DE202011103359U1

DE202011103359U1 - Anschlussvorrichtung

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Publication number: DE202011103359U1
Application number: DE202011103359U
Authority: DE
Original assignee: HOLTHAUSEN ELEKTRONIK GmbH
Current assignee: HOLTHAUSEN ELEKTRONIK GmbH
Priority date: 2011-07-15
Filing date: 2011-07-15
Publication date: 2012-10-29
Anticipated expiration: 2021-07-16

Abstract

Sensoreinheit (34) für einen mehrere elektrolytische Zellen (12) aufweisenden Akkumulator (10), mit wenigstens einem Temperatursensor (46), mittels dem die individuelle Temperatur einer jeden Zelle (12) des Akkumulators (10) erfassbar ist, und mit einem Anschluss, an dem der Temperatursensor (46) angeschlossen ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Sensoreinheit für einen mehrere elektrolytische Zellen aufweisenden Akkumulator sowie Anschlussvorrichtung für einen mehrere elektrolytische Zellen aufweisenden Akkumulator.
Anschlussvorrichtungen der gattungsgemäßen Art sind in Form von Ladegeräten in einer Vielzahl von Ausgestaltungen bekannt und in Gebrauch, um Akkumulatoren zwecks Aufladung zu kontaktieren. Akkumulatoren, das sind aufladbare elektrische Energiespeicher, dienen beispielsweise dazu, insbesondere lokale Energieversorgungen für elektrische Verbraucher bereitzustellen. Darüber hinaus werden Akkumulatoren häufig an Stellen eingesetzt, an denen eine öffentliche Energieversorgung nicht mit ausreichender Zuverlässigkeit oder überhaupt nicht verfügbar ist.
Gerade bei mobilen Anwendungen findet die Benutzung von Akkumulatoren ein weites Anwendungsfeld, da die Mehrfachnutzung, ermöglicht durch Wiederaufladung, lange Betriebszeiträume auch bei hohem Energieverbrauch erlaubt. Akkumulatoren werden daher unter anderem häufig beim Betrieb von Fahrzeugen, insbesondere Luftfahrzeugen sowie auch im Bereich unterbrechungsfreier Energieversorgungen verwendet, beispielsweise bei Fahrzeugen des Traktionsbetriebs wie Gabelstaplern, Hubeinrichtungen, Golfcaddies oder dergleichen. Anwendungen ergeben sich darüber hinaus in Bereichen, in denen erhöhte Anforderungen an die Sicherheit, beispielweise Explosionsschutz oder dergleichen, gestellt werden.
Ein Akkumulator weist in der Regel wenigstens eine oftmals jedoch eine Mehrzahl von elektrolytischen Zellen auf. Jede elektrolytische Zelle weist wenigstens zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, auf, welche Elektroden vielfach zellenweise einen gemeinsamen Elektrolyten kontaktieren. Über bekannte elektrochemische Prozesse wird an den Elektroden eine elektrische Spannung bereitgestellt, die an eine elektrische Anlage angeschlossen werden kann. Hierzu weist der Akkumulator in der Regel Anschlusspole auf, die über elektrische Leitungen mit der elektrischen Anlage verbunden sind.
Weist der Akkumulator mehrere elektrolytische Zellen auf, so können die elektrolytischen Zellen innerhalb des Akkumulators sowohl in Form einer elektrischen Reihenschaltung, als auch in Form einer elektrischen Parallelschaltung verschaltet sein. Auch Matrixschaltungen, die eine Kombination der beiden vorgenannten Schaltungstypen sind, können vorgesehen sein.
Typische Akkumulatoren sind beispielsweise Blei-Säure-Akkumulatoren, Nickel-Kadmium-Akkumulatoren, Lithium-Metallhydrid-Akkumulatoren oder dergleichen.
Akkumulatoren sind elektrochemische Baueinheiten, die in der Regel einer Wartung über der prognostizierten Lebensdauer bedürfen. Diese kann beispielsweise darin bestehen, dass der Akkumulator geladen wird, dass Lade- und Endladezyklen vorgesehen werden, dass der Elektrolyt gewartet wird und/oder dergleichen. In der Regel umfasst der Akkumulator ein Gehäuse, in dem die eine oder die mehreren Zellen angeordnet sind. Häufig ist es vorgesehen, dass jede Zelle des Akkumulators ihren eigenen Elektrolyten aufweist, das heißt, dass kein gemeinsamer Elektrolyt für alle Akkumulatorzellen vorgesehen ist. Derartige Ausgestaltungen finden sich sehr häufig bei Reihenschaltungen von Akkumulatorzellen eines Akkumulators.
Um eine hohe Verfügbarkeit von betriebsbestimmenden Parametern wie Akkumulatorkapazität, Ladezustand und/oder dergleichen über die Lebensdauer möglichst unverändert aufrechterhalten zu können, sind bezüglich des Ladens von Akkumulatoren bestimmte Anforderungen zu beachten. Diese Anforderungen variieren teilweise stark zwischen den unterschiedlichen Akkumulatortypen und können darüber hinaus sogar innerhalb einer Charge von Akkumulatoren variieren. Da die Verfügbarkeit der Akkumulatoreigenschaften zum Teil eine sehr hohe sicherheitstechnische Relevanz hat, ist eine sachgemäße Wartung des Akkumulators hinsichtlich der relevariten Eigenschaften beziehungsweise Parameter oftmals unerlässlich. Unter anderem soll hiermit die Einsatzbereitschaft des Akkumulators für den vorgesehenen Betrieb festbeziehungsweise sichergestellt werden können.
Neben der üblichen, einfachen Wartung in Form eines Aufladens des Akkumulators mittels eines Ladegeräts als Anschlussvorrichtung können darüber hinaus akkumulatorspezifisch Lade- und/oder Endladevorgänge, beispielweise in Form von Kennlinien vorgesehen sein, die beispielsweise ein Tiefentladen oder auch ein vollständiges Aufladen, Kombinationen hiervon oder dergleichen umfassen können. Darüber hinaus kann vorgesehen sein, dass zu bestimmten Zeitpunkten eine Wartung des Elektrolyten vorgenommen wird, indem beispielsweise bei einem wässrigen Elektrolyten destilliertes Wasser nachgefüllt wird. Bekanntermaßen unterliegt der Elektrolyt insbesondere bei nicht geschlossenen Akkumulatoren, das sind Akkumulatoren, bei denen ein Ausgasen möglich ist, einem gewissen Schwund an Wasser aufgrund von Verdunstung oder auch Zersetzung insbesondere während eines Ladevorgangs.
Ein besonderes Augenmerk soll hier auf Nickel-Kadmium-Akkumulatoren gerichtet werden, die vielfach in Bereichen, die ein erhöhtes Maß an Sicherheit erfordern, zum Einsatz kommen. Neben dem Bereich der Luftfahrt sind dies unter anderem Bereiche von unterbrechungsfreien Stromversorgungen, Tieftemperaturanwendungen oder dergleichen.
Derartige Akkumulatoren sind vom Aufbau oftmals derart gestaltet, dass auf die einzelnen Zellen des Akkumulators separat zugegriffen werden kann. Da solche Akkumulatoren gegenüber Massenanwendungen in der Regel recht teuer sind, sind sie häufig für eine Einzelzellenwartung eingerichtet. Die einzelnen Zellen können in einem Gehäuse gemeinsam angeordnet sein, wobei deren Elektroden gemäß der vorgesehenen Schaltungsanordnung mit metallischen Brücken, die beispielsweise aus Kupfer, einer Metalllegierung oder dergleichen bestehen, verschaltet sind.
Das Akkumulatorgehäuse weist in der Regel zwei Anschlüsse in Form von Polen auf, die mit der Zellenverschaltung des Akkumulators verbunden sind und die Anschlussspannung gemäß der Schaltungsanordnung des Akkumulators bereitstellen. Diese Anschlusspole des Akkumulators sind üblicherweise durch das Gehäuse des Akkumulators gehalten. Der Verschaltungsbereich des Akkumulators ist in der Regel durch einen Akkumulatordeckel abgedeckt. Bei den vorgenannten Nickel-Kadmium-Akkumulatoren, bei denen eine Einzelzellenwartungsmöglichkeit vorgesehen ist, ist dieser Deckel abnehmbar am Gehäuse befestigt.
Während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Akkumulators kann es aus unterschiedlichen Gründen zu einer abweichenden Alterung oder abweichenden Parametern einzelner Zellen eines Akkumulators kommen. Dies kann die Akkumulatoreigenschaften nachhaltig negativ beeinträchtigen und infolgedessen auch die bestimmungsgemäße Funktion einer am Akkumulator angeschlossenen elektrischen Anlage. Es wäre wünschenswert, dass wenigstens während der Wartung auf einfache Weise festgestellt werden kann, ob eine oder mehrere Zellen des Akkumulators einer erhöhten Alterung unterliegen oder gestört sind.
Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, eine einfache Möglichkeit zu eröffnen, einen Zustand der Akkumulatorzellen, insbesondere einen Alterungszustand einer Zelle auf einfache Weise erkennen zu können.
Als Lösung wird mit der Erfindung eine Sensoreinheit für einen mehrere elektrolytische Zellen aufweisenden Akkumulator vorgeschlagen, mit wenigstens einem Temperatursensor, mittels dem die individuelle Temperatur einer jeden Zelle des Akkumulators erfassbar ist, und mit einem Anschluss, an dem der Temperatursensor angeschlossen ist.
Es hat sich gezeigt, dass die Erfassung der individuellen Zellentemperatur einer Zelle geeignet ist, eine Aussage für die Alterung der Zelle des Akkumulators treffen zu können. insbesondere ist die Erfassung der Zellentemperatur während eines Lade- und/oder Entladevorgangs der Zelle beziehungsweise des Akkumulators geeignet, bei der die Zelle unter Last erfasst werden kann.
Mit der Sensoreinheit können sämtliche Zeilen des Akkumulators separat ergänzend vorzugsweise gleichzeitig erfasst werden. Hierzu kann die Sensoreinheit als im wesentlichen flache plattenförmige Einheit, zum Beispiel als Akkuplatte in Form eines Akkumulatordeckels ausgebildet sein, der anstelle des Akkumulatordeckels mit einem Gehäuse des Akkumulators verbunden wird. Die Sensoreinheit kann aus einem elektrisch isolierenden Werkstoff gebildet sein. Sie kann daneben aber auch aus einem metallischen Werkstoff, insbesondere Stahl, besonderes bevorzugt Edelstahl gebildet sein. Die Sensoreinheit kann mittels einer Verbindungsleitung an eine elektrische Energiequelle angeschlossen sein.
Die Sensoreinheit kann eine mattenförmig ausgebildete, temperatursensible Anordnung aufweisen, mittels der eine im Wesentlichen lokale Temperaturerfassung erreicht werden kann. Die Anordnung kann beispielsweise matrixförmig miteinander verbundene Temperatursensoren aufweisen, die die lokale Temperatur erfassen und ein entsprechendes elektrisches Signal abgeben. Darüber hinaus kann natürlich auch für jede einzelne Zelle des Akkumulators ein eigener Temperatursensor vorgesehen sein, mittels dem die Temperatur der jeweiligen Zelle individuell erfassbar ist.
Bei letzterer Ausgestaltung kann die Sensoreinheit entsprechend der Zellenanordnung des Akkumulators Temperatursensoren für jede der Akkumulatorzellen aufweisen, die bei sachgerechter Montage der Sensoreinheit am Gehäuse des Akkumulators die entsprechenden jeweiligen Zellen des Akkumulators zur Erfassung der Zellentemperatur thermisch kontaktieren können.
Die Temperatursensoren selbst können durch Halbleiterbauteile wie NTC-Widerstände, Thermoelemente oder dergleichen gebildet sein. Die Temperatursensoren können zur guten thermischen Anbindung an die jeweilige Zelle des Akkumulators eine geeignete Form und/oder Kontaktfläche aufweisen, die einen geringen Wärmewiderstand bereitstellt und somit eine gut thermische Anbindung ermöglicht. Besonders vorteilhaft kann der Temperatursensor in eine Zellenöffnung eingreifen, um die Temperatur der Zeile des Akkumulators möglichst genau messen zu können.
Darüber hinaus kann die Sensoreinheit auch Anschlusselemente bereitstellen, mit denen der Akkumulator, insbesondere einzelne oder alle Zellen für Mess- sowie Ladungs- und/oder Entladungszwecke kontaktiert werden können. Über das Verbindungskabel kann elektrische Energie aus der Energiequelle entnommen und dem Akkumulator zugeführt werden. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn aus dem Akkumulator Energie entnommen und über die Verbindungsleitung in die Energiequelle zurückgespeist werden kann.
Die Sensoreinheit kann Befestigungsmittel aufweisen, die es ermöglichen, die Sensoreinheit mit dem Gehäuse des Akkumulators sicher zu verbinden. Natürlich können hierfür auch ergänzende Befestigungsmittel des Gehäuses des Akkumulators einbezogen sein. Die Verbindung der Sensoreinheit mit dem Akkumulator kann beispielsweise durch Klemmverbinder, Bajonettverschlüsse, Schraubverbindungen oder dergleichen gebildet sein.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit Anschlusselemente zur Kontaktierung von elektrischen Anschlüssen der Zellen aufweist. Üblicherweise werden die Anschlüsse der Zeilen Anschlüssen der Elektroden der Zellen entsprechen. Mit den Anschlusselementen ist es somit möglich, ergänzende Informationen bezüglich einzelner Zellen zu erhalten, insbesondere bezüglich der jeweiligen individuellen Zellenspannungen. Die Anschlusselemente können hierfür als Federkontakte, federnd gelagerte Stifte oder Bolzen oder dergleichen ausgebildet sein. Insbesondere wenn die Zellen individuell mit einem elektrischen Strom beaufschlagt werden sollen, können die Anschlusselemente einen entsprechend angepassten Querschnitt aufweisen, der eine geeignete Stromführung erlaubt. Die Anschlusselemente können aus einem hierfür geeigneten elektrisch leitfähigen Werkstoff, insbesondere einem Metall wie Kupfer, Messing, Silber oder dergleichen gebildet sein, welches darüber hinaus mit einer Beschichtung wie Gold oder dergleichen versehen sein kann. Vorzugsweise sind die Anschlusselemente ebenfalls modular an der Sensoreinheit anordbar, wodurch sie eine hochflexible Einrichtung der Sensoreinheit ermöglichen, sodass die Sensoreinheit auf einfache Weise an unterschiedliche Akkumulatoren angepasst werden kann.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Sensoreinheit Druck- und/oder Gassensoren für jede Zelle aufweist. Mittels der Druck- und/oder Gassensoren ist es möglich, weitere physikalische und/oder chemische Zustände der jeweiligen Zelle zu erfassen. Auch die Druck- und/oder Gassensoren können in modularer Weise an der Sensoreinheit angeordnet sein. Mit den Druck- und/oder Gassensoren können beispielsweise Gasprozesse oder dergleichen innerhalb der Zelle erfasst werden. Dies ermöglicht es, ergänzend zur Erfassung der Temperatur weitere Informationen über die jeweilige Zelle zu erhalten und hieraus die Aussagefähigkeit über deren Alterungszustand zu verbessern. Darüber hinaus können Maßnahmen bezüglich der Sicherheit der Zelle und des Akkumulators gegebenenfalls ergriffen werden. Insofern dienen die Druck- und/oder Gassensoren ergänzend zu den Temperatursensoren auch der Verbesserung der Sicherheit. Die Gassensoren können beispielsweise erfassen, ob an den Elektroden Gas produziert wird, beispielsweise Wasserstoff, Sauerstoff und/oder dergleichen, in Abhängigkeit des jeweiligen Akkumulatortyps.
Um den modularen Aufbau zu realisieren, kann vorgesehen sein, dass die Sensoreinheit ein rasterartiges Befestigungsmittel aufweist, an dem die Sensoren sowie die Anschlusselemente zur Kontaktierung vorzugsweise lösbar befestigbar sind. Das rasterartige Befestigungsmittel kann beispielsweise in Form eines Gitterkörpers vorliegen, an dem die jeweiligen Sensoren und Anschlusselemente eingerastet werden können. Hierfür können die Sensoren und Anschlusselemente entsprechende Rastmittel aufweisen, die eine Verbindung mit dem rasterartigen Befestigungsmittel erlauben. Eine Lösbarkeit der Befestigung ermöglicht es darüber hinaus, die Sensoreinheit kurzfristig und auf einfache Weise ohne großen Montageaufwand an unterschiedliche Akkumulatorentypen anzupassen.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Anschlusselemente und Sensoren derart ausgestaltet sind, dass während der Montage der Sensoreinheit mit dem Gehäuse des Akkumulators kein Kurzschluss möglich ist. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, dass die Anschlusselemente sowie auch die Temperatursensoren entsprechend kleine Abmessungen aufweisen beziehungsweise beabstandet sind, sodass beim Positionieren der Sensoreinheit auf dem Akkumulatorgehäuse durch einen Sensor oder auch ein Anschlusselement jeweils nicht mehr als ein Zellenanschluss beziehungsweise ein Elektrodenanschluss einer Zelle kontaktiert werden kann. Zugleich sollten die Sensoren und Anschlusselemente untereinander während der Montage keine elektrische Verbindung haben, sodass keine Kurzschlüsse durch Brückenbildung über solche Kontakte zwischen Zellenanschlüssen des Akkumulators möglich sind.
Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, dass die Sensoreinheit eine Leseeinheit für einen am Akkumulator vorgesehenen Informationsträger aufweist. Der Informationsträger kann beispielweise ein Barcodeträger mit einem Barcode, ein am Gehäuse des Akkumulators angeordneter, auslesbarer Transponder oder dergleichen sein. Der Informationsträger kann eine Information über den Akkumulatortyp liefern. Damit ist es möglich, automatisch, vorzugsweise ohne manuelle Eingriffe die optimalen Betriebsbedingungen für die Wartung beziehungsweise Prüfung des an die Anschlussvorrichtung angeschlossenen Akkumulators auszuwählen. Die erfassten Informationen können zu diesem Zweck von der Sensoreinheit an die Steuereinheit der Anschlussvorrichtung übermittelt werden. Natürlich kann der Informationsträger auch eine Seriennummer des Akkumulators enthalten, sodass eine Individualisierung eines einzelnen Akkumulators ermöglicht ist. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn ein Transponder vorgesehen ist, der neben einer Typangabe des Akkumulators und gegebenenfalls einer Seriennummer auch weitere Informationen bezüglich des Akkumulators enthält, beispielsweise letzte Wartungs- und/oder Prüfberichte, individuelle Parameter zur Durchführung der Wartung beziehungsweise Prüfung oder dergleichen. Auch herstellerseitige Wartungs- und/oder Prüfabläufe können enthalten sein. Dadurch kann eine hoch individualisierte Wartung beziehungsweise Prüfung erreicht werden, wodurch zudem eine Alterung des an die Anschlussvorrichtung angeschlossenen Akkumulators reduziert und seine Lebenserwartung verbessert werden kann.
Darüber hinaus kann die Sensoreinheit eine Lüftungseinheit aufweisen. Besonders vorteilhaft ist die Lüftungseinheit in Verbindung mit der Sensoreinheit vorgesehen, die es ermöglicht, während der vorgesehenen Wartungs- und/oder Prüfungsvorgänge entstehende Wärme abzuführen. Hierfür kann die Sensoreinheit beispielsweise Öffnungen aufweisen, die es erlauben, eine Luftströmung zuzulassen. Die Lüftungseinheit kann ferner einen Filter aufweisen, sodass eine Verschmutzung im Bereich der Zellenanschlüsse und der Sensoreinheit reduziert werden kann. Der Filter kann beispielsweise in Form eines Papierfilters, einer Filzmatte oder dergleichen ausgebildet sein. Der Filter ist vorzugsweise auswechselbar und leicht zu reinigen.
Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung zeigt sich, wenn die Sensoreinheit eine Kodierung für ihre Anordnung am Akkumulator aufweist. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass die Sensoreinheit nur in einer besonders vorgebbaren Stellung gegenüber dem Akkumulator beziehungsweise dem Akkumulatorgehäuse mit diesem verbunden werden kann. Dadurch sind Fehlanschlüsse weitgehend vermieden. Darüber hinaus kann die Kodierung bewirken, dass unterschiedliche Akkumulatorentypen mit unterschiedlichen Zellenanordnungen aber dem gleichen Gehäuse nicht versehentlich mit einer falschen Sensoreinheit verbunden werden, wodurch gefährliche Zustände und Störungen entstehen könnten. Die Kodierung schafft diesbezüglich also eine verbesserte Sicherheit während der bestimmungsgemäßen Nutzung.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass die Sensoreinheit Mittel zur automatischen Detektion einer korrekten Verbindung der Anschlusselemente und/oder der Sensoren mit den Zellen des Akkumulators aufweist. Dies dient der weiteren Vereinfachung der Montage und der Verbesserung der Zuverlässigkeit des Betriebs der Anschlussvorrichtung. So kann beispielsweise automatisch festgestellt werden, ob sämtliche Anschlüsse der Zellen in bestimmungsgemäßer Weise kontaktiert sind, sodass die vorgesehenen Wartungs- und Prüfungsmaßnahmen ordnungsgemäß durchgeführt werden können. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn Störungen mit Positionsangabe zur Meldung beziehungsweise Anzeige gebracht werden können, sodass die Störung leicht aufgefunden und behoben werden kann. Entsprechendes gilt natürlich auch für die Sensoren, die die jeweiligen einzelnen Zellen des Akkumulators kontaktieren beziehungsweise an diese angeschlossen sein sollen. Die Mittel zur automatischen Detektion können mit der Steuereinheit der Anschlussvorrichtung in kommunikationstechnischer Verbindung stehen.
Seitens der Anschlussvorrichtung wird mit der Erfindung vorgeschlagen, dass diese eine mit dem Akkumulator verbindbare Sensoreinheit gemäß der Erfindung aufweist.
Die Anschlussvorrichtung wird somit dahingehend erweitert, dass sie nicht nur beispielsweise eine Ladefunktion für den angeschlossenen Akkumulator bereitstellen kann, sondern sie ist zur individuellen Zellentemperaturerfassung ergänzt. Das thermische Verhalten der Zellen des Akkumulators während der Wartung und/oder Prüfung liefert eine zuverlässige Information hinsichtlich der Alterungszustände, individueller Zellenparameter und dergleichen. Die Qulität und Zuverlässigkeit kann verbessert werden.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn auch die Anschlussvorrichtung einen modularen Aufbau aufweist. Dies erlaubt es, die Anschlussvorrichtung als kompakte Baueinheit flexibel anpassbar zu machen und möglichst viele erforderliche Komponenten zu integrieren. Dabei erweist es sich als vorteilhaft, wenn für unterschiedliche Akkumulatoren erforderliche Sensoreinheiten als eigene Bauelemente flexibel mit der Anschlussvorrichtung verbunden werden können, um auf diese Weise eine einfache Anpassbarkeit der Anschlussvorrichtung für eine große Anzahl unterschiedlicher Akkumulatoren erreichen zu können. Auf diese Weise ist es möglich, hoch flexibel auf unterschiedliche Typen von Akkumulatoren, mit beispielsweise unterschiedlichen Anzahlen von Zellen oder auch Abmessungen des Akkumulators, insbesondere Zellenabmessungen reagieren zu können.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Anschlussvorrichtung eine Energieentnahmeeinrichtung aufweist. Die Energieentnahmeeinrichtung dient dazu dem Akkumulator oder auch einzelnen oder mehreren Zellen des Akkumulators elektrische Energie zu entnehmen beziehungsweise zu entladen. Vorzugsweise erfolgt das Entladen gesteuert. Hierzu ist die Energieentnahmeeinrichtung mit den Akkumulatoranschlüssen und/oder den Anschlusselementen elektrisch leitend verbunden. Die Energie kann über resistive Elemente wie beispielsweise elektrische Widerstände, elektronische Halbleiter oder dergleichen in Wärme umgewandelt werden.
Besonders vorteilhaft ist die Energieentnahmeeinrichtung zur Energieentnahme einer einzigen oder mehrerer Zellen des Akkumulators eingerichtet. Hierdurch kann der Akkumulator zum Beispiel in vorgebbarer Weise gesteuert entladen werden. Dies ermöglicht es, einzelne Zellen des Akkumulators individuell warten und/oder prüfen zu können.
Weiterhin erweist es sich als vorteilhaft, wenn die Energieentnahmeeinrichtung eine Energierückspeiseeinheit hat, mittels der dem Akkumulator oder einer einzelnen Zelle entnommene elektrische Energie zur elektrischen Energiequelle zurückgespeist werden kann. Dies ermöglicht es, Energie einzusparen. Auf diese Weise können mit wenig Energie aufwändige Funktionstests des Akkumulators durchgeführt werden. Darüber hinaus ermöglicht es diese Ausgestaltung, die Anschlussvorrichtung dazu zu benutzen, einem öffentlichen Energieversorgungsnetz Speicherkapazität zumindest zeitweise bereitzustellen. Hierzu weist die Energieentnahmevorrichtung, insbesondere die Energierückspeiseeinheit eine geeignete Umformeinrichtung auf, die dem Akkumulator entnommene elektrische Energie in eine für die öffentliche Energieversorgung geeignete Form umwandelt. Üblicherweise dürfte hierfür ein Wechselrichter in Frage kommen, der die in Form eines Gleichstroms aus dem Akkumulator bereitgestellte elektrische Energie in einen üblicherweise im öffentlichen Energieversorgungsnetz vorgesehenen Wechselstrom umformt. Auf diese Weise kann die Anschlussvorrichtung mit einem daran angeschlossenen Akkumulator vergleichbar genutzt werden, wie es aus der Vehicle-To-Grid-Technik bekannt ist. Die Energierückspeiseeinheit kann somit beispielsweise als Wechselrichter ausgebildet sein. Natürlich kann sie auch als DC/DC-Wandler, Umrichter oder dergleichen ausgebildet sein, je nachdem, welches Umformerfordernis erforderlich ist.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Energieentnahmevorrichtung in die Sensoreinheit integriert, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet ist. Dadurch wird die Kompaktheit der Anschlussvorrichtung weiter erhöht. Separate Baugruppen und Gehäuse können eingespart werden.
Vorteilhaft weist die Anschlussvorrichtung ferner eine Ladeeinheit auf. Mit der Ladeeinheit kann einer an die Anschlussvorrichtung angeschlossenen Energiequelle wie beispielsweise einer öffentlichen elektrischen Energieversorgung entnommene elektrische Energie gemäß einer Vorgabe dem Akkumulator zugeführt werden. Die Ladeeinheit kann einstückig mit der Energieentnahmeeinrichtung ausgebildet sein. Die Ladeeinheit kann beispielsweise ein Netzteil, einen anderen Akkumulator oder dergleichen aufweisen. Die Ladeeinheit ist in der Regel steuerbar ausgebildet.
Darüber hinaus wird vorgeschlagen, dass die Ladeeinheit und/oder die Energieentnahmeeinrichtung, insbesondere angepasst an den angeschlossenen Akkumulator automatisch gesteuert sind. Dies ermöglicht es, den Akkumulator in vorgebbarer Weise mit den beispielsweise herstellerseitig vorgegebenen Verfahrensabläufen bei der Wartung beziehungsweise Prüfung zu beaufschlagen. Hierdurch kann die Lebensdauer des Akkumulators weiter verlängert werden. Darüber hinaus ermöglicht es diese Ausgestaltung, dass der Akkumulator für seine bestimmungsgemäße Funktion optimal eingestellt sein kann. Auch wenn bei vielen Anwendungen der vollgeladene Zustand mit möglichst hoher Kapazität angestrebt wird, kann es bei einigen anderen Anwendungen vorgesehen sein, dass lediglich ein Teilladungszustand bei einer möglichst großen Kapazität erreicht werden soll. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn der Akkumulator im bestimmungsgemäßen Zustand auch in der Lage sein soll, eine vorbestimmte Menge an elektrischer Energie aufnehmen zu können. Dies ist beispielsweise in Bereichen wie dem Traktionsbereich erforderlich.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Anpassung automatisch aktualisierbar ist. Das automatische Aktualisieren kann beispielsweise durch Vorgabe von herstellerseitigen Lade- und/oder Entladeparametern gegeben sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass für einen oder mehrere Akkumulatortypen Datensätze bereitgestellt werden, mittels denen eine entsprechende automatische Steuerung erreicht werden kann. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn diese Datensätze, beispielsweise herstellerseitig, bei Bedarf aktualisiert werden können. Dies kann dadurch geschehen, dass die Anschlusseinrichtung Kommunikationsmittel aufweist, mit denen sie über ein Kommunikationsnetz mit einer Zentrale oder auch einem Hersteller kommunizieren kann. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass immer die aktuellste Version für die automatische Steuerung verfügbar ist. Manuelle Eingaben sowie hiermit verbundene Fehlerquellen können weitgehend vermieden werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass die Anschlussvorrichtung eine insbesondere fernsteuerbare Steuereinheit aufweist. Mit der Steuereinheit können die akkumulatorbeziehungsweise zellenspezifischen Vorgänge wie zum Beispiel Laden und Entladen, beispielsweise in Form von Programmen, in gewünschter Weise gesteuert werden. Die Steuereinheit dient darüber hinaus dazu, Signale der Sensoren auszuwerten und eine entsprechende Steuerung des Akkumulators beziehungsweise der jeweiligen Akkumulatorzelle zu ermöglichen. Mit der Steuereinheit können unter anderem die Lade- und/oder Energieentnahmeeinrichtung gesteuert werden. Es kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die die Steuereinheit eine frei wählbare Startzeitvorgabe für ein ausgewähltes Akkumulator-Test- und/oder Messprogramm ermöglicht. Dies ermöglicht es, das ausgewählte Programm zu einem gewünschten Startzeitpunkt zu starten, beispielsweise in der Nacht. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Funktion, wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt des Programmablaufs ein Levelling erforderlich ist. So kann das Programm nachts derart gestartet werden, dass morgens bei Arbeitsbeginn umgehend das Levelling durchgeführt werden kann. Der Programmstart kann folglich an Vorzugszeiten zur Durchführung des Levelling angepasst sein. So lassen sich Arbeitsabläufe optimieren und Kosten sparen. Diese Funktion ermöglicht es aber auch, das Programm dann zu starten, wenn beispielsweise eine ausreichende elektrische Energieversorgung verfügbar ist. Dadurch kann eine günstigere Netzauslastung des elektrischen Energieversorgungsnetzes, insbesondere bei einem Inselbetrieb erreicht werden. Hierzu kann eine Fernsteuerung durch eine Zentrale oder dergleichen vorgesehen sein.
Darüber hinaus kann die Steuereinheit die Kommunikation mit externen Stellen wie der Zentrale, einem Hersteller oder dergleichen steuern. Hierfür kann die Steuereinheit eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die einen Zugang zu einem Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise einem LAN-Netzwerk, dem Internet oder dergleichen ermöglicht. Eine an diesem Netzwerk angeschlossene Gegenstelle, die beispielsweise ein durch einen Nutzer bedienter Rechner, Telekommunikationsendgerät oder dergleichen sein kann, kann dann die Steuereinheit fernsteuern. Dem Grunde nach kann eine Fernsteuermöglichkeit also auch über ein Mobilfunknetz oder dergleichen ermöglicht sein, jedoch ist eine Steuerung über das Internet oder ein LAN-Netzwerk bevorzugt.
Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die Fernsteuermöglichkeit die Verfügbarkeit beziehungsweise Nutzung wenigstens zweier unterschiedlicher Kommunikationsnetze erfordert. Dadurch kann nicht nur Redundanz bezüglich der Durchführung der Steuerungstätigkeiten erreicht werden, sondern es eröffnet sich hierdurch auch eine Möglichkeit, unberechtigten Dritten den Zugriff auf die Steuereinheit zu erschweren und auf diese Weise die Sicherheit zu errhöhen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Fernsteuermöglichkeit über das an die Steuereinheit angeschlossene Internet erfolgt, wobei die Internet-Kommunikationsschnittstelle der Steuereinheit einer separaten, über ein anderes Kommunikationsnetz bereitgestellten Aktivierung oder Freigabe Bedarf. Es kann vorgesehen sein, dass die Steuereinheit hierfür ergänzend ein GSM-Modul für eine Kommunikation über ein Mobilfunknetz aufweist, wobei die Internet-Kommunikationsschnittstelle der Steuereinheit über eine geeignete Kommunikation mit dem GSM-Modul für die Kommunikation über das Internet aktiviert oder freigegeben wird, beispielsweise in Form einer Wake-Up-Funktion. Natürlich kann zur Verbesserung der Sicherheit ein automatisches Deaktivieren der Internet-Kommunikationsschnittstelle der Steuereinheit vorgesehen sein, sobald die entsprechenden Steuerbefehle übermittelt sind. Darüber hinaus kann auch ein automatisches Deaktivieren nach einem vorgebbaren Zeitablauf vorgesehen sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass über das Mobilfunknetz die Internet-Kommunikationsschnittstelle der Steuereinheit für einen vorgegebenen Zeitraum und/oder eine vorgegebene Gegenstelle freigegeben oder aktiviert wird. Die Steuerung kann auch in die Sensoreinheit integriert sein. Sie kann darüber hinaus auch in einem separaten Gehäuse, insbesondere angeschlossen über eine separate Anschlussleitung an die Sensoreinheit vorgesehen sein. Die Steuereinheit kann beispielsweise eine elektronische Schaltung in Form einer Hardwareschaltung, eine Rechnereinheit und/oder dergleichen aufweisen. Darüber hinaus kann die Steuereinheit programmierbar sein. Sie kann ferner eine Benutzerschnittstelle in Form einer Ein- und/oder Ausgabeeinheit aufweisen, die beispielsweise eine Tastatur, einen Monitor, einen berührungsempfindlichen Bildschirm oder dergleichen umfassen kann. Dadurch ist es möglich, die Steuereinheit manuell vor Ort zu bedienen. Die Steuereinheit kann eigene Kommunikationsmittel aufweisen oder auch mit den vorgenannten, vorzugsweise gemeinsamen Kommunikationsmitteln kommunizieren, um eine Fernsteuerbarkeit zu ermöglichen. So kann beispielsweise vorgesehen sein, dass die Steuereinheit von einer entfernten Stelle aus, beispielsweise über das Internet oder ein Mobilfunknetz wie das GSM-Netz gesteuert werden kann. Insbesondere kann vorgesehen sein, dass Programmierungen der Steuereinheit extern vorgenommen werden können.
Ferner können die Anschlussvorrichtung und der Akkumulator derart eingerichtet sein, dass der Akkumulator im an seine elektrische Anlage angeschlossenen Zustand gewartet werden kann. Dies reduziert den Montageaufwand erheblich und ermöglicht es, die Wartung beziehungsweise Prüfung des Akkumulators vor Ort durchzuführen. Besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn dann, wie oben ausgeführt, die Sensoreinheit möglichst viele der erforderlichen Baueinheiten und -elemente integriert enthält, sodass eine kompakte, einfach handhabbare Einheit geschaffen wird. Diese Ausgestaltung eignet sich beispielsweise dann, wenn der Aus- und Wiedereinbau eines Akkumulators größere insbesondere mechanische Umstände erfordert.
Weiterhin kann die Anschlussvorrichtung eine Meldeeinheit, insbesondere zum Erzeugen von Status- und/oder Fehlermeldungen aufweisen. Die Meldeeinheit kann beispielsweise Zustände des Akkumulators und/oder der Zellen des Akkumulators, vorzugsweise jeder einzelnen Zelle des Akkumulators melden. Dies können Parameter wie Temperatur, Ladungszustand, Elektrolytzusammensetzung, Druck, Spannung, Strom oder dergleichen sein. Besonders vorteilhaft kann die Meldeeinheit mit den Kommunikationsmitteln in Kommunikationsverbindung stehen, sodass entsprechende Meldungen auch fernübermittelt an eine entfernte Stelle wie der Zentrale oder dergleichen übermittelt werden können. Natürlich kann die Meldeeinheit auch Fehlermeldungen oder Warnungen, zum Beispiel aufgrund von Signalen der Steuereinheit erzeugen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine zulässige maximale Temperatur einer Akkumulatorenzelle überschritten wird. Die Status- und/oder Fehlermeldungen können beispielsweise als SMS über ein Mobilfunknetz wie das GSM-Netz an eine Mobilfunkgegenstelle, als E-Mail über das Internet an einen E-Mail Empfänger oder dergleichen übermittelt werden.
Weiterhin wird vorgeschlagen, dass auch die Anschlussvorrichtung Mittel zur automatischen Detektion einer korrekten Verbindung der Anschlusselemente und/oder der Sensoren mit den Zellen des Akkumulators aufweist. Diese können einstückig mit den entsprechenden Mitteln der Sensoreinheit ausgebildet sein. Dies dient der weiteren Vereinfachung der Montage und der Verbesserung der Zuverlässigkeit des Betriebs der Anschlussvorrichtung. So kann beispielsweise automatisch reagiert werden, wenn Störungen bei der elektrischen Verbindung Anschlüsse der Zellen vorliegen, sodass die vorgesehenen Wartungs- und Prüfungsmaßnahmen nicht ordnungsgemäß durchgeführt werden können. Vorteilhaft können Störungen mit Positionsangabe zur Meldung beziehungsweise Anzeige gebracht werden, sodass die Störung leicht aufgefunden und behoben werden kann. Entsprechendes gilt natürlich auch für die Sensoren, die die jeweiligen einzelnen Zellen des Akkumulators kontaktieren beziehungsweise an diese angeschlossen sein sollen. Die Mittel zur automatischen Detektion können mit der Steuereinheit der Anschlussvorrichtung in kommunikationstechnischer Verbindung stehen oder in sie integriert sein.
Weitere Vorteile und Merkmale sind der folgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels zu entnehmen. Das Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und ist für diese nicht beschränkend.
Es zeigen:
1 in perspektivischer Darstellung einen Nickel-Kadmium-Akkumulator des Stands der Technik im geöffneten Zustand ohne den Deckel und mit geöffneten Zellen,
2 eine Akkuplatte als Sensoreinheit der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung in einem nicht verbundenen Zustand in perspektivischer Ansicht,
3 die Akkuplatte aus 2 in einer perspektivischen Rückseitenansicht,
4 in einer perspektivischen Ansicht die Akkuplatte der 2 und 3 aufgesetzt auf und mit dem Akkumulator der 1 fest verbunden und mit Anschlussleitungen,
5 eine Steuereinheit der Anschlussvorrichtung der Erfindung in einer schematisch perspektivischen Darstellung und
6–13 schematisch grafisch auf einer Anzeige einer Steuereinheit der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung dargestellte Menüpunkte eines Verfahrensablaufs gemäß der Erfindung.
1 zeigt einen handelsüblichen Akkumulator 10 des Typs Nickel-Kadmium, wie er in der Luftfahrttechnik bei Luftfahrzeugen zum Einsatz kommt. Der Deckel des Akkumulators 10 ist in der Darstellung in 1 entfernt und nicht dargestellt. Der Akkumulator 10 umfasst ein Gehäuse 14, in dem vorliegend 20 Zellen 12 als elektrolytische Zellen auf Nickel-Kadmium-Basis mit einem basischen Elektrolyten angeordnet sind. Jede der Zeilen 12 hat ein eigenes, nicht bezeichnetes Zellengehäuse.
Jede der Zellen 12 weist ferner zwei Zellenanschlüsse 16 auf, die jeweils in der Zelle 12 mit entsprechenden Elektroden, nämlich der Anode und der Kathode entsprechend verbunden sind. Die Elektroden sind im Zellengehäuse angeordnet und in 1 nicht sichtbar. An den Anschlüssen 16 der Zelle 12 wird die Zellenspannung bereitgestellt. Über die Anschlüsse 16 kann den Zellen 12 Strom entnommen und zwecks Aufladung auch wieder zugeführt werden. Die Zellen 12 dienen somit der Speicherung elektrischer Ladung.
Die Zellenanschlüsse 16 benachbarter Zellen sind über Metallbrücken 18 paarweise miteinander gekoppelt, sodass die Zellen 12 des Akkumulators 10 in einer Reihenschaltung miteinander verschaltet sind. Aufgrund der Reihenschaltung werden beim bestimmungsgemäßen Betrieb des Akkumulators 10 alle Zellen 12 mit dem gleichen Strom beaufschlagt, und zwar sowohl beim Ladevorgang als auch beim Entladevorgang.
Jede Zelle 12 weist etwa mittig zwischen den beiden zugehörigen Zellenanschlüssen 16 eine Zellenöffnung 28 auf, die jeweils mit einem Verschlussstopfen 30 verschließbar ist. In der Darstellung in 1 sind die Zellen 12 geöffnet dargestellt, das heißt, die Verschlussstopfen 30 sind entfernt und neben dem Akkumulatorgehäuse abgelegt (vgl. 1).
In einem Anschlussbereich des Akkumulators 10 weist das Gehäuse 14 eine Anschlussdose 20 für einen Anschlussstecker 56 auf (vgl. 4), über den der Akkumulator 10 im bestimmungsgemäßen Betrieb an eine nicht dargestellte elektrische Anlage angeschlossen ist. Die Anschlussdose 20 umfasst einen positiven Kontaktstift 26 sowie einen negativen Kontaktstift 28, welche beiden Kontaktstifte 26, 28 an die Serienschaltung der Zellen 12 des Akkumulators 10 angeschlossen sind. An den Kontaktstiften 24, 26 liegt die Akkumulatorspannung an, die für die gewünschte Anwendung hier abgegriffen werden kann.
Das Akkumulatorgehäuse 14 weist ferner einen Notschalter 22 auf, mit dem die elektrische Verbindung zwischen den Kontaktstiften 24, 26 sowie der Serienschaltung der Zellen 12 getrennt werden kann. Dies ist hilfreich, wenn der Akkumulator 10 aufgrund seiner aktuellen Beanspruchung oder die an ihm angeschlossene elektrische Anlage in einen gefährlichen Zustand gekommen ist.
Ferner ist aus 1 ersichtlich, dass das Gehäuse 14 im oberen Bereich vier Spannverschlüsse 32 aufweist, die dazu dienen, Verbindungshaken des nicht dargestellten Akkumulatordeckels zu ergreifen und den Akkumulatordeckel auf diese Weise am Akkumulator 10 festzulegen. Ferner weist das Gehäuse 14 zwei Gehäusehandhaben 54 auf, von denen in 1 lediglich eine dargestellt ist. Die zweite Gehäusehandhabe 54 befindet sich an der gegenüberliegenden Seite des Gehäuses zwischen den beiden Spannverschlüssen 32. An den Gehäusehandhaben 54 kann der Akkumulator 10 manuell oder mittels eines Hebezeugs zwecks Transports und Montage ergriffen werden.
2 zeigt in perspektivischer Darstellung eine Akkuplatte 34 als Sensoreinheit als Bestandteil der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung. Neben der Akkuplatte 34 weist die erfindungsgemäße Anschlussvorrichtung eine Steuereinheit 74 auf (5). Die Akkuplatte 34 weist einen im Wesentlichen plattenförmigen Körper aus Metall auf, der in seiner großen Oberfläche drei Lüftungsgitter 40 aufweist, die dazu dienen, während der Wartung beziehungsweise Prüfung des Akkumulators 10 entstehende Wärme und Gase abführen zu können. Zur leichteren Handhabung sind zwei Handhaben 38 an gegenüberliegenden Kanten der Akkuplatte 34 angeordnet. Dadurch ist es möglich, auf einfache Weise die Akkuplatte 34 manuell zu ergreifen und in bestimmungsgemäßer Weise am Akkumulator 10 anstelle seines Deckels anzuordnen. Zur Verbindung der Akkuplatte 34 mit dem Akkumulator 10 weist die Akkuplatte 34 Verbindungshaken 36 auf, die mit dem jeweiligen Spannverschluss 32 des Akkumulators 10 korrespondieren und der Festlegung des Akkuplatte 34 am Akkumulator 10 im bestimmungsgemäßen Wartungs- und/oder Prüfungsbetrieb dienen.
Die Akkuplatte 34 weist ferner eine Steuersteckdose 42 auf, an der ein Steuerstecker 50 mit einer Steuerleitung 72 anschließbar ist vgl. 4).
3 zeigt in perspektivischer Darstellung die Rückseite der Akkuplatte 34 gemäß 2. Wie leicht zu erkennen ist, ist durch nicht bezeichnete Seitenwände der Akkuplatte 34 eine Aufnahme für einen Funktionseinsatz 78 gebildet und mit der Akkuplatte 34 verbunden. Diese Verbindung kann auch lösbar ausgebildet sein. Der Funktionseinsatz 78 ist in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen aus einem Kunststoffkörper gebildet, der mit Bohrungen versehen ist, in die bedarfsweise Anschlusselemente in Form von Anschlussstiften 44 sowie Temperatursensoren 46 eingesetzt sind. Natürlich kann der Funktionseinsatz 78 auch aus einem anderen Werkstoff, wie Keramik, Verbundwerkstoffe, faserverstärktem Stoff oder dergleichen gebildet sein. Die Anschlussstifte 44 sind derart angeordnet, dass sie im montierten Zustand der Akkuplatte 34 auf dem Akkumulator 10 die entsprechenden Zellenanschlüsse 16 kontaktieren. Auf diese Weise können mittels der Anschlussstifte 44 die einzeln paarweise miteinander verbundenen Zellenanschlüsse 16 kontaktiert werden. Aufgrund der Metallbrücken 20 ist jeweils einer der beiden mittels der Metallbrücke 20 verbundenen Zellenanschlüsse 16 kontaktiert. Der jeweils andere Zellenanschluss 16 wird durch einen der Temperatursensoren 46 kontaktiert. Auf diese Weise können neben der individuellen Zellenspannung auch die individuelle Zellentemperatur erfasst werden. Ferner sind Lüftungsöffnungen 48 vorgesehen, die dazu dienen, eine Konvektionsströmung zu erlauben und gegebenenfalls freiwerdende Gase abführen zu können. Die Lüftungsöffnungen 48 stehen strömungstechnisch mit den Lüftungsgittern 40 in Verbindung.
Die Anordnung der Anschlussstifte 44 und der Temperatursensoren 46 ist vorliegend derart, dass jede Zellenspannung und jede Zellentemperatur erfasst werden kann.
Der Funktionseinsatz 78 enthält darüber hinaus in nicht dargestellter Weise Verbindungsleitungen, die die Anschlussstifte 44 sowie die Temperatursensoren 46 mit der Steuersteckdose 42 elektrisch leitend verbinden. Auf diese Weise ist es möglich, die gelieferten Messwerte an die Steuereinheit 74 über eine Steuerleitung 72 zu übermitteln, sodass diese dort weiter ausgewertet werden können.
Der Funktionseinsatz 78 ist für jeden Akkumulatortyp spezifisch eingerichtet und lösbar mit der Akkuplatte 34 verbunden. Auf diese Weise kann ohne großen Montageaufwand die Akkuplatte 34 an den jeweiligen Akkumulatortyp, der gewartet beziehungsweise geprüft werden soll, angepasst werden.
4 zeigt nun in einer perspektivischen Darstellung den Akkumulator 10 der 1, der mit der Akkuplatte 34 gemäß der 2 und 3 für den bestimmungsgemäßen Betrieb verbunden ist. Wie aus 4 ersichtlich ist, ist die Akkuplatte 34 über die Spannverschlüsse 32 und die Verbindungshaken 36 mit dem Akkumulator 10 fest verbunden. Weiterhin ist an der Anschlussdose 20 der Anschlussstecker 56 mit der Akkumulatoranschlussleitung 52 angeschlossen. Die beiden Leitungen 52, 72 sind an einer Steuereinheit 74 angeschlossen (vgl. 5).
In dieser Anordnung befindet sich die Anschlussvorrichtung der Erfindung im Einsatz mit dem Akkumulator 10. In dieser Anordnung können die entsprechenden Wartungs- und Prüfungsvorgänge durchgeführt werden. Diese werden von der Steuereinheit 74 entsprechend gesteuert, zu welchem Zweck die Steuereinheit 74 auch die Signale der Temperatursensoren 46 und die durch die Anschlussstifte 44 gelieferten Zellenspannungen auswertet.
Zwar ist die Erfindung in diesem Ausführungsbeispiel lediglich mit dem Betrieb eines einzigen Akkumulators 10 erläutert und dargestellt, jedoch sollte es für den Fachmann selbstverständlich erscheinen, dass die Erfindung natürlich auch auf den gleichzeitigen oder zeitmultiplexen Betrieb mehrerer Akkumulatoren 10 eingerichtet sein kann. Insbesondere kann in diesem Fall vorgesehen sein, dass entsprechend der Anzahl der Akkumulatoren eine gleiche Anzahl von Akkumulatorenplatten 34 vorgesehen ist. Darüber hinaus kann natürlich vorgesehen sein, dass die Steuereinheit 74 bei Mehrakkumulatorbetrieb die Akkumulatoren auch individuell betreiben kann, sodass es möglich ist, unterschiedliche Akkumulatorentypen gleichzeitig zu betreiben.
Über die Akkumulatoranschlussleitung 52 kann der Akkumulator 10 auch während seines bestimmungsgemäßen Betriebs in einer nicht dargestellten elektrischen Anlage angeschlossen sein.
5 zeigt die Steuereinheit 74 der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung in einer perspektivischen Darstellung. Zu erkennen ist, dass im unteren Bereich symbolisch die Akkumulatoranschlussleitung 52 sowie ein Anschluss für die Steuerleitung 72 vorgesehen sind. Über diese Leitungen 52, 72 ist der Akkumulator 10 beziehungsweise die Akkuplatte 34 mit der Steuereinheit 74 verbunden (vgl. auch 4).
Die Steuereinheit 74 weist ein nicht bezeichnetes Gehäuse auf, welches die entsprechenden Anschlüsse für die Leitungen 52, 72 bereitstellt. Darüber hinaus enthält die Steuereinheit 74 einen Filter mit einem Lüfter 70 sowie einen Luftauslass 58. Ferner ist ein berührungsempfindlicher Bildschirm 60, eine Störungsanzeige 62 sowie ein Hauptschalter 64 vorgesehen. Über diese wird eine Benutzerschnittstelle für die Steuereinheit 74 bereitgestellt. Im linken unteren Bereich finden sich weiterhin eine Netzanschlussdose 66, mittels der die Steuereinheit 74 mit einem öffentlichen Energieversorgungsnetz als elektrische Energiequelle verbunden werden kann, sowie eine Netzwerkanschlussdose 68, mittels der die Steuereinheit 74 an ein Kommunikationsnetzwerk, beispielsweise LAN oder Internet oder dergleichen angeschlossen werden kann.
In der vorliegenden Ausgestaltung stellt das Gehäuse der Steuereinheit 74 nicht nur ein Gehäuse für die Steuereinheit 74 selbst bereit, sondern in dieses Gehäuse sind auch eine nicht dargestellte Ladeeinheit sowie eine Energieentnahmeeinrichtung angeordnet. Dadurch wird eine einzige kompakte Baueinheit geschaffen, die es erlaubt, quasi beliebige Wartungs- und Prüfungsabläufe für den Akkumulator 10 zu realisieren. Besonders vorteilhaft erweist es sich, dass die nicht dargestellte Energieentnahmeeinrichtung eine Energierückspeiseeinheit hat, mittels der bei Energieentnahme aus dem Akkumulator 10 die Energie in das öffentliche Energieversorgungsnetz zurückgespeist werden kann. Selbst umfangreiche, energieaufwändige Funktionstests können so mit geringem Energieaufwand durchgeführt werden. Darüber hinaus bildet diese Ausgestaltung die Möglichkeit, ähnlich wie bei einer Vehicle-To-Grid-Anwendung dem öffentlichen Energieversorgungsnetz Speicherkapazität des Akkumulators 10 zur Verfügung zu stellen, wenn der Akkumulator 10 über den zeitlichen Ablauf der Wartung beziehungsweise Prüfung hinaus angeschlossen bleibt. Dabei können zugleich bestimmte Zielvorgaben bezüglich des Ladezustands oder dergleichen eingestellt werden, sodass bei Abklemmen des Akkumulators 10 von der Akkuplatte 34 der Akkumulator 10 für den bestimmungsgemäßen Einsatz sofort einsatzfähig ist.
Die Einstellung von Parametern, Zielvorgaben und Wartungs- sowie Prüfprogrammen kann mittels des berührungsempfindlichen Bildschirms 60 vorgenommen werden, der eine Benutzerschnittstelle zur Steuerung 74 bildet. Natürlich kann zusätzlich oder anstelle des berührungsempfindlichen Bildschirms 60 auch ein konventioneller Monitor in Verbindung mit einer Tastatur und einer Maus vorgesehen sein.
Nicht dargestellt ist ferner eine ebenfalls im Gehäuse der Steuereinheit 74 angeordnete Meldeeinheit, die Status- und Fehlermeldungen erzeugt und über das an der Netzwerkanschlussdose 68 angeschlossene Kommunikationsnetzwerk an eine entfernte vorgebbare Stelle übermittelt. Die Stelle kann eine Zentrale, ein Kommunikationsendgerät eines Wartungspersonals, beispielsweise ein Mobilfunkendgerät, ein Client-Rechner oder dergleichen sein. Besonders vorteilhaft erweist sich diese Einrichtung in Verbindung mit einer automatischen Steuerungsmöglichkeit, sodass Fehlerzustände oder dergleichen unverzüglich gemeldet werden können. Dies erlaubt es, Dispositionen zur Fehlerbehebung beziehungsweise Beschaffung von Ersatzakkumulatoren zügig einzuleiten und auf diese Weise Ausfallzeiten zu reduzieren. Darüber hinaus kann die Steuereinheit 74 über das Kommunikationsnetzwerk ferngesteuert werden.
Mithilfe des Hauptschalters 64 wird die Steuereinheit 74 mit all ihren ergänzenden Komponenten wie Ladeeinheit, Energieentnahmeeinrichtung, Meldeeinheit und dergleichen eingeschaltet beziehungsweise ausgeschaltet.
Die Anschlussvorrichtung der Erfindung erlaubt es, Wartungs- und Prüfungsabläufe weitgehend zu automatisieren und darüber hinaus zu gewährleisten, dass ein angeschlossener Akkumulator 10 jeweils mit seinen optimalen, beispielsweise herstellervorgegebenen Parametern behandelt wird.
Ein Verfahrensablauf kann dabei wie folgt gestaltet sein:
Bei einem zu prüfenden Akkumulator 10, wie er in der 1 dargestellt ist, wird zunächst der Akkumulatordeckel des Akkumulators 10 entfernt. Dazu werden die als Spannverschlüsse ausgebildeten Schnellverschlüsse des Akkumulators 10 geöffnet und der Deckel entfernt. Sodann kann vorgesehen sein, dass die Kontakte der Zellen 12 auf Verunreinigungen geprüft werden und die Verunreinigungen, falls vorhanden, entfernt werden. Weiterhin werden die Verschlussstopfen 30 der einzelnen Zellen 12 des Akkumulators 10 entfernt.
Sodann wird die für den Akkumulator 10 geeignete Akkuplatte 34 ausgewählt, an die Steuereinheit 74 angeschlossen und beidhändig vorsichtig auf den Akkumulator 10 aufgesetzt. Anschließend werden die Schnellverschlüsse des Akkumulators 10 an der Akkuplatte 34 verriegelt, wie oben bereits ausgeführt. Der Steuerstecker 50 wird in die Steuersteckdose 42 der Akkuplatte 34 eingesteckt und verrastet. Ebenso wird der Anschlussstecker 56 in die Anschlussdose 20 des Gehäuses 14 des Akkumulators 10 eingesteckt und festgelegt. Die Anordnung ist nunmehr betriebsbereit, sodass die Wartung beziehungsweise Prüfung des Akkumulators 10 durchgeführt werden kann.
Danach erfolgt die menügeführte Bedienung der Steuereinheit 74 der erfindungsgemäßen Anschlussvorrichtung über den berührungsempfindlichen Bildschirm 60 der Steuereinheit 74. 6 zeigt einen Eröffnungsbildschirm, sobald die Steuereinheit 74 mittels des Hauptschalters 64 eingeschaltet wurde. In dem in 6 gezeigten Menü wird der angeschlossene Akkumulatortyp manuell ausgewählt. Alternativ oder ergänzend kann auch eine Seriennummer des Akkumulators 10 eingegeben werden (7). Durch Betätigen des Feldes „Next” wird der nächste Schritt des Menüs aufgerufen. Durch Betätigen des Feldes „Back” gelangt man zurück zum vorhergehenden Menüpunkt, hier das Typauswahlmenü.
In 8 ist ein Funktionsauswahlmenü dargestellt, welches für den ausgewählten Akkumulator 10 geeignet ist. Das Funktionsauswahlmenü basiert vorliegend auf herstellerseitigen Daten, sodass immer die für den angeschlossenen Akkumulatortyp optimalen Parameter automatisch gewählt werden können. Die Funktionen sind im Wesentlichen selbsterklärend, sodass von weiteren ausführlichen Ausführungen an dieser Stelle abgesehen wird. Zu beachten ist in diesem Ausführungsbeispiel, dass mit der Auswahl einer Funktion deren Durchführung automatisch gestartet wird. Zu diesem Zeitpunkt sollte also der Akkumulator 10 vorschriftsmäßig angeschlossen sein.
In 9 ist die Anzeige auf dem berührungsempfindlichen Bildschirm 60 für eine ausgewählte Funktion dargestellt. Im oberen Bereich finden sich die Angaben zum Batterietyp, der Seriennummer sowie der ausgewählten Funktion, die hier die erste ausgewählte Funktion gemäß „Choice F1” ist, gemäß der ein Laden, ein Überladen, ein Entladen, ein Laden und wieder ein Überladen erfolgt (vgl. auch 8). In den mittleren und unteren Diagrammen sind die Spannungswerte (Voltage) der einzelnen Zellen 12 sowie auch die Temperaturen der einzelnen Zellen 12 dargestellt. Die Spannung ist in Volt angegeben, wohingegen die Temperatur in °C angegeben ist.
10 zeigt einen weiteren Menüpunkt, der zeitliche Spannungs- und Temperaturverläufe zu der ausgewählten Funktion darstellt. Die einzelnen Zellen 12 sind durch farbige Graphen in den Diagrammen jeweils identifizierbar, was jedoch in der 10 aufgrund von Formerfordernissen nicht darstellbar ist. Da es auf die individuelle Zuordnung der einzelnen Graphen zu den jeweiligen Zellen 12 für die Erfindung nicht weiter ankommt, wird von weiteren Ausführungen diesbezüglich abgesehen. Anzumerken ist lediglich, dass diese Funktion in der vorliegenden Ausgestaltung lediglich zum Darstellen der Werte von jeweils zehn Zellen geeignet ist, weshalb ein Umschalten zwischen den ersten zehn und den zweiten zehn Zellen 12 des Akkumulators 10 vorgesehen ist. Der Akkumulator 10 hat nämlich vorliegend 20 Zellen 12, die immer wechselweise in diesem Menüpunkt angezeigt werden können. Die Auswahl erfolgt mit den berührungsempfindlichen Tasten „Cells 1–10” sowie „Cells 11–20”. Natürlich können auch alle diese Werte gespeichert beziehungsweise ausgedruckt werden, sodass sie für weitere Auswertungen zur Verfügung stehen.
Ein weiterer Menüpunkt betrifft das sogenannte „Leveling”, bei dem der Füllstand des Elektrolyten der jeweiligen Zelle 12 überprüft und gegebenenfalls auf den Normpegelstand ergänzt wird. Bekanntermaßen geht während des bestimmungsgemäßen Betriebs des Akkumulators 10 aufgrund unterschiedlicher elektrochemischer und physikalischer Prozesse Volumen des Elektrolyten verloren, beispielsweise weil bei wässrigen Elektrolyten der Wasseranteil verdunstet beziehungsweise durch Elektrolyse, insbesondere beim Laden zersetzt wird. Der Wasserverlust sollte ausgeglichen werden, um den bestimmungsgemäßen Betrieb des Akkumulators 10 weiterhin aufrechterhalten zu können und Alterungseffekte zu reduzieren.
Hierfür wird nach einer geeigneten Mindest-Nachladezeit gemäß der ausgewählten Parameter eine Funktionstaste im Menü angezeigt, die mit „Electrolyte Leveling” beschriftet ist. Bevor das Leveling durchgeführt wird, wird das Feld „Electrolyte Leveling” betätigt. An dieser Stelle kann die Akkuplatte 34 vom Akkumulator 10 getrennt werden, sodass die Zellenöffnungen 28 frei zugänglich werden. Dadurch ist es möglich, den Füllstand des Elektrolyten innerhalb einer jeden Zelle 12 zu überprüfen und gegebenenfalls bei wässrigen Elektrolyten durch Nachfüllen von destilliertem Wasser zu ergänzen. Dies kann einerseits manuell andererseits aber auch durch eine Vorrichtung automatisch erfolgen. Nach Abschluss des Levelings wird die Akkuplatte 34 wieder auf dem Akkumulator 10 aufgesetzt und mit diesem verbunden.
Nach Durchführen des Electrolyte Leveling erscheint das Feld „Leveling Finished”. Nach Abschluss des Leveling-Vorgangs wird das Feld „Leveling Finished” betätigt und das weitere Wartungs- und/oder Prüfungsverfahren fortgesetzt. Nach Abschluss der Durchführung der Funktion F1 erscheint der Menüpunkt gemäß 13 bei der ein Feld „Operation Finished Data Saved” dargestellt wird. Es werden somit abschließend sämtliche Daten, die während des Vorgangs aufgezeichnet wurden, gespeichert und die Funktion beendet. Damit ist die Wartung beziehungsweise Prüfung beendet.
Die Akkuplatte 34 kann nunmehr vom Akkumulator 10 entfernt werden und stattdessen der Akkumulatordeckel wieder auf den Akkumulator 10 aufgesetzt und mit diesem verbunden werden. Ebenso wird die Akkumulatoranschlussleitung 52 von der Anschlussdose 20 des Akkumulators 20 entfernt. Der Akkumulator 10 ist nunmehr betriebsbereit für seinen weiteren bestimmungsgemäßen Einsatz.
Das vorstehende Ausführungsbeispiel dient lediglich der Erläuterung der Erfindung und soll diese nicht beschränken. Natürlich können in naheliegender Weise Verfahrensschritte abgewandelt oder mit weiteren kombiniert werden, um so zu für den jeweiligen Akkumulatortyp geeigneten Behandlungskennlinien zu kommen. Insbesondere können natürlich Lade- und Entladekennlinien zum Einsatz kommen, wie sie beispielsweise herstellerseitig vorgegeben sein können. Darüber hinaus können sowohl die Sensoreinheit als auch die Anschlussvorrichtung der Erfindung natürlich in sehr kompakter Bauform ausgestaltet sein, sodass zum Beispiel lediglich noch eine Anschlussplatte mit allen erforderlichen Einheiten zur Verfügung steht. Je nach Größe und Leistung der vorgesehenen Sensoreinheit oder Anschlussvorrichtung können jedoch auch einzelne Baugruppen wie beispielsweise die Ladeeinheit oder dergleichen ausgegliedert in separatem Gehäuse sein. Angegebene Merkmale können in quasi beliebiger Weise miteinander kombiniert sein, um zu Abwandlungen oder besonderen Ausgestaltungen zu gelangen.
Bezugszeichenliste

10: Akkumulator
12: Zelle
14: Gehäuse
16: Zellenanschluss
18: Metallbrücke
20: Anschlussdose
22: Notausschalter
24: negativer Kontaktstift
26: positiver Kontaktstift
28: Zellenöffnung
30: Verschlussstopfen
32: Spannverschluss
34: Akkuplatte
36: Verbindungshaken
38: Handhabe
40: Lüftungsgitter
42: Steuersteckdose
44: Anschlussstift
46: Temperatursensor
48: Lüftungsöffnung
50: Steuerstecker
52: Akkumulatoranschlussleitung
54: Gehäusehandhabe
56: Anschlussstecker
58: Luftauslass
60: berührungsempfindlicher Bildschirm
62: Störungsanzeige
64: Hauptschalter
66: Netzanschlussdose
68: Netzwerkanschlussdose
70: Filter mit Lüfter
72: Steuerleitung
74: Steuereinheit
76: Anschlussbereich
78: Funktionseinsatz

Claims

Sensoreinheit (34) für einen mehrere elektrolytische Zellen (12) aufweisenden Akkumulator (10), mit wenigstens einem Temperatursensor (46), mittels dem die individuelle Temperatur einer jeden Zelle (12) des Akkumulators (10) erfassbar ist, und mit einem Anschluss, an dem der Temperatursensor (46) angeschlossen ist.
Sensoreinheit nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Anschlusselemente (44) zur Kontaktierung von elektrischen Anschlüssen der Zellen (12).
Sensoreinheit nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch Druck- und/oder Gassensoren für jede Zelle (12).
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (34) ein rasterartiges Befestigungsmittel aufweist, an dem die Sensoren (46) sowie die Anschlusselemente (44) vorzugsweise lösbar befestigbar sind.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch eine Leseeinheit für einen am Akkumulator (10) vorgesehenen Informationsträger.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Lüftungseinheit (70, 58).
Sensoreinheit nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Lüftungseinheit (70, 58) einen Filter aufweist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Sensoreinheit (34) eine Kodierung für die Anordnung am Akkumulator (10) aufweist.
Sensoreinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch Mittel zur automatischen Detektion einer korrekten Verbindung der Anschlusselemente (44) und/oder der Sensoren (46) mit den Zellen (12) des Akkumulators (10).
Anschlussvorrichtung für einen mehrere elektrolytische Zellen (12) aufweisenden Akkumulator (10), mit einer mit dem Akkumulator (10) verbindbaren Sensoreinheit (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch einen modularen Aufbau.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch eine Energieentnahmeeinrichtung.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieentnahmeeinrichtung zur Energieentnahme einer einzigen oder mehrerer Zellen (12) des Akkumulators (10) eingerichtet ist.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieentnahmeeinrichtung eine Energierückspeiseeinheit hat, mittels der dem Akkumulator (10) oder einer einzelnen Zelle (12) entnommene elektrische Energie zur elektrischen Energiequelle zurückgespeist werden kann.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Energieentnahmeeinrichtung in die Sensoreinheit (34) integriert, insbesondere einstückig mit dieser ausgebildet ist.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 16, gekennzeichnet durch eine Ladeeinheit.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeeinheit und/oder die Energieentnahmeeinrichtung automatisch gesteuert, insbesondere an den angeschlossenen Akkumulator (10) angepasst sind.
Anschlussvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Anpassung automatisch aktualisierbar ist.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 19, gekennzeichnet durch eine insbesondere fernsteuerbare Steuereinheit (74).
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator (10) im an seine elektrische Anlage angeschlossenen Zustand gewartet werden kann.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 21, gekennzeichnet durch eine Meldeeinheit, insbesondere zum Erzeugen von Status- und/oder Fehlermeldungen.
Anschlussvorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 22, gekennzeichnet durch Mittel zur automatischen Detektion einer korrekten Verbindung der Anschlusselemente (44) und/oder der Sensoren (46) mit den Zellen (12) des Akkumulators (10).