichervorrichtung, bevorzugt nach einem der Ansprüche 1 bis 6, von einer Leistungsquelle und/oder einem Leistungsempfänger, wobei die Trennvorrichtung eine Leistungselektronik aufweist und zur Interaktion mit einer Überwachungseinheit einer Energiespeichervorrichtung und/oder einem stationären oder mobilen Endgerät eingerichtet ist und in Abhängigkeit empfangener und/oder gesendeter Daten eine Trennung der Energiespeichervorrichtung durchführt.
Kraftfahrzeug, insbesondere für den Motorsport, mit einem Verbrennungsmotor, einem Anlasser sowie einer Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 und/oder einem Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und/oder einer Trennvorrichtung nach Anspruch 10.
Überwachungssystem mit wenigstens einer Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 bis 6 und/oder einem Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9 und/oder einer Trennvorrichtung nach Anspruch 10 und/oder einem Kraftfahrzeug nach Anspruch 11 und mit wenigstens einem stationären oder mobilen Endgerät, das zur kontaktlosen Interaktion mit der Überwachungseinheit eingerichtet ist.
Verwendung einer Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6 und/oder eines Energiespeichersystems nach einem der Ansprüche 7 bis 9 als Energiespeichervorrichtung und/oder Energiespeichersystem für Kraftfahrzeuge, vorzugsweise im Motorsport.