DE102017201406A1 - Energiespeichersystem, verfahren zum betreiben eines energiespeichersystems und verfahren zum herstellen eines energiespeichersystems - Google Patents

Energiespeichersystem, verfahren zum betreiben eines energiespeichersystems und verfahren zum herstellen eines energiespeichersystems Download PDF

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Abstract

Die Erfindung schafft ein Energiespeichersystem ein Verfahren zum Betreiben des Energiespeichersystems sowie ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichersystems. Das Energiespeichersystem (100) umfasst ein Gehäuse (110), welches eine laminierte Energiespeicherstruktur (130) aufweist; und mindestens eine in dem Gehäuse (110) angeordnete Anschlusseinrichtung (121, 123, 125) für ein Energiespeicherelement (122, 124, 126) oder eine Gruppe von Energiespeicherelementen.

Description

  • TECHNISCHES GEBIET
  • Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem, insbesondere ein elektrisches Energiespeichersystem für den Fahrzeugbau, insbesondere für den Flugzeugbau oder die Raumfahrt, oder für die Verwendung in einem Fahrzeug, insbesondere in einem Flugzeug oder einem Raumfahrzeug. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines elektrischen Energiespeichersystems sowie ein Verfahren zum Herstellen eines elektrischen Energiespeichersystems.
  • TECHNISCHER HINTERGRUND
  • In vielen Fahrzeugen, insbesondere in der Luftfahrt oder der Raumfahrt werden hohe Anforderungen an eine Energiespeicherdichte von Energiespeichern gestellt, d.h. es soll möglichst viel elektrische Energie pro Gewichtseinheit des Energiespeichers gespeichert werden können. Unter Energiespeichern können beispielsweise Batterien und, bevorzugt, wiederaufladbare Akkumulatoren verstanden werden, beispielsweise zur Verwendung in Elektro- oder Hybridfahrzeugen. Die Energiespeicherdichte (oder Energiedichte, engl. „energy density“) wird beispielsweise in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) gemessen.
  • Die Druckschrift US 9,276,240 B2 beschreibt eine flache, laminierte Batterieanordnung, deren Seitenflächen kleiner sind als deren Frontflächen.
  • Weiterhin werden Anforderungen an die strukturellen Elemente von Fahrzeugen gestellt, beispielsweise, dass diese ein bestimmtes Gewicht tragen können, einem bestimmten Druck standhalten müssen und dergleichen. Strukturelle Elemente sind beispielsweise Gehäuse, die dazu ausgelegt sind, in dem Gehäuse liegende Elemente (wie z.B. Energiespeicherelemente) vor äußeren Einflüssen wie Stößen zu schützen. Solche strukturellen Elemente tragen üblicherweise stark zum Gewicht des jeweiligen Fahrzeugs bei.
  • In der US 2002/0004167 A1 ist eine Hülle beschrieben, in welcher eine Batterie integriert ist.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Es ist ausgehend von diesem bekannten Stand der Technik eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Energiespeichersystem bereitzustellen, insbesondere ein Energiespeichersystem mit höherer Energiedichte.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich in einem Aspekt auf ein Energiespeichersystem mit einem Gehäuse, welches eine laminierte Energiespeicherstruktur aufweist, und mit mindestens einer in dem Gehäuse angeordneten Anschlusseinrichtung für ein elektrisches Energiespeicherelement oder eine Gruppe von elektrischen Energiespeicherelementen.
  • Unter einem Gehäuse ist insbesondere eine feste Hülle zu verstehen, welche die Anschlusseinrichtungen und ggfs. an den Anschlusseinrichtungen angeschlossene elektrische Energiespeicherelemente schützt, beispielsweise vor Stößen oder vor aggressiven oder korrosiven Fluiden von außen. Das Gehäuse kann die Anschlusseinrichtungen vollständig umschließen.
  • Das Gehäuse kann vollständig oder zum Teil aus der laminierten Energiespeicherstruktur bestehen. Unter einer laminierten Energiespeicherstruktur ist insbesondere eine Struktur zu verstehen, welche aus mindestens zwei, bevorzugt mindestens drei, zusammengefügten Schichten ausgebildet ist und welche zum Speichern von elektrischer Energie geeignet ist.
  • Das Gehäuse weist bevorzugt zumindest einen elektrischen Anschluss auf, mittels welchem die laminierte Energiespeicherstruktur mit elektrischer Energie aufladbar ist und/oder über mittels welchem elektrische Energie aus der laminierten Energiespeicherstruktur entnommen werden kann.
  • Die Anschlusseinrichtungen sind zum elektrischen und/oder mechanischen Anschließen der Energiespeicherelemente oder der Gruppen von Energiespeicherelementen ausgelegt oder eingerichtet. Das Energiespeichersystem kann zusätzlich eine oder mehrere an der mindestens einen Anschlusseinrichtung angeschlossene elektrische Energiespeicherelemente oder Gruppen von elektrischen Energiespeicherelementen umfassen.
  • Die elektrischen Energiespeicherelemente oder Gruppen von elektrischen Energiespeicherelementen können fest und/oder dauerhaft an den Anschlusseinrichtungen elektrisch und mechanisch angeschlossen sein.
  • Somit wird ein Energiespeichersystem bereitgestellt, welches eine besonders hohe Energiespeicherdichte aufweist, da statt eines Gehäuses, welches als rein strukturelles Element ausgebildet ist, ein Gehäuse verwendet wird, welches gleichzeitig als eine Energiespeicherstruktur dient. Damit verbessert sich insgesamt das Verhältnis einer maximal speicherbaren Energiemenge zu einem Gewicht des Systems.
  • Hierdurch kann einerseits, bei insgesamt gleichbleibendem Gewicht des Energiespeichersystems, eine höhere Energiemenge gespeichert werden. Alternativ kann, bei gleichbleibender Energiespeichermenge, vorteilhaft Gewicht eingespart werden. Weiterhin kann eine optimale Balance aus einer hohen speicherbaren Energiemenge und einem geringen Gewicht des Energiespeichersystems erzielt werden, welche je nach einem konkreten Einsatzgebiet des Energiespeichersystems anpassbar ist.
  • In dem als Energiespeicherstruktur ausgebildeten Gehäuse können weiterhin vorteilhaft Signalprozessierungs- und/oder Sensorfunktionen integriert werden.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichersystems, mit den Schritten: Bereitstellen eines Gehäuses, welches eine laminierte Energiespeicherstruktur aufweist; und Anordnen oder Anbringen mindestens einer Anschlusseinrichtung für ein Energiespeicherelement oder eine Gruppe von Energiespeicherelementen in dem Gehäuse. Das Herstellungsverfahren kann den Schritt umfassen: Anschließen mindestens eines Energiespeicherelements oder einer Gruppe von Energiespeicherelementen an die mindestens eine Anschlusseinrichtung.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen sowie aus der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Figuren.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die laminierte Energiespeicherstruktur eine Kathodenschicht, mindestens eine Anodenschicht, und eine zwischen der Kathodenschicht und der mindestens einen Anodenschicht angeordnete Isolatorschicht auf.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist mindestens eine Anodenschicht Carbonfasern und/oder ein Kunstharz auf oder weist carbonfaserverstärktes Kunstharz auf oder besteht aus carbonfaserverstärktem Kunstharz.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Kathodenschicht ein Ferrit auf oder besteht aus einem Ferrit. Die Kathodenschicht kann ein Ferrit, Carbonfasern und/oder ein Kunstharz aufweisen. Gemäß einige Ausführungsformen weist die Kathodenschicht ein carbonfaserverstärktes Kunstharz mit einer Faserbeschichtung aus ferritischem Oxyd auf oder besteht aus einem carbonfaserverstärkten Kunstharz mit einer Faserbeschichtung aus ferritischem Oxyd.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen weist die Isolatorschicht Glasfasern und/oder ein Kunstharz auf oder weist glasfaserverstärktes Kunstharz auf oder besteht aus glasfaserverstärktem Kunstharz.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Energiespeichersystem eine Schalteinrichtung, mittels welcher die mindestens eine Anschlusseinrichtung mit der laminierten Energiespeicherstruktur sowohl elektrisch parallel als auch elektrisch seriell schaltbar ist. Somit kann ein durch das Energiespeichersystem abgegebener Strom bzw. eine durch das Energiespeichersystem abgegebene Spannung effizient und zuverlässig verändert werden.
  • Gemäß einigen Ausführungsformen umfasst das Energiespeichersystem eine Steuereinrichtung, mittels welcher basierend auf einem Eingangssignal, welches z.B. einen Strom- und/oder Spannungsbedarf indizieren kann, die Schalteinrichtung steuerbar ist. Somit kann ein bestehender Strom- und/oder Spannungsbedarf durch das Energiespeichersystem möglichst genau und effizient gedeckt werden.
  • Die obigen Ausgestaltungen und Weiterbildungen lassen sich, sofern sinnvoll, beliebig miteinander kombinieren. Weitere mögliche Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Implementierungen der Erfindung umfassen auch nicht explizit genannte Kombinationen von zuvor oder im Folgenden bezüglich der Ausführungsbeispiele beschriebenen Merkmale der Erfindung. Insbesondere wird dabei der Fachmann auch Einzelaspekte als Verbesserungen oder Ergänzungen zu der jeweiligen Grundform der vorliegenden Erfindung hinzufügen.
  • Figurenliste
  • Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend anhand der in den schematischen Figuren angegebenen Ausführungsbeispiele näher erläutert. Es zeigen dabei:
    • 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
    • 2 ein schematisches Blockdiagramm eines Energiespeichersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
    • 3 ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen eines Energiespeichersystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Die beiliegenden Figuren sollen ein weiteres Verständnis der Ausführungsformen der Erfindung vermitteln. Sie veranschaulichen Ausführungsformen und dienen im Zusammenhang mit der Beschreibung der Erklärung von Prinzipien und Konzepten der Erfindung. Andere Ausführungsformen und viele der genannten Vorteile ergeben sich im Hinblick auf die Zeichnungen. Die Elemente der Zeichnungen sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu zueinander gezeigt. Richtungsangebende Terminologie wie etwa „oben“, „unten“, „links“, „rechts“, „über“, „unter“, „horizontal“, „vertikal“, „vorne“, „hinten“ und ähnliche Angaben werden lediglich zu erläuternden Zwecken verwendet und dienen nicht der Beschränkung der Allgemeinheit auf spezifische Ausgestaltungen wie in den Figuren gezeigt.
  • In den Figuren der Zeichnung sind gleiche, funktionsgleiche und gleich wirkende Elemente, Merkmale und Komponenten - sofern nichts anderes ausgeführt ist - jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
  • BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
  • 1 eine schematische Darstellung eines Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei links in 1 eine Gesamtansicht gezeigt ist und rechts in 1 eine Detailansicht dargestellt ist.
  • Das Energiespeichersystem 100 umfasst ein Gehäuse 110 aus einer laminierten elektrischen Energiespeicherstruktur 130. Mit anderen Worten ist das Gehäuse 110 vorteilhaft einzig aus der laminierten Energiespeicherstruktur 130 gebildet.
  • Die laminierte elektrische Energiespeicherstruktur 130 ist vorzugsweise mit mindestens einer Ecke und/oder Kante und/oder einer Wölbung zu dem Gehäuse 110 geformt.
  • Die Detailansicht in der rechten Seite von 1 zeigt eine der Ecken des Gehäuses 110 zum Erläutern der Energiespeicherstruktur 130, wobei einzelne Schichten der Energiespeicherstruktur 130 schematisch teilweise aufgeschnitten dargestellt sind.
  • In dem Gehäuse 110 sind gemäß 1 drei Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 angeordnet, insbesondere angebracht oder installiert. Es versteht sich, dass in dem Gehäuse 110 statt genau drei Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 auch nur eine oder zwei, oder auch vier oder noch mehr Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 angeordnet, insbesondere angebracht oder installiert sein können.
  • Jede Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 kann zum elektrischen und/oder mechanischen Anschließen je eines Energiespeicherelements 122, 124, 126 oder auch je einer Gruppe von Energiespeicherelementen ausgelegt oder eingerichtet sein. Es können auch einige Anschlusseinrichtungen zum Anschließen von einzelnen Energiespeicherelementen und einige Anschlusseinrichtungen zum Anschließen von je einer Gruppe von Energiespeicherelementen in dem Gehäuse angeordnet, insbesondere angebracht oder installiert sein.
  • Wie im rechten Teil von 1 gezeigt ist, weist die laminierte Energiespeicherstruktur 130 vorteilhaft eine Kathodenschicht 131, mindestens eine Anodenschicht 133, 134, 135 sowie eine zwischen der Kathodenschicht 131 und der mindestens einen Anodenschicht 133, 134, 135 angeordnete Isolatorschicht 132 auf. Vorzugsweise sind sämtliche vorgesehene Anodenschichten 133, 134, 135 durch die Isolatorschicht 132 von der Kathodenschicht 131 beabstandet.
  • Die Kathodenschichte 131 weist bevorzugt ein Ferrit (oder Ferritoxid, engl. „ferritic oxide“) auf oder besteht aus einem Ferrit (oder Ferritoxid), insbesondere in gewobener oder geflochtener Form oder in einer Gitterform („mesh“).
  • Die Isolatorschicht 132 dient zum elektrischen Isolieren der Kathodenschicht 131 von der mindestens einen Anodenschicht 133, 134, 135 als ein Dielektrikum. Bevorzugt weist die Isolatorschicht 132 Glasfasern und/oder ein Kunstharz auf oder besteht aus Glasfasern und/oder einem Kunstharz. Die Isolatorschicht 132 kann beispielsweise aus glasfaserverstärktem Kunstharz (engl. „glass fibre reinforced epoxy“) bestehen oder glasfaserverstärktes Kunstharz aufweisen. Die Glasfasern können hierbei für Elektronen undurchlässig sein und auf diese Weise eine elektrische Isolierung bewirken.
  • In der Energiespeicherstruktur 130 sind gemäß 1, rechte Seite, drei Anodenschichten 133, 134, 135 beinhaltet. Es versteht sich, dass in der Energiespeicherstruktur 130 Anodenschichten 133, 134, 135 auch nur eine oder zwei, oder auch vier oder noch mehr Anodenschichten 133, 134, 135 angeordnet sein können.
  • Mindestens eine Anodenschicht 133, 134, 135, bevorzugt alle der Anodenschichten 133, 134, 135 können Carbonfasern und/oder ein Kunstharz aufweisen. In bevorzugten Ausführungsformen besteht mindestens eine Anodenschicht 133, 134, 135 (oder bestehen alle der Anodenschichten) aus carbonfaserverstärktem Kunstharz, oder weist ein carbonfaserverstärktes Kunstharz auf. Das Kunstharz der mindestens einen Anodenschicht 133, 134, 135, insbesondere das carbonfaserverstärkte Kunstharz, kann insbesondere mit Lithium-Ionen-leitenden Eigenschaften, d.h. als Elektrolyt, ausgebildet sein.
  • Das Gehäuse 110 kann insbesondere quaderförmig oder zylindrisch, z.B. kreiszylindrisch, geformt sein. Die Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 können vorteilhaft so ausgebildet sein, dass plattenförmige Energiespeicherelemente 122, 124, 126 an die Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 in dem Gehäuse 110 anschließbar sind. Die plattenförmigen Energiespeicherelemente 122, 124, 126 können insbesondere parallel zu Seitenwänden eines quaderförmigen Gehäuses 110 angeordnet sein, wie in der linken Hälfte von 1 veranschaulicht.
  • Bei den plattenförmigen Energiespeicherelementen 122, 124, 126 kann es sich beispielsweise selbst um laminierte Energiespeicherstrukturen handeln, welche so ausgebildet sein können wie im Voranstehenden in Bezug auf die laminierte Energiespeicherstruktur 130 beschrieben. Dabei können die plattenförmigen Energiespeicherelemente 122, 124, 126 gemäß derselben beschriebenen Variante wie die laminierte Energiespeicherstruktur 130 selbst ausgebildet sein, oder gemäß einer anderen beschriebenen Variante. Beispielsweise kann die laminierte Energiespeicherstruktur 130 mehr oder weniger, oder anders ausgebildete, Anodenschichten 133, 134, 135 umfassen als die plattenförmigen Energiespeicherelemente 122, 124, 126.
  • Die einzelnen Energiespeicherelemente 122, 124, 126 können alle gleich ausgebildet sein, oder sich voneinander unterscheiden. Die Energiespeicherkapazitäten der einzelnen Energiespeicherelemente können sich voneinander unterscheiden.
  • Bevorzugt ist, dass die laminierte Energiespeicherstruktur 130 tendenziell robuster, d.h. widerstandsfähiger, und somit näher an einem reinen Strukturelement ausgebildet ist als die plattenförmigen Energiespeicherelemente 122, 124, 126, welche im Vergleich näher an reinen Energiespeicherelementen, also mit einer höheren Energiespeicherdichte, ausgebildet sein können. Auf diese Weise tragen sowohl die laminierte Energiespeicherstruktur 130 des Gehäuses 110 als auch die darin angeordneten Energiespeicherelemente 122, 124, 126 zu der maximal speicherbaren Energiemenge bei, wobei die laminierte Energiespeicherstruktur 130 als Gehäuse 110 eine zusätzliche Schutzfunktion für die innen angeordneten Energiespeicherelemente 122, 124, 126 und/oder eine zusätzliche Funktion als strukturelles Element ausübt.
  • Auch die Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 selbst können plattenförmig oder im Wesentlichen plattenförmig ausgebildet sein, wobei die Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 parallel zueinander in dem Gehäuse 110 angebracht sein können. Vorteilhaft sind auch die plattenförmigen Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 parallel zu den Seitenwänden des quaderförmigen Gehäuses 110 angeordnet, insbesondere außerdem parallel zu den plattenförmigen Energiespeicherelementen 122, 124, 126. Auf diese Weise können die Anschlusseinrichtungen 121, 123, 135 als Flansche eines strukturellen Elements, und die Seitenwände des quaderförmigen Gehäuses 110 als Stege des strukturellen Elements angesehen werden, und es kann insgesamt eine höhere strukturelle Festigkeit des Gehäuses 110 erzielt werden.
  • Das Gehäuse 110 kann zum Laden und/oder Entladen der laminierten elektrischen Energiespeicherstruktur 130 und/oder der Energiespeicherelemente 122, 124, 126 oder Gruppen von Energiespeicherelementen (über die Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125) elektrische Anschlüsse aufweisen oder mit elektrischen Anschlüssen verbunden sein. Zwischen der laminierten elektrischen Energiespeicherstruktur 130 und einer, mehreren, oder allen Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 können elektrische Leitungen ausgebildet sein. Alternativ können Stromkreise der Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 auch innerhalb des Energiespeichersystems völlig von Stromkreisen der laminierten Energiespeicherstruktur 130 getrennt ausgebildet sein, sodass die laminierte Energiespeicherstruktur 130 als Notstromquelle verwendet werden kann, falls eine oder mehrere der Energiespeicherelemente 122, 124, 126 ausfallen, oder umgekehrt.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm eines Energiespeichersystems 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Energiespeichersystem 200 umfasst vorteilhaft alle Elemente des Energiespeichersystems 100 gemäß 1. Zusätzlich kann das Energiespeichersystem eine Schalteinrichtung 240 und eine Steuereinrichtung 250 umfassen.
  • Die Schalteinrichtung 240 ist so ausgebildet, dass mittels der Schalteinrichtung 240 die mindestens eine Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 mit der laminierten Energiespeicherstruktur 130 sowohl elektrisch parallel als auch elektrisch seriell, d.h. in Serie, schaltbar ist. Bei dem in 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiel mit exemplarisch drei Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 kann beispielsweise die Schalteinrichtung 240 dazu ausgelegt sein, folgenden Schaltstellungen zu realisieren:
    • - laminierte Energiespeicherstruktur 130 und alle Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125 einzeln parallel zueinander;
    • - laminierte Energiespeicherstruktur 130 in Reihe mit allen drei Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125;
    • - laminierte Energiespeicherstruktur 130 parallel zu einer Reihenschaltung aller drei Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125;
    • - laminierte Energiespeicherstruktur 130 in Reihe mit einer ersten Anschlusseinrichtung 121, während diese beiden Elemente parallel sowohl zu einer zweiten Anschlusseinrichtung 123 als auch zu einer dritten Anschlusseinrichtung 125 geschaltet sind;
    • - laminierte Energiespeicherstruktur 130 in Reihe mit der ersten Anschlusseinrichtung 121, während diese beiden Elemente parallel zu einer Reihenschaltung der zweiten Anschlusseinrichtung 123 mit der dritten Anschlusseinrichtung 125 geschaltet sind;
    • - laminierte Energiespeicherstruktur 130 in Reihe mit der ersten und der zweiten Anschlusseinrichtung 121, 123, während diese drei Elemente parallel zu der dritten Anschlusseinrichtung 125 geschaltet sind;
    • - die drei voranstehenden Schaltstellungen mit allen möglichen Permutationen der ersten, zweiten und dritten Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125.
  • Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schalteinrichtung 240 nur einige der genannten Schaltstellungen realisieren kann, beispielsweise nur zwei Schaltstellungen: entweder eine vollständige Parallelschaltung der laminierten Energiespeicherstruktur 130 und aller Energiespeicherelemente 122, 124, 126, oder eine vollständige Reihenschaltung (Serienschaltung) der laminierten Energiespeicherstruktur 130 mit allen Energiespeicherelementen 122, 124, 126.
  • Die Schalteinrichtung 240 kann beispielsweise als ein Schaltnetzwerk mit Leistungselektronikelementen, Schaltern, Transistoren, Relais und dergleichen mehr ausgebildet sein. Die Schalteinrichtung 240 kann auch als integrierte Schaltung, insbesondere als anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), ausgebildet sein.
  • Die Schalteinrichtung 240 ist durch ein Schaltsignal 252 zum Umschalten zwischen den möglichen Schaltstellungen der Schalteinrichtung 240 steuerbar. Das Schaltsignal 252 kann von einer externen Steuereinheit ausgesendet werden und die Schalteinrichtung 240 beispielsweise über einen Datenbus erreichen. Ist das Energiespeichersystem 200 z.B. in einem Fahrzeug, etwa einem Flugzeug oder einem Raumfahrzeug installiert, kann das Schaltsignal 252 von einem Datenbus des Fahrzeugs empfangen werden.
  • Das Energiespeichersystem 200 kann weiterhin eine Steuereinrichtung 250 aufweisen, mittels, welcher basierend auf einem Eingangssignal 251, welches bevorzugt einen Strom- und/oder Spannungsbedarf indiziert, die Schalteinrichtung 240 steuerbar ist. Das Eingangssignal 251 kann von einer externen Steuereinheit ausgesendet werden und die Steuereinrichtung 250 beispielsweise über einen Datenbus erreichen. Ist das Energiespeichersystem 200 z.B. in einem Fahrzeug, etwa einem Flugzeug oder einem Raumfahrzeug installiert, kann das Eingangssignal 251 von einem Datenbus des Fahrzeugs empfangen werden und einen Strom- und/oder Spannungsbedarf des Fahrzeugs indizieren, z.B. einen Strom- und/oder Spannungsbedarf eines Motors, einer Klimaanlage und/oder einen Gesamt-Strom- und/oder Spannungsbedarf des Fahrzeugs.
  • Die Steuereinrichtung 250 kann dazu ausgelegt sein, basierend auf dem empfangenen Eingangssignal 251 das Schaltsignal 252 zu erzeugen und mit dem Schaltsignal 252 die Schalteinrichtung 240 zu steuern. Die Steuereinrichtung kann beispielsweise als ein Computer, ein Mikrocontroller, eine Steuerung, als ein Field Programmable Gate Array (FPGA) oder als eine sonstige programmierbare oder programmierte logische Schaltung ausgebildet sein.
  • Das Schaltsignal 252 wird durch die Steuereinrichtung 250 vorzugsweise so erzeugt, dass in der Schaltstellung, welche die Schalteinrichtung 240 basierend auf diesem Schaltsignal 252 einnimmt, durch die Gesamtheit der laminierten Energiespeicherstruktur 130 und aller Energiespeicherelemente 122, 124, 126 ein elektrischer Strom und/oder eine elektrische Spannung abgegeben wird, welcher bzw. welche dem durch das Steuersignal 251 indizierten Strom- und/oder Spannungsbedarf entspricht oder diesen übersteigt.
  • Ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichersystems 100; 200 kann den Schritt umfassen, die Schalteinrichtung 240 derart zu schalten, dass die Schalteinrichtung 240 eine beliebige gewünschte Schaltstellung, z.B. der oben genannten Schaltstellungen, einnimmt. Insbesondere kann das Verfahren ein derartiges Schalten der Schalteinrichtung 240 umfassen, dass mindestens eine Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 (oder auch alle Anschlusseinrichtungen 121, 123, 125) mit der laminierten Energiespeicherstruktur 130 elektrisch parallel geschaltet wird, und zusätzlich ein derartiges Schalten der Schalteinrichtung 240 umfassen, dass die mindestens eine Anschlusseinrichtung 121, 123, 135 mit der laminierten Energiespeicherstruktur 130 elektrisch in Serie geschaltet wird, wobei das eine oder das andere Schalten beispielsweise in Abhängigkeit von dem Eingangssignal 251 erfolgen kann.
  • Das Verfahren des Betreibens des Energiespeichersystems 100; 200 kann zudem das Einstellen eines Entlademodus' vorsehen, in welchem elektrische Energie aus der laminierten Energiespeicherstruktur 130 und/oder aus an der mindestens einen Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 angeschlossenen elektrischen Energiespeicherelementen 122, 124, 126 entnommen wird. Das Verfahren kann optional weiterhin das Einstellen eines Lademodus' vorsehen, in welchem der laminierten Energiespeicherstruktur 130 und/oder an der mindestens einen Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 angeschlossenen elektrischen Energiespeicherelementen 122, 124, 126 elektrische Energie zugeführt wird, um die laminierte Energiespeicherstruktur 130 bzw. die Energiespeicherelemente 122, 124, 126 elektrisch zu laden. Die Steuereinrichtung 250 kann zum Einstellen des Entlademodus' und/oder des Lademodus', beispielsweise basierend auf dem Eingangssignal 251, ausgebildet oder eingerichtet sein.
  • 3 zeigt ein schematisches Flussdiagramm zum Erläutern eines Verfahrens zum Herstellen des Energiespeichersystems 100; 200 gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In einem Schritt S01 wird ein Gehäuse 110 bereitgestellt, welches eine laminierte Energiespeicherstruktur 130 aufweist, etwa wie im Voranstehenden beschrieben. In einem Schritt S02 wird mindestens eine Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 für ein Energiespeicherelement 122, 124, 126 oder eine Gruppe von Energiespeicherelementen in dem Gehäuse 110 bzw. an dem Gehäuse 110 angeordnet oder angebracht, z.B. mit den zuvor beschriebenen Merkmalen. Das Herstellungsverfahren kann einen optionalen Schritt S03 umfassen, in welchem mindestens ein Energiespeicherelement 122, 124, 126 oder eine Gruppe von Energiespeicherelementen an die mindestens eine Anschlusseinrichtung 121, 123, 125 elektrisch und/oder mechanisch angeschlossen wird.
  • In der vorangegangenen detaillierten Beschreibung sind verschiedene Merkmale zur Verbesserung der Stringenz der Darstellung in einem oder mehreren Beispielen zusammengefasst worden. Es sollte dabei jedoch klar sein, dass die obige Beschreibung lediglich illustrativer, keinesfalls jedoch beschränkender Natur ist. Sie dient der Abdeckung aller Alternativen, Modifikationen und Äquivalente der verschiedenen Merkmale und Ausführungsbeispiele. Viele andere Beispiele werden dem Fachmann aufgrund seiner fachlichen Kenntnisse in Anbetracht der obigen Beschreibung sofort und unmittelbar klar sein.
  • Die Ausführungsbeispiele wurden ausgewählt und beschrieben, um die der Erfindung zugrundeliegenden Prinzipien und ihre Anwendungsmöglichkeiten in der Praxis bestmöglich darstellen zu können. Dadurch können Fachleute die Erfindung und ihre verschiedenen Ausführungsbeispiele in Bezug auf den beabsichtigten Einsatzzweck optimal modifizieren und nutzen. In den Ansprüchen sowie der Beschreibung werden die Begriffe „beinhaltend“ und „aufweisend“ als neutralsprachliche Begrifflichkeiten für die entsprechenden Begriffe „umfassend“ verwendet. Weiterhin soll eine Verwendung der Begriffe „ein“, „einer“ und „eine“ eine Mehrzahl derartig beschriebener Merkmale und Komponenten nicht grundsätzlich ausschließen.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 9276240 B2 [0003]
    • US 2002/0004167 A1 [0005]

Claims (10)

  1. Energiespeichersystem (100; 200), mit: einem Gehäuse (110), welches eine laminierte Energiespeicherstruktur (130) aufweist; und mindestens einer in dem Gehäuse (110) angeordneten Anschlusseinrichtung (121, 123, 125) für ein Energiespeicherelement (122, 124, 126) oder eine Gruppe von Energiespeicherelementen.
  2. Energiespeichersystem (100; 200) nach Anspruch 1, wobei die laminierte Energiespeicherstruktur (130) eine Kathodenschicht (131), mindestens eine Anodenschicht (133, 134, 135), und eine zwischen der Kathodenschicht (131) und der mindestens einen Anodenschicht (133, 134, 135) angeordnete Isolatorschicht (132) aufweist
  3. Energiespeichersystem (100; 200) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei mindestens eine Anodenschicht (133, 134, 135) Carbonfasern und/oder ein Kunstharz aufweist.
  4. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Kathodenschicht (131) ein Ferrit aufweist oder aus einem Ferrit besteht.
  5. Energiespeichersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Isolatorschicht (132) Glasfasern und/oder ein Kunstharz aufweist.
  6. Energiespeichersystem (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, mit: einer Schalteinrichtung (240), mittels welcher die mindestens eine Anschlusseinrichtung (121, 123, 125) mit der laminierten Energiespeicherstruktur (130) sowohl elektrisch parallel als auch elektrisch seriell schaltbar ist.
  7. Energiespeichersystem (200) nach Anspruch 6, mit einer Steuereinrichtung (250), mittels welcher basierend auf einem Eingangssignal (251), welches einen Strombedarf und/oder einen Spannungsbedarf indiziert, die Schalteinrichtung (240) steuerbar ist.
  8. Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichersystems (200) nach einem der Ansprüche 6 oder 7, mit den Schritten: Schalten der Schalteinrichtung (240), um die mindestens eine Anschlusseinrichtung (121, 123, 125) mit der laminierten Energiespeicherstruktur (130) elektrisch parallel zu schalten; und/oder Schalten der Schalteinrichtung (240), um die mindestens eine Anschlusseinrichtung (121, 123, 125) mit der laminierten Energiespeicherstruktur (130) elektrisch in Serie zu schalten.
  9. Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichersystems (100; 200), mit dem Schritt: Bereitstellen (S01) eines Gehäuses (110), welches eine laminierte Energiespeicherstruktur (130) aufweist; und Anordnen (S02) mindestens einer Anschlusseinrichtung (121, 123, 125) für ein Energiespeicherelement (122, 124, 126) oder eine Gruppe von Energiespeicherelementen in dem Gehäuse (110).
  10. Verfahren nach Anspruch 9, mit dem Schritt: Anschließen (S03) mindestens eines Energiespeicherelements (122, 124, 126) oder einer Gruppe von Energiespeicherelementen an die mindestens eine Anschlusseinrichtung (121, 123, 125).
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