DE202021107041U1 - Blockbatterie mit vier Anschlussbindungen - Google Patents

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Abstract

Elektrochemischer Energiespeicher (1) umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Deckel, einen Boden und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel zwischen dem Boden und dem Deckel angeordnet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher (1) auf dem Deckel und/oder dem Boden vier Anschlussöffnungen aufweist, wobei jeweils zwei Anschlussöffnungen (3) auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens eingebracht sind sowie vier Endpole (3) in die vier Anschlussöffnungen integrierbar sind, wobei jeweils ein Endpol (3) eine lösbare Verbindung (5) umfasst und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers (1) über jeweils eine Anschlussöffnung (3) kontaktierbar ist.

Description

  • In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Energiespeicher, der ein Gehäuse mit vier Anschlussöffnungen umfasst. In den Anschlussöffnungen sind Endpole umfassend lösbare Verbindungen integrierbar, die mit einem elektrischen Verbraucher kontaktiert werden können. Die Anschlussöffnungen sind derart ausgebildet, dass besonders benutzerfreundlich eine Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern miteinander verbunden werden können. Hierbei müssen keine zusätzlichen Kabel und/oder Werkzeuge verwendet werden.
  • In einem weiteren Aspekt behandelt die Erfindung ein System umfassend mehrere der erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher.
  • Hintergrund und Stand der Technik
  • Seit jeher haben Menschen das Bedürfnis, sich einfach zwischen verschiedenen Orten fortbewegen zu können. Dieses Bedürfnis geht insbesondere mit dem Wunsch einher, große räumliche Distanzen zu überwinden. Die Möglichkeiten und Mittel, lange Strecken zurückzulegen, werden auch unter dem Begriff der Mobilität zusammengefasst. Die Mobilität sorgt für einen gelingenden Alltag vieler Menschen sowie für einen großen Fortschritt in Technologie und Wirtschaft. Mittlerweile ist eine hohe Mobilität nicht nur ein Grundbedürfnis, sondern auch eine zentrale Anforderung moderner Gesellschaften.
  • Diese Ansprüche bewirken, dass die Anzahl an Menschen steigt, die sich häufiger fortbewegen möchten. Weiterhin steigt die Anforderung, immer größere Entfernungen zurückzulegen. Darüber hinaus soll dies so komfortabel und gleichzeitig kräfteschonend wie möglich erfolgen. Diese Bedürfnisse werden unter anderem durch eine ca. hundert Jahre alte technische Errungenschaft mittlerweile gut erfüllt, das Automobil oder in der Kurzformulierung das Auto.
  • Automobile bezeichnen Fortbewegungsmittel, die für ihren Antrieb einen Motor benötigen und während der Bewegung nicht an Schienen geführt werden müssen. Automobile können für verschiedene Zwecke eingesetzt werden, wie z. B. für den Transport von Personen und/oder Frachtgütern. Das Automobil stellt eine große Weiterentwicklung hinsichtlich der Mobilität und den damit einhergehenden individuellen Wünschen von Nutzern dar.
  • Insbesondere besteht ein Bedarf, zunehmend vielfältige Mobilitätsformen anzubieten, die ein hohes Komfortgefühl vermitteln. Hierzu sind Wohnmobile bekannt, die neben der Fortbewegung als solche auch eine Inneneinrichtung aufweisen, um ein Wohnen zu ermöglichen. Sehr häufig werden Wohnmobile als Freizeitfahrzeuge eingesetzt, z. B. zum Camping und/oder für Urlaube mit wechselnden Stand- und Erlebnisorten. Durch die Inneneinrichtung kann auch die Zubereitung und der Verzehr von Essen und eine angenehme Übernachtung darin möglich sein.
  • Für den Betrieb des Automobils stellt die Autobatterie eine wesentliche Komponente dar. Auch wenn der Begriff „Autobatterie“ verwendet wird, ist diese tatsächlich ein Akkumulator, d. h. ein wiederaufladbarer Energiespeicher. Die Aufgabe der Autobatterie besteht darin, elektrische Energie zu speichern und elektrische Komponenten mit Spannung zu versorgen. Bei modernen Fahrzeugen wird die Autobatterie nicht nur für den Start benötigt. Sie muss auch eine Vielzahl von Komponenten mit Energie versorgen, wie z. B. die Klimaanlage, die Sitzheizungen und das Antiblockiersystem. Wie allgemein bekannt, haben solche Batterien in der Regel genau zwei Pole auf ihrer Deckeloberfläche, die einem Minus- und einem Pluspol entsprechen.
  • Des Weiteren werden Energiespeicher benötigt, die für die Funktionstüchtigkeit der in dem Automobil enthaltenen elektrischen Verbraucher notwendig sind, wie beispielsweise für die Beleuchtung, den Kühlschrank, den Fernseher. Oftmals werden solche Verbraucher innerhalb des Vehikels nicht mit denjenigen Batterien mit Strom versorgt, die für den Start des Motors verantwortlich sind. Solche Stromquellen werden oft als Versorgungsbatterien bezeichnet. Mithilfe von Versorgungsbatterien wird somit eine vom eigentlichen Betrieb des Fortbewegungsmittels unabhängige Stromversorgung elektrischer Geräte in z. B. Wohnmobilen, Wohnwägen, Gartenhäuschen und Booten ermöglicht.
  • Im Stand der Technik sind eine Vielzahl von Autobatterien bekannt, die für den Start des Motors und/oder der Bereitstellung elektrischer Energie für die darin vorliegenden elektrischen Verbraucher eingesetzt werden.
  • Beispielsweise wird in der EP 2538520 B1 ein Batteriespeicherwerk mit einem Batteriespeicher offenbart, der eine Vielzahl von Batterien aufweist. Zur Bereitstellung einer Regelleistung für ein Versorgungsnetz wird ein Umrichter eingesetzt. Die verwendeten Batterien sind Industriebatterien für Flurförderzeuge. Mithilfe einer Steuerung können die Industriebatterien Lade- und Entladeströme für eine Regelleistung individuell gesteuert werden.
  • In der DE 20 2020 103 503 U1 wird ein Batteriemodul umfassend zwei Batterieblöcken mit endständigen Freiräumen zwischen dem jeweiligen Batterieblock offenbart. Da sich das Batteriemodul während des Betriebs erwärmt, wird zur Kühlung des Batteriemoduls Luft in den Stapelzwischenraum zwischen den Batterieblöcken, also gewissermaßen in die Mitte des Batteriemoduls, eingeleitet.
  • Obwohl der Stand der Technik eine Vielzahl von Energiespeichern bietet, weisen diese derzeitig wesentliche Nachteile auf. Die bekannten Energiespeicher können nur ungünstig miteinander verschaltet werden, um beispielsweise erhöhte Spannungen und/oder Stromstärken bereitzustellen. Derzeit werden mehrere Energiespeicher über Kabel miteinander verbunden. Um in den entsprechenden Stauraum des Fahrzeuges angeordnet zu werden, müssen die Kabel geschnitten und/oder gecrimpt werden. Dies erfordert zusätzlichen Aufwand und die Kabel bleiben weiterhin in dem Stauraum vorhanden. Kabel sind insbesondere dahingehend nachteilig, dass diese sich während der Fortbewegung erwärmen können, woraufhin das Kabelmaterial beschädigt und damit eine Gefahr für die Funktionstüchtigkeit vorliegen kann. Weiterhin werden typischerweise die Kabel mit Kabelschuhen angeschlossen werden, die zusätzliche Komponenten erfordern und mitsamt den Energiespeichern nicht erwerbt werden.
  • Sind die Energiespeicher miteinander verschaltet, weisen diese oftmals keine zuverlässige mechanische Stabilität auf. Während der Fortbewegung kann der Anschluss mit elektrischen Verbrauchern unterbrochen werden, was für einen zuverlässigen Betrieb besonders ungünstig ist.
  • Weiterhin liegt im Stand der Technik das Problem vor, dass insbesondere im Hinblick von Parallelschaltungen in Automobilen das Batteriemanagementsystem überlastet wird, um Spannungen auszugleichen. Ein Batteriemanagementsystem (abgekürzt mit BMS) bezeichnet bevorzugt eine elektrische Schaltung, die Betriebsparameter des elektrochemischen Energiespeichers überwacht. Derzeit wird vorgeschlagen, die Energiespeicher vor dem Betrieb vollständig aufzuladen. Dies kann allerdings pro Energiespeicher mehrere Stunden dauern, sodass bei einer Aufladung von mehreren Energiespeichern sehr viel Zeit verloren gehen kann.
  • Eine einfache, zeiteffiziente und für einen Benutzer handliche Verschaltung von Energiespeichern für Fortbewegungsmittel ist mit den derzeitigen Energiespeichern des Standes der Technik nicht möglich.
  • Aufgabe der Erfindung
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es, die Nachteile des Standes der Technik zu beseitigen. Insbesondere sollten Energiespeicher für' bereitgestellt werden, die durch einen Nutzer einfach miteinander verschaltet werden können. Zudem sollten die Energiespeicher derart angeordnet werden können, dass das Batteriemanagementsystem nicht überlastet wird. Weiterhin sollten die Energiespeicher besonders stabil und robust miteinander verbunden werden können.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Die erfindungsgemäße Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
  • In einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Energiespeicher umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Deckel, einen Boden und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel zwischen dem Boden und dem Deckel angeordnet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher auf dem Deckel und/oder dem Boden vier Anschlussöffnungen aufweist, wobei jeweils zwei Anschlussöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens eingebracht sind sowie vier Endpole in die vier Anschlussöffnungen integrierbar sind, wobei jeweils ein Endpol eine lösbare Verbindung umfasst und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers über jeweils eine Anschlussöffnung kontaktierbar ist.
  • Die Kombination der vorliegenden Erfindungsmerkmale führt zu einem überraschenden Synergieeffekt, der zu den vorteilhaften Eigenschaften und dem damit einhergehenden Gesamterfolg der Erfindung führt, wobei die einzelnen Merkmale in Wechselwirkung zueinanderstehen.
  • So ist es durch die Bereitstellung von vier Anschlussöffnungen vorteilhafterweise möglich, besonders effizient mehrere Energiespeicher miteinander zu verschalten. Dabei war die enorme Effizienz der Verschaltungsmöglichkeiten durch die vier Anschlussöffnungen völlig überraschend, da dies eine große Abkehr vom Stand der Technik darstellt. Im Stand der Technik war es eher üblich, zwei Anschlussöffnungen auf dem Deckel des Gehäuses bereitzustellen, in denen die Endpole vorliegen. Hierdurch können sie jedoch lediglich miteinander verschaltet werden, indem sie an der Fläche und/oder Seite angeordnet werden, die die beiden Endpole aufweist. Eine weitere Option wäre es, diese über Kabel miteinander zu kontaktieren. Der erfindungsgemäße Energiespeicher beseitigt vorteilhaft diese umständlichen Möglichkeiten, indem bevorzugt vier Anschlussöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens des Gehäuses eingebracht sind. Somit können vorteilhaft die Endpole benachbarter elektrochemischer Energiespeicher nebeneinander, übereinander und/oder untereinander verschaltet werden. Insbesondere können mehrere elektrochemische Energiespeicher derart miteinander verschaltet werden, dass sie besonders effizient in einen Stauraum, z. B. in einem Motorraum, Kofferraum und/oder Innenraum eingebracht werden können, ohne zusätzlichen Platz einnehmen zu müssen. Mithin kann eine hohe Platzersparnis erreicht werden, die für die Erfinder besonders überraschend war.
  • Es war unerwartet, wie einfach und mit welcher Schnelligkeit Schaltungsarten von mehreren elektrochemischen Energiespeichern gewechselt werden konnten. So kann besonders einfach eine gleich- und/oder wechselseitige Verbindung von Endpolen mehrerer elektrochemischer Energiespeicher ermöglicht werden.
  • Darüber hinaus zeigte der erfindungsgemäße Energiespeicher eine besonders hohe Langlebigkeit und Langzeitstabilität auf bei gleichzeitig hoher wirtschaftlicher Effizienz. So kann das Gehäuse übliche DIN-Normen aufweisen und ist dennoch besonders leicht bereitzustellen. Somit ist vorteilhaft der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher einfach, kostengünstig und massentauglich herstellbar.
  • Das BMS unterstützt die Funktion des elektrochemischen Energiespeichers in besonders überraschenderweise in besonders effizienter Weise. Durch die Auslegung des BMS werden die überraschend vielfältigen Verbindungsweisen zwischen mindestens 2 bevorzugten elektrochemischen Energiespeichern erst möglich. Das BMS ist vollumfänglich konfigurierbar und in seiner Konstruktion auf die durch die Kombination aus mehr als 2 elektrochemischen Energiespeichern auftretenden Spannungen und Strömen ausgelegt. Trotzdem schützt das BMS gleichzeitig die einzelnen elektrochemischen Energiespeichern vor Schäden, wie beispielsweise Überspannung, Unterspannung, Überstrom und/oder kritischen Temperaturereignissen. Sobald das kritische Ereignis behoben wurde, führt das BMS den betreffenden elektrochemischen Energiespeicher besonders effizient in den Verbund umfassend bevorzugt mehr als zwei elektrochemischen Energiespeichern zurück.
  • Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein elektrochemischer Energiespeicher eine Vorrichtung zur Speicherung von Energie, wobei insbesondere eine Umwandlung von chemischer in elektrischer Energie oder umgekehrt erfolgen kann. Ein elektrochemischer Energiespeicher kann bevorzugt eine Batterie und/oder ein Akkumulator sein. Elektrochemischen Energiespeichern kann elektrische Energie entnommen werden oder, im Fall von Akkumulatoren, sowohl entnommen als auch eingespeichert werden. Dabei laufen chemische Reaktionen ab, bei denen elektrische Ladungen übertragen werden.
  • Vorzugsweise ist der erfindungsgemäße Energiespeicher dazu eingerichtet, um elektrische Verbraucher in netzstromunabhängigen Anwendungen mit elektrischem Strom zu versorgen. Eine netzstromunabhängige Anwendung umfasst im Sinne der Erfindung bevorzugt Anwendungen, bei denen kein Netzstrom verwendet wird. Netzstrom bezeichnet bevorzugt eine Bereitstellung von elektrischem Strom durch eine elektrische Netzanlage. Vorzugsweise wird Netzstrom in einer Ausgangslage von einem Kraftwerk bereitgestellt und über Leitungen an Ortschaften befördert. So kann beispielsweise ein elektrischer Verbraucher in einem Haushalt einen Einphasenwechselstrom („Haushaltsstrom“) nutzen, der vom Kraftwerk bereitgestellt wird.
  • Der bevorzugte elektrochemische Energiespeicher ist bevorzugt für netzstromunabhängige Anwendungen eingerichtet. Netzstromunabhängige Anwendungen umfassen bevorzugt Vorrichtungen, Anlagen und/oder Verfahren, die ohne einen Netzstrom betrieben werden können.
  • Daher betrifft die Erfindung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einen elektrochemischen Energiespeicher für netzstromunabhängige Anwendungen umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Deckel, einen Boden und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel zwischen dem Boden und dem Deckel angeordnet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher auf dem Deckel und/oder dem Boden vier Anschlussöffnungen aufweist, wobei jeweils zwei Anschlussöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens eingebracht sind sowie vier Endpole in die vier Anschlussöffnungen integrierbar sind, wobei jeweils ein Endpol eine lösbare Verbindung umfasst und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers über jeweils eine Anschlussöffnung kontaktierbar ist.
  • In bevorzugten Ausführungsformen umfasst die netzstromunabhängige Anwendung Fortbewegungsmittel. Der Begriff „Fortbewegungsmittel“ umfasst hierbei jegliches Fortbewegungsmittel, z. B. Automobile, insbesondere Wohnmobile, Personenkraftwagen, Lastwagen, Wasserfahrzeuge wie Boote und/oder Luftfahrzeuge.
  • Hierbei kann der erfindungsgemäße Energiespeicher bevorzugt in einem Motorraum, Hubraum und/oder Kofferraum angebracht werden. Darüber hinaus kann der erfindungsgemäße Energiespeicher in einem Innenraum angebracht werden, um Strom für elektrische Verbraucher zu liefern. Insbesondere ist der erfindungsgemäße Energiespeicher dazu eingerichtet, 6 - 240 V, vorzugsweise 12 - 120 V, noch bevorzugter 12 V, 24 V, 36V und/oder 48 V (Volt) Verbraucher mit Energie zu versorgen, wie beispielsweise Beleuchtungsvorrichtungen, Kühlschränke, Fernseher, Klimaanlagen und/oder Messgeräte mit Energie zu versorgen. Vorzugsweise können solche Geräte mit Energie aus mehreren erfindungsgemäßen Energiespeichern versorgt werden.
  • Somit betrifft die Erfindung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform einen elektrochemischen Energiespeicher für Fortbewegungsmittel umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Deckel, einen Boden und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel zwischen dem Boden und dem Deckel angeordnet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher auf dem Deckel und/oder dem Boden vier Anschlussöffnungen aufweist, wobei jeweils zwei Anschlussöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens eingebracht sind sowie vier Endpole in die vier Anschlussöffnungen integrierbar sind, wobei jeweils ein Endpol eine lösbare Verbindung umfasst und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers über jeweils eine Anschlussöffnung kontaktierbar ist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform umfasst eine netzstromunabhängige Anwendung eine Offgrid-Applikation in Photovoltaikanlagen, Tinyhäusern und/oder Notstromversorgungen.
  • Eine Offgrid-Applikation in Photovoltaikanlagen bezeichnet bevorzugt eine Inselanlage mit einem photovoltaischen Grundprinzip. Vorzugsweise werden mehrere Solarzellen nach einer bestimmten Ausgestaltung angeordnet. Weiterhin wird vorzugsweise die Inselanlage nicht an einem öffentliches Stromnetz angeschlossen. Offgrid-Applikationen können in Ferienhäusern, Berghütten, Wohnmobilen, Tinyhäusern, Booten, etc. eingesetzt werden, die aufgrund der meist großen Entfernung nicht an ein öffentliches Stromnetz angeschlossen werden können. Vorteilhaft kann der bevorzugte elektrochemische Energiespeicher auch bei einer Offgrid-Applikation in Photovoltaikanlagen als Energiespeicher eingesetzt werden.
  • Ein Tinyhaus bezeichnet bevorzugt im erfindungsgemäßen Kontext einen Wohnbereich, der vorzugsweise besonders platzsparend ist, vorzugsweise dennoch ein einfaches Wohnen ermöglichen kann. Bevorzugt weist eine Tinyhaus eine Wohnfläche zwischen ca. 10 m2 - 50 m2, bevorzugt zwischen ca. 15 m2 - 45 m2 auf. In bevorzugten Ausführungsformen kann das Tinyhaus auf einem oder mehreren Rädern angebracht sein. In weiteren Ausführungsformen kann das Tinyhaus keine Räder aufweisen. Beispielsweise kann ein Tinyhaus ein Bauwagen, ein Wohnbereich auf einem Baum, eine Wohnbereich in einem Wald und/oder auf einem Berg sein. Weiterhin ist es bevorzugt, dass ein Tinyhaus hinsichtlich seiner äußeren Erscheinung im Wesentlichen wie eine Wohnung oder wie ein Haus aussieht. Vorzugsweise weist ein Tinyhaus Wände, einen Boden, eine Decke und/oder ein Dach auf. Ebenfalls können Türen und/oder Fenster bevorzugt in einem Tinyhaus eingebracht sein. Vorzugsweise kann der bevorzugte elektrochemische Energiespeicher auch elektrischer Verbraucher eines Tinyhauses mit elektrischem Strom versorgen.
  • Eine Notstromversorgung bezeichnet bevorzugt eine Option, bei einem Stromausfall weiterhin einen elektrischen Strom bereitstellen zu können, um elektrische Verbraucher mit Strom zu versorgen. Vorteilhafterweise kann der bevorzugte elektrochemische Energiespeicher auch als Notstromversorgung eingesetzt werden. Eine Umschaltung kann hierbei bevorzugt manuell oder automatisch erfolgen automatisch.
  • Der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher hat sich als vorteilhaft erwiesen, um in einer Vielzahl von Anwendungen auf besonders effiziente Weise genutzt werden zu können. Vorteilhaft eignet sich der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher sowohl für statische (z. B. Wohnanwendungen) als auch für dynamische (z. B. Fortbewegungsmittel).
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform betrifft die Erfindung einen elektrochemischen Energiespeicher für Wohnanwendungen (wie z. B. elektrische Verbraucher in einem Tinyhaus, in einer Berghütte, einem Ferienhaus und/oder einem Baumhaus) umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Deckel, einen Boden und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel zwischen dem Boden und dem Deckel angeordnet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher auf dem Deckel und/oder dem Boden vier Anschlussöffnungen aufweist, wobei jeweils zwei Anschlussöffnungen auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens eingebracht sind sowie vier Endpole in die vier Anschlussöffnungen integrierbar sind, wobei jeweils ein Endpol eine lösbare Verbindung umfasst und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers über jeweils eine Anschlussöffnung kontaktierbar ist.
  • Elektrochemische Energiespeicher umfassen bevorzugt interne Komponenten. Die internen Komponenten sind vorzugsweise ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Elektroden umfassend Kathoden und Anoden, die über einen Elektrolyten miteinander verbunden sind. Eine Elektrode ist ein Elektronenleiter, der im Zusammenspiel mit einer Gegenelektrode (Anode - Kathode) mit einem zwischen den beiden Elektroden befindlichen Medium in Wechselwirkung steht. Dieses Medium ist insbesondere der Elektrolyt. Weiterhin können die internen Komponenten eine Vielzahl von galvanischen Zellen umfassen, wobei eine galvanische Zelle eine Kombination von zwei verschiedenen Elektroden mit einem Elektrolyt umfasst. Vorzugsweise können mehrere galvanische Zellen miteinander verschaltet sein, um erhöhte Spannungen, Ströme und/oder Ladungsmengen zu erhalten. So kann beispielsweise über eine Mehrzahl von galvanischen Zellen innerhalb des Gehäuses eine Spannung von mindestens ca. 12 V, 18 V, 24 V, 36 V, 48 V, 60 V oder mehr geliefert werden. Weiterhin kann beispielhaft eine Ladungsmenge von mindestens ca. 40 Ah (Amperestunden), 50 Ah, 60 Ah, 70 Ah, 80 Ah, 90 Ah, 100 Ah oder mehr ermöglicht werden. Der erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicher ist bevorzugt nicht auf diese beispielhaften Werte beschränkt. Insbesondere ist der durchschnittliche Fachmann in der Lage, die internen Komponenten entsprechend anzuordnen, um gewünschten Spannungen, Stromstärken und/oder Ladungsmengen eines einzelnen Energiespeichers zu erhalten. Die Endpole des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers sind vorzugsweise mit den internen Komponenten verbunden.
  • Durch das Gehäuse des erfindungsgemäßen Energiespeichers werden die internen Komponenten von ihrer Umgebung getrennt und geschützt. Das Gehäuse umfasst insbesondere einen Deckel, einen Boden und einen Mantel. Im Prinzip können zwei parallele ebene Seiten des Energiespeichers vorzugsweise als Deckel bzw. Boden betrachtet werden, unabhängig von der tatsächlichen Ausrichtung des Energiespeichers während der Benutzung. Der Deckel bezeichnet vorzugsweise einen Bereich des Gehäuses, der üblicherweise deckenwärts gerichtet ist, während der Boden vorzugsweise bodenwärts gerichtet ist und der zwischen dem Deckel und dem Boden angeordnete Mantel eine Mantelfläche des Gehäuses bildet.
  • Im Sinne der Erfindung bezeichnen die Anschlussöffnungen vorzugweise frei gelassene Bereiche des Gehäuses, insbesondere des Deckels und/oder des Bodens, die durch die gesamte Dicke des Gehäuses gehen. Durch die Anschlussöffnungen können die Endpole bevorzugt mit den internen Komponenten kontaktiert werden.
  • Die Endpole bezeichnen im erfindungsgemäßen Kontext bevorzugt die Bereiche, zwischen denen eine elektrische Spannung herrscht. Insbesondere sind die Endpole dazu eingerichtet, um darüber Spannungen, Stromstärken und/oder Ladungsmengen für einen oder mehrere elektrische Verbraucher abzugreifen. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, Endpole von mehreren elektrochemischen Energiespeichern miteinander zu verschalten, um erhöhte Spannungen, Stromstärken und/oder Ladungsmengen zu erhalten. Eine Verschaltung bezeichnet insbesondere eine elektrische Kontaktierung, wobei diese in Form einer Schaltungsart, z. B. Reihen-, Parallel- und/oder Mischschaltung, vorliegen kann. Ebenfalls kann es bevorzugt sein, einen elektrischen Verbraucher direkt mit einem oder mehreren der Endpole zu verbinden.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der elektrochemische Energiespeicher auch mehr als vier Endpole, beispielsweise fünf, sechs, sieben, acht oder mehr Endpole aufweisen, die in eine entsprechende Anzahl an Anschlussöffnungen integrierbar sind.
  • Darüber hinaus können in weiteren Ausführungsformen die Anschlussöffnungen in Flächen des Mantels vorliegen, in die die Endpole eingebracht werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist der Energiespeicher acht Anschlussöffnungen auf, wobei vier Anschlussöffnungen auf einem Deckel und vier Anschlussöffnungen auf einem Boden angeordnet sind. Dies ermöglicht eine zusätzliche Orientierungsflexibilität beim Stapeln und Kombinieren mehrerer Energiespeicher.
  • Vorzugsweise umfasst ein Endpol eine lösbare Verbindung, die in die Anschlussöffnung eingeführt und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers verbunden wird. Somit repräsentieren die Endpole Anschlussbereiche, über die elektrische Energie bereitgestellt werden kann.
  • Eine lösbare Verbindung bezeichnet im erfindungsgemäßen Kontext eine Verbindung, die insbesondere ohne Zerstörung des Gehäuses in die Anschlussöffnung eingebracht und/oder aus der Anschlussöffnung entfernt werden kann. Vorzugsweise ist die lösbare Verbindung eine Passfederverbindung, Stiftverbindung, Pressverbindung, bevorzugt eine Schraubenverbindung. Insbesondere Schraubenverbindungen haben sich im erfindungsgemäßen Kontext als sehr nützlich erwiesen, um die Endpole in die Anschlussöffnungen anzubringen. Dies liegt unter anderem daran, dass eine Schraubenverbindung als lösbare Verbindung von einem Nutzer besonders einfach und schnell eingebracht und/oder wieder entfernt werden kann.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung an einem Endbereich eine Griffkomponente aufweist, wobei zwischen der Griffkomponente und dem Gehäuse ein Bereich der lösbaren Verbindung vorliegt, der mit einer Sammelschiene kontaktierbar ist.
  • Vorteilhafterweise wird durch eine Griffkomponente ein besonders einfaches Anbringen und Entfernen der lösbaren Verbindung in die Anschlussöffnung ermöglicht. Durch die Griffkomponente am Endbereich der lösbaren Verbindung ist die Bedienung der lösbaren Verbindung vorteilhaft mühelos möglich. Dabei war es überraschend, dass durch die Ausgestaltung der lösbaren Verbindung mit einer Griffkomponente diese besonders schnell entfernt und/oder eingeführt werden kann. Dies wirkt sich besonders vorteilhaft auf das Verschalten von mehreren elektrochemischen Energiespeichern aus. Somit können vorteilhafterweise innerhalb kürzester Zeit mehrere elektrochemische Energiespeicher miteinander verschaltet werden, indem ein Nutzer die Griffkomponente greift und beispielsweise die lösbare Verbindung rausschraubt. Zu diesem Zweck verfügt die Griffkomponente vorzugsweise über eine oder mehrere Aussparungen am Umfang zur Aufnahme des Fingers oder Daumens des Benutzers. Durch mehrere solcher Aussparungen und/oder einen ausreichenden Durchmesser der Griffkomponente wird eine gute Griffigkeit erreicht. Außerdem kann eine minimale Kraft des Benutzers ein ausreichendes Drehmoment bieten, um die Griffkomponente abzuschrauben. Ein Schraubenschlüssel oder Schraubendreher ist daher vorteilhaft nicht erforderlich.
  • Daraufhin können mehrere elektrochemische Energiespeicher nach entsprechenden Wünschen eines Nutzers und/oder Bedarf miteinander verschaltet werden. Vorteilhafterweise werden somit keine zusätzlichen Werkzeuge benötigt, die ein Nutzer verwenden muss, um die lösbare Verbindung anzubringen und/oder zu entfernen. Dies erhöht vorteilhaft die Effizienz des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers erheblich.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass zwischen dem Gehäuse und der Griffkomponente ein Bereich der lösbaren Verbindung vorliegt, der mit einer Sammelschiene kontaktierbar ist. Durch die Sammelschiene kann somit die lösbare Verbindung elektrisch angeschlossen werden, sodass beispielsweise mehrere elektrochemische Energiespeicher miteinander verschaltet werden können. Durch die Sammelschiene können beispielsweise zwei Endpole von zwei elektrochemischen Energiespeichern miteinander elektrisch verbunden werden.
  • Im Sinne der Erfindung bezeichnet eine Sammelschiene (engl.: bus bar) eine schienenförmige Leitung zum Zusammenführen und Weiterleiten elektrischer Energie. Insbesondere kann eine Sammelschiene zwei Endpolen von verschiedenen Energiespeichern kontaktieren, um einen elektrischen Anschluss zwischen diesen zu ermöglichen. Dazu kann eine Sammelschiene bevorzugt zwei Öffnungen aufweisen, durch die die entsprechenden Endbereiche der lösbaren Verbindung, die mit internen Komponenten kontaktiert werden sollen, geführt werden können. Der entsprechende Endbereich kann vorzugsweise somit über eine Öffnung der Sammelschiene in eine Anschlussöffnung des Gehäuses eingebacht werden. Somit kann eine Sammelschiene vorzugsweise als Verbindungsstück aufgefasst werden, die eine elektrische Verbindung von mehreren Endpolen verschiedener Energiespeicher ermöglicht. Besonders vorteilhaft ist der Umstand, dass Sammelschienen in DIN-Größen verfügbar und auch kostengünstig erwerbbar sind. Insbesondere kann über die Größe der Sammelschienen der Abstand zwischen mehreren elektrochemischen Energiespeichern reguliert werden. In bevorzugten Ausführungsformen können beispielsweise mehrere Energiespeicher einen Abstand zueinander im mm-Bereich (Millimeter) oder im cm-Bereich (Zentimeter) haben. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen können die Sammelschienen eine derartige Größe aufweisen, sodass mehrere Energiespeichern press aneinander verbunden sind. Somit wirken sich Sammelschienen auch vorteilhaft auf die Kompaktheit einer Verschaltung mehrerer Energiespeicher aus. Insbesondere ist es vorteilhaft nicht notwendig, für eine Verschaltung einer Vielzahl von Energiespeichern Kabel einzusetzen.
  • Dabei ist es bevorzugt, dass die Griffkomponente an einem Endbereich der lösbaren Verbindung vorliegt. Dabei bezeichnet ein Endbereich einen Bereich, an dem die lösbare Verbindung endet bzw. aufhört. Vorzugsweise ist die lösbare Verbindung als länglicher, beispielsweise zylindrischer oder kegeliger Körper ausgestaltet (z. B. als Schraube) ausgeführt, der zwei Endbereiche aufweist. Der Endbereich, der gegriffen werden soll, weist bevorzugt eine Griffkomponente auf. Der andere Endbereich wird vorzugsweise in die Anschlussöffnung eingeführt und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers kontaktiert.
  • Eine Griffkomponente bezeichnet im Sinne der Erfindung eine Komponente, die vorzugsweise dem Zwecke dient, die lösbare Verbindung zu ergreifen und/oder halten, sodass die mechanische Bedienung der lösbaren Verbindung erleichtert wird. Vorzugsweise wird die Griffkomponente einhändig, insbesondere mit den Fingern, umgriffen. Die Kraftausübung kann bevorzugt durch Drehung um die Längsachse der lösbaren Verbindung und/oder durch Druckausübung erfolgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass die Griffkomponente dazu eingerichtet ist, die Sammelschiene an das Gehäuse einzuklemmen.
  • Vorteilhafterweise kann somit durch die Griffkomponente die Sammelschiene an das Gehäuse gedrückt werden, indem die lösbare Verbindung derart einbringbar ist, dass die Griffkomponente über eine Öffnung der Sammelschiene anliegt. Es war überraschend, dass die Griffkomponente vorteilhaft zwei Funktionen erfüllt. Einerseits kann durch die Griffkomponente besonders einfach ein Nutzer die lösbare Verbindung in die Anschlussöffnung einbringen- und/oder entfernen. Andererseits kann die Sammelschiene durch die Griffkomponente an das Gehäuse stabilisiert und ebenfalls fixiert werden, sodass vorteilhaft eine zuverlässige Anbindung der Sammelschiene ermöglicht wird. Somit stellt eine lösbare Verbindung mit einer Griffkomponente, die in die Anschlussöffnung angebracht werden kann, einen enormen Fortschritt dar, da auf unhandliche Werkzeuge, wie z. B. Klemmzangen, Kabel, Kabelklemmen etc. verzichtet werden kann. Vorteilhafterweise liegen keine beweglichen und/oder losen Kabel vor, die unpraktisch sind und für den Betrieb des elektrochemischen Energiespeichers eine Gefahr darstellen könnten, wie beispielsweise durch Bewegungen und/oder Erwärmungen. Durch die Griffkomponente an einem Endbereich der lösbaren Verbindung kann vorteilhaft die Sammelschiene langanhaltend an das Gehäuse platziert werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass die Griffkomponente ein elektrisch isolierendes Material umfasst, wobei bevorzugt das elektrisch isolierende Material ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Kunststoff, Gummi, Keramik und/oder Glas.
  • Es war überraschend, dass die genannten Materialien sich besonders gut eignen, um die Griffkomponente bereitzustellen. Insbesondere war es unerwartet, dass die genannten Materialien für einen besonders hohen Komfort beim Griff während des Einbringens und/oder Entfernens der lösbaren Verbindung bietet. Zeitgleich sind die genannten Materialien elektrisch isolierend, sodass mittels der Griffkomponente die Sammelschiene oder zumindest ein Teil davon elektrisch abgeschirmt wird. Vorteilhafterweise wird somit verhindert, dass eine Gefahr ausgeht, wenn ein Nutzer die Sammelschiene und/oder die Griffkomponente berührt.
  • Es ist bevorzugt, dass der elektrochemische Energiespeicher eine rotationssymmetrische Form hat, insbesondere bei einer Drehung um 180° in einer Querrichtung (d.h. eine z-Richtung, die den Deckel und den Boden überspannt) und/ oder einer Längsrichtung (d.h. eine x-Richtung oder y-Richtung, die eine Länge oder Breite des Energiespeichers überspannt). Es ist auch bevorzugt, dass die Form des Energiespeichers tessellierend oder mosaikartig gestaltet ist, d. h., dass er sich eng an andere, gleich geformte Energiespeicher anschmiegt. Hierdurch kann vorteilhaft eine enorme Platzersparnis und Kompaktheit erreicht werden.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist, wobei der Deckel und der Boden viereckig sind.
  • Vorteilhafterweise ist durch die vorzugsweise quaderförmige Ausgestaltung der elektrochemische Energiespeicher besonders einfach packbar und/oder stapelbar. So können vorteilhaft die elektrochemischen Energiespeicher horizontal nebeneinander angeordnet werden. Dazu werden bevorzugt mehrere elektrochemischen Energiespeicher mit ihren Mantelflächen nebeneinander angeordnet. Insbesondere im Falle einer Quaderform weist neben dem Deckel und Boden der Mantel viereckige Flächen auf, was sich vorteilhaft auf eine besonders einfache Aneinanderreihung auswirkt. Insbesondere können mehrere elektrochemische Energiespeicher horizontal dicht aneinander angeordnet werden, bevorzugt indem viereckige Mantelflächen einander berühren. Der Abstand zwischen mehreren elektrochemischen Energiespeichern hängt vorzugsweise mit der Größe der Sammelschiene zusammen. Ebenso können vorteilhafterweise durch die bevorzugt quaderförmige Ausgestaltung mehrere elektrochemische Energiespeicher vertikal angeordnet werden. Hierbei können bevorzugt die Endpole derart miteinander verbunden werden, dass beispielsweise die Endpole am Deckel eines ersten elektrochemischen Energiespeichers am mit den Endpolen am Boden eines zweiten elektrochemischen Energiespeichers miteinander verbunden sind. So kann vorteilhaft auch eine Stapelung mehrerer elektrochemischer Energiespeicher in vertikaler Richtung besonders kompakt und robust ausgestaltet werden. Hierbei war es überraschend, dass die bevorzugte Quaderform des elektrochemischen Energiespeichers in Kombination mit den bevorzugt vier Anschlussöffnungen am Deckel und/oder am Boden des Gehäuses zu besonders platzsparenden Verschaltungsmöglichkeiten führt.
  • Besonders vorteilhaft ist die im Wesentlichen quaderförmige Ausgestaltung des Gehäuses in Kombination mit den bevorzugten Sammelschienen, die vorzugsweise einheitliche Größen aufweisen. Vorteilhafterweise können die Endpole miteinander über die Sammelschienen unabhängig von ihrer Ausrichtung angeordnet werden. Durch die Symmetrie eines Quaders kann vorzugsweise durch eine Drehung um 180° besonders einfach beispielsweise eine Reihenschaltung in eine Parallelschaltung umgewandelt werden oder umgekehrt. Insbesondere kann beispielsweise eine Verbindung zwischen einem Minus-Endpol und einem Plus-Endpol einfach und effizient durch eine Drehung zu einer Verbindung zwischen einem Minus-Endpol und einem Minus-Endpol umgeändert werden.
  • Begriffe wie im Wesentlichen, ungefähr, etwa, ca. etc. beschreiben bevorzugt einen Toleranzbereich von weniger als ± 40 %, bevorzugt weniger als ± 20 %, besonders bevorzugt weniger als ± 10 %, noch stärker bevorzugt weniger als ± 5 % und insbesondere weniger als ± 1% und umfassen stets den exakten Wert.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Schlitz aufweist, wobei der Schlitz dazu eingerichtet ist, dass eine Stabilisierungskomponente, bevorzugt ein Gurt, durch den Schlitz einführbar ist.
  • Überraschenderweise konnte durch die Stabilisierungskomponente, welche in dem bevorzugten Schlitz des Gehäuses einführbar ist, in Kombination mit bevorzugten Sammelschienen eine besonders stabile und robuste Anordnung und/oder Stapelung mehrerer elektrochemischer Energiespeicher ermöglicht werden. So wurde festgestellt, dass beispielsweise während der Fortbewegung eines Automobils eine besonders vibrationsarme Anordnung und/oder Stapelung mehrerer elektrochemischer Energiespeicher erreicht werden kann. Die Verringerung der Vibration durch den Einsatz einer Stabilisierungskomponente in einen Schlitz war erheblich größer, als man aus der Summe einer möglichen Stabilisierung durch die Sammelschiene und der in dem Schlitz einführbare Stabilisierungskomponente erwarten konnte. Hierdurch wird vorteilhaft ein synergistischer Effekt hervorgebracht, da eine unerwartet große Vibrationsfestigkeit erlangt werden konnte. Dies erhöht vorteilhaft die Zuverlässigkeit und die Sicherheit der eingesetzten elektrochemischen Energiespeicher, da bei evtl. starken Erschütterungen eine Verbindung zwischen mehreren Energiespeichern nicht unterbrochen wird.
  • Ebenfalls ist es vorteilhaft, dass keine zusätzlichen Elemente benötigt werden, die lose an den Gehäusen einer Mehrzahl an Energiespeichern vorliegen. Stattdessen wird vorteilhaft eine sehr kompakte und zeitgleich zuverlässige Anordnung ermöglicht, die besonders sicher ist.
  • Im Sinne der Erfindung bezeichnet ein Schlitz eine Öffnung, die entlang des Gehäuses vorliegt. In bevorzugten Ausführungsformen weist das Gehäuse 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 12, 15, 20, 50 oder mehr Schlitze auf. So können sich beispielsweise zwei Schlitze gegenüber und/oder zwischen den Endpolen angeordnet sein. Vorzugsweise ist der Schlitz am Gehäuse selbst integriert. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann der Schlitz durch eine Komponente bereitgestellt werden, die eine Öffnung aufweist, durch die eine oder mehrere Stabilisierungskomponenten einführbar sind.
  • Mit einer Stabilisierungskomponente ist vorzugsweise eine Komponente gemeint, die durch den Schlitz einführbar ist. Bevorzugt ist die Stabilisierungskomponente dazu eingerichtet, mehrere elektrochemische Energiespeicher zu stabilisieren. Daher ist es bevorzugt, dass die Stabilisierungskomponente eine Länge aufweist, die einem Vielfachen einer Längs- und/oder Querachse des Gehäuses entspricht.
  • In bevorzugten Ausführungsformen ist die Stabilisierungskomponente ein Gurt. Ein Gurt bezeichnet insbesondere eine längliche und/oder flache Komponente, die durch den Schlitz eingeführt werden kann. Vorteilhafterweise sorgen Gurte für eine besonderes sichere und robuste Anordnung von mehreren Energiespeichern. Darüber hinaus sind Gurte besonders kostengünstig bereitzustellen und/oder zu erwerben, was sich vorteilhaft auf die Wirtschaftlichkeit des elektrochemischen Energiespeichers auswirkt. Die Stabilisierungskomponente, vorzugsweise ein Gurt, ermöglicht vorteilhafterweise mit den vorhanden Schlitzen ein leichtes Tragen des elektrochemischen Energiespeichers. Es war überraschend, dass das Tragen hierbei besonders erleichtert und somit der bevorzugte elektrochemische Energiespeicher von dem Nutzer besonders effizient genutzt werden konnte.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher mit einer Kommunikationseinheit datenverbunden ist.
  • Vorteilhafterweise können Daten über den elektrochemischen Energiespeicher durch die Kommunikationseinheit an ein mobiles Endgerät versendet werden. Ein mobiles Endgerät kann beispielsweise ein Smartphone, ein Tablet und/oder ein ähnliches Gerät sein. Vorteilhaft ist somit ein Ausbau und/oder ein Abklemmen des elektrochemischen Energiespeichers nicht erforderlich, um Informationen über den Zustand des Energiespeichers zu erhalten. Dies verringert erheblich die Zeit, um Zustandsinformationen des elektrochemischen Energiespeichers zu erhalten. Der im Stand der Technik übliche Fall, die Energiespeicher auszubauen und/oder abzuklemmen beansprucht mehrere Minuten. Hingegen kann durch die Kommunikationseinheit ein im Wesentlichen unmittelbarer Informationserhalt erfolgen. Somit kann vorteilhaft und effizient eine besonders zuverlässige Überwachung des elektrochemischen Energiespeichers ermöglicht werden. Weiterhin kann vorteilhaft die Überwachung langanhaltend, d. h. über eine dauerhafte Zeit, erfolgen. Zudem können Daten über den Zustand des elektrochemischen Energiespeichers vorteilhaft über große Distanzen übermittelt werden. Der konkrete Standort der elektrochemischen Energiespeicher und des Überwachers spielt vorteilhaft keine Rolle mehr.
  • Daten über den Zustand des elektrochemischen Energiespeichers können vorzugsweise ausgewählt sein aus einer Gruppe umfassend Ladekapazität, Spannung, Stromstärke, Elektrolytmenge und/oder den Erhaltungszustand des elektrochemischen Energiespeichers.
  • Eine Kommunikationseinheit bezeichnet im Sinne der Erfindung bevorzugt eine Einrichtung zum Übertragen, insbesondere zum Senden und/oder Empfangen von Daten. Die Übertragung erfolgt bevorzugt durch elektromagnetische Wellen, wobei der Bereich des genutzten Frequenzbands je nach Anwendung und verwendeter Technik von wenigen Hertz (Niederfrequenz) bis hin zu mehreren hundert Terahertz variieren kann, wobei beispielsweise folgende Datenübertragungsverfahren genutzt werden können: Bluetooth, WLAN, ZigBee, NFC, Wibree, WiMAX und/oder zelluläre Mobilfunknetze wie GSM und UMTS (im besonderen LTE-M und NBloT) im Radiofrequenzbereich sowie IrDA und optischer Richtfunk (FSO) im infraroten bzw. optischen Frequenzbereich.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfasst, bevorzugt einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator.
  • Ein Lithium-Ionen-Akkumulator bezeichnet bevorzugt einen Akkumulator, der auf Basis von Lithium eine Stromzufuhr ermöglicht. Dabei kann Lithium, insbesondere Lithium-Ionen, an den Elektroden und/oder im Elektrolyt vorliegen.
  • In weiteren bevorzugten Ausführungsformen ist der elektrochemische Energiespeicher Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator. Insbesondere ein Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator in Kombination mit den vier Anschlussöffnungen führten zu enormen, zeitgleich überraschenden Effekten.
  • Beispielsweise war es überraschend, dass eine besonders hohe Sicherheit ermöglicht wurde. Obwohl der Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator mit Lithium und/oder einen brennbaren Elektrolyt befüllt sein kann, übersteht er unerwarteterweise besonders gut hohe Temperaturen, Überladungen, Kurzschlüsse und/oder mechanische Beschädigungen. Somit kann eine besonders langanhaltende und zuverlässige Betriebstauglichkeit durch den Einsatz eines Lithium-Eisenphosphat-Akkumulators bereitgestellt werden.
  • Insbesondere die Gefahr der Überhitzung konnte durch den Einsatz eines Lithium-Eisenphosphat-Akkumulators kombiniert mit den in den vier Anschlussöffnungen einbringbaren Endpolen besonders stark minimiert werden. Insbesondere kann durch den Einsatz eines Lithium-Eisenphosphat-Akkumulators ein Betrieb bei verschiedenen und unterschiedlichen Temperaturbereichen ermöglicht werden. Sowohl bei tieferen als auch bei höheren Temperaturen konnte eine Betriebstauglichkeit festgestellt werden, sodass vorteilhaft der elektrochemische Energiespeicher gegenüber der Lagetemperatur besonders unempfindlich ist.
  • Weiterhin kann vorteilhaft eine besonders lange Lebensdauer erreicht werden, wobei beispielsweise nach ca. 4000 Ladezyklen eine Restkapazität von ca. 80 % festgestellt werden konnte, was besonders vorteilhaft und völlig unerwartet war. Somit wurde eine besonders hohe Zyklenfestigkeit erreicht.
  • Vorteilhafterweise bietet der Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator auch eine besonders geeignete ökologische Alternative, da auf giftige Schwermetalle, wie z. B. Nickel, Kadmium und/oder Kobalt, verzichtet werden kann. Dies wirkt sich ebenfalls begünstigend auf die Verwendung eines Nutzers aus, der entsprechend keiner Gefahr ausgesetzt wird, mit solchen giftigen Substanzen in Kontakt zu kommen.
  • Der Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator bezeichnet eine bestimmte Ausführung eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Die positive Elektrode umfasst bevorzugt Lithium-Eisenphosphat, während die negative Elektrode Graphit aufweist.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der elektrochemische Energiespeicher dadurch gekennzeichnet, das Gehäuse ein Material umfasst ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) und/oder Polyethylen (PE).
  • Diese Materialien weisen vorteilhaft geeignete thermische, elektrische isolierende und/oder mechanische Eigenschaften auf, um die internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers effizient und dauerhaft zu schützen. Gleichzeitig sind sie vorteilhaft besonders leicht und kostengünstig zu verarbeiten. So konnten überraschenderweise besonders einfach, ohne erheblichen Aufwand, die Anschlussöffnungen in das Gehäuse integriert werden. Die Materialauswahl des Gehäuses wirkte sich somit besonders effektiv auf die Bereitstellung des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers aus.
  • In einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung umfassend einen ersten und einen zweiten elektrochemischen Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrochemische Energiespeicher und der zweite elektrochemische Energiespeicher vertikal und/oder horizontal miteinander verbunden sind.
  • Es war überraschend, dass mithilfe des erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers ein System bereitgestellt werden konnte, welches besonders effizient elektrische Verbraucher mit elektrischem Strom versorgen kann. So kann vorteilhaft durch eine vertikale und/oder horizontale Anordnung ein besonders kompaktes System ermöglicht werden. Es war unerwartet, dass das erfindungsgemäße System wenig Stauraum benötigt, um elektrische Energie für Verbraucher bereitzustellen. Das erfindungsgemäße System eignet sich besonders gut, um beispielsweise in einem Innenraum, einem Hubraum und/oder in einem Kofferraum eingebracht werden kann.
  • So können mehrere elektrochemische Energiespeicher aufeinander gestapelt werden, d. h. eine vertikale Anordnung, um eine im Wesentlichen senkrechten Aufbau des Systems zu erhalten. Ebenfalls können vorteilhaft mehrere elektrochemische Energiespeicher nebeneinander angeordnet werden, d. h. eine horizontale Anordnung, um einen im Wesentlichen waagerechten Aufbau zu erhalten. Insbesondere können vorteilhaft mehrere elektrochemische Energiespeicher eng aneinander aufgestellt werden, sodass kein zusätzlicher Platz eingenommen werden muss. Besonders bevorzugt können auch mehrere elektrochemische Energiespeicher press aneinander aufgestellt werden. Vorteilhafterweise konnte durch eine horizontale und/oder vertikale Anordnung der Energiespeicher einen besonders ästhetischen Block umfassend mindestens zwei elektrochemische Energiespeicher bereitgestellt werden, die besonders effizient für elektrische Verbraucher genutzt werden können.
  • Im erfindungsgemäßen Kontext betrifft das System vorzugsweise eine Mehrzahl der elektrochemischen Energiespeicher. Insbesondere betrifft das System mindestens zwei elektrochemische Energiespeicher. Die mindestens zwei Energiespeicher für das System werden vorzugsweise als erster und als zweiter elektrochemischer Energiespeicher bezeichnet. In weiteren bevorzugten Ausführungsformen kann das System auch mehr als zwei Energiespeicher aufweisen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das System dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrochemische Energiespeicher mit dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher über mindestens eine Sammelschiene miteinander verbunden sind, wobei eine Sammelschiene dazu eingerichtet ist, einen Endpol des ersten elektrochemischen Energiespeichers mit einem weiteren Endpol des zweiten elektrochemischen Energiespeichers zu verbinden.
  • Vorteilhafterweise ist die Verbindung mindestens zweier Energiespeicher durch eine Sammelschiene besonders sicher, da auf eine elektrische Verbindung über Kabel verzichtet wird. Kabel können sich besonders nachteilig insbesondere im Hinblick während einer Aufladung auf die Betriebstüchtigkeit von Energiespeichern auswirken. Eine große Gefahr stellt auch ein möglicher Kabelbrand dar. Die aus dem Stand der Technik bekannten Nachteile werden insbesondere durch die elektrische Kontaktierung mehrerer erfindungsgemäßer elektrochemischer Energiespeicher durch Sammelschienen beseitigt. Die Sammelschienen verhindern überraschenderweise zuverlässig Gefahren, wie beispielsweise einen Brand, da sie an die auftretenden Bedingungen angepasst sind.
  • Auch auf die Verstauung des erfindungsgemäßen Systems wirkt sich der Einsatz von Sammelschienen besonders vorteilhaft aus, da sie keinen zusätzlichen Platz einnehmen.
  • Stattdessen kontaktieren sie besonders simpel einen Endpol des ersten elektrochemischen Energiespeichers mit einem weiteren Endpol des zweiten elektrochemischen Energiespeichers. Insbesondere verlaufen die Sammelschienen im Wesentlichen entlang der Gehäuse der Energiespeicher, während beispielsweise Kabel im Stand der Technik über den Gehäusen hinausragen können, was sich auf die Kompaktheit ebenfalls nachteilig ausgewirkt hat. Somit wirkt sich auch der Einsatz von Sammelschienen vorteilhaft auf die Kompaktheit und Robustheit des Systems aus. Dabei können die Mantelflächen der Energiespeicher aneinandergestellt werden, insbesondere zur Bereitstellung einer waagerechten Anordnung. Vorzugsweise können mehrere Energiespeicher press zueinander aufgestellt werden, d. h. besonders eng durch eine Berührung. Dabei können sich Flächen des Mantels und/oder der Deckel und der Boden mehrerer Energiespeicher berühren. Insbesondere ist es möglich, auf dem Deckel des ersten Energiespeichers einen Boden des zweiten Energiespeichers aufzustellen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das System dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrochemische Energiespeicher einen Schlitz und der zweite elektrochemische Energiespeicher einen weiteren Schlitz aufweist, wobei der Schlitz des ersten elektrochemischen Energiespeichers und der weitere Schlitz des zweiten elektrochemischen Energiespeichers dazu eingerichtet sind, dass eine Stabilisierungskomponente, bevorzugt ein Gurt, durch sie hindurch einführbar ist.
  • Vorteilhafterweise wird durch den Einsatz einer Stabilisierungskomponente das System auf eine besonders zuverlässige Weise stabilisiert. Weiterhin kann vorteilhaft das System umfassend mindestens zwei elektrochemische Energiespeicher besonders sicher fixiert werden. Dabei war die Stabilisierung des Systems deutlich höher, als man es erwarten würde, wenn man die Stabilisierungswirkung durch die Sammelschiene und die Stabilisierungskomponente einzeln betrachtet. Vorteilhafterweise konnte somit insbesondere durch die Stabilisierungskomponente und die Sammelschiene in Kombination ein synergistischer Effekt erzielt werden. So war es überraschend, dass beispielsweise während der Fortbewegung eines Wohnmobils ein besonders vibrationsarmes System bereitgestellt werden konnte, um elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das System dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei elektrochemischen Energiespeicher in einer Reihenschaltung, Parallelschaltung und/oder Mischschaltung miteinander verschaltet sind.
  • Um eine höhere Spannung zu erhalten, können die elektrochemischen Energiespeicher in einer Reihenschaltung miteinander verschaltet werden. Hierbei wird ein Plus-Endpol des ersten Energiespeichers mit dem Negativ-Endpol des zweiten Energiespeichers bevorzugt durch die Sammelschiene miteinander verbunden. Bei der Reihenschaltung fließt der gleiche Strom durch alle elektrochemischen Energiespeicher. Um eine höhere Stromstärke zu erreichen, können die elektrochemischen Energiespeicher durch eine Parallelschaltung miteinander verschaltet werden. Dabei wird ein Plus-Endpol des ersten elektrochemischen Energiespeichers mit dem Plus-Endpol des zweiten Energiespeichers verbunden.
  • Dabei war es überraschend, dass besonders einfach zwischen einer Reihen- und Parallelschaltung gewechselt werden konnte, je nach Wunsch eines Nutzers und/oder Notwendigkeit des elektrischen Verbrauchers. Vorteilhafterweise ist es durch die Anordnung der vier Endpole ein Wechsel zwischen Reihen- und Wechselschaltung möglich, indem einer der elektrochemischen Energiespeicher um 180° gedreht wird.
  • Wenn sowohl mehr Strom als auch mehr Spannung benötigt wird, kann ebenfalls besonders einfach eine Mischschaltung bereitgestellt werden. Eine Mischschaltung bezeichnet insbesondere eine elektrische Schaltung, die Anteile einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung aufweist.
  • Der durchschnittliche Fachmann erkennt, dass technische Merkmale, Definitionen und Vorteile bevorzugter Ausführungsformen, welche für den erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicher gelten, genau für das System umfassend den ersten und den zweiten elektrochemischen Energiespeicher gelten und umgekehrt. Insbesondere gelten die Erläuterungen auch für ein System umfassend mehr als zwei elektrochemische Energiespeicher.
  • Die erfindungsgemäßen Aspekte sollen im Folgenden anhand von Beispielen näher erläutert werden, ohne auf diese Beispiele beschränkt zu sein.
  • FIGUREN
  • Figurenliste
    • 1 Schematische Draufsicht einer bevorzugten Ausführungsform des elektrochemischen Energiespeichers
    • 2 Bevorzugte Anordnungen von Systemen umfassend mehrere elektrochemische Energiespeicher
    • 3 Schematische Darstellung von bevorzugten Übergangsmöglichkeiten zwischen einer Parallel- und einer Reihenschaltung
    • 4 Bevorzugte Anordnungen eines Systems umfassend mehrere elektrochemische Energiespeicher
    • 5 Bevorzugte Ausführungsform eines Endpols
  • Detaillierte Beschreibung der Figuren
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung einer bevorzugten Ausführungsform eines elektrochemischen Energiespeichers 1. Der elektrochemische Energiespeicher 1 weist vier Anschlussöffnungen auf, in die entsprechend vier Endpole 3 angeordnet sind. Zur Kennzeichnung der Endpole 3 wurde ein Pluszeichen oder ein Minuszeichen umkreist eingezeichnet. Die Endpole 3 sind derart anordnet, dass sie sich im Wesentlichen endseitig an den Seiten des Deckels des Gehäuses befinden. Ebenfalls sind zwei Schlitze 11 abgebildet, durch die eine Stabilisierungskomponente, beispielsweise ein Gurt, geführt werden kann. Dadurch kann ein besonders stabiler Halt und eine überaus langanhaltende Fixierung mehrerer elektrochemischer Energiespeicher 1 ermöglicht werden.
  • 2 bevorzugte Anordnungen von mehreren elektrochemischen Energiespeichern 1, um ein System bereitzustellen. In 2A wird gezeigt, dass mehrere elektrochemische Energiespeicher 1 über Sammelschienen 11 miteinander verbunden werden. In diesem Ausführungsbeispiel sind drei elektrochemische Energiespeicher 1 aneinander über ihre Längsachsen elektrisch und mechanisch durch die Sammelschienen 11 miteinander kontaktiert. In 2B wird die Möglichkeit gezeigt, dass die elektrochemischen Energiespeicher 1 auch über ihre Querseiten miteinander durch Sammelschienen 11 verbunden werden können. Vorteilhafterweise ist es somit möglich, je nach Bauraum die elektrochemischen Energiespeicher 1 flexibel hinsichtlich der Positionierung anzuordnen, sowohl über ihre Längs- als auch ihre Querseiten.
  • In 3 wird schematisch gezeigt, dass eine Reihen- und eine Parallelschaltung besonders einfach mit einer Mehrzahl von elektrochemischen Energiespeichern 1 ermöglicht werden können.
  • Im Falle einer Parallelschaltung (linke Seite) werden die elektrochemischen Energiespeicher 1 derart miteinander verschaltet, dass gleichnamige Endpole 3 miteinander durch Sammelschienen 11 kontaktiert werden, d. h. Plus-Endpol an Plus-Endpol und Minus-Endpol an Minus-Endpol. Im vorliegenden Ausführungsbeispiels beträgt die Spannung eines einzelnen elektrochemischen Energiespeichers 1 12 V (Volt). Bei einer Verschaltung zu einer Parallelschaltung bleibt die Gesamtspannung gleich, allerdings wird die Stromstärke, insbesondere die Ladungsmenge addiert. Vorliegend hat ein Energiespeicher eine Ladungsmenge von 100 Ah (Amperestunden) auf, sodass bei drei elektrochemischen Energiespeichern 1 insgesamt 300 Ah bereitgestellt werden können.
  • Bei einer Reihenschaltung (rechte Seite) werden die elektrochemischen Energiespeicher durch die Verbindung über wechselseitige Endpole miteinander verschaltet, d.h. Plus-Endpol and Minus-Endpol und umgekehrt. Hierbei bleibt der Strom und damit auch die Ladungsmenge konstant, jedoch wird die Spannung der einzelnen Energiespeicher 1 miteinander addiert. Somit ergibt sich im vorliegenden Fall insgesamt eine Ladungsmenge von 100 Ah und eine Spannung von 36 V.
  • Über den geschwungenen Pfeil in der Mitte soll verdeutlich werden, dass es mithilfe der erfindungsgemäßen Anordnung der vier Endpolen 3 umfassend eine lösbare Verbindung 5 besonders einfach zwischen einer Reihen- und Parallelschaltung gewechselt werden kann. So können die elektrochemischen Energiespeicher 1 um 180° gedreht werden, um eine unterschiedliche Polung und damit eine unterschiedliche Art der Schaltung zu erhalten.
  • In 4 wird eine Verschaltung von mehreren elektrochemischen Energiespeichern 1 gezeigt, die sowohl an ihren Längs- als auch an ihren Querachsen miteinander verschaltet sind. Vorteilhafterweise ist das System somit nicht beschränkt an äußerlichen räumlichen Gegebenheiten des Bauraums, da diverse Anordnungsmöglichkeiten hinsichtlich der Positionierung möglich sind. Da die Endpole 3 eine lösbare Verbindung 5 aufweisen, liegt eine besonders handliche Flexibilität vor, was besonders effizient für einen Nutzer ist.
  • In 5 wird ein Ausführungsbeispiel eines Endpols 3 dargestellt. Hierbei wird auch eine Griffkomponente 7 gezeigt, die an einem Endbereich der lösbaren Verbindung 5 vorliegt. Vorliegend ist die lösbare Verbindung 5 eine Schraubenverbindung. Hierdurch kann ein Nutzer den Endpol 3 besonders einfach in die Anschlussöffnung rein- und/oder rausdrehen.
  • Insbesondere kann dies mit den Händen erfolgen, indem der Nutzer lediglich den Endpol 3 über die Griffkomponente 7 greift. Vorteilhaft sind keine Werkzeuge oder sonstigen zusätzlichen Vorrichtungen nötig. Stattdessen können bequem handhabbar die Endpole gelöst werden, um verschiedene Anordnungen von Stromquellen für einen oder mehrere elektrische Verbraucher bereitzustellen. Das Pluszeichen an der Griffkomponente 7 soll symbolisieren, dass dies ein Plus-Endpol ist.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Elektrochemischer Energiespeicher
    3
    Endpol
    5
    Lösbare Verbindung
    7
    Griffkomponente
    9
    Sammelschiene
    11
    Schlitz
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2538520 B1 [0010]
    • DE 202020103503 U1 [0011]

Claims (13)

  1. Elektrochemischer Energiespeicher (1) umfassend ein Gehäuse, wobei das Gehäuse einen Deckel, einen Boden und einen Mantel aufweist, wobei der Mantel zwischen dem Boden und dem Deckel angeordnet vorliegt, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher (1) auf dem Deckel und/oder dem Boden vier Anschlussöffnungen aufweist, wobei jeweils zwei Anschlussöffnungen (3) auf gegenüberliegenden Seiten des Deckels und/oder des Bodens eingebracht sind sowie vier Endpole (3) in die vier Anschlussöffnungen integrierbar sind, wobei jeweils ein Endpol (3) eine lösbare Verbindung (5) umfasst und mit internen Komponenten des elektrochemischen Energiespeichers (1) über jeweils eine Anschlussöffnung (3) kontaktierbar ist.
  2. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass die lösbare Verbindung (5) an einem Endbereich eine Griffkomponente (7) aufweist, wobei zwischen der Griffkomponente (7) und dem Gehäuse ein Bereich der lösbaren Verbindung (5) vorliegt, der mit einer Sammelschiene (9) kontaktierbar ist.
  3. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die Griffkomponente (7) dazu eingerichtet ist, die Sammelschiene (9) an das Gehäuse einzuklemmen.
  4. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 und/oder 3 dadurch gekennzeichnet, dass die Griffkomponente (7) ein elektrisch isolierendes Material umfasst, wobei bevorzugt das elektrisch isolierende Material ausgewählt ist aus einer Gruppe umfassend Kunststoff, Gummi, Keramik und/oder Glas.
  5. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse im Wesentlichen quaderförmig ausgestaltet ist, wobei der Deckel und der Boden viereckig sind.
  6. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse einen Schlitz (11) aufweist, wobei der Schlitz (11) dazu eingerichtet ist, dass eine Stabilisierungskomponente, bevorzugt ein Gurt, durch den Schlitze (11) einführbar ist.
  7. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher (1) mit einer Kommunikationseinheit datenverbunden ist.
  8. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der elektrochemische Energiespeicher (1) einen Lithium-Ionen-Akkumulator umfasst, bevorzugt einen Lithium-Eisenphosphat-Akkumulator.
  9. Elektrochemischer Energiespeicher (1) nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse ein Material umfasst ausgewählt aus einer Gruppe umfassend Acrylnitril-Butadien-Styrol (ABS), Polypropylen (PP), Polycarbonat (PC) und/oder Polyethylen (PE).
  10. System umfassend einen ersten und einen zweiten elektrochemischen Energiespeicher nach einem oder mehreren der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrochemische Energiespeicher und der zweite elektrochemische Energiespeicher vertikal und/oder horizontal miteinander verbunden sind.
  11. System nach dem vorherigen Anspruch dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrochemische Energiespeicher mit dem zweiten elektrochemischen Energiespeicher über mindestens eine Sammelschiene (9) miteinander verbunden sind, wobei eine Sammelschiene (9) dazu eingerichtet ist, einen Endpol (3) des ersten elektrochemischen Energiespeichers mit einem weiteren Endpol (3) des zweiten elektrochemischen Energiespeichers zu verbinden.
  12. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 10 und/oder 11 dadurch gekennzeichnet, dass der erste elektrochemische Energiespeicher einen Schlitz (9) und der zweite elektrochemische Energiespeicher einen weiteren Schlitz (9) aufweist, wobei der Schlitz (9) des ersten elektrochemischen Energiespeichers und der weitere Schlitz (9) des zweiten elektrochemischen Energiespeichers dazu eingerichtet sind, dass eine Stabilisierungskomponente, bevorzugt ein Gurt, durch sie hindurch einführbar ist.
  13. System nach einem oder mehreren der Ansprüche 10, 11 und/oder 12 dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei elektrochemischen Energiespeicher in einer Reihenschaltung, Parallelschaltung und/oder Mischschaltung miteinander verschaltet sind.
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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE202020103503U1 (de) 2020-06-18 2021-09-22 Varta Microbattery Gmbh Batteriemodul mit Luftkühlung

Patent Citations (2)

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EP2538520B1 (de) 2011-06-20 2016-04-20 Metroplan Process Management GmbH Batteriespeicherwerk
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