DE102020103523A1

DE102020103523A1 - Skalierte heimenergiespeichersysteme und zugehörige verwendungen

Info

Publication number: DE102020103523A1
Application number: DE102020103523.3A
Authority: DE
Inventors: Brian Joseph ROBERT; Rachel Blaser; Renata Michaela Arsenault
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2019-02-12
Filing date: 2020-02-11
Publication date: 2020-08-13
Also published as: CN111555466A; US20200254887A1; US11207986B2

Abstract

Diese Offenbarung beschreibt beispielhafte Heimenergiespeichersysteme, die in der Lage sind, Elektrizität für einen späteren Verbrauch lokal zu speichern, wie etwa zum Laden eines elektrifizierten Fahrzeugs, zum Unterstützen verschiedener Heimenergiebedürfnisse und zum Unterstützen alternativer Energiespeicher-/Stromquellenfunktionen. Ein beispielhaftes Heimenergiespeichersystem kann folgendes umfassen: eine stationäre Einheit, eine oder mehrere modulare Einheiten, die abnehmbar mit der stationären Einheit verbunden werden können, und ein Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem, das konfiguriert ist, um die modulare Einheit relativ zu der stationären Einheit zu montieren, abzunehmen und zu transportieren. Direkt nach dem Abkoppeln von der stationären Einheit kann/können die modulare/n Einheit/en als tragbare Energiequelle zum Versorgen eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher verwendet werden. Diese Offenbarung beschreibt zudem verschiedene miteinander verbundene Funktionen (z. B. elektronische und drahtlose Kommunikation von Nutzungszuständen) zwischen der stationären Einheit und der modularen Einheit von Heimenergiespeichersystemen sowie zwischen der modularen Einheit und verschiedener Satellitengeräte, die der modularen Einheit zugeordnet sind.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Diese Offenbarung bezieht sich auf Heimenergiespeichersysteme, zu denen sowohl eine stationäre Einheit zur Unterstützung dedizierter Heimenergiespeicherlösungen als auch eine modulare Einheit zur Unterstützung alternativer Energiespeicher-/Stromquellenfunktionen gehören. Diese Offenbarung betrifft zudem die miteinander verbundenen Vorgänge zwischen der stationären Einheit und der modularen Einheit von Heimenergiespeichersystemen sowie zwischen der modularen Einheit und den Satellitengeräten, die der modularen Einheit zugeordnet sein können.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Der Wunsch nach einer Reduktion des Kraftstoffverbrauchs und des Schadstoffausstoßes von Kraftfahrzeugen ist hinlänglich dokumentiert. Deshalb werden elektrifizierte Fahrzeuge entwickelt, die die Abhängigkeit von Verbrennungsmotoren verringern oder vollständig beseitigen. Im Allgemeinen unterscheiden sich elektrifizierte Fahrzeuge dadurch von herkömmlichen Kraftfahrzeugen, dass sie selektiv durch eine oder mehrere batteriebetriebene elektrische Maschinen angetrieben werden. Herkömmliche Kraftfahrzeuge sind im Gegensatz dazu vollständig auf Verbrennungsmotoren angewiesen, um das Fahrzeug anzutreiben.
Einige Kunden von Fahrzeugen (mit elektrifiziertem oder traditionellem Verbrennungsmotor) wünschen sich möglicherweise Heimenergiespeichersysteme, die in der Lage sind, Elektrizität für den späteren Verbrauch lokal zu speichern, wie etwa zum Laden eines elektrifizierten Fahrzeugs, zum Decken des Energiebedarfs zu Hause, und/oder als tragbare Energiequelle zum Versorgen eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher.
KURZDARSTELLUNG
Ein Heimenergiespeichersystem gemäß einem beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem eine stationäre Einheit, eine modulare Einheit, die abnehmbar mit der stationären Einheit verbunden werden kann, und ein Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem, das konfiguriert ist, um die modulare Einheit relativ zu der stationären Einheit zu montieren, abzunehmen und zu transportieren.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Systems nimmt die stationäre Einheit mindestens eine Batterieanordnung auf und nimmt die modulare Einheit mindestens eine modulare Batterie oder Batterieanordnung abnehmbar auf.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Systeme ist in der modularen Einheit ein Generator untergebracht.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst ein Batteriemanagementsystem eine Master-Steuerung, die sich an der stationären Einheit befindet, und eine Slave-Steuerung, die sich an der modularen Einheit befindet.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst das Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem eine Gestellbaugruppe, die an der stationären Einheit montiert ist, und eine Handkarrenbaugruppe, die an der modularen Einheit montiert ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorgenannten Systeme umfasst die Gestellbaugruppe ein Gestell und eine Verlängerung, die verschiebbar in einer Tasche des Gestells aufgenommen wird.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst die Handkarrenbaugruppe einen Griff, der abnehmbar mit der Verlängerung verbunden ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst die Handkarrenbaugruppe einen an der modularen Einheit angebrachten Griff und mindestens einen an der modularen Einheit angebrachten Satz Räder.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst die modulare Einheit Positionierungsfüße zum Positionieren der modularen Einheit in einem Laderaum eines Fahrzeugs nach dem Trennen der modularen Einheit von der stationären Einheit.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst der Laderaum Positionierungshalterungen, die konfiguriert sind, um die Positionierungsfüße aufzunehmen, um einen Anschluss der modularen Einheit mit einem Anschluss des Fahrzeugs auszurichten.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfasst die modulare Einheit eine Vielzahl von Eingängen zum Anschließen externer Stromquellen und eine Vielzahl von Ausgängen, zum Versorgen elektrischer Vorrichtungen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme umfassen die externen Stromquellen eine tragbare Windkraftanlage oder ein tragbares Solarpanel.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme ist ein Kommunikationssystem konfiguriert, um eine bidirektionale Kommunikation zwischen der stationären Einheit, der modularen Einheit, einer mobilen Vorrichtung und einem Fahrzeug über einen Cloud-Hub zu erreichen.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme ist die mobile Vorrichtung konfiguriert, um mit dem Cloud-Hub unter Verwendung einer Anwendung zu kommunizieren, die in einem Speicher der mobilen Vorrichtung gespeichert ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Systeme kann die modulare Einheit mit einem Energiesystem verbunden werden, das mehrere miteinander verbundene modulare Einheiten enthält, nachdem sie von der stationären Einheit getrennt wurde.
Ein Verfahren gemäß einem anderen beispielhaften Aspekt der vorliegenden Offenbarung umfasst unter anderem das Abkoppeln einer modularen Einheit eines Heimenergiespeichersystems von einer stationären Einheit des Heimenergiespeichersystems, wobei die modulare Einheit zu einem von der stationären Einheit entfernten Ort transportiert wird, sowie das Verwenden der modularen Einheit zum Versorgen eines externen Verbrauchers an dem Standort.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform des vorstehenden Verfahrens umfasst das Verfahren das Versorgen eines Haushaltsverbrauchers mit Energie unter Verwendung der stationären Einheit, während die modulare Einheit von der stationären Einheit getrennt ist.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Abkoppeln der modularen Einheit das Schieben der modularen Einheit in eine Richtung weg von der stationären Einheit und das Trennen eines Handgriffs der modularen Einheit von einer Gestellverlängerung der stationären Einheit.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst das Transportieren der modularen Einheit das Rollen der modularen Einheit entlang einer Bodenfläche mit einem Griff und mindestens einem Satz Räder der modularen Einheit.
In einer weiteren nicht einschränkenden Ausführungsform eines der vorstehenden Verfahren umfasst der externe Verbraucher einen Batteriepack eines Elektrofahrzeugs, eines Freizeitfahrzeugs, eines Gerätes oder einer persönlichen elektronischen Vorrichtung.
Die Ausführungsformen, Beispiele und Alternativen der vorstehenden Absätze, der Patentansprüche oder der folgenden Beschreibung und Zeichnungen, einschließlich beliebiger ihrer verschiedenen Aspekte oder jeweiligen individuellen Merkmale, können unabhängig voneinander oder in beliebiger Kombination miteinander betrachtet werden. Merkmale, die in Verbindung mit einer Ausführungsform beschrieben werden, gelten für alle Ausführungsformen, sofern derartige Merkmale nicht inkompatibel sind.
Die verschiedenen Merkmale und Vorteile dieser Offenbarung werden dem Fachmann aus der folgenden detaillierten Beschreibung ersichtlich. Die der detaillierten Beschreibung beigefügten Zeichnungen lassen sich, wie folgt, kurz beschreiben.
Figurenliste

1 veranschaulicht schematisch eine Struktur, die ein Heimenergiespeichersystem umfasst.
2 veranschaulicht schematisch ein beispielhaftes Heimenergiespeichersystem, das eine stationäre Einheit und eine modulare Einheit umfasst.
3 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte modulare Einheit eines Heimenergiespeichersystems.
Die 4A, 4B, 4C und 4D veranschaulichen ein Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem eines Heimenergiespeichersystems.
5 veranschaulicht eine beispielhafte Radkonfiguration eines Gestellmontage- und Handkarrentransportsystems.
6 veranschaulicht eine weitere beispielhafte Radkonfiguration eines Gestellmontage- und Handkarrentransportsystems.
7 veranschaulicht schematisch eine modulare Einheit eines Heimenergiespeichersystems, das mit einem Fahrzeug verbunden ist.
8 veranschaulicht ein Verbindungssystem zum Verbinden einer modularen Einheit eines Heimenergiespeichersystems mit einem Fahrzeug.
9 veranschaulicht schematisch verschiedene Eingänge und Ausgänge einer modularen Einheit eines Heimenergiespeichersystems.
10 ist ein Betriebsverbindungsflussdiagramm zum Synchronisieren des Betriebs einer stationären Einheit und einer modularen Einheit eines Heimenergiespeichersystems.
11 veranschaulicht eine beispielhafte divergente Alterungseffektstrategie für ein Heimenergiespeichersystem.
12 veranschaulicht eine beispielhafte divergente Alterungseffektstrategie für ein Heimenergiespeichersystem.
13 veranschaulicht schematisch ein Kommunikationssystem eines Heimenergiespeichersystems.
14 ist ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Kommunikationsprotokoll zur Kommunikation zwischen einem Heimenergiespeichersystem und einem Benutzer auf Grundlage einer Benutzeranforderung für die Verwendung der modularen Einheit zeigt.
15 ist ein Flussdiagramm, das ein anderes beispielhaftes Kommunikationsprotokoll zur Kommunikation zwischen einem Heimenergiespeichersystem und einem Benutzer auf Grundlage einer Vorhersage des Ladebedarfs eines Fahrzeugs zeigt.
16 ist ein Flussdiagramm, das noch ein anderes beispielhaftes Kommunikationsprotokoll zur Kommunikation zwischen einem Heimenergiespeichersystem und einem Benutzer auf Grundlage einer Vorhersage des Ladebedarfs eines Fahrzeugs zeigt.
17 veranschaulicht ein Energiesystem, das eine Vielzahl von miteinander verbundenen modularen Einheiten enthält.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung beschreibt beispielhafte Heimenergiespeichersysteme, die in der Lage sind, Elektrizität für einen späteren Verbrauch lokal zu speichern, wie etwa zum Laden eines elektrifizierten Fahrzeugs, zum Unterstützen verschiedener Heimenergiebedürfnisse und zum Unterstützen alternativer Energiespeicher-/Stromquellenfunktionen. Ein beispielhaftes Heimenergiespeichersystem kann folgendes umfassen: eine stationäre Einheit, eine oder mehrere modulare Einheiten, die abnehmbar mit der stationären Einheit verbunden werden können, und ein Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem, das konfiguriert ist, um die modulare Einheit relativ zu der stationären Einheit zu montieren, abzunehmen und zu transportieren. Direkt nach dem Abkoppeln von der stationären Einheit kann/können die modulare/n Einheit/en als tragbare Energiequelle zum Versorgen eines oder mehrerer elektrischer Verbraucher verwendet werden. Diese und andere Merkmale dieser Offenbarung werden nachfolgend ausführlicher erörtert.
1 zeigt schematisch eine Struktur 10. Bei der Struktur 10 kann es sich um ein Wohnhaus, ein Geschäftsgebäude, ein Parkhaus oder eine beliebige andere Struktur handeln. In einer Ausführungsform ist die Struktur 10 eine Garage eines Wohnhauses. Es versteht sich, dass die verschiedenen Komponenten aus 1 schematisch dargestellt sind, um die Merkmale der vorliegenden Offenbarung besser zu veranschaulichen, und nicht zwingend maßstabsgetreu dargestellt sind.
Ein Heimenergiespeichersystem (HESS) 12 kann an einer Oberfläche 14, beispielsweise einer Wand oder einem Boden, der Struktur 10 angebracht sein. Das HESS 12 kann in bekannter Weise elektrisch mit einer Netzstromquelle 16 gekoppelt sein. Die Netzstromquelle 16 kann das HESS 12 mit Strom versorgen. In einer Ausführungsform ist die Netzstromquelle 16 eine Wechselstromquelle, die dem HESS 12 Strom mit entweder 110 Volt oder 220 Volt zuführt. Andere Energiequellen, einschließlich unter anderem Sonnenenergie, Windkraft oder eine Kombination von Energiequellen, werden jedoch weiterhin im Umfang dieser Offenbarung in Betracht gezogen.
Die dem HESS 12 zugeführte Energie kann zur späteren Verwendung durch verschiedene elektrische Verbraucher lokal gespeichert werden. Somit kann das HESS 12 verwendet werden, um verschiedene elektrische Verbraucher zu versorgen, selbst wenn kein Strom von der Netzstromquelle 16 verfügbar ist.
In einer Ausführungsform kann das HESS 12 zum Laden eines Batteriepacks 18 eines Elektrofahrzeugs 20 verwendet werden, das in oder in der Nähe der Struktur 10 geparkt ist. Der Batteriepack 18 ist eine beispielhafte Batterie eines elektrifizierten Fahrzeugs. Der Batteriepack 18 kann ein Hochspannungstraktionsbatteriepack sein, der eine Vielzahl von Batterieanordnungen (d. h. Batteriebaugruppen oder Gruppen von wiederaufladbaren Batteriezellen) umfasst, die in der Lage sind, elektrische Leistung auszugeben, um die elektrischen Verbraucher (z. B. Elektromotor) des elektrifizierten Fahrzeugs 20 zu betreiben. Das elektrifizierte Fahrzeug 20 kann einen beliebigen Typ eines elektrifizierten Antriebsstrangs umfassen und kann als ein Batterieelektrofahrzeug (BEV), ein Hybridelektrofahrzeug (HEV), ein Plugin-Hybridelektrofahrzeug (PHEV), Brennstoffzellenfahrzeug usw. konfiguriert sein. Das elektrifizierte Fahrzeug 20 kann zudem ein Auto, ein Pritschenwagen, ein Van, ein SUV oder ein beliebiger anderer Fahrzeugtyp sein.
Das HESS 12 kann eine Elektrofahrzeug-Versorgungseinrichtung (EVSE) 22 enthalten, die betriebsmäßig mit einer Fahrzeugeinlassbaugruppe 24 zum Laden des Batteriepacks 18 verbunden werden kann. Die EVSE 22 kann einen Koppler 26 enthalten, der konfiguriert ist, um in einen oder mehrere Anschlüsse der Fahrzeugeinlassbaugruppe 24 eingesteckt zu werden, um Energie von dem HESS 12 zu dem Batteriepack 18 zu übertragen.
Das HESS 12 kann zudem als Reservestromquelle zum Unterstützen verschiedener anderer elektrischer Verbraucher 28 dienen, die von dem elektrifizierten Fahrzeug 20 getrennt sind. Die elektrischen Verbraucher 28 können beliebige Haushaltsenergieverbraucher umfassen, einschließlich unter anderem Haushaltsgeräte, Haushalts-HVAC-Systeme, Haushaltsbeleuchtungssysteme usw.
Teile des HESS 12 können zur Unterstützung alternativer Energiespeicher-/Stromquellenfunktionen tragbar sein. Die tragbaren Aspekte des HESS 12 werden nachstehend ausführlicher beschrieben.
Das HESS 12 aus 1 ist in 2 detaillierter veranschaulicht. Das HESS 12 kann eine stationäre Einheit 30 und eine modulare Einheit 32 umfassen, die lösbar mit der stationären Einheit 30 verbunden ist. Die stationäre Einheit 30 kann dauerhaft an der Oberfläche 14 der Struktur 10 befestigt sein, wohingegen die modulare Einheit 32 von der stationären Einheit 30 gelöst und an einen Ort bewegt werden kann, der von der Struktur 10 entfernt ist. Im gekoppelten Zustand kann die modulare Einheit 32 synchron als Teil der größeren Einheit des HESS 12 arbeiten, wodurch die dem Benutzer zur Verfügung stehende verfügbare Energie effektiv erweitert wird.
Ein AC/DC-Eingang 34 kann an der stationären Einheit 30 vorgesehen sein, um entweder Strom von der Stromnetzquelle 16 (oder einer anderen Stromquelle) zu empfangen oder um Strom von dem HESS 12 abzuleiten. Ein DC/AC-Ausgang 36 und ein Gleichstromausgang 38 können an der modularen Einheit 32 vorgesehen sein. Wechselstrom kann an externe Verbraucher über den DC/AC-Ausgang 36 abgegeben werden und Gleichstrom kann über den Gleichstromausgang 38 direkt an externe Verbraucher geliefert werden. In einer Ausführungsform unterstützt der Gleichstromausgang 38 Gleichstromschnellladeereignisse. Gleichstromschnellladeereignisse sind relativ unmittelbare Schnellladeereignisse, die in der Regel dreißig Minuten oder weniger dauern. Das HESS 12 kann durch Liefern von Leistungspegeln von 50 kW oder mehr Gleichstromschnellladen einsetzen, um einen externen Verbraucher schnell zu laden, im Gegensatz zu den Leistungsausgaben von, als nicht einschränkendes Beispiel, standardmäßigen Wechselstromladegeräten.
Die stationäre Einheit 30 kann eine oder mehrere Batterieanordnungen 40 zum lokalen Speichern von Energie für eine spätere Verwendung enthalten. Die Batterieanordnung/en 40 kann/können in einem abgedichteten Gehäuse der stationären Einheit 30 untergebracht sein. Jede Batterieanordnung 40 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 42 oder andere Energiespeichervorrichtungen enthalten, die in der Lage sind, elektrischen Strom zu speichern, der von der Netzstromquelle 16 empfangen wird. Die in den Batteriezellen 42 gespeicherte Energie kann beispielsweise verwendet werden, um den Batteriepack 18 des elektrifizierten Fahrzeugs 20 zu laden oder die elektrischen Verbraucher 28 mit Strom zu versorgen.
Wenngleich in 2 eine konkrete Anzahl an Batteriezellen 42 dargestellt ist, könnte jeder Batteriepack 40 eine höhere oder niedrigere Anzahl an Batteriezellen 42 innerhalb des Schutzumfangs dieser Offenbarung nutzen. Die Batteriezellen 42 können nebeneinander gestapelt und anschließend unter Verwendung verschiedener Strukturen (z. B. Abstandshalter, Schienen, Wände, Platten, Bindungen, Stromsammelschienen usw.) aneinander gekoppelt werden, um jede Batterieanordnung 40 zu konstruieren. Mehrere Batterieanordnungen 40 sind in 3 gezeigt, wobei die stationäre Einheit 30 des HESS 12 jedoch eine höhere oder niedrigere Anzahl an Batterieanordnungen in dem Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung enthalten kann.
In einer Ausführungsform sind die Batteriezellen 42 prismatische Lithium-Ionen-Zellen. Allerdings könnten Batteriezellen mit anderen Geometrien (zylindrisch, Pouch usw.), anderen Chemikalien (Nickel-Metallhydrid, Bleisäure usw.) oder beidem alternativ dazu innerhalb des Umfangs dieser Offenbarung verwendet werden.
In einer anderen Ausführungsform sind die Batterieanordnungen 40 wiederaufbereitete Batterien, beispielsweise wiederaufbereitete elektrifizierte Fahrzeugbatterieanordnungen. Eine wiederaufbereitete elektrifizierte Fahrzeugbatterieanordnung ist beispielsweise eine Batterieanordnung, die die Anforderungen der relativ anspruchsvollen Fahrzeugantriebsaufgaben nicht mehr erfüllen kann, aber dennoch eine verfügbare Arbeitskapazität aufweist (z. B. eine Kapazität von 50 % oder mehr). Die wiederaufbereitete Batterieanordnung kann wiederaufbereitete Batteriezellen enthalten. In noch einer anderen Ausführungsform könnten unbenutzte oder neue Batterieanordnungen in der stationären Einheit 30 des HESS verwendet werden.
Die modulare Einheit 32 des HESS 12 kann zudem eine oder mehrere Batterieanordnungen 45 zum lokalen Speichern von Energie für eine spätere Verwendung umfassen. Die Batterieanordnung/en 45 kann/können in einem abgedichteten Gehäuse der modularen Einheit 32 untergebracht sein. Jede Batterieanordnung 45 kann eine Vielzahl von Batteriezellen 47 oder andere Energiespeichervorrichtungen enthalten, die in der Lage sind, elektrischen Strom zu speichern. Die in den Batteriezellen 47 gespeicherte Energie kann verwendet werden, um verschiedene elektrische Verbraucher zu versorgen, einschließlich Verbraucher, die sich entfernt von dem HESS 12 befinden.
Unter Bezugnahme auf 3 kann die modulare Einheit 32 des HESS 12 Stromquellen zusätzlich zu den oder anstelle der Batterieanordnungen 45 enthalten. Beispielsweise kann die modulare Einheit 32 einen Generator 44 und eine oder mehrere modulare Batterien 46 enthalten, die tragbare Energielösungen zum Unterstützen verschiedener Mobilitätsanwendungen (z. B. e-Bike, Golfwagen usw.) und Kundenkomfort/Freizeitanwendungen (Campingausrüstung, Rasenmäher, Drohne, persönlicher Mobilitätsroller usw.) bereitstellen, wenn die modulare Einheit 32 von der stationären Einheit 30 abgenommen wird. Daher können zusätzlich zu verschiedenen miteinander verbundenen Funktionalitäten (z. B. elektrische und drahtlose Kommunikation des Nutzungszustands), die zwischen der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 des HESS 12 erzielt werden können, auch miteinander verbundene Funktionalitäten zwischen der modularen Einheit 32 und den verschiedenen Satellitengeräten erzielt werden, die der modularen Einheit 32 im Rahmen dieser Offenbarung zugeordnet sein können.
Der Generator 44 kann verschiedene Funktionen erfüllen. Beispielsweise könnte der Generator 44 eine Energiequellenunterstützung für die modularen Batterien 46 bereitstellen, könnte verwendet werden, um das Wiederaufladen der modularen Batterien 46 zu automatisieren, wenn die modularen Batterien 46 einen niedrigen Ladezustand aufweisen, oder könnte verwendet werden, um die modularen Batterien 46 oder ein Batteriepack eines Elektrofahrzeugs zum Antreiben des Elektrofahrzeugs zu unterstützen.
Die modularen Batterien 46 können abnehmbar in Speichersteckplätzen 48 der modularen Einheit 32 aufbewahrt werden. Die Gesamtzahl der modularen Batterien 46, die in der modularen Einheit 32 vorgesehen sind, soll diese Offenbarung nicht einschränken. Zudem können die modularen Batterien 46 die gleichen oder unterschiedliche Speicherkapazitäten aufweisen.
Ein Batteriemanagementsystem 50 kann verschiedene Vorgänge steuern, die mit dem HESS 12 assoziiert sind. In einer Ausführungsform umfasst ein Batteriemanagementsystem 50 eine Master-Steuerung 52, die sich an der stationären Einheit 30 befindet, und eine Slave-Steuerung 54, die sich an der modularen Einheit 32 befindet. Der Master-Steuerung 52 kann über den Kommunikationsweg 56 unter Verwendung eines beliebigen bekannten Kommunikationsstandards mit der Slave-Steuerung 54 kommunizieren. Die Master-Steuerung 52 kann Führungssignale, diagnosebezogene Informationen, batteriebezogene Informationen und andere relevante Informationen zum Steuern der Slave-Steuerung 54 über den Kommunikationsweg 56 kommunizieren, wenn die modulare Einheit 32 relativ zu der stationären Einheit 30 gekoppelt ist. In einer Ausführungsform arbeiten die Master-Steuerung 52 und die Slave-Steuerung 54 zusammen, um Lade- und Entladevorgänge der Batterieanordnungen 40 und der modularen Batterien 46 zu verwalten.
Die 4A-4D veranschaulichen ein optionales Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem 58 eines HESS 12. Das Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem 58 ist konfiguriert, um die modulare Einheit 32 relativ zu der stationären Einheit 30 des HESS 12 zu montieren, abzunehmen und zu transportieren. Das Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem 58 unterstützt daher die Tragbarkeit der modularen Einheit 32.
Das Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem 58 kann eine Gestellbaugruppe 60, die an der stationären Einheit 30 montiert ist, und eine Handkarrenbaugruppe 62 umfassen, die an der modularen Einheit 32 montiert ist. Die Gestellbaugruppe 60 kann ein Gestell 64 umfassen, das zwischen der Oberfläche 14 der Struktur 10 und der stationären Einheit 30 montiert ist. Eine Verlängerung 66 der Gestellbaugruppe kann verschiebbar in einer Tasche 68 des Gestells 64 aufgenommen sein, um die modulare Einheit 32 abnehmbar an der stationären Einheit 30 zu montieren.
Die Handkarrenbaugruppe 62 kann einen Griff 70 und einen oder mehrere Sätze Räder 72 umfassen. Der Griff 70 ist fest an der modularen Einheit 32 befestigt und kann abnehmbar an der Verlängerung 66 der Gestellbaugruppe 60 angebracht sein, um die Verlängerung 66 und den Griff 70 in der Tasche 68 zu positionieren. Beispielsweise kann der Griff 70 (und somit die modulare Einheit 32), sobald er mit der Verlängerung 66 verbunden ist, in einer ersten Richtung D1 in Richtung des Gestells 64 bewegt werden, um die modulare Einheit 32 relativ zu der stationären Einheit 30 zu koppeln. Die gekoppelte Position der modularen Einheit 32 ist in 4A gezeigt.
Die modulare Einheit 32 kann in einer zweiten Richtung D2 von dem Gestell 64 weg bewegt werden, um die modulare Einheit 32 von der stationären Einheit 30 abzukoppeln. Die abgekoppelte Position der modularen Einheit 32 ist in 4B gezeigt. In der abgekoppelten Position wurden sowohl die Verlängerung 66 der Gestellbaugruppe 60 als auch der Griff 70 der Handkarrenbaugruppe 62 aus der Tasche 68 herausgeschoben. Die Verlängerung 66 und der Griff 70 können in der zweiten Richtung D2 verschoben werden, bis die Räder 72 eine Bodenfläche 74 der Struktur 10 berühren. Alternativ kann die modulare Einheit 32 von der stationären Einheit 30 abgekoppelt und direkt in einen Laderaum 82 eines Fahrzeugs 20 über das Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem 58 geladen werden (siehe beispielsweise 4D).
Nach dem Abkoppeln kann der Griff 70 von der Verlängerung 66 gelöst werden, wodurch die modulare Einheit 32 vollständig von den verbleibenden Abschnitten des HESS 12 getrennt wird. Der Griff 70 kann dann verwendet werden, um die modulare Einheit 32 zu einem Ort weg von der stationären Einheit 30 zu transportieren. Dies ist schematisch in den 4C und 4D gezeigt.
In einer Ausführungsform umfasst die Handkarrenbaugruppe 62 einen einzelnen Satz Räder 72, die nahe einer unteren Hinterkante 76 der modularen Einheit 32 angeordnet sind (siehe 4B, 4C und 4D). In einer anderen Ausführungsform umfasst die Handkarrenbaugruppe 62 zwei Sätze Räder 72 (siehe 5 und 6). Ein Satz Räder 72 kann an jeder der unteren Hinterkante 76 und einer oberen Hinterkante 78 der modularen Einheit 32 (siehe 5) oder an jeder der unteren Hinterkante 76 und einer unteren Vorderkante 80 des modularen Einheit 32 (siehe 6) vorgesehen sein.
7 zeigt eine beispielhafte Verwendung der modularen Einheit 32 des HESS 12, nachdem sie von der stationären Einheit 30 abgekoppelt wurde. In dieser veranschaulichten Ausführungsform ist die modulare Einheit 32 mit einem Elektrofahrzeug 20 (hier einem Pritschenwagen) verbunden, um die Reichweite des Elektrofahrzeugs 20 zu verbessern. Die modulare Einheit 32 könnte jedoch auch mit herkömmlichen Fahrzeugen mit Verbrennungsmotor verbunden sein, um eine exportierbare Energiequelle bereitzustellen.
Die modulare Einheit 32 kann in eine Position innerhalb eines Laderaums 82 (z. B. einer LKW-Ladefläche oder eines Kofferraums) des elektrifizierten Fahrzeugs 20 manövriert werden, beispielsweise unter Verwendung der Handkarrenbaugruppe 62. Ein Kabelbaum 84 kann die modulare Einheit 32 elektrisch mit dem Batteriepack 18 des Elektrofahrzeugs 20 verbinden. Die in der modularen Einheit 32 gespeicherte Energie kann in Verbindung mit der in dem Batteriepack 18 gespeicherten Energie verwendet werden, um die elektrische Reichweite des elektrifizierten Fahrzeugs 20 zu verlängern. Die modulare Einheit 32 könnte alternativ oder zusätzlich verwendet werden, um Energie an Arbeitsgeräte zu exportieren oder den Batteriepack 18 des elektrifizierten Fahrzeugs 20 wieder aufzuladen (d. h. durch Verbinden einer EVSE zwischen der modularen Einheit 32 und der Fahrzeugeinlassbaugruppe 24).
8 zeigt ein beispielhaftes Verbindungssystem 86 zum elektrischen Verbinden der modularen Einheit 32 des HESS 12 mit dem elektrifizierten Fahrzeug 20 nach dem Abkoppeln der modularen Einheit 32 von der stationären Einheit 30. Das Verbindungssystem 86 kann einen fahrzeugseitigen Anschluss 88 und einen Anschluss 90 auf Seiten der modularen Einheit umfassen. In einer Ausführungsform ist der fahrzeugseitige Anschluss 88 zumindest teilweise in einer Wand 92 des Laderaums 82 angeordnet und ist der Anschluss 90 auf Seiten der modularen Einheit zumindest teilweise in einer Außenwand 94 der modularen Einheit 32 angeordnet. Der Anschluss 90 auf Seiten der modularen Einheit kann in den fahrzeugseitigen Anschluss 88 gesteckt werden, um die modulare Einheit 32 mit dem Batteriepack 18 des Elektrofahrzeugs 20 zu verbinden.
Das Verbindungssystem 86 kann zudem ein oder mehrere Positionierungsmerkmale zum Ausrichten des Anschlusses 90 auf Seiten der modularen Einheit mit dem fahrzeugseitigen Anschluss 88 umfassen, wenn die modulare Einheit 32 in dem Laderaum 82 in Position gebracht wird. In einer Ausführungsform umfasst das Verbindungssystem 86 Positionierungsklammern 96, die an einem Boden 98 des Laderaums 82 an einer Stelle neben der Wand 92 montiert sind. Jede Positionierungsklammer 96 kann beispielsweise im Allgemeinen L-förmig sein. Die modulare Einheit 32 kann Positionierungsfüße 100 enthalten, die von einer Bodenwand 102 der modularen Einheit 32 vorstehen. Die Positionierungsfüße 100 können beispielsweise im Allgemeinen L-förmig sein. Die Positionierungsfüße 100 können unter die Positionierungsklammern 96 geschoben werden, um den Anschluss 90 auf Seiten der modularen Einheit mit dem fahrzeugseitigen Anschluss 88 auszurichten. Wenn daher die modulare Einheit 32 weiter in Richtung der Wand 92 bewegt wird, ist der Anschluss 90 auf Seiten der modularen Einheit richtig positioniert, um mit dem fahrzeugseitigen Anschluss 88 in Eingriff zu kommen.
9 zeigt schematisch eine modulare Einheit 32 eines HESS 12 als tragbare Energiequelle. Die modulare Einheit 32 kann mehrere Eingänge 104 zum Anschließen verschiedener Zusatzvorrichtungen an die modulare Einheit 32 enthalten. In einer Ausführungsform können die Zusatzvorrichtungen der modularen Einheit 32 Leistung zuführen. Die Gesamtzahl der Eingänge 104, die in der modularen Einheit 32 vorgesehen sind, soll diese Offenbarung nicht einschränken.
In einer Ausführungsform ist eine tragbare Windkraftanlage 106 mit einem der Eingänge 104 verbindbar. In einer anderen Ausführungsform ist ein tragbares Solarpanel 108 mit einem der Eingänge 104 verbindbar. In noch einer anderen Ausführungsform ist eine Wechselstromquelle 110 mit einem der Eingänge 104 verbindbar. Im Schutzumfang dieser Offenbarung könnten alternativ oder zusätzlich verschiedene andere Zusatzvorrichtungen mit der modularen Einheit 32 verbunden werden.
Die modulare Einheit 32 kann zusätzlich mehrere Ausgänge 112 zum Versorgen verschiedener elektrischer Vorrichtungen unter Verwendung der in der modularen Einheit 32 (z. B. in den modularen Batterien 46 gespeicherten Leistung und/oder unter Verwendung des Generators 44 enthalten). Die Gesamtzahl der Ausgänge 112, die in der modularen Einheit 32 vorgesehen sind, soll diese Offenbarung nicht einschränken.
In einer Ausführungsform kann die modulare Einheit 32 verwendet werden, um ein Freizeitfahrzeug 114 (z.B. ein Wohnmobil) über einen der Ausgänge 112 mit Strom zu versorgen. In einer anderen Ausführungsform kann die modulare Einheit 32 verwendet werden, um eine oder mehrere Vorrichtungen 116 (z. B. Kühlschrank usw.) mit Strom zu versorgen. In einer weiteren Ausführungsform kann die modulare Einheit 32 verwendet werden, um eine oder mehrere persönliche elektronische Vorrichtungen 118 (z.B. Mobiltelefon, Tablet, Computer usw.) aufzuladen. Im Schutzumfang dieser Offenbarung könnten alternativ oder zusätzlich verschiedene andere elektrische Vorrichtungen durch die modulare Einheit 32 mit Strom versorgt werden.
Die Eingänge 104 und die Ausgänge 112 der modularen Einheit 32 können als verschiedene Anschlüsse oder Kombinationen von Anschlüssen konfiguriert sein. Beispielsweise könnten die Eingänge 104 und die Ausgänge 112 240-V-Wechselstromausgänge, 120-V-Wechselstromausgänge, USB-Anschlüsse oder eine beliebige Kombination dieser oder anderer Anschlüsse sein.
10 ist unter fortgesetzter Bezugnahme auf die 1-9 ein Betriebsflussdiagramm 120, das den synchronisierten Betrieb der modularen Einheit 32 und der stationären Einheit 30 eines HESS 12 schematisch darstellt. Die stationäre Einheit 30 und die modulare Einheit 32 sind an dem Block 122 verbunden. Das Batteriemanagementsystem 50 kann den Betrieb der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 synchronisieren, wenn die modulare Einheit 32 zusammen mit der stationären Einheit 30 gekoppelt ist. Der synchronisierte Betrieb der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 kann entweder über physikalische oder Cloud-Datenkommunikation erreicht werden.
Die modulare Einheit 32 kann periodisch von der stationären Einheit 30 getrennt werden (siehe beispielsweise Block 124), um alternative Energiespeicher-/Stromquellenfunktionen zu unterstützen. Wie bei Block 126 gezeigt, erfährt die modulare Einheit 32 jedes Mal Lastzyklen, wenn sie als tragbare Energiequelle verwendet wird. Die Slave-Steuerung 54 der modularen Einheit 32 kann die vergangene Nutzung (z. B. Entladungszeiträume, Ladezeiten, Ruhezeiten usw.) der modularen Einheit 32 jedes Mal aufzeichnen, wenn die modulare Einheit 32 im abgekoppelten Zustand bei Block 128 verwendet wird.
Zu einem späteren Zeitpunkt kann die modulare Einheit 32 wieder mit der stationären Einheit 30 verbunden werden (siehe Block 130). Im erneut gekoppelten Zustand kann die modulare Einheit 32 synchron als Teil der größeren Einheit des HESS 12 arbeiten, wodurch die dem Benutzer zur Verfügung stehende verfügbare Energie effektiv erweitert wird. Nach dem erneuten Koppeln kann die Slave-Steuerung 54 der modularen Einheit 32 die mit der modularen Einheit 32 assoziierte vergangene Nutzung auf die Master-Steuerung 52 der stationären Einheit 30 hochladen (siehe Block 132). Die Verwendung der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 kann dann durch das Batteriemanagementsystem 50 bei Block 134 synchronisiert werden.
In einer Ausführungsform umfasst die Synchronisation der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32, dass beide Einheiten in einen gemeinsamen Ladezustand versetzt werden und dass verschiedene Strategien verwendet werden können, um jegliche Divergenz in der Alterung, die aufgetreten ist, während die stationäre Einheit 30 und die modulare Einheit 32 separat betrieben wurden (siehe 11-12), einzugrenzen. Die Zyklen, die während der Synchronisation der stationären Einheit und der modularen Einheit 32 beteiligt sind, können eindeutige Auflade-/Entlade-Sequenzen, Spannungsgrenzen usw. umfassen, die die Zustände jeder der Batterien der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 zusammenführen sollen, um eine optimale Leistung des integrierten Systems bereitzustellen.
Eine Entscheidungsmatrix zum Betreiben der verbundenen stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 kann durch das Batteriemanagementsystem 50 bei Block 136 erzeugt werden. Die Entscheidungsmatrix kann verschiedene Leistungsverbindungsüberlegungen enthalten, einschließlich unter anderem relative Alterung der Batteriezellen/Unterschiede in der Lebensdauer der Batterien, relativer Batteriezellenausgleich, angepasste Betriebsspielräume usw. Das Batteriemanagementsystem 50 kann anschließend die Energieeinstellungen des HESS 12 bei Block 138 neu ausrichten, beispielsweise durch Einstellen des Ladezustands (SOC) des HESS 12 und Aktualisieren der Funktionsränder.
Die stationäre Einheit 30 und die modulare Einheit 32 des HESS 12 können ungleiche Durchsätze erfahren, die zu unterschiedlichen Alterungsprofilen führen, wenn die modulare Einheit 32 relativ zu der stationären Einheit 30 abgekoppelt ist. Daher können unterschiedliche Alterungsstrategien ausgeführt werden, um jegliche unterschiedliche Alterung, die zwischen den Energiespeichervorrichtungen der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 auftreten kann, anzugehen.
11 zeigt ein erstes beispielhaftes Verfahren 140 zum Behandeln einer unterschiedlichen Alterung, die im Laufe der Zeit zwischen der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 des HESS 12 auftreten kann. Die modulare Einheit 32 kann bei Block 142 von der stationären Einheit 30 des HESS 12 abgekoppelt werden. Die modulare Einheit 32 und die stationäre Einheit 30 können jeweils eine Durchsatzmenge „X“ über einen Zeitraum „Y“ erfahren, wenn die modulare Einheit 32 von der stationären Einheit 30 abgekoppelt ist. Die Menge an Durchsatz und Zeit wird von der Slave-Steuerung 54 der modularen Einheit 32 bzw. der Master-Steuerung 52 der stationären Einheit 30 verfolgt und aufgezeichnet.
Zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt kann die modulare Einheit 32 nach dem Abkoppeln wieder mit der stationären Einheit 30 verbunden werden (siehe Block 144). Nach dem erneuten Verbinden kann die Slave-Steuerung 54 der modularen Einheit 32 die mit der modularen Einheit 32 assoziierte vergangene Nutzung auf die Master-Steuerung 52 der stationären Einheit 30 hochladen. Die vergangene Nutzung kann Informationen wie den Ladezustand, den Gesamtzustand, den Durchsatz usw. enthalten.
Anschließend kann in einem Block 146 das Batteriemanagementsystem 50 des HESS 12 bestimmen, ob eine Differenz zwischen der Nutzung der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 über einen bestimmten Zeitraum größer als eine vordefinierte akzeptable Nutzungsdifferenz ist. Lautet die Antwort JA, kann das Batteriemanagementsystem 50 bei Block 148 einen Wiederaufbereitungszyklus der stärker abgebauten Einheit befehlen. Der Wiederaufbereitungszyklus kann experimentell optimierte Zyklusalgorithmen umfassen, bei denen Strom, Spannung, Lade-Entladung-Profil sowie Spannungs- und Temperaturgrenzen variiert werden, um die reversiblen Folgen der Alterung zu beseitigen, die auftreten, wenn die modulare Einheit 32 und die stationäre Einheit 30 unabhängig (getrennt) voneinander betrieben werden. Wenn bei Block 146 ein NEIN-Flag zurückgegeben wird, wird keine Aktion ausgeführt und das Verfahren 140 kann bei Block 150 enden.
12 veranschaulicht ein zweites beispielhaftes Verfahren 152, das ausgeführt werden kann, um eine unterschiedliche Alterung zwischen der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 des HESS 12 zu behandeln. Die modulare Einheit 32 kann bei Block 154 von der stationären Einheit 30 abgekoppelt werden. Die stationäre Einheit 30 und die modulare Einheit 32 können jeweils eine Durchsatzmenge „X“ über einen Zeitraum „Y“ erfahren, wenn die modulare Einheit 32 von der stationären Einheit 30 abgekoppelt ist. Die Menge an Durchsatz und Zeit wird von der Slave-Steuerung 52 der stationären Einheit 30 bzw. der Master-Steuerung 54 der modularen Einheit 32 verfolgt und aufgezeichnet.
Zu einem beliebigen späteren Zeitpunkt kann die modulare Einheit 32 nach dem Abkoppeln wieder mit der stationären Einheit 30 verbunden werden (siehe Block 156). Nach dem erneuten Verbinden kann die Slave-Steuerung 54 der modularen Einheit 32 die mit der modularen Einheit 32 assoziierte vergangene Nutzung auf die Master-Steuerung 52 der stationären Einheit 30 hochladen. Die vergangene Nutzung kann Informationen wie den Ladezustand, den Gesamtzustand, den Durchsatz usw. enthalten.
Anschließend kann in einem Block 158 das Batteriemanagementsystem 50 bestimmen, ob eine Differenz zwischen der Nutzung der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 über einen bestimmten Zeitraum größer als eine vordefinierte akzeptable Nutzungsdifferenz ist. Lautet die Antwort JA, kann das Batteriemanagementsystem 50 bei Block 160 eine Erhöhung des zulässigen Netzdienstbeitrags der stärker abgebauten Einheit befehlen. In diesem Szenario kann entschieden werden, dass der wirtschaftliche Vorteil, der durch die Maximierung des Zählerenergiespeichers erzielt wird, den zusätzlichen Durchsatz/die zusätzliche Alterung der Batterie mehr als ausgleicht, und dementsprechend kann es bevorzugt sein, das „Altern“ der modularen Einheit 32 bevorzugt zu beschleunigen, um den Gesamtzustand mit der stärker genutzten stationären Einheit 30 zu synchronisieren. Wenn bei Block 158 ein NEIN-Flag zurückgegeben wird, wird keine Aktion ausgeführt und das Verfahren 152 kann bei Block 162 enden.
In einer anderen Ausführungsform können das Verfahren 140 aus 11 und das Verfahren 152 aus 12 parallel zueinander ausgeführt werden, um jegliche divergierende Alterung zu beheben, die zwischen der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 auftreten kann. Das parallele Ausführen sowohl des Verfahrens 140 als auch des Verfahrens 152 kann für eine schnellere Konvergenz der Alterungsprofile der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 sorgen.
13 zeigt schematisch ein Kommunikationssystem 164 zum Erreichen einer bidirektionalen Kommunikation zwischen dem HESS 12 und sowohl einer mobilen Vorrichtung 166 eines Besitzers/Benutzers des HESS 12 als auch einem elektrifizierten Fahrzeug 20 des Besitzers/Benutzers. Die mobile Vorrichtung 166 (z.B. ein Smartphone, Tablet, Computer, eine tragbare intelligente Vorrichtung usw.) gehört in den meisten Umsetzungen dem Besitzer/Benutzer des HESS 12 und des elektrifizierten Fahrzeugs 20.
Das HESS 12, die mobile Vorrichtung 166 und das elektrifizierte Fahrzeug 20 können konfiguriert sein, um über einen Cloud-Hub 168 (d.h. das Internet) miteinander zu kommunizieren, um verschiedene Informationen zu erhalten, die auf einem oder mehreren Servern 170 gespeichert sind. Jeder Server 170 kann Benutzerdaten zu Validierungszwecken erfassen, sammeln und speichern, die mit der mobilen Vorrichtung 166 und dem elektrifizierten Fahrzeug 20 assoziiert sind. Bei einer autorisierten Anforderung können nachfolgend Daten an das oder von dem HESS 12, über einen Funkmast oder eine andere bekannte Kommunikationstechnik (z. B. Wi-Fi, Bluetooth usw.) übertragen werden. Die stationäre Einheit 30 des HESS, eine oder mehrere modulare Einheiten 32 des HESS 12, die mobile Vorrichtung 166 und das elektrifizierte Fahrzeug 20 können jeweils einen oder mehrere Sendeempfänger 172 umfassen, um eine bidirektionale Kommunikation und Konnektivität miteinander über den Cloud-Hub 168 zu erreichen. Beispielsweise können die Sendeempfänger 172 Daten von den Servern 170 empfangen oder Daten über die eingesetzte Kommmunikationstechnik/eingesetzten Kommunikationsprotokolle zurück zu den Servern 170 kommunizieren. Wenngleich nicht unbedingt in dieser stark schematischen Ausführungsform gezeigt oder beschrieben, können zahlreiche andere Komponenten die bidirektionale Kommunikation zwischen dem HESS 12, der mobilen Vorrichtung 166 und dem elektrifizierten Fahrzeug 20 ermöglichen. Die Kommunikation zwischen dem HESS 12, der mobilen Vorrichtung 166 und dem elektrifizierten Fahrzeug 20 kann über eine drahtlose Verknüpfung, eine Internetverbindung oder eine beliebige Kombination dieser erfolgen.
In einer anderen Ausführungsform können eine oder beide der stationären Einheit 30 und der modularen Einheit 32 des HESS 12 drahtlose oder direkte Ethernet-Verbindungen umfassen. Die Ethernet-Verbindungen können zum Verbinden und Kommunizieren mit dem elektrifizierten Fahrzeug 20 verwendet werden, und die drahtlosen Verbindungen können zum Verbinden und Kommunizieren mit der mobilen Vorrichtung 166 verwendet werden.
Die mobile Vorrichtung 166 kann eine Anwendung 174 umfassen, deren Programmierung es erlaubt, dass der Benutzer eine Benutzerschnittstelle 176 verwendet, um Aspekte des HESS 12 und/oder des elektrifizierten Fahrzeugs 20 selektiv zu steuern. Die Anwendung 174 kann in dem Speicher 178 der mobilen Vorrichtung 166 gespeichert sein und durch einen Prozessor 180 der mobilen Vorrichtung 166 ausgeführt werden.
14 zeigt unter fortgesetzter Bezugnahme auf 13 ein erstes beispielhaftes Kommunikationsverfahren 182 zum Kommunizieren zwischen dem HESS 12 und der mobilen Vorrichtung 166 des Benutzers. Das Kommunikationsverfahren 182 kann beispielsweise verwendet werden, wenn der Besitzer/Benutzer eine bestimmte Verwendung der modularen Einheit 32 des HESS 12 anfordert.
Zunächst kann der Benutzer in einem Block 184 den spezifischen Energiebedarf spezifizieren, den die modulare Einheit 32 seinem/ihrem Wunsch nach bereitzustellen in der Lage sein soll, sobald diese von der stationären Einheit 30 abgekoppelt ist. Beispielsweise kann der Benutzer über die Anwendung 174 der mobilen Vorrichtung 166 einen bestimmten Ladezustand (in Prozent) oder eine bestimmte Nutzungsdauer eingeben, die zum Unterstützen tragbarer Verbraucher erforderlich ist. Alternativ könnte eine Benutzerschnittstelle des elektrifizierten Fahrzeugs 20 verwendet werden, um den gewünschten Ladezustand anzugeben.
Anschließend kann die mobile Vorrichtung 166 (oder das elektrifizierte Fahrzeug 20) bei Block 186 eine Anforderung der spezifischen Energieanforderungen an den Cloud-Hub 168 übermitteln. Der Cloud-Hub 168 kann dann bei Block 188 die Anforderung für den spezifischen Energiebedarf an die Master-Steuerung 52 der stationären Einheit 30 übermitteln. Die Master-Steuerung 52 kann wiederum bei Block 190 Statusaktualisierungen von jeder der modularen Einheiten 32 anfordern. Die Slave-Steuerungen 54 der modularen Einheiten 32 können anschließend bei Block 192 Statusinformationen (z.B. Ladezustand, Altersstatus usw.) an die Master-Steuerung 52 senden.
Die Master-Steuerung 52 kann anschließend bei Block 194 die modulare Einheit 32 identifizieren, die den Ladezustand und den Altersstatus aufweist, der den zuvor von dem Benutzer angeforderten spezifischen Energieanforderungen am nächsten kommt (d. h. bei Block 184). Die Master-Steuerung 52 kann dann den Cloud-Hub 168 auffordern, den Benutzer aufzufordern, bei Block 196 zu identifizieren, ob die geringste zu ladende Zeit eine Priorität ist. Lautet die Antwort JA, fährt das Kommunikationsverfahren 182 mit Block 198 fort, bei dem die Master-Steuerung 52 die Slave-Steuerung 54 der ausgewählten modularen Einheit 32 auffordert, auf die vom Benutzer angeforderten spezifischen Energieanforderungen mit der schnellstmöglichen Laderate zu laden. Wenn alternativ Block 196 ein NEIN-Flag zurückgibt, kann das Kommunikationsverfahren 196 stattdessen mit Block 200 fortfahren.
In Block 200 fordert die Master-Steuerung 52 den Cloud-Hub 168 auf, den Benutzer zu fragen, ob Kosteneinsparungen Priorität haben. Lautet die Antwort JA, kann die Master-Steuerung 52 die Slave-Steuerung 54 der ausgewählten modularen Einheit 32 auffordern, das Laden der modularen Einheit 32 zu verzögern, bis eine kostengünstigere Ladedauer auftritt, und dann die modulare Einheit 32 auf den angeforderten Energiebedarf aufzuladen (siehe Block 202). Lautet die Antwort NEIN, kann die Master-Steuerung 52 die Slave-Steuerung 54 der ausgewählten modularen Einheit 32 auffordern, die modulare Einheit 32 unmittelbar auf die angeforderten Energieanforderungen aufzuladen und die modulare Einheit 32 bei den angeforderten Energieanforderungen bis zu einem späteren, durch den Benutzer vorgegebenen Zeitpunkt zu halten (siehe Block 204).
15 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf 13, ein zweites beispielhaftes Kommunikationsverfahren 206 zum Kommunizieren zwischen dem HESS 12 und der mobilen Vorrichtung 166 des Besitzers/Benutzers. Das Kommunikationsverfahren 182 kann beispielsweise verwendet werden, um eine dem elektrifizierten Fahrzeug 20 zugeordnete Ladebedarfsprognose an das HESS 12 zu übermitteln.
Zunächst kann das elektrifizierte Fahrzeug 20 in einem Block 208 eine geschätzte Ankunftszeit (d. h. zum Erreichen des Ortes des HESS 12) an die Master-Steuerung 52 übermitteln. Die Master-Steuerung 52 kann dann den Cloud-Hub 168 auffordern, bei Block 210 eine Nachricht an die mobile Vorrichtung 166 des Benutzers zu senden, in der er den Benutzer auffordert, anzugeben, ob er plant, das elektrifizierte Fahrzeug 20 über Nacht aufzuladen, oder ob er das elektrifizierte Fahrzeug 20 sofort nach Ankunft an dem HESS 12 aufladen möchte. Der Cloud-Hub 168 kann die Anfrage bei Block 212 an die mobile Vorrichtung 166 senden.
Wenn der Benutzer bei Block 214 das Laden über Nacht auswählt, wird bei Block 216 eine Nachricht von der mobilen Vorrichtung 166, die eine derartige Auswahl anzeigt, an den Cloud-Hub 168 gesendet. Der Cloud-Hub 168 kann bei Block 218 dann die Auswahl an die Master-Steuerung 52 kommunizieren. Die Master-Steuerung 52 des Batteriemanagementsystems 50 kann dann bei Block 220 mit einem Standard-Ladeprofil fortfahren.
Wenn der Benutzer bei Block 222 alternativ schnelles Laden auswählt, wird bei Block 224 eine Nachricht von der mobilen Vorrichtung 166, die eine derartige Auswahl anzeigt, an den Cloud-Hub 168 gesendet. Der Cloud-Hub 168 kann bei Block 226 dann die Auswahl an die Master-Steuerung 52 kommunizieren. Anschließend kann bei Block 228 die Master-Steuerung 52 des Batteriemanagementsystems 50 eine Laderate zum Laden des elektrifizierten Fahrzeugs 20 auf Grundlage der geschätzten Ankunftszeit des elektrifizierten Fahrzeugs 20 berechnen und mit dem Laden der stationären Einheit 30 bei der berechneten Laderate beginnen.
Bei Block 230 kann das elektrifizierte Fahrzeug 20 zum Laden mit dem HESS 12 verbunden werden. Das HESS 12 kann dann bei Block 232 das Schnellladeprotokoll an dem elektrifizierten Fahrzeug 20 ausführen.
16 veranschaulicht unter fortgesetzter Bezugnahme auf 13 ein drittes beispielhaftes Kommunikationsverfahren 234 zum Kommunizieren zwischen dem HESS 12 und dem Besitzer/Benutzer des elektrifizierten Fahrzeugs 20 und der mobilen Vorrichtung 166 (oder dem elektrifizierten Fahrzeug 20). Das Kommunikationsverfahren 234 kann beispielsweise verwendet werden, um dem HESS 12 eine Notladeanforderung am Straßenrand zu übermitteln.
Zunächst kann der Benutzer in einem Block 236 eine Notladeanforderung an das HESS 12 übermitteln. Die Notladeanforderung kann auf der mobilen Vorrichtung 166 oder unter Verwendung einer Benutzerschnittstelle des elektrifizierten Fahrzeugs 20 erfolgen. Die Master-Steuerung 52 des Batteriemanagementsystems 50 des HESS kann bei Block 238 dann den Cloud-Hub 168 auffordern, eine Nachricht an den Benutzer zu senden, in der der Benutzer aufgefordert wird, die Notwendigkeit des Notladens zu bestätigen. Der Cloud-Hub 168 kann die Nachricht bei Block 240 an die mobile Vorrichtung 166 oder die Benutzerschnittstelle des elektrifizierten Fahrzeugs 20 senden.
Wenn der Benutzer bei Block 236 angibt, dass keine Notladung erforderlich ist, kann der Cloud-Hub 168 die Auswahl bei Block 238 an die Master-Steuerung 52 übermitteln. Die Master-Steuerung 52 des Batteriemanagementsystems 50 kann dann bei Block 240 mit einem Standard-Ladeprofil fortfahren.
Wenn der Benutzer bei Block 242 alternativ auswählt, dass eine Notladung erforderlich ist, kann der Cloud-Hub 168 die Auswahl bei Block 244 an die Master-Steuerung 52 des HESS 12 übermitteln. Anschließend kann bei Block 246 die Master-Steuerung 52 des Batteriemanagementsystems 50 Statusaktualisierungen von den Slave-Steuerungen 54 einer oder mehrerer modularer Einheiten 32 des HESS 12 anfordern. Die Slave-Steuerungen 54 der modularen Einheiten 32 können anschließend bei Block 248 Statusinformationen (z. B. Ladezustand, Altersstatus usw.) an die Master-Steuerung 52 senden.
Die Master-Steuerung 52 kann bei Block 250 die modulare Einheit 32 identifizieren, die den Ladezustand, der 100 % am nächsten kommt und die geringste Alterungsgeschichte aufweist. Die Master-Steuerung 52 kann die ausgewählte modulare Einheit 32 dann auffordern, auf den Ladezustand von 100 % aufzuladen und bei dieser Ladung zu halten, bis sie zur Verwendung bei Block 252 eingesetzt wird.
17 zeigt ein Energiesystem 254, das durch „Crowd-Sourcing“ mehrerer modularer Einheiten 32 eines oder mehrerer HESS 12 implementiert werden kann. In einer Ausführungsform umfasst das Energiesystem 254 ein Gehäuse 256, das eine Vielzahl von Steckplätzen 258 umfasst. Jeder der Steckplätze 258 kann konfiguriert sein, um mindestens eine modulare Einheit 32 aufzunehmen. Die Gesamtzahl der Steckplätze und modularen Einheiten, die in dem Energiesystem 254 vorgesehen sind, soll diese Offenbarung nicht einschränken. Das Energiesystem 254 kann zusätzlich einen Anhänger 260 zum Tragen und Transportieren des Gehäuses 256 und der darin gehaltenen modularen Einheiten 32 enthalten.
In einer Ausführungsform können die miteinander verbundenen modularen Einheiten 32 des Energiesystems 254 verwendet werden, um eine tragbare Notstromversorgung (z. B. Katastrophenhilfe) bereitzustellen. In einer anderen Ausführungsform können die miteinander verbundenen modularen Einheiten 32 des Energiesystems 254 verwendet werden, um eine ad-hoc-Leistung (z. B. für Veranstaltungen der Gemeinde) bereitzustellen. Verschiedene alternative Stromquellenverbindungen (z. B. Wind, Sonnenenergie usw.) könnten gegebenenfalls mit dem Energiesystem 254 verbunden werden, um die miteinander verbundenen modularen Einheiten 32 wieder aufzuladen.
Die Heimenergiespeichersysteme dieser Offenbarung ermöglichen ein lokales Speichern von Energie zur Unterstützung des Energieverbrauchs zu einem späteren Zeitpunkt. Die gespeicherte Energie kann zur Notstromversorgung, zum Speichern von Sonnen/Windenergie, zum Vermeiden von Überladungen, zum schnellen Gleichstromladen zu Hause usw. verwendet werden. Die offenbarten Heimenergiespeichersysteme ermöglichen zudem skalierte Mobilitätslösungen und unterstützen alternative Energiespeicher/S tromquellenfunktionen.
Wenngleich die unterschiedlichen nicht einschränkenden Ausführungsformen der Darstellung nach bestimmte Komponenten oder Schritte aufweisen, sind die Ausführungsformen dieser Offenbarung nicht auf diese konkreten Kombinationen beschränkt. Es ist möglich, einige der Komponenten oder Merkmale einer der nicht einschränkenden Ausführungsformen in Kombination mit Merkmalen oder Komponenten einer beliebigen der anderen nicht einschränkenden Ausführungsformen zu verwenden.
Es versteht sich, dass gleiche Bezugszeichen in den mehreren Zeichnungen entsprechende oder ähnliche Elemente kennzeichnen. Es versteht sich, dass in diesen beispielhaften Ausführungsformen zwar eine bestimmte Anordnung von Komponenten offenbart und veranschaulicht ist, jedoch andere Anordnungen ebenfalls von den Lehren dieser Offenbarung profitieren könnten.
Die vorhergehende Beschreibung ist als veranschaulichend und nicht in einschränkendem Sinne auszulegen. Für den Durchschnittsfachmann ist ersichtlich, dass bestimmte Modifikationen in den Umfang dieser Offenbarung fallen könnten. Deshalb sollten die nachstehenden Patentansprüche aufmerksam gelesen werden, um den eigentlichen Umfang und Inhalt dieser Offenbarung zu bestimmen.

Claims

Heimenergiespeichersystem, umfassend: eine stationäre Einheit; eine modulare Einheit, die abnehmbar mit der stationären Einheit verbunden werden kann; und ein Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem, das konfiguriert ist, um die modulare Einheit relativ zu der stationären Einheit zu montieren, abzunehmen und zu transportieren.
System nach Darstellung in Anspruch 1, wobei die stationäre Einheit mindestens eine Batterieanordnung beherbergt und die modulare Einheit mindestens eine modulare Batterie oder Batterieanordnung abnehmbar beherbergt, und gegebenenfalls wobei die modulare Einheit optional einen Generator beherbergt.
System nach Darstellung in einem beliebigen vorstehenden Anspruch, umfassend ein Batteriemanagementsystem mit einer Master-Steuerung, die sich an der stationären Einheit befindet, und einer Slave-Steuerung, die sich an der modularen Einheit befindet.
System nach Darstellung in einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei das Gestellmontage- und Handkarrentransportsystem eine Gestellbaugruppe, die an der stationären Einheit montiert ist, und eine Handkarrenbaugruppe umfasst, die an der modularen Einheit montiert ist.
System nach Darstellung in Anspruch 4, wobei die Gestellbaugruppe ein Gestell und eine Verlängerung umfasst, die verschiebbar in einer Tasche des Gestells aufgenommen ist, und gegebenenfalls wobei die Handkarrenbaugruppe optional einen Griff umfasst, der abnehmbar mit der Verlängerung verbunden ist.
System nach Darstellung in Anspruch 5, wobei die Handkarrenbaugruppe einen an der modularen Einheit angebrachten Griff und mindestens einen an der modularen Einheit angebrachten Satz Räder umfasst.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die modulare Einheit Positionierungsfüße zum Positionieren der modularen Einheit in einem Laderaum eines Fahrzeugs nach dem Trennen der modularen Einheit von der stationären Einheit umfasst, und wobei der Laderaum optional Positionierungshalterungen umfasst, die konfiguriert sind, um die Positionierungsfüße aufzunehmen, um einen Anschluss der modularen Einheit mit einem Anschluss des Fahrzeugs auszurichten.
System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die modulare Einheit eine Vielzahl von Eingängen zum Anschließen externer Stromquellen und eine Vielzahl von Ausgängen zum Betreiben elektrischer Vorrichtungen umfasst und wobei die externen Stromquellen optional eine tragbare Windkraftanlage oder ein tragbares Solarpanel umfassen.
System nach Darstellung in einem beliebigen der vorstehenden Ansprüche, umfassend ein Kommunikationssystem, das zum Erreichen einer bidirektionalen Kommunikation zwischen der stationären Einheit, der modularen Einheit, einer mobilen Vorrichtung und einem elektrifizierten Fahrzeug über einen Cloud-Hub konfiguriert ist, und wobei die mobile Vorrichtung optional zum Kommunizieren mit dem Cloud-Hub unter Verwendung einer Anwendung, die in einem Speicher der mobilen Vorrichtung gespeichert ist, konfiguriert ist.
System nach Darstellung in einem beliebigen vorstehenden Anspruch, wobei die modulare Einheit mit einem Energiesystem verbunden werden kann, das mehrere miteinander verbundene modulare Einheiten enthält, nachdem sie von der stationären Einheit getrennt wurde.
Verfahren, umfassend: Abkoppeln einer modularen Einheit eines Heimenergiespeichersystems von einer stationären Einheit des Heimenergiespeichersystems; Transportieren der modularen Einheit zu einem von der stationären Einheit entfernten Ort; und Verwenden der modularen Einheit zum Versorgen eines externen Verbrauchers an dem Ort.
Verfahren nach Anspruch 11, umfassend: Versorgen eines Haushaltsverbrauchers mit Energie unter Verwendung der stationären Einheit, während die modulare Einheit von der stationären Einheit getrennt ist.
Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, das Abkoppeln der modularen Einheit umfassend: Schieben der modularen Einheit in eine Richtung weg von der stationären Einheit; und Trennen eines Handgriffs der modularen Einheit von einer Gestellerweiterung der stationären Einheit.
Verfahren nach Darstellung in Anspruch 11, wobei zu dem Transportieren der modularen Einheit folgendes gehört: Rollen der modularen Einheit entlang einer Bodenfläche mit dem Griff und mindestens einem Satz Räder der modularen Einheit.
Verfahren nach Darstellung in Anspruch 11, wobei der externe Verbraucher einen Batteriepack eines elektrifizierten Fahrzeugs, eines Freizeitfahrzeugs, eines Gerätes oder einer persönlichen elektronischen Vorrichtung umfasst.