JP2016507872A - 船艇用の再充電可能バッテリーユニット - Google Patents

Abstract

本発明は、再充電可能バッテリーセルを形成するために保持装置によって相互接続される複数の再充電可能バッテリー要素（１０）を有する、特に船艇用の再充電可能バッテリーユニットであって、前記保持装置は、レセプタクル（２１．１、２２．１）を形成する少なくとも１つのホルダー（２０）を含み、これらレセプタクルによって、再充電可能バッテリー要素は電極端部の領域に保持される、再充電可能バッテリーユニットに関する。再充電可能バッテリー要素の少なくとも一部は、それらの電極（１１、１２）の領域において電極コネクター（３０）によって互いに電気的に結合される。上述の種類の構造によって、空間をほとんど必要としない強力な再充電可能バッテリーユニットを可能にし、かつその再充電可能バッテリーセルは、エネルギー密度および／または電圧を変化させるために、カスケード式に配置され得る。前記再充電可能バッテリーユニットは、特に、モータ駆動の船艇で使用するのに好適である。

Description

本発明は、複数の再充電可能バッテリーを有する、船艇用の再充電可能バッテリーユニットであって、これら再充電可能バッテリーは、再充電可能バッテリーセルを形成するためにホルダー装置によって互いに接続され、かつ電極コネクターによって互いに電気的に結合されている、再充電可能バッテリーユニットに関する。

独国特許第１０２００４０４９６１５Ｂ４号明細書には、船体に流路を形成しかつ電気モータが配置されている船艇が開示されている。電気モータは、駆動軸によってプロペラを駆動する。プロペラは、流路にある取水口を通して水を引き、前記水を加速させ、および船体の後方領域の後部において前記水を吐き出すため、ジェット推進が形成される。モータには、再充電可能バッテリーユニットによってパワーが供給されている。船艇の船体は、使用者の上半身によって、使用者が少なくとも部分的に船体上に支持され得るように、形成される。この種の船艇は、水面上および水面下での双方の走行に好適であり、それゆえ、ダイビング用そりとして使用できる。

独国特許第１０２００５００１８１７Ｂ４号明細書には、船艇の電気部品がバスシステムによって駆動され得る制御電子機器システムが開示されている。特に、再充電可能バッテリーユニットはまた、このバスシステムに接続される。

船体においては空間が限定されていることを考慮して、この種の船艇では、可能な限り小さい構成要素を使用することが必要である。さらに、これらのユニットはまた、低固有重量を有する必要があり、これにより、水中にないときに船艇を運搬することが簡単になる。再充電可能バッテリーユニットは、可能な限り小さい設置空間で十分な電圧で高電力密度をもたらすようにされており、高い原動力を生成することができる。

本発明の目的は、複数の個々の再充電可能バッテリーのコンパクトな位置決めおよび相互接続が可能である、導入部で述べた種類の再充電可能バッテリーユニットを提供することである。

この目的は、請求項１に記載の再充電可能バッテリーユニットによって達成される。

本発明によれば、再充電可能バッテリーユニットは複数の再充電可能バッテリーを有し、これら複数の再充電可能バッテリーは、再充電可能バッテリーセルを形成するためにホルダー装置によって互いに接続され、かつ電極コネクターによって電気的に接続されている。ホルダー装置は、レセプタクルを形成する少なくとも１つのホルダーを有し、それらレセプタクルによって、再充電可能バッテリーは、電極端部の領域に保持される。

再充電可能バッテリーは、保持装置にコンパクトに組み込まれ、かつ標準化された方法で操作できる再充電可能バッテリーセルを形成できる。前記再充電可能バッテリーセルは、特に物理的に同一の別の再充電可能バッテリーセルと組み合わせることができ、ここでは、セル配列によってもたらされる電力密度および／または電圧が、再充電可能バッテリーがどのように相互接続されるかに依存して、変更される。

本発明による配置構成は、さらに、ホルダーのレセプタクルを可変式に取り付けることによって電力密度を変更するオプションを提供する。

本発明の好ましい１つの変形例によれば、少なくとも２つの群の再充電可能バッテリーが、１つの再充電可能バッテリーセルに形成され、前記群はそれぞれ電極コネクターによって互いに並列接続されていることが提供され得る。

本発明によれば、再充電可能バッテリーユニットは、特に、好ましくは、保持装置が２つのホルダーを有し、これらホルダーは、それらのレセプタクルによって、個々の再充電可能バッテリーの反対電極をそれぞれ収容することを特徴とする。このようにして、電極は、ホルダーの領域に組み込まれ、および個々の再充電可能バッテリーの電極の単純な電気的な相互接続が可能となる。

レセプタクルがプラグレセプタクルの形態にあり、そこに、再充電可能バッテリーのシリンダー状ハウジングの端部が挿入されるようにされる場合には、特に単純な設計となる。この場合には、また、特に、低コストで得ることができる標準化した再充電可能バッテリーを取り付けることができる。

本発明の考えられる１つの改良例によれば、ホルダーが、再充電可能バッテリーの電極にアクセスできるようにする凹部または通路を有するようにし得る。

上述したように、２つ以上の再充電可能バッテリーセルは互いに整列され、かつ互いに電気的に結合され得る。この場合、ホルダーが整列要素を備え、それら整列要素によって、２つの再充電可能バッテリーセルの、互いに接して配置される２つのホルダーが、互いに整列され、特に、互いに一方向にインターロック式にしっかりと固定されるときに、好都合であることが分かった。このようにして、個々の再充電可能バッテリーセルは、位置的にしっかりと固定しかつ安定的に互いに関連付けられ得る。

互いに整列される複数の再充電可能バッテリーセル配列の場合には、隣接する再充電可能バッテリーセルは、２つの再充電可能バッテリーセルが互いに整列される領域外へのルートを作る接点を有する電極コネクターによって、単純な方法で電気的に相互接続され得る。その後、接点は、側面において、好適な電気接続によって互いにロックされ得る。

１つの再充電可能バッテリーセルの再充電可能バッテリーの群が、整列された第２の再充電可能バッテリーセルの再充電可能バッテリーの群に電気的に直列に接続されることが、特に好ましい。その結果、電圧がカスケード式に上がる。

少なくともいくつかの再充電可能バッテリーの電極が単一の接続平面で整列される場合には、電極の電気的な接続に単純な構成要素を使用できる。

本発明の特に好ましい改良例は、互いに整列される２つ以上の再充電可能バッテリーセルがパイプセクションに挿入されること、およびパイプセクションが、その端部において、クロージャ片およびカバーによって閉鎖されることである。再充電可能バッテリーセルは、保護されるように収容され、およびパイプセクションにおける機械的損傷に対して保護される。さらに、この種の構成は、単純な方法で封止され得る。この目的のために、好適なシールによって、特にパイプセクションの壁セクションにおいて、カバーは、パイプセクションの一方の端部において密封される必要があり、およびクロージャ片は、他方の端部において密封される必要がある。

この場合、円筒パイプをパイプセクションとして使用し、高いレベルの密封性をもたらす環状シールを使用することが可能であるとき、特に好都合であることが分かった。パイプセクションの使用は、高度の圧力安定性をもたらし、それゆえ、この構成は、特に、船艇での使用に好適である。

クロージャ片およびカバーが、パイプセクションの内部に延びる張力要素によって互いに接続される場合には、単純な構成が、この種の再充電可能バッテリーユニットのために与えられる。この設計はまた、修理が簡単にできるようにする。この目的のためには、張力要素を取り除く必要があるのみである。その後、カバーまたはクロージャ片を取り外すことができ、および再充電可能バッテリーセルをパイプセクションから引き出すことができる。

カバーが、外側からアクセス可能な２つの電極接続部を有し、および再充電可能バッテリーセルの列が、カバーの領域において、電極接続部に電気的に接続される陽電極および陰電極を形成するように、再充電可能バッテリーユニットを設計するとき、再充電可能バッテリーユニットにおける配線の複雑さは低レベルとなり、および再充電可能バッテリーユニットの一方の端部の領域において、簡単に再充電可能バッテリーユニットの外部と接触できる。

カバーが収容空間を形成し、その収容空間に、再充電可能バッテリーセル用の制御回路が配置される場合には、完全に機能的な再充電可能バッテリーユニットが生産される。制御回路は、パイプセクションとカバーとの間の保護領域に収容される。そのため、制御回路は、特に機械的応力に対して安全に収容される。

図面に示す例示的な実施形態を参照して、本発明を詳細に説明する。

再充電可能バッテリーセルの斜視的な分解図を示す。 再充電可能バッテリーセルの列の斜視的な部分分解図を示す。 組み立てられた形態にある、図２の再充電可能バッテリーセルの列を示す。 図２および図３による再充電可能バッテリーセルの列の側面図の概略図を示す。 再充電可能バッテリーユニットの側面断面図を示す。

図１は、複数の再充電可能バッテリー１０を有する再充電可能バッテリーセルＺを示す。再充電可能バッテリー１０は、シリンダー状ハウジングを有し、かつそれらの縦方向に対向する側において陽電極１１および陰電極１２を形成する。図１に示すように、再充電可能バッテリー１０は、再充電可能バッテリー１０の２つの群が形成されるように配置されており、ここでは、９個の再充電可能バッテリーが、陽電極１１を左側におよび陰電極を右側に向けられている。別の９個の再充電可能バッテリー１０は、それぞれ、第１の群の再充電可能バッテリー１０に対して１８０°回転された状態で配置されている。それゆえ、これらバッテリーは、陰電極１２が左側におよび陽電極１１が右側にある。再充電可能バッテリーセルＺは、部品にかかる費用を削減するために、同一の設計である２つのホルダー２０を含む。各ホルダー２０は、複数のレセプタクル２１．１および２２．１をそれぞれ形成する２つのレセプタクル構造体２１、２２を有する。この場合、レセプタクル２１．１および２２．１は、ホルダー２０の同心円状のリング状態に配置される。レセプタクル２１．１および２２．１の各リングは、レセプタクル構造体２１、２２を形成する。レセプタクル２１．１、２２．１はアパーチャとして設計され、ここでは、アパーチャの内壁が、再充電可能バッテリー１０の外側の輪郭に適合するように、形成される。それゆえ、再充電可能バッテリー１０を、それらの電極側端部によって、レセプタクル２１．１、２２．１に挿入できる。挿入運動は、一体的に形成されたストッパによって制限される。例示的な本実施形態では、ストッパはスペーサ２３によって形成される。組み立てられた状態では、再充電可能バッテリー１０の電極端部は、一様に整列された共通の接続平面上に存在する。再充電可能バッテリー１０を、対向するホルダーのレセプタクル２１．１、２２．１に挿入した後、導電性電極コネクター３０がホルダー２０に取り付けられる。導電性金属シートの形態にある電極コネクター３０は、再充電可能バッテリー１０の電極１１、１２と接触する接触領域３２を備える接続セクション３１を形成する。電極コネクター３０には、側面に曲げられた接点３３が形成されており、前記曲げられた接点は、ラグすなわち突起の形態にある。電極コネクター３０は、ホルダー２０の外側に装着することができる。この場合、スペーサ２３は電極コネクター３０のアパーチャ３４を通過するため、前記電極コネクターは、簡単に整列され得る。接点３３は、ホルダー２０にある横方向接点レセプタクル２７に突き出る。電極コネクター３０を再充電可能バッテリー１０に接続するために、接点セクション３２の領域において溶接接続を生じ、電極１１、１２と電極コネクター３０との間に導電性接続を確立する。いずれの場合にも、２つの電極コネクター３０は、再充電可能バッテリー１０の各群のために提供されており、ここでは、電極コネクター３０は、陽電極１１を、それぞれ、再充電可能バッテリーの群の陰電極１２と組み合わせる。

図１は、フル実装再充電可能バッテリーセルＺを示し、すなわち、レセプタクル２１．１、２２．１の全てが再充電可能バッテリー１０によって占められている。エネルギー密度において変化が望まれるとき、前記再充電可能バッテリーセルはまた、部分的に実装できる。例として、内側リングを形成するレセプタクル構造体２２の再充電可能バッテリー１０は、除去できる。

図２に示すように、複数の物理的に同一の再充電可能バッテリーセルＺは、カスケード式に整列され得る。この目的のために、ホルダー２０は、整列要素２４、２５を備える。例示的な本実施形態では、整列要素２４、２５は、孔（整列要素２４）の形態、およびピン（整列要素２５）の形態にある。この場合、ピンの幾何学的形状は、孔の輪郭に適合する。それゆえ、隣接する再充電可能バッテリーセルＺの物理的に同一のホルダー２０の整列要素２４、２５は、一方が他方に係合し、かつ再充電可能バッテリーセルを互いに正確に整列させる。さらに、整列要素２４、２５は、周方向においてインターロック接続を形成するため、再充電可能バッテリーセルは互いに対して回転できない。

図３は、コンパクトな物理的ユニットを形成するために、組み立てられた状態にある６個の再充電可能バッテリーセルＺを示す。

図４は、個々の再充電可能バッテリーセルＺの互いに対する電極配置を示す。前記図に示すように、上部の再充電可能バッテリーセルＺにおける第１の群の再充電可能バッテリー（９個の再充電可能バッテリー）の整列は、陰電極１２が上部に配置されかつ陽電極１１が底部に配置されるように、選択される。上部の再充電可能バッテリーセルＺの右側の群の再充電可能バッテリー１０は、陽電極１１が上部に配置されかつ陰電極１２が底部に配置されるように、配置されている。上部の再充電可能バッテリーセルＺに隣接する再充電可能バッテリーセルＺの電極の構造体は、その上に置かれた再充電可能バッテリーセルの電極の構造体に対して逆にされる。図４に陽電極および陰電極の記号によって示すように、別の再充電可能バッテリーセルは、対応して互いに接合される。

下部の再充電可能バッテリーセルは、底部において、左側に陽電極および右側に陰電極を形成する。再充電可能バッテリーセルＺの電極（陽電極１１および陰電極１２）の全てを互いに接続する特別な電極コネクターがここで設けられる。このようにして、図４で使用される番号順１〜１２に電流が流れる。それゆえ、並列接続される２つの群の再充電可能バッテリー１０は、各再充電可能バッテリーセルＺにおいて使用され、前記群は、高電力密度をもたらす。個々の再充電可能バッテリーセルＺの電極の構造体を関連付けることに起因して、再充電可能バッテリー１０の電圧は、カスケード式の直列接続の結果、１２倍に増大する。それゆえ、このカスケード式の接続は、再充電可能バッテリーユニットの設置高さを低くすることができる。偶数の再充電可能バッテリーセルＺが設置されるときが特に好都合である。ここで、図４の頂部の陽電極および陰電極によって象徴されるように、再充電可能バッテリーセルの組み合わせの陽電極および陰電極は、ユニットの一方の端部の領域に配置される。それゆえ、ここで均一な接続領域が形成される。

図３に示す配置構成は、図５に示すようにパイプセクションに挿入され得る。この場合、パイプセクション４０は、好ましくは薄壁の円筒パイプの形態にある。再充電可能バッテリーセルＺをパイプセクション４０に挿入した後、前記パイプセクションは、クロージャ片５０およびカバー７０によって閉鎖され得る。クロージャ片５０は、プラグ取付部分５２が一体的に形成されている底部５３を有する。この場合、プラグ取付部分５２の外側の輪郭は、パイプセクション４０の内側の輪郭に適合するように設計されている。プラグ取付部分５２は周囲溝５１を備え、その周囲溝に、同様に周囲シール、好ましくはＯリングを挿入できる。クロージャ片を挿入したら、このシールは、パイプセクション４０の内壁に密封式に当接する。底部５３は、中心にレセプタクルを備え、前記レセプタクルに封止式にねじ片５４を取り付けることが可能である。ねじ片５４は、好ましくはタイロッドの形態の張力要素６０にねじ接続され得る。この場合には、張力要素６０は、ねじ棒の形態である。図５に示すように、互いに整列されるホルダー２０の中心通路２８を張力要素６０が通っている。張力要素６０は、クロージャ片５０から反対の端部においてカバー７０に接続される。ここでも、カバー７０は、プラグ取付部分が一体的に形成されている底部７８を有する。プラグ取付部分７１の外側の輪郭は、パイプセクション４０の内側の輪郭に適合するように設計されている。ここでも、プラグ取付部分７１は溝７２を備え、その溝に、周囲シールを挿入できる。シール７２は、パイプセクション４０の内壁に密封式に当接する。さらに図５に示すように、プラグ取付部分７１は収容空間７７を取り囲む。この収容空間７７に制御回路７６が収容される。この制御回路７６は、再充電可能バッテリーセルＺの組み合わせを制御する働きをする。プラグ取付部分７１は、底部７８から反対の側で保持片７９に接続される。好都合にも、保持片７９は、プラグ取付部分７１に結合される。保持片７９は、中心にねじ付きレセプタクル７９を形成し、張力要素６０は、前記ねじ付きレセプタクルにねじ込まれている。それゆえ、クロージャ片５０およびカバー７０は、ねじ片５４を締めることによって互いにクランプされ得る。この場合、引張力は、張力要素６０によって伝達される。ねじ片５４が締められると、クロージャ片５０およびカバー７０の双方とも、それらのプラグ取付部分５２および７１によってパイプセクション４０に連続的に引き入れられる。この場合、挿入運動は、プラグ取付部分５２、７１と底部５３、７８との間の移行領域に形成されたストッパによって制限される。組み立てられた状態では、クロージャ片５０のプラグ取付部分５２は、端部において、関連の再充電可能バッテリーセルＺに載置される。反対側では、カバー７０の保持片７９が、関連の再充電可能バッテリーセルＺの縦方向変位を防止する。このようにして、再充電可能バッテリーセルの列は、パイプセクション４０にしっかりと固定して収容される。電極コネクター３０によって形成される、右側の再充電可能バッテリーセルＺの２つの端部電極は、導電性要素によって電極接続部７３および７４に結合される。それゆえ、図５に示すように、再充電可能バッテリーユニットの外側と接触できる。再充電可能バッテリーユニットは、さらに、制御回路７６に接続される診断接続部７５を有する。再充電可能バッテリーユニットは、好ましくは、バスシステムによって診断接続部７５を介して評価回路に接続され得るため、動作状態の継続的な監視が可能である。

ホルダー２０は、電気絶縁性をもたらすために、プラスチック部品の形態にある。例示的な本実施形態では、ホルダー２０は、プラスチック製の射出成型部品として設計されている。図１に示すように、前記ホルダーは横方向張力要素２６を有し、この横方向張力要素は、再充電可能バッテリーセルＺがパイプセクション４０に挿入されると、張力作用によってパイプセクション４０の内壁に当接し、およびこのようにして、横方向の遊びのない位置決めをもたらす。

再充電可能バッテリーセルの列の個々の再充電可能バッテリーセルＺは、好適な接続要素によって互いに電気的に接触して接続されている。この場合、互いに整列される再充電可能バッテリーセルの、ホルダーの接点レセプタクル２７において横方向に位置決めされる隣接する接点は、互いに電気的に接続される。例として、ここではケーブル接続が提供され得る。好都合には、接点は、剛性の導電性コネクター、例えば金属シートで作製され、これらは、接点３３によって接点３３に溶接され得る。再充電可能バッテリーセルＺは、このようにして、縦方向に取り付けられる。

Claims (14)

1. 再充電可能バッテリーセル（Ｚ）を形成するために、ホルダー装置によって互いに接続される複数の再充電可能バッテリー（１０）を有する、特に船艇用の再充電可能バッテリーユニットにおいて、
   前記ホルダー装置は、レセプタクル（２１．１、２２．１）を形成する少なくとも１つのホルダー（２０）を有し、それらレセプタクルによって、前記再充電可能バッテリー（１０）が電極端部の領域に保持され、および
   少なくともいくつかの前記再充電可能バッテリー（１０）が、それらの電極（１１、１２）の領域において電極コネクター（３０）によって互いに電気的に結合される、再充電可能バッテリーユニット。
2. 再充電可能バッテリー（１０）の少なくとも２つの群が形成され、前記群はそれぞれ、前記電極コネクター（３０）によって互いに並列接続されていることを特徴とする、請求項１に記載の再充電可能バッテリーユニット。
3. 保持装置が２つのホルダー（２０）を有し、これらホルダーは、それらのレセプタクル（２１．１、２２．１）によって、それぞれ、個々の再充電可能バッテリー（１０）の反対電極（１１、１２）を収容していることを特徴とする、請求項１または２に記載の再充電可能バッテリーユニット。
4. 前記レセプタクル（２１．１、２２．１）がプラグレセプタクルの形態であり、そこに、前記再充電可能バッテリー（１０）の前記シリンダー状ハウジングの前記端部が挿入されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
5. 前記ホルダー（２０）が、前記再充電可能バッテリー（１０）の前記電極（１１、１２）にアクセスできるようにする凹部または通路を有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
6. ２つ以上の再充電可能バッテリーセル（Ｚ）が互いに整列され、かつ互いに電気的に結合されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
7. 前記ホルダー（２０）が整列要素（２４、２５）を備え、それら整列要素によって、２つの再充電可能バッテリーセル（Ｚ）の、互いに接して配置された２つのホルダー（２０）が、互いに対して整列され、特に、互いに対して一方向にインターロック式にしっかりと固定されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
8. 前記電極コネクター（３０）が、２つの再充電可能バッテリーセル（Ｚ）が互いに整列される領域外へのルートを作る接点（３３）を有することを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
9. １つの再充電可能バッテリーセルの再充電可能バッテリー（１０）の前記群が、前記整列された第２の再充電可能バッテリーセル（Ｚ）の再充電可能バッテリーの前記群に直列に、互いに電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
10. 少なくともいくつかの前記再充電可能バッテリー（１０）の前記電極（１１、１２）が、単一の接続平面で整列されていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
11. 互いに整列された２つ以上の再充電可能バッテリーセル（Ｚ）がパイプセクション（４０）に挿入され、および
    前記パイプセクション（４０）が、その端部において、クロージャ片（５０）およびカバー（７０）によって閉鎖されていることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
12. 前記クロージャ片（５０）および前記カバー（７０）が、前記パイプセクション（４０）の内部に延びる張力要素（６０）によって互いに接続されていることを特徴とする、請求項１１に記載の再充電可能バッテリーユニット。
13. 前記カバー（７０）が、外側からアクセス可能な２つの電極接続部（７３、７４）を有し、および
    再充電可能バッテリーセル（Ｚ）の前記列が、前記カバー（７０）の領域において、陽電極（１１）および陰電極（１２）を形成し、前記陽電極および陰電極が、前記電極接続部（７３、７４）に電気的に接続されていることを特徴とする、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。
14. 前記カバー（７０）が収容空間（７７）を形成し、その収容空間に、前記再充電可能バッテリーセル（Ｚ）用の制御回路（７６）が配置されることを特徴とする、請求項１〜１３のいずれか１項に記載の再充電可能バッテリーユニット。

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