DE202020103421U1

DE202020103421U1 - Modulares Batteriesystem

Info

Publication number: DE202020103421U1
Application number: DE202020103421.9U
Authority: DE
Original assignee: INND BV
Current assignee: INND BV
Priority date: 2020-06-15
Filing date: 2020-06-15
Publication date: 2020-07-03
Anticipated expiration: 2030-06-16

Abstract

Modulares Batteriesystem (1) mindestens umfassend eine Batterie und eine Batteriehalterung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriehalterung (2) mindestens
a) einen Rahmen zur Aufnahme einer oder mehrerer Batteriezellen; und
b) einen oberen Batterierahmenabschluss (3) mit
b1) zwei Stromanschlussbuchsen (5);
b2) zwei Kommunikationsanschlussbuchsen (6); und
b3) einem Tragegriff (4) mit einer langen und einer kurzen Achse umfasst, wobei jeweils eine Strom- (5) und eine Kommunikationsanschlussbuchse (6) an jeweils einer Seite des oberen Batterierahmenabschlusses (3) durch die Längsachse des Tragegriffs (4) getrennt voneinander angeordnet sind, wobei die Kommunikationsanschlussbuchsen (6) und die Stromanschlussbuchsen (5) parallel zur Längsachse des Tragegriffs (4) versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Tragegriff (4) von dem oberen Batterierahmenabschluss (3) beabstandet und zumindest teilweise oberhalb der Kommunikationsanschlussbuchsen (6) verläuft.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein modulares Batteriesystem mindestens umfassend eine Batterie und eine Batteriehalterung, wobei die Batteriehalterung mindestens

a) einen Rahmen zur Aufnahme einer oder mehrerer Batteriezellen; und
b) einen oberen Batterierahmenabschluss mit
- b1) zwei Stromanschlussbuchsen;
- b2) zwei Kommunikationsanschlussbuchsen; und
- b3) einem Tragegriff mit einer langen und einer kurzen Achse

Die deutlichen Fortschritte in der Batterietechnik der letzten Jahre haben dazu geführt, dass über die nun sicher beherrschbaren, transportablen Energiemengen, deutlich größere Anwendungsbereiche erschlossen werden konnten, welche in der Vergangenheit als undenkbar angesehen wurden. So basieren die Grundlagen der Elektromobilität und der Einsatz neuer, mobiler elektronischer Kommunikationsmittel auf der alltagstauglichen und bedarfsgerechten Bereitstellung des jeweils dazu nötigen Stromes. Neben der Verbesserung der Energiespeicher als solche, musste natürlich auch das Augenmerk auf die Entwicklung der Batterie-Peripherie gerichtet werden, da Sicherheit und Anwendungsfreundlichkeit zwangsläufig nicht nur über die Fähigkeiten der reinen Stromspeicher, sondern auch über deren Konnektivität zu den weiteren Komponenten des vorliegenden elektrischen Systems mitbestimmt werden. Insofern kommen funktionalen Anbindungen, welche flexibel eine oder mehrere Batterien zu sicheren Stromspeichersystemen zusammenschließen können, eine immer größere Bedeutung zu.
Auch in der Patentliteratur finden sich unterschiedliche technische Ansätze zu modularen Batteriespeichern.
So offenbart die EP0620604A2 ein angetriebenes Fahrzeug, das ein Fahrzeug mit einem Zellenbehälterbereich und Verbindern zur Aufnahme des positiven und des negativen Anschlusspunktes von einer gasdichten Bleizellenanordnung, eine gasdichte Bleizellentroganordnung, die so bemessen ist, dass sie in den Zellenbehälterbereich passt, umfasst, wobei die Trogbaugruppe einen Trogboden, aufrechtstehende Trogseitenwände, die mit dem Boden verbunden sind, umfasst, wobei der Boden und die Seitenwände so bemessen sind, dass sie einen Zelleneinschlussbereich mit Einrichtungen zur Aufnahme einer ausreichenden Anzahl von gasdichten Bleizellen in einer horizontalen Position zum Antrieb des Fahrzeugs bilden, wobei die Einrichtungen zur Aufnahme Zellenaufnahmeelemente enthalten, die über dem Boden angeordnet und an den aufrechtstehenden Seitenwänden angebracht sind, wobei die Zellenaufnahmeelemente wenigstens einen Teil des Zelleneinschlussbereiches in Zellenkammern unterteilen, die jeweils wenigstens eine gasdichte Bleizelle in der horizontalen Position aufnehmen können, wobei eine gasdichte Bleizelle mit einem positiven und einem negativen Anschluss horizontal in jeder Zelle positioniert und elektrisch so verbunden ist, dass die gasdichte Bleizellenanordnung mit dem positiven und dem negativen Anschlusspunkt für die Zellenanordnung entsteht, und elektrische Verbinder den positiven und den negativen Anschlusspunkt der Zellenanordnung mit den Fahrzeugverbindern verbinden.
Des Weiteren offenbart die EP 2 700 611 A1 einen Adapterrahmen zur Bildung einer elektrischen Traktionsbatterie eines Flurförderzeugs aus mindestens zwei Modulbatterien, wobei die Modulbatterien in den Adapterrahmen eingesetzt werden können und der Adapterrahmen in einem Batteriefach eines Flurförderzeugs angeordnet werden kann, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriefach zwischen einer Vorderachse und einer Hinterachse des Flurförderzeugs angeordnet ist sowie für einen seitlichen, horizontalen Batteriewechsel über eine seitliche Batteriefachöffnung vorgesehen ist, und dass sämtliche Modulbatterien über die Batteriefachöffnung bei in dem Batteriefach angeordneten Adapterrahmen eingesetzt oder entnommen werden können.
In der WO 2019 014 653 A1 werden wiederaufladbare Batteriebaugruppen offenbart, welche die Größe von Gabelstaplerbatterien haben, aber mehrere entfernbare Batteriemodule umfassen. Die austauschbaren Batteriemodule sind einzeln wiederaufladbar und austauschbar. Ein Gehäuse enthält sechs vertikal auf der Vorderseite der Baugruppe installierte Batteriemodule, deren elektrische und Datenverbindungen innerhalb des Gehäuses auf der Rückseite erfolgen. Die Baugruppen sind zweiseitig, sodass das System zwei Racks mit sechs Modulen pro Rack hat. Die Griffe jedes Moduls sind zusammenklappbar und befinden sich an den Oberkanten der Gesamtbaugruppe, so dass sie beim Entfernen leicht zugänglich sind. Jedes Batteriemodul verfügt über ein integriertes Batterieüberwachungssystem und einen Modulprozessor.
Derartige aus dem Stand der Technik bekannte Lösungen können noch weiteres Verbesserungspotential bieten, insbesondere hinsichtlich der Bedienungsfreundlichkeit, der Handhabbarkeit und der Funktionalität einzelner sowie aus mehreren zusammengeschalteten Batterien bestehender Gesamtbatteriesysteme.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile zumindest teilweise zu überwinden. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Batteriesystem bereitzustellen, welches einzeln, und insbesondere in einem Verbund aus mehreren zusammengeschalteten Batterien, eine verbesserte Handhabung und eine verbesserte Funktionalität zeigt, wobei insbesondere die Konnektivität zwischen den einzelnen Batteriesystemen vereinfacht und zusätzlich ein mechanischer Schutz einzelner Komponenten gewährleistet wird.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt durch die Merkmale des unabhängigen Schutzanspruchs, gerichtet auf das erfindungsgemäße modulare Batteriesystem. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen, in der Beschreibung oder den Figuren angegeben, wobei weitere in den Unteransprüchen oder in der Beschreibung oder den Figuren beschriebene oder gezeigte Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination einen Gegenstand der Erfindung darstellen können, solange sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch ein modulares Batteriesystem mindestens umfassend eine Batterie und eine Batteriehalterung, wobei die Batteriehalterung mindestens

Es wurde überraschenderweise gefunden, dass das sich über oben angegebenes Batteriesystem sowohl einzelne Batterien wie auch Gesamtsysteme aus mehreren hintereinander geschalteten Batteriesystemen elektrisch und mechanisch sicher betreiben lassen. Für einzelne dieser Batterien ergibt sich gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik ein verbessertes Handling und ein sicherer mechanischer Schutz sensibler Anschlussstellen des Batteriesystems. Zudem ergeben sich über den gewählten Aufbau auch insbesondere Vorteile in den Fällen, in denen innerhalb einer Anwendung mehrere einzelne modulare Batterien zu einem größeren Batterieverbund oder -system zusammengeschaltet werden. Ohne durch die Theorie gebunden zu sein ergeben sich die Vorteile für die einzelne Batterie insbesondere daraus, dass eine Separierung der stromführenden und der Kommunikationsanschlüsse vorgesehen wird. Die Vorteile ergeben sich aus dem oben angegebenen Aufbau, mit der spezifischen Anordnung der einzelnen Anschlussbuchsen zueinander. Die Vorteilhaftigkeit der Anordnung der einzelnen Anschlussbuchsen zueinander wird des Weiteren durch die spezifische Anordnung eines Tragegriffs unterstützt, welcher insbesondere die mechanisch sensiblen Kommunikationsanschlussbuchsen vor mechanischer Beschädigung schützen kann. Insofern kann sich der erfindungsgemäße Aufbau insbesondere für den Einsatz für mobile Fahrzeuganwendungen anbieten, in denen ein regelmäßiger Austausch einer oder mehrerer Batteriezellen vorgesehen ist und in denen eine mechanische Belastung der Stromspeicher im Betrieb nicht ausgeschlossen werden kann. Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Anschlussbuchsen ergeben sich des Weiteren Vorteile in den Fällen, in denen die elektrische Leistung eines einzelnen Batteriemoduls unzureichend ist. Durch den gewählten Aufbau der Anschlussbuchsen und zusätzlich durch den besonderen Schutz der Kommunikationsbuchsen, lassen sich einfach und schnell mehrere Batteriemodule zu einem größeren Batteriesystem zusammenschließen. Für die einzelnen Anschlussleitungen ergeben sich kurze Anschlusswege und dementsprechend eine sehr kompakte Bauform des Verbunds. Über die Anordnung des Tragegriffs und die Anordnung der Anschlussbuchsen können im Bedarfsfall einzelne Komponenten aus dem Batteriesystem entfernt und durch baugleiche Batterien ersetzt werden. Zusätzlich ist der erfindungsgemäße Aufbau so flexibel ausgestaltet, dass auch noch weitere Funktionalitäten, wie beispielsweise eine Kühlung, einfach und mechanisch stabil integriert werden können. Insofern können vorteilhafterweise für die unterschiedlichsten Anwendungen, modular, die genau benötigten Stromspeicher zusammengestellt werden, wobei sich eine äußerst kompakte und gegen Erschütterungen stabile Gesamtform mit kurzen Kabelführungen ergibt.
Das modulare Batteriesystem umfasst mindestens eine Batterie und eine Batteriehalterung. Der Aufbau des modularen Batteriesystems ist somit mindestens zweiteilig, wobei der eine Systemteil die Aufgabe der Speicherung und Abgabe von Strom erfüllt. Die Batterie kann dabei eine aus dem Stand der Technik bekannte Batterie sein. Beispielsweise kann die Batterie eine wiederaufladbare Alkali-Ionen Batterie sein. Des Weiteren ist es aber auch möglich, dass als Batterie ein Blei-Akkumulator eingesetzt wird. Die Batterie liegt dabei durch die Batteriehalterung geschützt und von der Umgebung mechanisch abgegrenzt vor. Die Batteriehalterung kann dabei die Batterie ganz oder auch nur teilweise mit einem Gehäuse umschließen. Das Gehäuse kann dabei beispielsweise aus Metall oder aus einem Kunststoff bestehen. Das modulare Batteriesystem ist insofern ein modulares System, indem ein einzelnes Batteriesystem flexibel mit einem oder mehreren, weiteren Batteriesystemen derselben Bauart verbunden werden kann. Dabei ist es nicht zwangsläufig nötig, dass das erfindungsgemäße Batteriesystem immer in Form mehrerer einzelner Batteriesysteme vorliegt. Ein einzelnes Batteriesystem mit dem erfindungsgemäßen Aufbau fällt natürlich auch unter die Definition eines modularen Batteriesystems.
Die Batteriehalterung umfasst dabei mindestens a) einen Rahmen zur Aufnahme einer oder mehrerer Batteriezellen. Der Stromspeicher des Batteriesystems, die Batterie, kann aus einer oder mehreren zusammengeschalteten Batteriezellen bestehen. Dieser Zusammenschluss einer oder mehrerer Batteriezellen liegt dann innerhalb des Rahmens der Batteriehalterung vor. Der Rahmen der Batteriehalterung kann beispielsweise durch eine oder mehrere miteinander verbundene Streben gebildet werden. Es ist aber auch möglich, dass der Rahmen zur Aufnahme der Batteriezellen aus einem zusammenhängenden Körper oder einer Box gebildet wird. Es sind auch Kombinationen möglich, in denen der Rahmen dann aus einer Box und mehreren Streben ausgebildet wird. Die Batteriezellen befinden sich im Boxinneren oder aber innerhalb des Raumes, welcher durch die unterschiedlichen Streben des Rahmens aufgespannt wird.
Die Batteriehalterung umfasst dabei mindestens auch b) einen oberen Batterierahmenabschluss mit b1) zwei Stromanschlussbuchsen; b2) zwei Kommunikationsanschlussbuchsen; und b3) einem Tragegriff mit einer langen und einer kurzen Achse. Neben dem Raum zur Aufnahme der Batteriezellen umfasst die Batteriehalterung auch einen oberen Batterierahmenabschluss. Der obere Batterierahmenabschluss kann fest oder lösbar mit dem Rahmen der Batteriehalterung verbunden sein. Der Begriff des oberen Batterierahmenabschlusses bringt dabei zum Ausdruck, dass der Batterierahmenabschluss sich an einer Seite der Batteriehalterung befindet. Je nach Einbausituationen des gesamten Moduls kann sich dementsprechend der obere Batterierahmenabschluss auch am unteren Ende des Moduls befinden. Dies wäre beispielsweise dann der Fall, wenn das Batteriemodul über Kopf eingebaut wird.
Der Batterierahmenabschluss weist dabei mindestens zwei Stromanschlussbuchsen auf, welche in elektrischer Verbindung mit der oder den Batteriezellen im Inneren der Batteriehalterung stehen. Des Weiteren sind auf dem oberen Batterierahmenabschluss auch Kommunikationsanschlussbuchsen vorgesehen, die ebenfalls in Verbindung mit den Batteriezellen oder weiteren Sensoren innerhalb des Batterierahmen stehen können. So können über die Kommunikationsanschlussbuchsen elektrische Signale weitergegeben werden, welche Aussagen über den Betriebszustand der im Modul befindlichen Batteriezellen erlauben. Insbesondere ist nicht vorgesehen, dass über die Kommunikationsanschlussbuchsen signifikante Mengen an Strom geführt werden. Zur Bereitstellung des Stroms sind die Stromanschlussbuchsen vorgesehen.
Neben den elektrischen Komponenten weist der obere Batterierahmenabschluss des Weiteren einen Tragegriff zur mechanischen Handhabung des modularen Batteriesystems auf. Die Anordnung des Tragegriffs ist ungewöhnlich, da man üblicherweise eine Konstruktion wählen würde, in welcher elektrische von mechanischen Komponenten getrennt werden. Des Weiteren würde der Fachmann erst einmal davon ausgehen, dass eine Anordnung eines Tragegriffs in räumlicher Nähe zu den elektrischen Komponenten insbesondere für modulare System die Kabelführung erschwert, da ein zusätzliches Hindernis vorliegt. Überraschenderweise ist dies aber für den vorliegenden Fall nicht gegeben, da trotz dieser Anordnung des Tragegriffs sich keine verlängerten Verbindungswege ergeben. Der Tragegriff ist dabei erfindungsgemäß und symmetrisch in dem Sinne, dass der Tragegriff länglich ausgestaltet ist. Der Tragegriff kann insofern prinzipiell über zwei Achsen beschrieben werden, wobei eine der Achsen eine deutlich größere räumliche Ausdehnung als die andere aufweist. Die Zuordnung der einzelnen Achsen lässt sich durch ein einfaches Messen der räumlichen Ausdehnung des Tragegriffs bestimmen.
Die jeweils eine Strom- und eine Kommunikationsanschlussbuchse sind an jeweils einer Seite des oberen Batterierahmenabschlusses durch die Längsachse des Tragegriffs getrennt voneinander angeordnet. Am Batterierahmenabschluss liegen also vier separate Anschlussbuchsen vor, welche auf dem Batterierahmenabschluss spezifisch angeordnet sind. Die Anordnung erfolgt gemischt, das heißt, dass eine Strom- und eine Kommunikationsanschlussbuchse räumlich gesehen benachbart vorliegen, wobei die beiden Paare aus Strom- und Kommunikationsanschlussbuchse auf dem Batterierahmenabschluss durch den Tragegriff räumlich getrennt werden. So ergibt sich beispielsweise für eine rechteckige Ausgestaltung des Batterierahmenabschlusses eine Anordnung, in der ein mittig angeordneter Tragegriff jeweils zwei Anschlussbuchsenpaare voneinander trennt, wobei die Anschlussbuchsenpaare jeweils aus einer Kommunikationsanschlussbuchse und einer Stromanschlussbuchsen bestehen. Nicht erfindungsgemäß sind demzufolge Ausgestaltungen, in denen die Kommunikationsanschlussbuchsen zusammen an einer Seite und die Stromanschlussbuchsen zusammen an der anderen Seite des Batterierahmenabschlusses vorliegen. Auch ist es nicht erfindungsgemäß, wenn die vier Anschlussbuchsen direkt benachbart angeordnet sind und der Tragegriff sich nur zu einer Seite der vier Anschlussbuchsen erstreckt.
Die Kommunikationsanschlussbuchsen und die Stromanschlussbuchsen sind parallel zur Längsachse des Tragegriffs versetzt zueinander angeordnet. Erfindungsgemäß sind die jeweiligen Anschlussbuchsentypen nicht auf einer geraden Linie zueinander angeordnet. Die unterschiedlichen Typen der Anschlussbuchsen sind insofern auf dem Batterieabschlussrahmen versetzt angeordnet. Im Falle einer rechteckigen Ausgestaltung des Batterieabschlussrahmens kann sich beispielsweise eine Kombination ergeben, in welcher die Kommunikationsanschlussbuchse rechts oben und links unten und die Stromanschlussbuchsen links oben und rechts unten angeordnet ist. Nicht erfindungsgemäß wäre eine Anordnung, in welcher beispielsweise die Kommunikationsanschlussbuchsen oben rechts und unten rechts angeordnet wären.
Der Tragegriff ist von dem oberen Batterierahmenabschluss beabstandet und verläuft zumindest teilweise oberhalb der Kommunikationsanschlussbuchsen. Zum mechanischen Schutz der Kommunikationsanschlussbuchsen hat es sich als besonders geeignet herausgestellt, dass der Tragegriff nicht nur die Funktion eines Tragegriffs, sondern zusätzlich auch die Funktion eines mechanischen Schutzes der Kommunikationsanschlussbuchsen ausübt. Insofern erstreckt sich zumindest ein Teil des Tragegriffs oberhalb einer oder beider Kommunikationsanschlussbuchsen. Die Kommunikationsanschlussbuchsen müssen dabei nicht vollständig von dem Tragegriff abgedeckt sein. Es sind auch Ausführungsformen erfindungsgemäß, in denen der Tragegriff nur einen Teil der Kommunikationsanschlussbuchsen abdeckt. Von oben gesehen kann die Kommunikationsbuchse zu bevorzugt größer als 30 %, des Weiteren bevorzugt größer als 50 % und des Weiteren bevorzugt größer als 75 % vom Tragegriff abgedeckt sein. Weiter bevorzugt ist, dass beide Kommunikationsanschlussbuchsen eine gleich große prozentuale Abdeckung durch den Tragegriff erfahren. Der Tragegriff kann vom oberen Batterierahmenabschluss bevorzugt mehr als 5 cm, des Weiteren mehr als 7,5 cm und des Weiteren bevorzugt mehr als 10 cm beabstandet sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung des Batteriesystems kann der Abstand zwischen den Kommunikationsanschlussbuchsen geringer als der Abstand zwischen den Stromanschlussbuchsen sein. Um eine besonders günstige Kabelführung am oberen Batterierahmenabschluss zu erreichen kann es vorteilhaft sein, dass der räumliche Abstand zwischen den Kommunikationsanschlussbuchsen geringer als der Abstand zwischen den Stromanschlussbuchsen gehalten wird. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem die Kommunikationsanschlussbuchsen im Vergleich zu den Stromanschlussbuchsen mehr zum Schwerpunkt des Batterierahmenabschlusses versetzt werden. Die Stromanschlussbuchsen liegen also näher zum äußeren Rand des Batterierahmenabschlusses und die Kommunikationsanschlussbuchsen von diesem versetzt mehr in Richtung des Tragegriffs. In dieser Ausgestaltung lässt sich ein besonders guter mechanischer Schutz der Kommunikationsanschlussbuchsen erreichen, ohne die prinzipiellen Anschlussmöglichkeiten der Stromanschlussbuchsen zu verringern. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn mehrere Batteriesysteme modular zusammengeschaltet werden.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Batteriesystems kann der Tragegriff eine S-förmige Gestalt aufweisen. Zur einfachen und schnellen elektrischen Verbindung mehrerer Kommunikationsbuchsen auf unterschiedlichen Batteriemodulen hat es sich als vorteilhaft herausgestellt, dass der Tragegriff eine S-förmige Gestalt aufweist. Dies kann zum einen die Ergonomie des Tragegriffs verbessern und außerdem die Zugänglichkeit der teilweise abgedeckten Kommunikationsbuchsen erhöhen. Insbesondere kann dies die Bewegungsfreiheit im Bereich der Kommunikationsbuchsen vergrößern, da mehr Raum zum Anbringen der elektrischen Verbindung zwischen einzelnen Modulen vorliegt. Mögliche Ausgestaltungen eines S-förmigen Tragegriffs sind in den Figuren angegeben.
Im Rahmen eines bevorzugten Aspektes des Batteriesystems kann der Tragegriff in einer Ebene parallel zum oberen Batterierahmenabschluss und in einer Richtung parallel zur kurzen Tragegriffachse zumindest abschnittsweise beweglich ausgestaltet sein. Zur Vereinfachung der elektrischen Verbindung mehrerer Kommunikationsbuchsen untereinander kann es vorteilhaft sein, dass der Tragegriff beweglich ausgestaltet ist. Zum Anschluss eines Kommunikationskabels an die Kommunikationsbuchse kann der Tragegriff beispielsweise aus seiner schützenden Position verschoben werden, so dass die gesamte Kommunikationsbuchse oder aber ein größerer Teil der Kommunikationsbuchse zugänglich gemacht werden. Nach Anschluss des Kommunikationskabels wird der Tragegriff dann wieder in eine Richtung verschoben, in welcher eine größere Abdeckung der Kommunikationsbuchse ermöglicht wird. Durch die Verschiebung des Tragegriffs lässt sich dann der ursprüngliche mechanische Schutzzustand wiederherstellen. In dieser Ausgestaltung lässt sich der Tragegriff also von einer Position oberhalb der Kommunikationsbuchsen in Richtung der elektrischen Anschlussbuchsen, zumindest partiell, verschieben. Es ist aber auch möglich, dass der Tragegriff an den Stellen oberhalb der Kommunikationsbuchsen zumindest zum Teil einklappbar ist.
Innerhalb eines bevorzugten Aspektes des Batteriesystems können die Stromanschlussbuchsen über eine starre Busverbindung miteinander verbindbar ausrüstbar sein, wobei der Tragegriff Mittel zur mechanischen Abstützung der Busverbindung aufweist. Insbesondere für die elektrische Zusammenschaltung mehrerer Batteriesysteme hatte sich als günstig erwiesen, dass die Stromanschlussbuchsen über eine starre Busverbindung, beispielsweise in Form einer Stromschiene, miteinander verbindbar ausgestaltet sind. Dies kann beispielsweise dadurch erreicht werden, indem eine elektrisch leitende, starre Verbindungschiene über die Anschlüsse der Stromanschlussbuchsen geführt und mit diesen elektrisch leitend verbunden wird. Dadurch ergibt sich sowohl eine stabile elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Batteriesystemen und eine erhöhte mechanische Stabilisierung des gesamten modularen Batteriesystems. Ein zusätzlicher Vorteil kann sich dadurch ergeben, dass die Busverbindung sehr eng am Gehäuse geführt werden kann, sodass die kompakte Bauform des Batteriesystems gewahrt bleibt und sich keine „überstehenden“ elektrischen Kontakte ergeben. Zur Verbesserung der mechanischen Abstützung und zur Vereinfachung der Anbringung der Busverbindung kann es dabei nützlich sein, dass der Tragegriff so ausgestaltet ist, dass er mit der Busverbindung interagiert. Beispielsweise kann der Tragegriff eine Mulde aufweisen, in welche die starre Busverbindung eingreift. Des Weiteren ist es auch möglich, dass der Tragegriff über Aussparungen verfügt, in welche speziell adaptierte Gegenstücke der Busverbindung eingreifen. Auf diese Art und Weise können die Stromanschlussbuchsen bei mechanischer Belastung des gesamten Batteriesystems vor Beschädigungen geschützt werden. Diese zusätzlichen Mittel können des Weiteren auch die Anbringung der starren Busschiene erleichtern.
Nach einer weiter bevorzugten Ausgestaltung des Batteriesystems kann der Tragegriff Fixierungsmittel zur mechanischen Fixierung der starren Busverbindung aufweisen. Die mechanische Festigkeit des gesamten modularen Batteriesystems kann bei dem Einsatz einer starren Busverbindung zwischen den einzelnen Modulen noch dadurch erhöht werden, in denen der Tragegriff weitere Mittel zur Fixierung der dann angebrachten, starren Busverbindung aufweist. Beispielsweise kann der Tragegriff ein Schiebeelement aufweisen, welches nach Anbringen der starren Busverbindung auf die Stromanschlussbuchsen über die Busverbindung geschoben und somit ein ungewolltes entfernen der starren Busverbindung verhindert wird. Die starre Busverbindung kann auch über Klemmmittel, welche verschwenkbar am Tragegriff angebracht sind, mechanisch stabilisiert werden. Auch in diesen Ausgestaltungen ergibt sich ein weiterer mechanischer Schutz des gesamten Batteriesystems, da die mechanische Belastung an den Anschlussbuchsen durch den Tragegriff reduziert wird.
Innerhalb einer bevorzugten Ausführungsform des Batteriesystems kann der Tragegriff Mittel zur temporären mechanischen Kopplung mindestens zweier Tragegriffe aufweisen. Zur weiteren mechanischen Stabilisierung mehrerer zusammengeschalteten Module können die einzelnen Tragegriffe der Module jeweils Befestigungsmittel aufweisen, welche nach der Zusammenstellung mehrerer Module miteinander verbunden oder gekoppelt werden. Durch die Kopplung der einzelnen Tragegriffe werden auftretende Kräfte über die jeweiligen oberen Batterierahmenabschlüsse auf den Rahmen der einzelnen Module abgeleitet, so dass auch in diesen Ausgestaltungen weniger Kraft auf die Anschlussbuchsen ausgeübt wird. Dies kann sich insbesondere für die Fälle anbieten, in denen das gesamte Modul größeren mechanischen Belastung ausgesetzt ist. Letzteres kann beispielsweise für elektrisch oder teilelektrisch betriebene Fahrzeuge wie Autoscooter, Boote oder Gabelstapler interessant sein.
In einer bevorzugten Charakteristik des Batteriesystems kann das Batteriesystem in einer Ebene senkrecht zur Ebene des oberen Batterierahmenabschlusses einen Kühlkreislauf mit mindestens zwei Anschlüssen für ein Kühlmittel aufweisen, wobei der Tragegriff Mittel zur temporären mechanischen Fixierung der Kühlkreislaufanschlüsse aufweist. Durch den erfindungsgemäßen Aufbau mit dem Tragegriff als zentralen Element können auch noch weitere Funktionalitäten einfach in das Batteriesystem integriert werden. Die Integration erfolgt dabei ohne eine Verringerung der mechanischen Stabilität des Gesamtaufbaus. Im Gegenteil, insbesondere durch den Zusammenschaltung mehrerer Batteriesysteme kann durch die zusätzlichen Funktionalitäten sich sogar die mechanische Stabilität des Gesamtsystems erhöhen. Der Kühlkreislauf kann beispielsweise fest mit einer Seite des Batterierahmen verbunden sein. Die Anschlüsse des Kühlkreislauf werden dementsprechend in Richtung des oberen Batterierahmenabschlusses geführt und können von dort mit Kühlmittel versorgt werden. Die mechanische Fixierung der Kühlkreislaufanschlüsse kann beispielsweise durch Halterungen am Tragegriff erfolgen, in welche die Kühlkreislaufanschlüsse geklemmt werden können. Dadurch wird der Kühlkreislauf an die mechanische Bewegung des Gesamtsystems gekoppelt und die Gefahr eines Bruches von Kühlkreislaufleitungen verringert.
In einer weiterhin bevorzugten Ausführungsform des Batteriesystems kann der obere Batterierahmenabschluss eine visuelle Anzeigevorrichtung aufweisen. Zur visuellen Kontrolle und zur Detektion ungenügend geladener einzelner Batteriesysteme hat es sich als günstig erwiesen, dass über eine Anzeigevorrichtung Daten des einzelnen Batteriesystems angezeigt werden können. Beispielsweise kann der Ladezustand, die Temperatur oder aber auch der Druck innerhalb eines geschlossenen Batterierahmen angezeigt werden. Dies kann, insbesondere auch bei Hintereinanderschaltung vieler Module, die Fehlersuche erleichtern. Eine visuelle Anzeigevorrichtung kann dabei beispielsweise ein LCD-Display oder aber auch eine Anordnung aus mehreren, beispielsweise farbigen, LEDs sein.
In einem weiter bevorzugten Aspekt des Batteriesystems kann der Batterierahmen Vertiefungen aufweisen, wobei die Vertiefungen zur Aufnahme und/oder temporären Fixierung mechanischer Stabilisatoren eingerichtet sind. Zur Erhöhung der Festigkeit einer Zusammenstellung mehrerer Batteriesysteme kann es besonders vorteilhaft sein, wenn die Batteriehalterung mit dem Batterierahmen spezielle Aussparungen aufweist, in welche Stabilisatoren eingebracht werden können. Die Stabilisatoren können beispielsweise aus speziell geformten Blechen oder Trägern bestehen, welche teilweise in die Rahmenvertiefungen eingreifen. Die Stabilisatoren der einzelnen Batteriesysteme können dann über ein Trägersystem miteinander verbunden werden, so dass die Verwindungssteifheit und der mechanische Zusammenhalt des gesamten Systems erhöht wird.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Beispiele und Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung einzuschränken.
Die Figuren zeigen:

1 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Batteriesystems in der Seitenansicht;
2 einen Ausschnitt des oberen Teils eines erfindungsgemäßen Batteriesystems in der Seitenansicht;
3 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Batteriesystems in der Aufsicht;
4 eine Zusammenstellung mehrerer erfindungsgemäßer Batteriesysteme in der Seitenansicht;
5 eine Zusammenstellung mehrerer erfindungsgemäßer Batteriesysteme in der Aufsicht;
6 eine schematische Übersicht eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit Kühlsystem in der Seitenansicht;
7 einen Ausschnitt des oberen Teils eines erfindungsgemäßen Batteriesystems mit Kühlung und Befestigungsmöglichkeit der Kühlanschlüsse am Tragegriff in der Seitenansicht;
8 eine Zusammenstellung mehrerer erfindungsgemäßer Batteriesysteme zu einem Gesamtsystem mit einem gemeinsamen Kühl- und einem gemeinsamen elektrischen Busanschluss.

Die 1 zeigt eine mögliche erfindungsgemäße Ausgestaltung des Batteriesystems 1. In dieser Ansicht sieht man den Aufbau aus Batteriehalterung mit Rahmen 2 und den oberen Batterierahmenabschluss 3 mit weiteren Aufbauten. Weiterhin ist an dieser Stelle gezeigt, dass der Batterierahmen 2 Aussparungen 11 aufweisen kann, in welche zusätzliche mechanische Stabilisierungsmittel eingefügt werden können (in dieser Darstellung nicht gezeigt).
Die 2 zeigt eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Aufbaus des Batteriesystems 1 mit Fokus auf dem oberen Batterierahmenabschluss 3. Der obere Batterierahmenabschluss 3 schließt den Batterierahmen 2 der Batteriehalterung nach oben hin ab. An dem oberen Batterierahmenabschluss 3 befindet sich ein Tragegriff 4 der die darunter befindlichen Kommunikationsanschlussbuchsen 6 zumindest partiell überdeckt und somit mechanisch schützt. Der Tragegriff 4 ist nicht symmetrisch ausgestaltet und weist eine längere und eine kürzere Achse auf. Die Längsachse erstreckt sich in dieser Ansicht von den Stromanschlussbuchsen 5 der einen bis hin zu den Stromanschlussbuchsen 5 der anderen Seite (in dieser Ansicht nicht dargestellt). Die Kommunikationsanschlussbuchsen 6 liegen sich, bezogen auf die Längsachse des Tragegriffs 4, nicht gegenüber, sondern sind seitlich zueinander versetzt. Des Weiteren befinden sich auf dem oberen Batterierahmenabschluss 3 die Stromanschlussbuchsen 5, wobei in dieser Darstellung nur eine Stromanschlussbuchse 5 zu sehen ist. Diese Stromanschlussbuchse 5 liegt in Richtung der Längsachse des Tragegriffs 4 der Kommunikationsanschlussbuchse 6 gegenüber. Des Weiteren kann der obere Batterierahmenabschluss 3 noch ein visuelles Anzeigemittel in Form einer oder mehrerer LEDs 7 aufweisen.
Die 3 zeigt eine Aufsicht auf den oberen Batterierahmenabschluss 3. Es sind ebenfalls die Elemente aus der 2 dargestellt. Zum einen erkennt man die S-förmige Ausgestaltung des Tragegriffs 4 und die versetzte Anordnung der Strom- 5 und der Kommunikationsanschlussbuchsen 6. Die Stromanschlussbuchsen 5 bilden mit den Kommunikationsanschlussbuchsen 6 jeweils Anschlussbuchsenpaare auf einer Seite des oberen Batterierahmenabschlusses 3. Die Kommunikationsanschlussbuchsen 6 liegen unterhalb des Tragegriffs 4 und werden durch diesen, zumindest teilweise, mechanisch geschützt. Des Weiteren ist am oberen Batterierahmenabschluss 3 noch eine visuelle Anzeigeeinheit 7 in Form mehrerer LEDs angebracht.
Die 4 zeigt eine mögliche Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Batteriesysteme 1 zu einem modularen Gesamtbatteriesystem. Die einzelnen erfindungsgemäßen Batteriesysteme 1 können einfach nebeneinander angeordnet werden. Durch die versetzte Anordnung der Strom- 5 und der Kommunikationsanschlussbuchsen 6 ergeben sich kurze Verbindungswege zwischen den beiden unterschiedlichen Anschlussbuchsentypen. Die Verbindung der einzelnen Buchsen 5, 6 miteinander kann sehr einfach und schnell mittels kurzer Verbindungskabel bewerkstelligt werden. Des Weiteren ist es möglich, dass die Stromanschlussbuchsen 5 über eine starre Busverbindung (in dieser Figur nicht dargestellt) verbunden werden können. Auf diese Art und Weise kann das gesamte System weiter mechanisch stabilisiert und die einzelnen Batteriesysteme 1 verlässlich miteinander elektrisch kontaktiert werden.
Die 5 zeigt eine Anordnung mehrerer erfindungsgemäßer Batteriesysteme 1 zu einem Gesamtsystem in der Aufsicht. Auch in der Aufsicht erkennt man, dass die einzelnen Batteriesysteme 1 über kurze Kabelwege miteinander verbunden werden können. Des Weiteren können über den symmetrischen Aufbau der Batteriesysteme 1, relativ leicht unterschiedliche Schaltwege für die einzelnen Batteriesysteme 1 realisiert werden. So kann entweder eine parallele oder eine alternierende Ausrichtung der einzelnen Batteriesysteme dazu führen, dass sich entweder eine serielle oder eine parallele Schaltung der einzelnen Batteriesysteme 1 im Gesamtverbund ergibt. In dieser Ansicht ist eine serielle Schaltung dargestellt, welches sich beispielsweise aus der alternierenden Anordnung der visuellen Anzeige 7 der einzelnen Batteriesysteme 1 ergibt.
Die 6 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Batteriesystems 1, wobei das Batteriesystem zusätzlich mit einer Kühlmöglichkeit 8 ausgestattet ist. Die Kühlung ergibt sich in diesem Fall aus einem Kühlblech 8, in welchen Leitungen für ein Kühlmittel vorhanden sind. Die Leitungen für das Kühlmittel werden über die jeweiligen Anschlüsse 9, 10 für das Kühlmittel gespeist. Durch diese Ausgestaltung lässt sich eine flächige Kühlung des gesamten Batteriesystems 1 erhalten. Die Kühlung kann über eine oder mehrere Seiten des Batterierahmens erfolgen.
Die 7 zeigt eine Möglichkeit zur weiteren mechanischen Stabilisierung des erfindungsgemäßen Batteriesystems 1 mit zusätzlicher Kühlmöglichkeit. Die Anschlüsse für das Kühlmittel 9, 10 können in einem gemeinsamen Bussystem 11 zusammengeführt werden. Das Bussystem 11 für das Kühlmittel kann dabei mechanisch am Tragegriff 4 des Batteriesystems 1 befestigt werden. Dies kann insgesamt die Stabilität der Anschlüsse des Kühlsystems weiter erhöhen und zur mechanischen Robustheit des Systems beitragen.
Die 8 zeigt eine weitere Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Batteriesystems 1, in welcher mehrere Batteriesysteme 1 zu einem modularen Gesamtsystem zusammengefügt sind. In dieser Ausgestaltung ist gezeigt, dass über den symmetrischen Aufbau des Batteriesystems 1 die einzelnen elektrischen Anschlussbuchsen (in dieser Abbildung nicht dargestellt) über ein starres Bussystem 14 elektrisch leitend miteinander verbunden werden können. Des Weiteren sind auch die Kühlungen der einzelnen Batteriesysteme 1 über ein Kühlkanal 13 miteinander verbunden und gekoppelt. Das Bussystem für die Kühlung 13 kann mittels mechanischer Befestigungsmittel zusätzlich an den Tragegriffen der einzelnen Batteriesysteme 1 befestigt sein. Insgesamt ergibt sich ein System-Gesamtbus, welcher die einzelnen elektrischen und Kühlanschlüsse der einzelnen Batteriesysteme 1 zusammenfasst und zentral über das gesamte modulare System führt. Es ergibt sich ein hoch kompaktes System, welches gegenüber mechanischen Belastungen weitgehend geschützt ist und keine exponierten, einzelnen Anschlussbuchsen aufweist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

EP 0620604 A2 [0004]
EP 2700611 A1 [0005]
WO 2019014653 A1 [0006]

Claims

Modulares Batteriesystem (1) mindestens umfassend eine Batterie und eine Batteriehalterung (2), dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriehalterung (2) mindestens a) einen Rahmen zur Aufnahme einer oder mehrerer Batteriezellen; und b) einen oberen Batterierahmenabschluss (3) mit b1) zwei Stromanschlussbuchsen (5); b2) zwei Kommunikationsanschlussbuchsen (6); und b3) einem Tragegriff (4) mit einer langen und einer kurzen Achse umfasst, wobei jeweils eine Strom- (5) und eine Kommunikationsanschlussbuchse (6) an jeweils einer Seite des oberen Batterierahmenabschlusses (3) durch die Längsachse des Tragegriffs (4) getrennt voneinander angeordnet sind, wobei die Kommunikationsanschlussbuchsen (6) und die Stromanschlussbuchsen (5) parallel zur Längsachse des Tragegriffs (4) versetzt zueinander angeordnet sind, wobei der Tragegriff (4) von dem oberen Batterierahmenabschluss (3) beabstandet und zumindest teilweise oberhalb der Kommunikationsanschlussbuchsen (6) verläuft.
Batteriesystem nach Anspruch 1, wobei der Abstand zwischen den Kommunikationsanschlussbuchsen (6) geringer ist als der Abstand zwischen den Stromanschlussbuchsen (5).
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tragegriff (4) eine S-förmige Gestalt aufweist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tragegriff (4) in einer Ebene parallel zum oberen Batterierahmenabschluss (3) und in einer Richtung parallel zur kurzen Tragegriffachse zumindest abschnittsweise beweglich ausgestaltet ist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Stromanschlussbuchsen (5) über eine starre Busverbindung (14) miteinander verbindbar ausrüstbar sind, wobei der Tragegriff (4) Mittel zur mechanischen Abstützung der Busverbindung (14) aufweist.
Batteriesystem nach Anspruch 5, wobei der Tragegriff (4) Fixierungsmittel zur mechanischen Fixierung der starren Busverbindung (14) aufweist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Tragegriff (4) Mittel zur temporären mechanischen Kopplung mindestens zweier Tragegriffe (4) aufweist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Batteriesystem (1) in einer Ebene senkrecht zur Ebene des oberen Batterierahmenabschlusses (3) einen Kühlkreislauf (8) mit mindestens zwei Anschlüssen (9, 10) für ein Kühlmittel aufweist, wobei der Tragegriff (4) Mittel zur temporären mechanischen Fixierung der Kühlkreislaufanschlüsse (9, 10) aufweist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der obere Batterierahmenabschluss (3) eine visuelle Anzeigevorrichtung (7) aufweist.
Batteriesystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Batterierahmen (2) Vertiefungen (11) aufweist, wobei die Vertiefungen (11) zur Aufnahme und/oder temporären Fixierung mechanischer Stabilisatoren eingerichtet sind.