LU507886B1

LU507886B1 - Modulares Energiespeichersystem

Info

Publication number: LU507886B1
Application number: LU507886A
Authority: LU
Inventors: Olaf Schmidt; Peter Reffelmann; Alexa Broer; Stefan Schmidt; Lukas Freesmeier
Original assignee: Phoenix Contact Gmbh & Co
Priority date: 2024-07-30
Filing date: 2024-07-30
Publication date: 2026-01-30
Also published as: WO2026027305A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein modulares Energiespeichersystem (100) zur Montage auf einer Trageschiene, umfassend: zumindest ein auf die Tragschiene montierbares Rahmenmodul (110); und zumindest ein Energiespeichermodul (111) mit einer oder mehreren Batteriezellen (531), welches in das zumindest eine Rahmenmodul (110) unter Herstellung einer elektrischen Verbindung steckbar ist; wobei das zumindest eine Rahmenmodul (110) ein elektrisches Kontaktelement (120) zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten Kontakteiement (120) eines weiteren Rahmenmoduls (110) aufweist, wobei das elektrische Kontaktelement (120) einen weiblichen Kontaktabschnitt (121) und einen männlichen Kontaktabschnitt (122) aufweist, die sich entlang einer Längsrichtung (125) des Kontaktelements (120) erstrecken und einen dritten Kontaktabschnitt (123), der quer zu der Längsrichtung (125) ausgerichtet ist und ausgebildet ist, eine steckbare elektrische Verbindung mit dem Energiespeichermodul (111) herzustellen, um die ein oder mehreren 20 Batteriezellen (531) zu laden oder zu entladen. (Fig.1)

Description

Modulares Energiespeichersystem LU507886

Die Erfindung betrifft ein modulares Energiespeichersystem zum Speichern von Energie, insbesondere ein modulares Energiespeichersystem für eine Trageschiene wie eine DIN-Rail

Schiene, das werkzeug- und kabellos um mehrere Energiespeichermodule erweitert werden kann.

Batteriemodule zum Bereitstellen von elektrischer Energie werden beispielsweise zur

Verwendung in einer unterbrechungsfreien Stromversorgung genutzt. Derartige

Batteriemodule sind in einem Schaltschrank fest installiert und über fest installierte

Verbindungskabel elektrisch angeschlossen. Der Einbau in den Schaltschrank und ebenso der

Ausbau erfolgt mit Werkzeug. Die Batteriemodule sind in dem Schaltschrank entsprechend einer festen vorgegebenen Konfiguration montiert, welche vorbestimmte Anforderungen an die

Leistungsfähigkeit der Stromversorgung erfüllt.

Alle aktuell verfügbaren Batteriemodulsysteme verfügen über Kabel zur elektrischen

Verbindung der Batteriemodule und lassen sich nicht erweitern. Eine Erweiterung oder

Verringerung, auch nachträglich, der Kapazität des Batteriemodulsystems ist nicht vorgesehen. Die Installation des Batteriemodulsystems ist aufwendig und erfordert viel Zeit und Kosten.

Die Erfindung hat es zur Aufgabe, ein modulares Energiespeichersystem zu schaffen, das ohne Kabel zur elektrischen Verbindung der Energiespeichermodule bzw. Batteriemodule auskommt und daher werkzeuglos ein- und ausbaubar sowie erweiterbar ist. Ferner ist es eine

Aufgabe, ein modulares Energiespeichersystem zu schaffen, dessen Kapazität auch nachträglich auf einfache Weise erweitert oder verringert werden kann.

Diese Aufgabe wird durch die Gegenstände mit den Merkmalen nach den unabhängigen

Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen — Ansprüche, der Beschreibung und der Zeichnungen.

Die Erfindung basiert auf der Idee, ein modulares Energiespeichersystem zu schaffen, bei dem aufgrund einfacher Einschubtechnik keine Kabel zur Verbindung der Energiespeicher mit dem

Energiepack/Kopfmodul benötigt werden. Zusätzlich kann die Kapazität des Batteriepacks erweitert oder verringert werden. Durch die einfache Einschubtechnik kann das Energiesystem auch durch ungelerntes Personal getauscht und erweitert werden. Das hier vorgestellte

Energiespeichersystem ermöglicht zudem eine schnellere und komfortablere Installation, was LU507886

Zeit und Kosten einspart. Das Energiespeichersystem kann auf der DIN-Rail Schiene bzw.

Hutschiene in der industriellen Elektrotechnik eingesetzt werden.

Das hier vorgestellte Energiespeichersystem ermöglicht neben der kabel- und werkzeuglosen

Montage und dem kabel- und werkzeuglosen Energiespeicherwechsel eine

Kapazitätserweiterung des Speichersystems nach Auslieferung an den Kunden bzw. Montage im Feld. Durch unterschiedliche Anordnung der Energiespeicher können die Energiespeicher in Reihe oder parallelgeschaltet werden.

Gemäß einem ersten Aspekt wird die oben dargestellte Aufgabe gelöst durch ein modulares

Energiespeichersystem zur Montage auf einer Trageschiene, umfassend: zumindest ein auf die Tragschiene montierbares Rahmenmodul; und zumindest ein Energiespeichermodul mit einer oder mehreren Batteriezellen, welches in das zumindest eine Rahmenmodul unter

Herstellung einer elektrischen Verbindung steckbar ist; wobei das zumindest eine

Rahmenmodul ein elektrisches Kontaktelement zur Herstellung einer steckbaren elektrischen

Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten Kontaktelement eines weiteren

Rahmenmoduls aufweist, wobei das elektrische Kontaktelement einen weiblichen

Kontaktabschnitt und einen männlichen Kontaktabschnitt aufweist, die sich entlang einer

Längsrichtung des Kontaktelements erstrecken und einen dritten Kontaktabschnitt, der quer zu der Langsrichtung ausgerichtet ist und ausgebildet ist, eine steckbare elektrische

Verbindung mit dem Energiespeichermodul herzustellen, um die ein oder mehreren

Batteriezellen zu laden oder zu entladen.

Ein solches modulares Energiespeichersystem kommt ohne Kabel zur elektrischen

Verbindung der Energiespeichermodule aus. Die Energiespeichermodule bzw. Batteriemodule können auf einfache Weise in das elektrische Kontaktelement am Rahmenmodul gesteckt werden und über das Kontaktelement elektrisch miteinander verbunden werden. Damit kann das Energiespeichersystem werkzeuglos erweitert werden, die Energiespeichermodule können ohne Werkzeug ein- und ausgebaut sowie erweitert werden. Die Kapazität des modularen Energiespeichersystems kann somit auch nachträglich auf einfache Weise erweitert oder verringert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems verläuft bei auf die Trageschiene montiertem Rahmenmodul die Längsrichtung des elektrischen

Kontaktelements entlang der Trageschiene und der dritte Kontaktabschnitt ist senkrecht zur

Trageschiene ausgerichtet.

Damit können die Rahmenmodule über die weiblichen und männlichen Kontaktabschnitte des

Kontaktelements miteinander elektrisch verbunden und einfach erweitert werden. Über den dritten Kontaktabschnitt können die Energiespeicher der jeweiligen Rahmenmodule elektrisch kontaktiert und angeschlossen werden. Damit ist eine einfache Installation möglich, ohne dass

Werkzeug benötigt wird.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems umfasst das

Energiespeichermodul einen zu dem dritten Kontaktabschnitt passend ausgeführten elektrischen Kontakt, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit dem Rahmenmodul in den dritten Kontaktabschnitt steckbar ist.

Über den elektrischen Kontakt des Energiespeichermoduls kann dieses mit dem dritten

Kontaktabschnitt des Kontaktelements elektrisch verbunden werden und so auf einfache

Weise das Energiespeichersystem erweitert oder verringert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems ist der weibliche Kontaktabschnitt als elastisch verformbarer Klemmkontakt ausgebildet.

Dies ermöglicht ein einfaches Stecken des männlichen Kontaktabschnitts eines benachbarten

Rahmenmoduls und damit Erweiterung des Systems um ein zusätzliches

Energiespeichermodul, ohne dass hierzu Werkzeug erforderlich ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems ist der dritte

Kontaktabschnitt funktionsgleich zu dem weiblichen Kontaktabschnitt ausgebildet.

Der dritte Kontaktabschnitt kann ähnlich zu dem weiblichen Kontaktabschnitt ausgebildet sein, so dass die gleiche Steckfunktion damit realisiert werden kann. In einer weiteren

Ausführungsform kann der dritte Kontaktabschnitt sogar baugleich zu dem weiblichen

Kontaktabschnitt ausgeführt sein.

Dies ermöglicht eine einfache Fertigung sowohl des Kontaktelements als auch der Kontakte am Energiespeichermodul, da das gleiche oder ein ähnliches Design verwendet werden kann.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems weist das

Energiespeichermodul einen Kontaktabschnitt auf, der passend zu dem dritten

Kontaktabschnitt des elektrisches Kontaktelements des Rahmenmoduls ausgeformt ist.

Dies ermöglicht das einfache Stecken des Energiespeichermoduls in das Rahmenmodul und

Erzeugen der steckbaren elektrischen Verbindung zwischen den zwei Modulen.

Kontaktabschnitt des elektrischen Kontaktelements als weiblicher Kontaktabschnitt und der

Kontaktabschnitt des Energiespeichermoduls als männlicher Kontaktabschnitt ausgeformt oder umgekehrt; oder der dritte Kontaktabschnitt des elektrischen Kontaktelements und der

Kontaktabschnitt des Energiespeichermoduls ist als Universalverbindung ausgeformt.

Alle Arten von elektrischen Steckverbindungen können damit realisiert werden, um die steckbare elektrische Verbindung zwischen Energiespeichermodul und Rahmenmodul zu realisieren, was Flexibilität beim Design des modularen Energiespeichersystems schafft.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems ist das elektrische Kontaktelement des zumindest einen Rahmenmoduls als Biegeblechteil ausgeführt.

Dies ermöglicht eine einfache Fertigung des Kontaktelements im industriellen Prozess.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems bildet das elektrische Kontaktelement einen Teil eines Leistungspfades des modularen

Energiespeichersystems zum Übertragen von elektrischer Energie aus.

Das elektrische Kontaktelement kann somit direkt als Stromschiene genutzt werden, über welche hohe Leistungen der Energiemodule übertragen werden können, ohne dass zusätzliche Verkabelung notwendig ist.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems weist das zumindest eine Rahmenmodul ein zweites elektrisches Kontaktelement zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten zweiten

Kontaktelement des weiteren Rahmenmoduls auf, wobei das zweite elektrische

Kontaktelement baugleich zu dem elektrischen Kontaktelement ausgeführt ist.

Über das zweite Kontaktelement kann eine zweite elektrische Verbindung hergestellt werden, unabhängig von der ersten elektrischen Verbindung über das (erste) Kontaktelement. Hiermit

5 kann eine weitere Stromschiene aufgebaut werden oder eine Kommunikationsverbindung LU507886 realisiert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems bildet das zweite elektrische Kontaktelement einen Teil eines Kommunikationspfades des modularen

Energiespeichersystems zum Übertragen von Kommunikationssignalen aus.

Damit ist es möglich, neben dem Energiepfad den Kommunikationspfad unabhängig zu implementieren und werkzeuglos um weitere Energiemodule zu erweitern oder zu reduzieren.

Energiespeichermodul einen Batterieblock mit den ein oder mehreren Batteriezellen zum

Speichern von Energie; und das Energiespeichermodul umfasst ein

Batteriemanagementsystem, das über den Kommunikationspfad mit einem

Batteriemanagementsystem eines weiteren Energiespeichermoduls kommunikationstechnisch verbunden ist, und ausgebildet ist, einen Ladungsausgleich zwischen dem Energiespeichermodul und dem weiteren Energiespeichermodul herzustellen.

Damit ist ein Ladungsausgleich zwischen verschiedenen Energiemodulen möglich.

Beispielsweise bei Erweiterung um ein neues Energiemodul kann die Batterielast auf das neue

Batteriemodul umverteilt werden und so die Last der bisherigen Energiemodule reduziert werden.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems umfasst dieses: ein auf die Tragschiene montierbares Kopfmodul; wobei das Kopfmodul eine

Kommunikationsschnittstelle aufweist, die mit dem zweiten elektrischen Kontaktelement des zumindest einen Rahmenmoduls elektrisch verbindbar ist, um eine

Kommunikationsverbindung über den Kommunikationspfad zu dem Energiespeichermodul des zumindest einen Rahmenmoduls herzustellen.

Das Kopfmodul dient zum externen Verbinden der Energiespeichermodule und kann ebenfalls werkzeuglos mit dem (ersten) Rahmenmodul elektrisch und kommunikationstechnisch verbunden werden.

Kopfmodul eine Leistungsschnittstelle auf, die mit dem elektrischen Kontaktelement des zumindest einen Rahmenmoduls elektrisch verbindbar ist, um das Energiespeichermodul des zumindest einen Rahmenmoduls mit Leistung zu versorgen oder Leistung des LU507886

Energiespeichermoduls abzugeben.

Damit kann das Energiespeichersystem aufgeladen werden oder seine Leistung an externe

Lasten abgeben.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems ist die

Leistungsschnittstelle mit einem Ladeterminal einer unterbrechungsfreien Stromversorgung elektrisch verbindbar, um die Leistung bereitzustellen.

Das Energiespeichersystem kann damit als unterbrechungsfreie Stromversorgung eingesetzt werden und über das Ladeterminal externe Verbraucher mit Leistung versorgen.

In einer vorteilhaften Ausführungsform des modularen Energiespeichersystems umfasst das zumindest eine Rahmenmodul ein Gehäuse, in welches das Energiemodul einführbar ist.

Das Energiemodul kann somit auf einfache Weise manuell in das Gehäuse des

Rahmenmoduls eingeführt bzw. eingesteckt werden, um das Energiespeichersystem zu erweitern oder zu reduzieren, ohne dass Werkzeug benötigt wird.

Gehäuse Rastelemente auf, die beim Montieren des zumindest einen Rahmenmoduls auf der

Trageschiene in entsprechende Gegen-Rastelemente eines baugleichen Gehäuses eines weiteren Rahmenmoduls oder in entsprechende Gegen-Rastelemente des Kopfmoduls einrasten.

Damit kann das Energiespeichersystem mittels fester Verbindung der Rahmenmodule untereinander auf der Trageschiene fest angebracht werden.

Weitere Ausführungsbeispiele werden Bezug nehmend auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen modularen

Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform;

Fig.2 eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen modularen LU507886

Energiespeichersystems 100 in einer minimalen Ausbaustufe gemäß einer

Ausführungsform;

Fig. 3a eine dreidimensionale Darstellung eines Rahmenmoduls 110 des modularen

Energiespeichersystems 100 mit herausgeschobenem Energiespeichermodul 111 gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 3b eine dreidimensionale Darstellung der Rückseite des Rahmenmoduls 110 gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 3c eine dreidimensionale Darstellung eines elektrischen Kontaktelements 120 des

Rahmenmoduls 110 gemäß einer Ausführungsform;

Fig. 3d eine schematische Darstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Rahmenmodul und dem Energiespeichermodul in der

Ausführungsform als universale Steckverbindung;

Fig. 3e eine schematische Darstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Rahmenmodul und dem Energiespeichermodul in der

Ausführungsform als weiblich-männliche Steckverbindung;

Fig. 3f eine schematische Darstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Rahmenmodul und dem Energiespeichermodul in der

Ausführungsform als männlich-weibliche Steckverbindung;

Fig. 4 eine dreidimensionale Darstellung des Rahmenmoduls 110 des modularen

Energiespeichersystems 100 ohne Energiespeichermodul 111 gemäß einer

Ausführungsform;

Fig. 5 ein elektrisches Schaltbild des erfindungsgemäßen modularen

Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform; und

Fig. 6 ein elektrisches Schaltbild eines Batteriemoduls 111 des erfindungsgemäßen modularen Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform;

In der folgenden ausführlichen Beschreibung wird auf die beiliegenden Zeichnungen Bezug LU507886 genommen, die einen Teil hiervon bilden und in denen als Veranschaulichung spezifische

Ausführungsformen gezeigt sind, in denen die Erfindung ausgeführt werden kann. Es versteht sich, dass auch andere Ausführungsformen genutzt und strukturelle oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.

Die folgende ausführliche Beschreibung ist deshalb nicht in einem beschränkenden Sinne zu verstehen. Ferner versteht es sich, dass die Merkmale der verschiedenen hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele miteinander kombiniert werden können, sofern nicht spezifisch etwas anderes angegeben ist.

Die Aspekte und Ausführungsformen werden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, wobei gleiche Bezugszeichen sich im Allgemeinen auf gleiche Elemente beziehen.

Es werden Vorrichtungen beschrieben, und es werden Verfahren beschrieben. Es versteht sich, dass Grundeigenschaften der Vorrichtungen auch für die Verfahren gelten und umgekehrt. Deshalb wird der Kürze halber gegebenenfalls auf eine doppelte Beschreibung solcher Eigenschaften verzichtet.

Fig. 1 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen modularen

Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform.

Das modulare Energiespeichersystem 100 kann auf einer Trageschiene montiert werden, die jedoch in Figur 1 nicht dargestellt ist.

Das modulare Energiespeichersystem 100 umfasst zumindest ein auf die Tragschiene montierbares Rahmenmodul 110; und zumindest ein Energiespeichermodul 111 mit einer oder mehreren Batteriezellen 531, welches in das zumindest eine Rahmenmodul 110 unter

Herstellung einer elektrischen Verbindung steckbar ist. In diesem Beispiel ist eine beispielhafte

Anzahl von sechs Rahmenmodulen 110 mit zugehörigen Energiespeichermodulen 111 dargestellt, die jeweils nebeneinander auf der nicht dargestellten Trageschiene angeordnet sind.

Ferner umfasst das in Figur 1 dargestellte modulare Energiespeichersystem 100 ein

Kopfmodul 130, das an der linken Seite der Figur 1 dargestellt ist, und an das sich die jeweiligen Rahmenmodule 110 mit entsprechenden Energiespeichermodulen 111 anreihen.

Das zumindest eine Rahmenmodul 110 umfasst ein elektrisches Kontaktelement 120, das in LU507886

Figur 1 nicht sichtbar ist, zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten Kontaktelement 120 eines weiteren Rahmenmoduls 110. Das elektrische Kontaktelement 120 weist einen weiblichen Kontaktabschnitt 121 und einen männlichen Kontaktabschnitt 122 auf, die sich entlang einer Längsrichtung 125 des

Kontaktelements 120 erstrecken und einen dritten Kontaktabschnitt 123, der quer zu der

Längsrichtung 125 ausgerichtet ist und ausgebildet ist, eine steckbare elektrische Verbindung mit dem Energiespeichermodul 111 herzustellen. Das Kontaktelement 120 ist Figur 3a-c dargestellt.

Das Kopfmodul 130 kann auf die Tragschiene montiert werden.

Das Kopfmodul 130 kann eine Kommunikationsschnittstelle 131 aufweisen, wie in Figur 5 dargestellt, die mit dem zweiten elektrischen Kontaktelement 120a des Rahmenmoduls 110 elektrisch verbindbar ist, um eine Kommunikationsverbindung über den Kommunikationspfad 520 zu dem Energiespeichermodul 111 des Rahmenmoduls 110 herzustellen.

Das Kopfmodul 130 kann eine Leistungsschnittstelle 132 (siehe Figur 5) aufweisen, die mit dem elektrischen Kontaktelement 120 des zumindest einen Rahmenmoduls 110 elektrisch verbindbar ist, um das Energiespeichermodul 111 des zumindest einen Rahmenmoduls 110 bzw. die darin enthaltenen ein oder mehreren Batteriezellen 531 mit Leistung zu versorgen oder Leistung des Energiespeichermoduls 111 abzugeben.

Das Kopfmodul 130 kann einen Controller 135 umfassen, um Steuerungsaufgaben wahrzunehmen. Der Controller 135 ist beispielsweise über die Kommunikationsschnittstelle 131 mit dem Kommunikationspfad 520 gekoppelt und darüber mit den Rahmenmodulen 110 und deren jeweiligen Energiespeichermodulen 111.

Fig. 2 zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines erfindungsgemäßen modularen

Energiespeichersystems 100 in einer minimalen Ausbaustufe gemäß einer Ausführungsform.

In der hier dargestellten minimalen Ausbaustufe umfasst das modulare

Energiespeichersystem lediglich ein Rahmenmodul 110 mit _Zzugehörigem

Energiespeichermodul 111 sowie das Kopfmodul 130.

An der Oberseite des Rahmenmoduls sind Rastelemente 113 zu erkennen, die beim

Aneinanderreihen der Rahmenmodule 110 in Gegen-Rastelemente 114 des benachbarten

Rahmenmoduls 110 oder hier in Gegen-Rastelemente 134 des Kopfmoduls 130 einrasten und LU507886 eine Fixierung des bzw. der Rahmenmodule aneinander und am Kopfmodul 130 bewirken.

Fig. 3a zeigt eine dreidimensionale Darstellung eines Rahmenmoduls 110 des modularen

Energiespeichersystems 100 mit herausgeschobenem Energiespeichermodul 111 gemäß einer Ausführungsform. Fig. 3b zeigt eine dreidimensionale Darstellung der Rückseite des

Rahmenmoduls 110 gemäß einer Ausführungsform. Fig. 3c zeigt eine dreidimensionale

Darstellung eines elektrischen Kontaktelements 120 des Rahmenmoduls 110 gemäß einer

Ausführungsform.

Das Rahmenmodul 110 umfasst ein elektrisches Kontaktelement 120, wie im Detail in Figur 3c dargestellt, welches zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten Kontaktelement 120 eines weiteren Rahmenmoduls 110 dient.

Das elektrische Kontaktelement 120 weist einen weiblichen Kontaktabschnitt 121 und einen männlichen Kontaktabschnitt 122 auf, die sich entlang einer Längsrichtung 125 des

Längsrichtung 125 ausgerichtet ist und ausgebildet ist, eine steckbare elektrische Verbindung mit dem Energiespeichermodul 111 herzustellen.

Wie in den Figuren 3a bis 3c dargestellt, verläuft bei auf die Trageschiene montiertem

Rahmenmodul 110 die Längsrichtung 125 des elektrischen Kontaktelements 120 entlang der

Trageschiene und der dritte Kontaktabschnitt 123 ist senkrecht zur Trageschiene ausgerichtet.

Das Energiespeichermodul 111 umfasst einen zu dem dritten Kontaktabschnitt 123 passend — ausgeführten elektrischen Kontakt (in den Figuren nicht dargestellt bzw. erkennbar), der zur

Herstellung der elektrischen Verbindung mit dem Rahmenmodul 110 in den dritten

Kontaktabschnitt 123 steckbar ist.

Der weibliche Kontaktabschnitt 121 ist beispielsweise als elastisch verformbarer

Klemmkontakt ausgebildet.

Der dritte Kontaktabschnitt 123 kann funktionsgleich zu dem weiblichen Kontaktabschnitt 121 ausgebildet sein, so dass die gleiche Steckfunktion mit den beiden Kontaktabschnitten 123 und 121 ausgeführt werden kann. In einer Ausführungsform kann der dritte Kontaktabschnitt 123 sogar baugleich zu dem weiblichen Kontaktabschnitt 121 ausgebildet sein.

Das elektrische Kontaktelement 120 des zumindest einen Rahmenmoduls 110 kann LUS07886 beispielsweise als Biegeblechteil ausgeführt sein. Es kann in das Rahmenmodul 110 eingesetzt und wieder ausgebaut werden, beispielsweise anhand von Einsätzen im Gehäuse des Rahmenmoduls 110, wie in Figur 3b zu erkennen.

Das elektrische Kontaktelement 120 kann damit einen Teil eines Leistungspfades 510, wie in

Figur 5 näher dargestellt, des modularen Energiespeichersystems 100 zum Übertragen von elektrischer Energie bilden, über den sich die ein oder mehreren Batteriezellen 531, wie in

Figur 5 näher dargestellt, laden und/oder entladen lassen.

In der Darstellung der Figuren 3a und 3b umfasst das Rahmenmodul 110 ein zweites elektrisches Kontaktelement 120a zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten zweiten Kontaktelement 120a des weiteren

Rahmenmoduls 110. Das zweite elektrische Kontaktelement 120a kann hierbei baugleich zu dem elektrischen Kontaktelement 120 ausgeführt sein.

Das zweite elektrische Kontaktelement 120a kann einen Teil eines Kommunikationspfades 520, wie in Figur 5 näher dargestellt, des modularen Energiespeichersystems 100 zum

Übertragen von Kommunikationssignalen ausbilden.

Das Energiespeichermodul 111 kann einen Batterieblock 530 mit den ein oder mehreren

Batteriezellen 531 zum Speichern von Energie umfassen, wie in Figur 5 dargestellt.

Das Energiespeichermodul 111 kann zudem weitere elektrische Kontaktelemente 120 umfassen, die beispielsweise oberhalb von dem elektrischen Kontaktelement 120 an der

Rückseite des Gehäuses angebracht sein können. Das Energiespeichermodul 111 kann über die elektrischen Kontaktelemente 120 in einer Serienkonfiguration oder einer

Parallelkonfiguration mit den weiteren Energiespeichermodulen 111 der weiteren

Rahmenmodule 110 elektrisch verschaltet werden.

Über ein Federelement 301 lässt sich das Energiespeichermodul 111 aus dem Rahmenmodul 110 manuell auswerfen.

Fig. 3d zeigt eine schematische Darstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Rahmenmodul 110 und dem Energiespeichermodul 111 in der

Ausführungsform als universale Steckverbindung bzw. Schnittstelle.

Das Energiespeichermodul 111 weist hier einen Kontaktabschnitt 123b auf (auf der rechten LUS07886

Seite dargestellt), der passend zu dem dritten Kontaktabschnitt 123 des elektrischen

Kontaktelements 120 des Rahmenmoduls 110 ausgeformt ist.

Dies ermöglicht das einfache Stecken des Energiespeichermoduls 111 in das Rahmenmodul 110 und Erzeugen der steckbaren elektrischen Verbindung zwischen den zwei Modulen. Es handelt sich hier beispielsweise um eine mechanische und elektrische Verbindung ähnlich einer Kupplung, die auf beiden Seiten gleich ausgeführt sein kann. Eine solche Verbindung kann auch als universelle oder universale Verbindung bezeichnet werden, die eine steckbare elektrische Verbindung zwischen dem Rahmenmodul 110, insbesondere dem dritten

Kontaktabschnitt 123 des Kontaktelements 120 des Rahmenmoduls 110, und dem

Energiespeichermodul 111, insbesondere dem Kontaktabschnitt 123b des

Energiespeichermoduls 111 herstellt.

Damit können alle Arten von elektrischen Steckverbindungen realisiert werden, um die steckbare elektrische Verbindung zwischen Energiespeichermodul 111 und Rahmenmodul 110 zu realisieren, was Flexibilität beim Design des modularen Energiespeichersystems 100 schafft.

Fig. 3e zeigt eine schematische Darstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Rahmenmodul 110 und dem Energiespeichermodul 111 in der

Ausführungsform als weiblich-männliche Steckverbindung bzw. Schnittstelle.

Der weibliche Kontaktabschnitt ist in diesem Beispiel auf Seiten des Rahmenmoduls 110 realisiert, d.h., als dritter Kontaktabschnitt 123 des Kontaktelements 120 des Rahmenmoduls 110 (siehe linke Seite von Figur 3e). Der männliche Kontaktabschnitt ist hier auf Seiten des

Energiespeichermoduls 111 realisiert, dh, als Kontaktabschnitt 123b des

Energiespeichermoduls 111 (siehe rechte Seite von Figur 3e).

Fig. 3f zeigt eine schematische Darstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung zwischen dem Rahmenmodul 110 und dem Energiespeichermodul 111 in der

Ausführungsform als männlich-weibliche Steckverbindung bzw. Schnittstelle.

Der männliche Kontaktabschnitt ist in diesem Beispiel auf Seiten des Rahmenmoduls 110 realisiert, d.h., als dritter Kontaktabschnitt 123 des Kontaktelements 120 des Rahmenmoduls 110 (siehe linke Seite von Figur 3f). Der weibliche Kontaktabschnitt ist hier auf Seiten des

Energiespeichermoduls 111 realisiert, d.h., als Kontaktabschnitt 123b des LU507886

Energiespeichermoduls 111 (siehe rechte Seite von Figur 3e).

Die obigen Ausführungen zeigen, dass jede Kombination von steckbarer elektrischer

Verbindung zwischen Rahmenmodul 110 und Energiespeichermodul 111 realisierbar ist und von dieser Offenbarung umfasst ist.

Fig. 4 zeigt eine dreidimensionale Darstellung des Rahmenmoduls 110 des modularen

Energiespeichersystems 100 ohne Energiespeichermodul 111 gemäß einer Ausführungsform.

Das Rahmenmodul 110 umfasst ein Gehäuse 112, in welches das Energiemodul 111 (nicht in

Figur 4 dargestellt) einführbar ist. Es kann darin eingeführt bzw. eingeschoben und in die

Kontaktelemente 120 bzw. zweiten Kontaktelemente 120a an der Rückseite des Gehäuses 112 eingesteckt werden.

Das Gehäuse 112 kann Rastelemente 113 aufweisen, die beim Montieren des zumindest einen Rahmenmoduls 110 auf der Trageschiene in entsprechende Gegen-Rastelemente 114 eines baugleichen Gehäuses 112 eines weiteren Rahmenmoduls 110 oder in entsprechende

Gegen-Rastelemente 134 des Kopfmoduls 130, wie in Figur 2 dargestellt, einrasten.

Fig. 5 zeigt ein elektrisches Schaltbild des erfindungsgemäßen modularen

Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform.

Anzahl von sechs Rahmenmodulen 110 mit zugehörigen Energiespeichermodulen 111 dargestellt, die jeweils nebeneinander auf der Trageschiene angeordnet sein können.

Ferner umfasst das Energiespeichersystem 100 ein Kopfmodul 130, an das sich die jeweiligen

Rahmenmodule 110 mit entsprechenden Energiespeichermodulen 111 anreihen.

Das zumindest eine Rahmenmodul 110 umfasst ein elektrisches Kontaktelement 120, wie oben zu den Figuren 1 bis 4 beschrieben, zur Herstellung einer steckbaren elektrischen

Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten Kontaktelement 120 eines weiteren

Rahmenmoduls 110. Das elektrische Kontaktelement 120 weist einen weiblichen

Kontaktabschnitt 121 und einen männlichen Kontaktabschnitt 122 auf, die sich entlang einer LU507886

Längsrichtung 125 des Kontaktelements 120 erstrecken und einen dritten Kontaktabschnitt 123, der quer zu der Langsrichtung 125 ausgerichtet ist und ausgebildet ist, eine steckbare elektrische Verbindung mit dem Energiespeichermodul 111 herzustellen. Der weibliche

Kontaktabschnitt 121 kann dabei eine elektrische Verbindung mit einem männlichen

Kontaktabschnitt 122 des jeweils benachbarten Rahmenmoduls 111 herstellen. Gleiches gilt für den männlichen Kontaktabschnitt 122.

Das Energiespeichermodul 111 kann ein Batteriemanagementsystem 540 umfassen, das über den Kommunikationspfad 520 mit einem Batteriemanagementsystem 520 eines weiteren

Energiespeichermoduls 111 kommunikationstechnisch verbunden ist. Das

Batteriemanagementsystem kann ausgebildet sein, einen Ladungsausgleich zwischen dem

Energiespeichermodul 111 und dem weiteren Energiespeichermodul 111 herzustellen.

Die Leistungsschnittstelle 132 ist mit einem Ladeterminal 133 einer unterbrechungsfreien

Stromversorgung elektrisch verbindbar ist, um die Leistung bereitzustellen. Das modulare

Energiespeichersystem 100 kann hierbei als unterbrechungsfreie Stromversorgung dienen oder Leistung von einer unterbrechungsfreien Stromversorgung beziehen.

Das modulare Energiespeichersystem 100 kann zudem mit einem weiteren modularen

Energiespeichersystem 100 elektrisch verbunden sein und als Teil eines übergeordneten

Energiespeichersystems 100 fungieren.

Ein Sensor bzw. Shunt 532 kann in dem jeweiligen Energiespeichermodul 111 angeordnet sein, um zusammen mit einem Monitoring-Modul 533 den in das Energiespeichermodul 111 fließenden Strom zu erfassen und einen Fehlerstrom zu detektieren, beispielsweise einen

Kurzschluss oder eine Uberlast. Das Monitoring-Modul kann einen detektierten Fehlerstrom dem Batteriemanagementsystem 540 melden, so dass das Batteriemanagementsystem 540 entsprechende Maßnahmen im Fehlerfall einleiten kann, beispielsweise Abkopplung des

Batteriespeichermoduls 111 vom Energiespeichersystem 100, etc.

Ein Lade-Entladeschalter 534 kann über das Batteriemanagementsystem 540 gesteuert werden, um die Batteriezellen 531 zu laden oder zu entladen. Zudem kann ein Schutzschalter 537, beispielsweise eine Schmelzsicherung 537 vorgesehen sein, den Strompfad im Fehlerfall zu trennen.

Jedes Energiespeichermodul 111 kann über eine Kommunikationsschnittstelle 535 verfügen, LU507886 um mit den anderen Energiespeichermodulen 111 und/oder mit dem Kopfmodul 130 zu kommunizieren. Diese Kommunikationsschnittstelle 535 ist an den Kommunikationspfad 520 gekoppelt, beispielsweise über das zweite Kontaktelement 120a des Rahmenmoduls 110, wie oben zu den Figuren 1 bis 4 beschrieben.

Fig. 6 zeigt ein elektrisches Schaltbild eines Batteriemoduls 111 des erfindungsgemäßen modularen Energiespeichersystems 100 gemäß einer Ausführungsform.

Das Energiespeichermodul 111 umfasst eine Kommunikationsschnittstelle 535, um mit den anderen Energiespeichermodulen 111 und/oder mit dem Kopfmodul 130 zu kommunizieren.

Diese Kommunikationsschnittstelle 535 ist an den Kommunikationspfad 520 gekoppelt, beispielsweise über das zweite Kontaktelement 120a, wie oben zu den Figuren 1 bis 4 beschrieben.

Das Energiespeichermodul 111 umfasst einen Sensor bzw. Shunt 532 und ein Monitoring-

Modul 533. Der Sensor 532 kann zusammen mit dem Monitoring-Modul 533 den in das

Energiespeichermodul 111 fließenden Strom erfassen und einen Fehlerstrom detektieren, beispielsweise einen Kurzschluss oder eine Überlast. Das Monitoring-Modul 533 kann den detektierten Fehlerstrom dem Batteriemanagementsystem 540 melden, so dass das

Batteriemanagementsystem 540 entsprechende Maßnahmen im Fehlerfall einleiten kann, beispielsweise Abkopplung des Batteriespeichermoduls 111 vom Energiespeichersystem 100, etc.

Das Energiespeichermodul 111 kann ferner ein Heizelement 536 umfassen, welches die

Batteriezellen 531 aufheizen kann, beispielsweise um eine Betriebstemperatur zu erreichen, bei der die Batteriezellen effizient Energie laden und speichern können. Das Heizelement 536 kann von dem Batteriemanagementsystem 540 und/oder dem Kopfmodul 130 gesteuert werden.

Aufgaben des Batteriemanagementsystem 540 können sein: Spannungsmessung der LU507886

Batteriezellen 531, Balancing, Temperaturüberwachung, Strommessung und

Spannungsmessung am gesamten Batteriemodul 530 bzw. der Batteriezellpackung 530.

Die Batteriezellpackung 530 kann beispielsweise aus LiFePO4 Batteriezellen bestehen, beispielsweise der Leistung 60-99Wh.

Das Batteriemanagementsystem 540 kann über die Kommunikationsschnittstelle 535 beispielsweise folgende Anweisungen senden bzw. empfangen: Ein- oder Ausschalten des

Lade-Entladeschalters 534, Lebenszeitzählerstände übertragen, Betriebsmodi steuern,

Selbstentladung steuern, SOH, SOC, Zykluszähler, Herstellerdaten, z.B. Kapazität und/oder

Chemie des Batterieblocks 530, Alarme, momentaner Strom, momentane Spannung des

Batterieblocks 530.

Das Batteriemanagementsystem 540 kann LEDs 538 ansteuern, um den Nutzer mittels der

Zustände der LEDs 538 über den momentanen Betriebszustand des Energiespeichermoduls zu informieren. Diese LEDs 538 kénnen vorne am Energiespeichermodul 111 angebracht sein, wie in Figur 1 dargestellt, so dass beim Einschub des Energiespeichermoduls 111 in das

Rahmenmodul 110 der Betriebszustand fur den Nutzer sichtbar ist.

Am Leistungspfad 510 kann beispielsweise eine Spannung von +24 Volt gegenüber Masse anliegen, wie in Figur 6 beispielhaft dargestellt.

Claims

PATENTANSPRÜCHE LU507886

1. Modulares Energiespeichersystem (100) zur Montage auf einer Trageschiene, umfassend: zumindest ein auf die Trageschiene montierbares Rahmenmodul (110); und zumindest ein Energiespeichermodul (111) mit einer oder mehreren Batteriezellen (531), welches in das zumindest eine Rahmenmodul (110) unter Herstellung einer elektrischen Verbindung steckbar ist; wobei das zumindest eine Rahmenmodul (110) ein elektrisches Kontaktelement (120) zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten Kontaktelement (120) eines weiteren Rahmenmoduls (110) aufweist, wobei das elektrische Kontaktelement (120) einen weiblichen Kontaktabschnitt (121) und einen männlichen Kontaktabschnitt (122) aufweist, die sich entlang einer Längsrichtung (125) des Kontaktelements (120) erstrecken und einen dritten Kontaktabschnitt (123), der quer zu der Längsrichtung (125) ausgerichtet ist und ausgebildet ist, eine steckbare elektrische Verbindung mit dem Energiespeichermodul (111) herzustellen, um die ein oder mehreren Batteriezellen (531) zu laden oder zu entladen.

2. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 1, wobei bei auf die Trageschiene montiertem Rahmenmodul (110) die Längsrichtung (125) des elektrischen Kontaktelements (120) entlang der Trageschiene verläuft und der dritte Kontaktabschnitt (123) senkrecht zur Trageschiene ausgerichtet ist.

3. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Energiespeichermodul (111) einen zu dem dritten Kontaktabschnitt (123) passend ausgeführten elektrischen Kontakt umfasst, der zur Herstellung der elektrischen Verbindung mit dem Rahmenmodul (110) in den dritten Kontaktabschnitt (123) steckbar ist.

4. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der vorstehenden wobei der weibliche Kontaktabschnitt (121) als elastisch verformbarer Klemmkontakt ausgebildet ist.

5. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der vorstehenden wobei der dritte Kontaktabschnitt (123) funktionsgleich zu dem weiblichen Kontaktabschnitt (121) ausgebildet ist.

6. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der vorstehenden LU507886 wobei das Energiespeichermodul (111) einen Kontaktabschnitt (123b) aufweist, der passend zu dem dritten Kontaktabschnitt (123) des elektrisches Kontaktelements (120) des Rahmenmoduls (110) ausgeformt ist.

7. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 6, wobei der dritte Kontaktabschnitt (123) des elektrischen Kontaktelements (120) als weiblicher Kontaktabschnitt und der Kontaktabschnitt (123b) des Energiespeichermoduls (111) als männlicher Kontaktabschnitt ausgeformt ist oder umgekehrt; oder wobei der dritte Kontaktabschnitt (123) des elektrischen Kontaktelements (120) und der Kontaktabschnitt (123b) des Energiespeichermoduls (111) als Universalverbindung ausgeformt ist.

8. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der vorstehenden wobei das elektrische Kontaktelement (120) des zumindest einen Rahmenmoduls (110) als Biegeblechteil ausgefiihrt ist.

9. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der vorstehenden Anspriiche, wobei das elektrische Kontaktelement (120) einen Teil eines Leistungspfades (510) des modularen Energiespeichersystems (100) zum Ubertragen von elektrischer Energie ausbildet.

10. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das zumindest eine Rahmenmodul (110) ein zweites elektrisches Kontaktelement (120a) zur Herstellung einer steckbaren elektrischen Verbindung mit einem baugleich ausgebildeten zweiten Kontaktelement (120a) des weiteren Rahmenmoduls (110) aufweist, wobei das zweite elektrische Kontaktelement (120a) baugleich zu dem elektrischen Kontaktelement (120) ausgeführt ist.

11. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 10, wobei das zweite elektrische Kontaktelement (120a) einen Teil eines Kommunikationspfades (520) des modularen Energiespeichersystems (100) zum Übertragen von Kommunikationssignalen ausbildet.

12. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 11, wobei das Energiespeichermodul (111) einen Batterieblock (530) mit den ein oder mehreren Batteriezellen (531) zum Speichern von Energie umfasst; und wobei das Energiespeichermodul (111) ein Batteriemanagementsystem (540) LU507886 umfasst, das über den Kommunikationspfad (520) mit einem Batteriemanagementsystem (520) eines weiteren Energiespeichermoduls (111) kommunikationstechnisch verbunden ist, und ausgebildet ist, einen Ladungsausgleich zwischen dem Energiespeichermodul (111) und dem weiteren Energiespeichermodul (111) herzustellen.

13. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, umfassend: ein auf die Tragschiene montierbares Kopfmodul (130); wobei das Kopfmodul (130) eine Kommunikationsschnittstelle (131) aufweist, die mit dem zweiten elektrischen Kontaktelement (120a) des zumindest einen Rahmenmoduls (110) elektrisch verbindbar ist, um eine Kommunikationsverbindung über den Kommunikationspfad (520) zu dem Energiespeichermodul (111) des zumindest einen Rahmenmoduls (110) herzustellen.

14. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 13, wobei das Kopfmodul (130) eine Leistungsschnittstelle (132) aufweist, die mit dem elektrischen Kontaktelement (120) des zumindest einen Rahmenmoduls (110) elektrisch verbindbar ist, um das Energiespeichermodul (111) des zumindest einen Rahmenmoduls (110) mit Leistung zu versorgen oder Leistung des Energiespeichermoduls (111) abzugeben.

15. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 14, wobei die Leistungsschnittstelle (132) mit einem Ladeterminal (133) einer unterbrechungsfreien Stromversorgung elektrisch verbindbar ist, um die Leistung bereitzustellen.

16. Modulares Energiespeichersystem (100) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das zumindest eine Rahmenmodul (110) ein Gehäuse (112) umfasst, in welches das Energiemodul (111) einführbar ist.

17. Modulares Energiespeichersystem (100) nach Anspruch 16, wobei das Gehäuse (112) Rastelemente (113) aufweist, die beim Montieren des zumindest einen Rahmenmoduls (110) auf der Trageschiene in entsprechende Gegen- Rastelemente (114) eines baugleichen Gehäuses (112) eines weiteren Rahmenmoduls (110) oder in entsprechende Gegen-Rastelemente (134) des Kopfmoduls (130) einrasten.