WO2023217921A1 - Akku-vorrichtung zum ortsunabhängigen verfügbarmachen von dreiphasen-wechselstrom - Google Patents

Akku-vorrichtung zum ortsunabhängigen verfügbarmachen von dreiphasen-wechselstrom Download PDF

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WO2023217921A1
WO2023217921A1 PCT/EP2023/062521 EP2023062521W WO2023217921A1 WO 2023217921 A1 WO2023217921 A1 WO 2023217921A1 EP 2023062521 W EP2023062521 W EP 2023062521W WO 2023217921 A1 WO2023217921 A1 WO 2023217921A1
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WO
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battery
housing
battery device
kwh
weight
Prior art date
Application number
PCT/EP2023/062521
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English (en)
French (fr)
Inventor
Benjamin Friedrich
Manuel RÄBER
Pirmin REICHMUTH
Vera TRUTMANN
Original Assignee
Ecocoach Ag
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Filing date
Publication date
Application filed by Ecocoach Ag filed Critical Ecocoach Ag
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0063—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0042—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by the mechanical construction

Definitions

  • Rechargeable battery device for making three-phase alternating current available regardless of location
  • the invention relates to an accumulator device, or battery device for short, for making three-phase alternating current available regardless of location, which provides at least one connection for a three-phase consumer in the form of a three-phase alternating current output.
  • Portable energy supply devices with a connection for single-phase consumers are known in the prior art.
  • the capacities of the battery packs installed in such energy supply devices are usually in a range of between approx. 2-5 kWh. Accordingly, these devices, although transportable, can only be used to a limited extent because the capacities provided are not sufficient for performance-intensive applications.
  • Power supply devices for providing three-phase alternating current are very heavy, which is why they cannot be moved by people alone. Loading and unloading such energy supply devices cannot be done by hand. They are usually designed as stationary charging stations or are stored stationary in vehicles, typically small trucks, or trailers. A significant proportion of the weight of such heavy energy supply devices is also accounted for by their coolers. Because batteries with high capacities and performance require a higher cooling capacity, such battery devices are often water-cooled. Aside from the disadvantageous weight aspect, the vulnerability of water cooling and the associated maintenance requirements are also high. Batteries with high capacities and performance also have poorer electromagnetic compatibility (EMC) because noise and interference signals occur.
  • EMC electromagnetic compatibility
  • the object of the present invention is to provide a handy, i.e. lightweight, battery device for making three-phase alternating current available regardless of location, which can then be usefully used for three-phase consumers that draw intensive power. This is intended to open up the professional area of application for mobile battery devices in particular.
  • FIG. 2 The mobile battery device according to Figure 1 seen in a perspective view from below;
  • Figure 3 The mobile battery device with a fold-out lifting handle, with the lifting handle folded in;
  • Figure 4 The mobile battery device according to Figure 3 with the lifting handle folded out when pulled by a person;
  • Figure 5 The mobile battery device in a view of the front side of the housing with the outputs for connecting electrical consumers;
  • Figure 6 The mobile battery device without wheels in a perspective view of the front side with the outputs for connecting electrical consumers
  • Figure 7 The mobile battery device with wheels in a perspective view of the side with the wheels and the cooling surface
  • Figure 8 The mobile battery device without wheels, looking at the side with the heat sink, with the cooling fins protruding inwards;
  • Figure 9 A cross section through the heat sink of the battery device with its large number of structured cooling fins
  • Figure 10 The internal structure of the mobile battery device with heat sink
  • Figure 11 The internal structure of a further version of the mobile battery device with a heat sink
  • Figure 12 A circuit diagram to explain the power electronics installed in the mobile battery device
  • Figure 13 The mobile battery device in a perspective view without the top plate and side walls of its housing to reveal its internal components
  • Figure 14 A view of the internal components of the mobile battery device on the side facing away from the side shown in Figure 13;
  • Figure 15 A view of the circuit boards as they are to be screwed onto the rear wall of the mobile battery device
  • Figure 16 A view of the circuit boards mounted in the mobile battery device
  • Figure 17a-g The mobile battery device with support strips and in another version with wheels and support feet.
  • FIG. 1 shows an embodiment of the battery device for making three-phase alternating current available regardless of location in a perspective view.
  • This mobile device here comprises a substantially cuboid-shaped housing 1, the uppermost area of which is slanted towards the top.
  • the housing can (eg additionally) bevelled at the bottom or be purely cuboid.
  • a battery pack is housed in the housing 1, and the internal components of the device will be discussed later.
  • Typical dimensions of the housing 1, excluding any lifting handles, are in a range of not more than 900 mm for the length (L), not more than 400 mm for the width (B) and not more than 600 mm for the height (H ).
  • the length (L) can also be understood as the height (H) or the height (H) as the depth (T), namely when the housing 1 is designed as a square, straight prism.
  • the battery device only weighs approx. 80 kg.
  • Two opposite lifting handles 4, 5 are arranged at the top of the housing 1 and along its broad sides, which enables comfortable lifting and carrying of the device.
  • These lifting handles 4, 5 are designed here in the form of bow handles. They can be arranged on the housing 1 in a fixed or fold-out manner. This means that the device can be lifted or carried to the required location by two men, each of whom grabs the device using a lifting handle 4, 5.
  • the device can only be carried by one person in an emergency, with the weight distribution then taking place optimally close to the body due to the lifting handles 4, 5 arranged in this way.
  • a preferred embodiment variant of the battery device weighs less than 100 kg and can be moved by a single person.
  • the values of are in the ranges of [650, 800] mm x [250, 350] mm x [450, 550] mm (L x W x H) to name what makes the case particularly handy.
  • the housing 1 is preferably made of a stainless alloy, for example aluminum, and/or plastic.
  • the battery device is rolled for its transport, for which purpose it is designed as a handcart 3, with at least one wheel 8, 9 on the housing 1.
  • two adjacent lower corner regions 10, 11 of the Housing 1 each has a wheel 8, 9 arranged, and these wheels are connected to a common axle 7 about which the device can be tilted.
  • the battery device is placed on its wheels 8, 9 and on the support feet 11, 12 in the two adjacent corner areas at the front of the end face 15.
  • the handcart 3 therefore assumes a stable position in a horizontal position of the housing 1, for example when it is connected to one or more consumers to obtain electricity.
  • the device can also have more than two wheels 8, 9 or just a single wheel - similar to a one-wheeled wheelbarrow.
  • the wheels 8, 9 or the individual wheel can also be rotatably mounted directly on the housing 1.
  • the device according to the invention can also be designed so that it can be pushed like a wheelbarrow.
  • the lifting handles on the housing 1 are then advantageously arranged analogous to those of a wheelbarrow.
  • the device can also have only one support foot or more than two support feet.
  • Figure 2 shows the handcart 3 in a perspective view seen from below, whereby the lifting handle 6 with its plate 14 for tilting and pulling the device can be seen.
  • This plate 14 can be pulled out by hand along a guide rail 16 with the end handle device attached to it until it stops.
  • the lifting handle 6 with its plate 14 can be telescopically extended.
  • the lifting handle 6 does not protrude from below the base plate 2 of the housing 1 or, in the case of support feet that run obliquely forward, it does not protrude from the same. This means that the handle device is compact and safely stowed away.
  • the plate 14 can be pulled out against a restoring force, which can ensure that the lifting handle 6 is safely stored when not in use so that no objects get caught on it.
  • the plate 14 can also be implemented differently than shown here, for example in the form of two or more parallel bars, for example square tubes.
  • the two wheels 8, 9 on the housing are connected to the housing via the wheel axle 7.
  • 3 shows a further embodiment variant of the mobile battery device according to the invention in the form of a handcart 3, again in a perspective view.
  • a fold-out bow handle 18 is used here to tilt and pull the mobile battery device.
  • the bow handle 18 is designed so that it can be accommodated in a recess in the front side 15 of the battery device, as far as possible inside along the recess contour, and is maximally flush with the edge region of the front side 15. This means that the bow handle 18 is arranged in an optimal space-saving manner when folded in and cannot hook onto any objects.
  • FIG 4 you can see the mobile device according to Figure 3, as it is pulled or rolled on the ground by a person in the tilted state with the bow handle 18 fully extended.
  • the unfolding movement of the bow handle 18 is illustrated with an arrow.
  • the bow handle 18 can also be folded out against a spring force, for example. Because hinges are arranged on each end of the bracket at the upper corner areas of the recess and are internally tracked along their contour, the bow handle 18 offers a long lever because the height of the recess is used to the maximum, which keeps the force to be applied by the person low.
  • the bow handle 18 acts as an edge region of the end face 15 of the device, which maximizes the lever length or minimizes the force to be applied by a person.
  • the device 5 shows a mobile battery device in a view of the front side 15 and reveals the switch plate 17.
  • the outputs for connecting electrical consumers are arranged there.
  • the device according to the invention is primarily suitable for supplying consumers for power-intensive applications with three-phase alternating current, also called three-phase current.
  • the battery device has at least one three-phase output 19 to accommodate a corresponding three-phase plug.
  • the three-phase output 19 is based on the comparatively large hinged cover of the three-phase socket recognizable.
  • three AC outputs, each with a single-phase socket are arranged along the width of the switch plate 17. This means that the embodiment variant of the mobile battery device shown here is also suitable for supplying single-phase consumers with electrical power.
  • the switch plate 17 in this preferred embodiment also has a pressure relief valve (at the bottom right of the switch plate 17) and an emergency stop switch mounted here in the middle, a connection for charging the device on the mains and an optional connection for a photovoltaic system additional charging option for the device.
  • the device itself has a photovoltaic kit (PV kit) for charging its battery.
  • the pressure relief valve acts as a safety mechanism and opens to release excess pressure in the battery before dangerous situations such as explosions or fires can occur.
  • a display is advantageously arranged on the switch plate 17 to display information about the operation of the battery device. In the present example, this is designed as a touchscreen for operating the device and selecting settings, usage modes and the like.
  • the switches, sockets, displays and all features for setting modalities and/or maintenance can also be arranged or implemented alternatively and in different numbers in a switch plate 17.
  • the switch plate 17 can also have more than one three-phase output.
  • switch plate 17 is preferably embedded in a recess in the front side 15 of the device, so that all of its components, and in the case of protective hinged covers on the sockets preferably including them, are enclosed by the housing 1 or by the edge of the front side 15 and do not protrude.
  • FIG. 6 A further variant of the mobile battery device according to the invention without wheels can be seen in Figure 6. Instead of wheels 8, 9 and support feet, this version is placed on support strips. This device is carried by one or more people using the lifting handles 4, 5. She is suitable particularly for applications in which movement on wheels 8, 9 is not possible or only possible with difficulty or is simply not necessary.
  • Figure 7 offers a perspective view of the side of the mobile battery device facing away from the end face 15, here the side with the wheels 8, 9.
  • this side shows the part of the heat sink 21 that is visible from the outside on the cooling surface 20 formed by the cooling fins. This results overall as the sum of the surfaces of the inwardly projecting cooling fins 22, shown here only at their vertical end edges, as well as the other invisible surfaces on the heat sink 12, via which waste heat is released to the outside into the ambient air becomes.
  • a fan can be dispensed with to increase the air flow through the cooling fins 22 and thus increase the dissipation of heat to the environment.
  • any ventilation slots in the housing 1 which means that, apart from openings for outputs for consumers, switches and communication interfaces, it can be designed to be closed on all sides, with the exception of any one-way outlets for a pressure relief valve and/or or a rainwater outlet.
  • a hydraulic connection with a hose can be used for a rainwater outlet, which allows rainwater to flow in only one direction. Openings for one-way outlets are made correspondingly small.
  • the housing 1 can be designed to be dust-tight.
  • the housing 1 of the mobile battery device is advantageously designed to be closed except for the openings mentioned. A small number of openings in the housing 1 is also conducive to low noise emissions from the battery device.
  • a fan can be dispensed with.
  • the absence of openings in the housing 1, apart from openings for outputs for consumers, switches and communication interfaces and for any one-way outlets, proves to be particularly advantageous for using the device according to the invention in damp and/or dusty locations, for example on construction sites or the like. etc.
  • the The battery device can then be operated at a relative humidity of at least up to 95%.
  • the cooling variant shown here with heat sink 21 can be used on any version of the battery device, of course also on a wheel-less variant, as shown in Figure 6.
  • the heat sink 21 can also be designed in such a way that it forms outwardly projecting cooling fins 22 on other sides of the battery device in order to enlarge the cooling surface 20.
  • minimal air slots can be installed in the housing 1, but these are only made so large that the air flow necessary for cooling is released to the outside and new ambient air is sucked in through other slots.
  • These ventilation slots are designed in such a way that, if possible, they do not result in a higher classification of the device for its classification for protection against foreign bodies and contact and for protection against water than the device must meet for the respective requirements.
  • the air slots are dimensioned so that a solid foreign body of a certain diameter cannot pass through them.
  • the air slots offer protection against a solid foreign body, the diameter of which is typically one of the values ⁇ 2.5 mm, 2.25 mm, 2 mm, 1.75 mm, 1.5 mm, 1.25 mm, 1 mm, 0.75 mm ⁇ .
  • the housing 1 of the battery device according to the invention can be designed to be closed except for such minimal openings for air exchange and any openings for one-way outlets (such as a pressure relief valve or a rainwater outlet). In damp and/or dusty locations, it is advisable to install an air-permeable membrane or filter at the location of such cooling openings in order to keep water, dirt and other foreign bodies away from the outside.
  • the numerous inwardly projecting cooling fins 22 or cooling fins of the heat sink 21 can be seen on the side of the battery device facing away from the end face 15.
  • the heat sink 21 is advantageously anodized, which means that it can give off more heat through thermal radiation due to the porosity of the surface. Due to its color, a black anodized layer leads to a higher absorption of radiant heat. Black color has the property of having a wider range of absorb electromagnetic spectrum and convert it into heat. This further increases the heat dissipation from the interior of the device due to radiation.
  • the cooling fins 22 are advantageously integrally formed on a back plate as a rear cooling plate or are at least connected with good thermal connection, the back plate in turn connecting to the components of the power electronics, as will be explained later.
  • a blower or fan can also be dispensed with completely in the housing 1 of the device.
  • the passive dissipation of waste heat via the heat sink 21 is then sufficient for cooling the device, so that, depending on the situation, no fan is necessary or just a fan with a low volume flow is sufficient to support the cooling.
  • the device according to the invention can be operated or charged and discharged without or only with very little background noise. This opens up areas of application in particular where even small background noises are particularly disruptive, for example during music, sound or speech playback.
  • FIG. 9 shows a preferred embodiment of the heat sink 21 with its ribs 22 projecting vertically from the back plate in cross section. It can be seen here that the ribs 22 are specially structured, namely corrugated, to enlarge the cooling surface 20.
  • the number of cooling ribs 22 on the heat sink 21 is advantageously between 30 and 70. Preferred value ranges for the mass are listed below:
  • the cooling body 21 is U-shaped, with right angles, so that it at least partially follows the contours of the housing. This further increases the cooling surface 20, for the most pronounced to completely passive cooling possible Battery device.
  • Heat sinks 21 in profile shape can be extruded and are therefore simple and inexpensive to produce.
  • a battery device can also include several heat sinks 21 or a heat sink 21 with several individual components, which are advantageously connected to one another via thermal bridges.
  • the weight of the heat sink 21 in the mobile battery device is advantageously not more than 7.5 kg, and more preferably not more than 5 kg.
  • the heat sink 21 can interact with the aid of a fan to achieve air circulation inside the housing.
  • the cooling of the battery device realized in this way is cooling with circulating air, whereby waste heat is passively released to the outside, so that no exchange with the ambient air takes place.
  • the internal structure of such a mobile battery device with heat sink 21 and fans 23 for circulating air cooling in the housing 1 is shown as an example in Figure 10.
  • the heat sink 21 here consists of two components, each of which includes a large number of cooling fins 22, which offer a large cooling surface, so that the two fans 23 used here each have a power of at most 2 W, and advantageously even at most 1.5 W.
  • the presence of a fan 23 is completely dispensed with and cooling is ensured solely by the heat sink 21.
  • the higher the capacity and the current flow of the battery the higher the power required by the blower 23.
  • a power module is hereby understood to mean a printed circuit board with components.
  • the connections that lead to the sockets in the front side 15 of the housing 1 are not shown here. Prominently visible again is the at least one three-phase output 19 for making three-phase current available regardless of location, of which such a device can also have several.
  • the switch plate 17 is not shown here.
  • FIG 11 a further variant of a mobile cuboid battery device is presented with a wider edge than the vertical edge.
  • the cooling fins 22 of the heat sink 21 run parallel to the width edge of the device.
  • the outputs again shown here without the switch plate 17, are arranged somewhat differently than in the previous example according to Figure 10, which illustrates the arbitrariness of their arrangement. It goes without saying that the number of sockets or outputs can vary here too.
  • the fan 23 can be dispensed with in an alternative embodiment of the battery device, particularly for noise-sensitive applications. However, a low-power fan 23 is advantageously present and remains switched off when not needed.
  • the battery device opens up the field of application of high-voltage batteries or high-voltage accumulators for the mobile energy supply sector.
  • a high-voltage system or high-voltage refers to systems that are operated with alternating current voltages above 30 V to 1 kV or with direct current voltages above 60 V to 1.5 kV.
  • the term high voltage used here comes from vehicle technology and is therefore referred to as "high” because such voltages are dangerous for people.
  • a battery or accumulator is a direct current source, which means that the term high-voltage battery or accumulator is measured by its direct current voltage (whereby the nominal voltage is used).
  • P U ⁇ I
  • thinner cables with a smaller conductor cross-sectional area can be used. This sometimes allows savings in material and cooling and enables significant weight savings.
  • high-voltage batteries have primarily been installed in electric vehicles or used as stationary storage for solar applications.
  • the reason for this limited application is that it represents a technological challenge to meet the safety requirements due to the higher voltage and the necessary components in a compact design and a relatively low weight to ensure that the handiness of the device is not destroyed.
  • the total weight of the device according to the invention should advantageously be less than 100 kg so that it can be lifted by a single person if necessary and can easily be carried over longer distances by two people.
  • the mobile battery device breaks completely new ground when, in a preferred variant, it has a battery pack with a high-voltage nominal voltage, i.e. with a nominal voltage of more than 60 V. for mobile applications, with the device being able to be transported by hand, sometimes for outdoor use.
  • a high-voltage nominal voltage i.e. with a nominal voltage of more than 60 V. for mobile applications, with the device being able to be transported by hand, sometimes for outdoor use.
  • FIG. 12 shows the circuit diagram of the electronics according to a preferred embodiment of the mobile battery device.
  • the abbreviations mean the following:
  • the power electronics here include a BMS master, namely a main control unit, which coordinates communication with the four BMS slaves and manages all of the important functions of the BMS.
  • the BMS master can then Make decisions to optimize battery performance and safety by controlling charging and discharging processes and providing alerts when problems occur. This ensures that the battery works within specified limits.
  • the BMS master collects and analyzes the data supplied by the BMS slaves as small, autonomous monitoring units, such as the voltage, current, temperature and status of each accumulator cell 24 of the battery.
  • the BMS slaves are arranged near the accumulator cells 24. They can also make local decisions to ensure the safety of cells 24, such as turning off cells 24 if their voltage is out of range.
  • the master-slave system allows the battery system to be operated efficiently and precisely. It also provides redundant monitoring capabilities by allowing multiple monitoring units to collect and analyze the same information to increase system reliability and security.
  • the HMI or user interface provides the user with easy access to information about the battery status and the control of charging and discharging processes.
  • the HMI displays important information such as the current battery status, remaining battery capacity, charging and discharging power and temperature.
  • the user can also set parameters such as the maximum charging voltage, the maximum discharging voltage and the maximum charging or discharging power of the battery.
  • two modules 25, ie component-equipped circuit boards, are preferably used for the power converters for the power electronics in the battery device according to the invention.
  • the two modules are then programmed so that one module works as a bidirectional DC-DC converter and the other as a bidirectional three-phase inverter, which are installed in one unit. They work together to provide bidirectional conversion between three-phase AC and DC.
  • This integrated 1 version offers a compact design.
  • the inverter preferably comprises a bidirectional three-phase full bridge.
  • the battery device according to the invention achieves an unprecedentedly high ratio of the gross capacity of the battery or battery pack (as the amount of electrical charge that the battery of the device can store) to the residual weight of the mobile battery device, i.e. to the total weight of the mobile battery device minus the battery weight, thus minus the weight of the battery pack and, in the case of several battery packs, minus the weight of all battery packs.
  • This ratio of the battery capacity to the residual weight of the mobile battery device according to the invention achieves energy densities of at least 0.1 kWh/kg.
  • This ratio preferably achieves energy densities of at least one of the following values: ⁇ 0.125 kWh/kg, 0.15 kWh/kg, 0.175 kWh/kg, 0.2 kWh/kg, 0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg ⁇ .
  • a battery pack weighing approximately 40 kg has a residual weight of the device of only approximately 40 kg.
  • the battery device according to the invention additionally fulfills the following condition with regard to the energy density:
  • the ratio of the battery capacity to the residual weight of the mobile battery device, ie to the total weight of the mobile battery device, minus the weight of the battery pack and for several battery packs of all battery packs and further minus the weight of the Housing 1 without heat sink 21 achieves energy densities of at least 0.2 kWh/kg.
  • This additional condition expresses how low the weight of the internal components of the mobile battery device is, regardless of the battery weight, given the available energy capacity of the battery.
  • an energy density based on the residual weight minus the weight of the device housing 1 of at least 0.2 kWh/kg can be achieved with the device, and preferably one of the following minimum values ⁇ 0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg, 0.275 kWh/kg, 0.3 kWh/kg, 0.325 kWh/kg ⁇ .
  • This device is therefore available as an extremely light, highly efficient mobile energy source for three-phase consumers and enables its use even in remote locations.
  • an optimized such ratio is achieved using a high-voltage battery.
  • the nominal voltage of the battery pack used in the mobile battery device is then preferably more than 60 V, and more preferably equal to or more than 100 V.
  • Preferred embodiments of the device according to the invention use a battery pack with a nominal voltage value of equal to or more than 150 V or more preferably equal to or more than 200 V. This also applies when using several battery packs in the device.
  • Figure 13 provides a clear view of the interior of the mobile battery device.
  • the heat sink 21 with its inner cooling plate, to which the power modules 25 are connected via thermal bridges.
  • the fans 23 provide circulating air inside the housing 1 in order to increase the cooling effect if necessary.
  • the area 26 with the BMS, insulation monitor and battery electronics on different circuit boards here, as well as the area with safety elements 27.
  • two different current sensors are preferred in the present battery system, for example a Hall sensor and a shunt sensor.
  • Two relays and a fuse are advantageous Protection installed.
  • the number of circuit boards depends on the design of the power electronics. It would also be possible to put everything on a circuit board.
  • the housing 1 on the broad side of the device is each equipped with one Eyelet 30 is equipped. Such eyelets 30 are optionally present if the device is to be transportable by crane.
  • the device housing 1 is reinforced here by cross struts 40 and a box frame 41.
  • the area 34 has two common mode filters 29, a single-stage and a two-stage common mode filter, and contactors 28 are clearly visible. Even just a common mode filter 29 would be possible. This can reduce electromagnetic interference (EMI) and noise.
  • a common mode filter removes common mode interference by providing high resistance for signals that are the same on both conductors (common mode).
  • the power modules 25 visible in front of the heat sink 21 are described below.
  • the device housing 1 is advantageously prepared with nuts 39 in corresponding holes in the housing 1 for fastening or screwing in a suitable lifting device such as an eyelet 30.
  • the housing 1 is constructed stably so that it meets the requirements of a vibration test.
  • a particularly robust housing 1 was created by the struts 40 and frame reinforcements 41, especially with regard to possible crane transport of the device.
  • 14 also circles the battery electronics 31, the power electronics 32 with three-phase inverter and DC-DC converter, the battery pack 33 and electromechanical components 34, including contactor 29.
  • Thermal bridges can be formed, for example, by thermally conductive gap filling material, which hardens in an irreversible curtain at room temperature or at a temperature above that (with hot air).
  • This arrangement of the power modules 25 for the power converters on the back of the mobile battery device enables space-saving accommodation of the internal components and a compact arrangement of the heat sink 21.
  • the power modules 25 can have other dimensions and arrangements, which also applies to the heat sink 21 applies.
  • the modules are bidirectional AFE modules (AFE for Active Front End). Generally, an AFE is used to improve power factor correction (PFC) while reducing harmonics and noise in the power supply. It is a power electronic circuit that enables bidirectional energy flow control and enables efficient conversion between different voltage and current levels.
  • the thick cables 35 at one end of the circuit board below are the connecting cables to the battery pack; at the opposite end of the other circuit board are the cables 36, which connect to the common mode filter 29. Also visible is a so-called daisy chain 37, i.e. a serial connection between the two modules for transmitting data and control signals or communication.
  • the two cables 38 located nearby are jumper cables between the modules with a discharge resistor.
  • the mobile battery device according to the invention is characterized by the following advantageous features, individually or in any combination:
  • a preferred embodiment of the mobile battery device according to the invention has one or more or any combinations of the features listed below:
  • Figures 17a-c show an embodiment of the mobile battery device with support strips located at the bottom of the device.
  • Figures 17d-g show the mobile battery device with wheels and adjustable feet.
  • optional eyelets 30 are screwed into the housing 1 at the top of their broad sides, for possible transport of the device by crane. They can be removed when not needed.
  • the housing 1 of the device is advantageously reinforced with a box frame 41. Internally it can be designed with struts 40 to further increase its stability.
  • Figures 17a, 17b, 17d-f you can find the dimensions H, B', B", L', L" and L'".
  • B' denotes the width of the device including support strips and is advantageously between 300 and 450 mm
  • B" denotes the width of the device including its wheels 8, 9 and is advantageously between 500 mm and 650 mm.
  • L' denotes the length of the device without lifting handles 4, 5, L" the length including lifting handles 4, 5 and L'" the length including the wheels 8, 9 and the support feet 12, 13.
  • Advantageous dimensions for L' are between 650 mm and 850 mm, for L" between 850 mm and 1050 mm, and for L'" between 750 mm and 950 mm.
  • 17d also shows: a display 42 for the user interface (e.g.
  • a touch display for selecting functions of the device an on/off switch 43, an emergency stop switch 44, a three-phase output or three-phase socket 19, a single-phase socket 45 from here a total of three such sockets, a CAN output 46, a 24 V output 47, which can also be designed for a different voltage as required, an output 48 for PV charging or DC charging, a charging cable socket 49 and an overpressure or safety valve 50, which includes an elastic membrane and opens to release pressure, when it exceeds a critical value and closes again when the pressure has dropped to a safe level.
  • a GPS antenna 51 is also shown above the top single-phase socket 46.
  • the device according to the invention ensures that a battery or battery pack is expanded into a mobile energy supply device for power-intensive indoor and outdoor use in a small space and with minimal weight.
  • the quality of the residual weight of a mobile battery device is proven when a battery or battery pack with high gross capacity can be installed in a power-intensive application area to form a mobile power supply unit with minimal space requirements and weight increase.
  • the battery device according to the invention makes it possible to use high-voltage batteries in particular, which are safely installed and compactly housed in it with minimal weight. Due to its low weight and small volume, the battery device according to the invention can be moved by hand to virtually any location and thus opens up new areas of application that previously made the use of industrial consumer devices considerably more difficult, if not impossible.
  • the battery device is also suitable as an emergency power generator, for example when energy availability is limited in winter or when the power grid is overloaded, to ensure an uninterrupted power supply wherever needed.
  • the object of the invention is also described below advantageous embodiments of the mobile battery device according to the invention, namely a mobile battery device with the features according to one of claims 1 to 18, the mobile battery device further having a feature or any combinations of features according to the following paragraphs, namely. ..
  • the energy density of the battery device based on its residual weight, which corresponds to the total weight of the battery device minus the weight of the battery pack or, in the case of several battery packs, of all battery packs, thus the gross capacity of the battery pack or, in the case of several battery packs, their total gross capacity divided by the residual weight, at least one of the values ⁇ 0.125 kWh/kg, 0.15 kWh/kg, 0.175 kWh/kg, 0.2 kWh/kg, 0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg ⁇ .
  • the one or more heat sinks 21, these heat sinks 21 have a total thermal resistance (K/W), which depends on the Weight of the heat sink 21 ITIK in kg or, in the case of several heat sinks 21, their total weight mK in kg is less than -0.02 K/(W-kg) ⁇ ITIK + 0.3 K/W.
  • the battery device is cooled exclusively by air cooling.
  • this outgoing power loss is reduced by creating a variable intermediate circuit voltage and / or by reducing an output voltage of the battery pack or packs, by at least one of the values ⁇ 10%, 12.5%, 15%, 17.5%, 20% ⁇ compared to the outgoing power loss.
  • the battery device contains at least one single-stage and one two-stage common mode filter 29.
  • the battery device includes one or more fans 23 for circulating air cooling in the housing 1, with such a maximum power of one fan 23 or, in the case of several fans 23, with such a maximum total power that the gross capacity of the battery -Packs or, in the case of several battery packs, their total gross capacity divided by the maximum power of one fan 23 or, in the case of several fans 23, their maximum total power is at least one of the values ⁇ 1500 h, 2000 h, 2500 h, 3000 h, 3500 h, 4000 h, 4500 h ⁇ .
  • Total power of the multiple fans 23 not more than one of the values ⁇ 1 W, 2 W, 3 W, 4W, 5W, 6W, 7W, 8W, 9W, 10W ⁇ .
  • the housing 1 regardless of openings for outputs for consumers, switches and communication interfaces, is designed to be closed, except for openings for one-way outlets and/or openings for cooling with the ambient air, the cooling openings are dimensioned so that a solid foreign body whose diameter is at least one of the values ⁇ 0.5mm, 0.75 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm, 2.25 mm, 2.5 mm ⁇ cannot pass through them .
  • the total weight of the battery device is less than one of the values ⁇ 120 kg, 115 kg, 110 kg, 105 kg, 100 kg, 95 kg, 90 kg, 85 kg, 80 kg ⁇ .
  • the nominal voltage of the battery pack or, in the case of several battery packs, of each battery pack is at least one of the values ⁇ 60 V, 80 V, 100 V, 125 V, 150 V, 175 V, 200 V ⁇ .
  • the gross capacity of the battery pack or, in the case of several battery packs, the battery packs as a whole is at least one of the values ⁇ 6 kWh, 6.5 kWh, 7 kWh, 7.5 kWh, 8 kWh, 8.5 kWh, 9 kWh ⁇ is.
  • the gross capacity of the battery pack or, in the case of several battery packs, the battery packs as a whole is at most one of the values ⁇ 10 kWh, 10.5 kWh, 11 kWh, 11.5 kWh, 12 kWh, 12.5 kWh, 13 kWh, 13.5 kWh, 14 kWh, 14.5 kWh, 15 kWh, 16 kWh, 17 kWh, 18 kWh, 19 kWh, 20 kWh ⁇ .
  • the battery device includes a bidirectional DC-DC converter.
  • the battery device includes a bidirectional DC-DC converter, and the nominal voltage of the battery pack or, in the case of several battery packs, of each battery pack is at most one of the values ⁇ 200 V, 250 V, 300 V, 350 V , 400V, 450V, 500V, 550V, 600V ⁇ .
  • the three-phase inverter comprises a bidirectional three-phase full bridge.
  • the thickness of plates of which the housing 1 is composed is at least one of the values ⁇ 1 mm, 1.25 mm, 1.5 mm, 1.75 mm, 2 mm ⁇ .
  • the housing 1 is essentially cuboid-shaped or purely cuboid-shaped, with a length of the housing 1 of a maximum of one of the values ⁇ 1200 mm, 1150 mm, 1100 mm, 1050 mm, 1000 mm, 950 mm ⁇ , a width of the housing 1 of a maximum of one of the values ⁇ 700 mm, 650 mm, 600 mm, 550 mm, 500 mm, 450 mm ⁇ and a height of the housing 1 of a maximum of one of the values ⁇ 900 mm, 850 mm, 800 mm, 750mm, 700mm, 650mm ⁇ .
  • the housing 1 is made of sheet metal or plastic.
  • the housing 1 is made of sheet steel and/or sheet aluminum.
  • housing 1 is designed to be dust-tight.
  • housing 1 is reinforced with struts which enclose a contour of the housing 1.
  • heat sink 21 is designed as a profile.
  • heat sink 21 forms cooling fins 22 spaced apart from one another.
  • the heat sink 21 forms spaced-apart cooling fins 22 of a corrugated structure.
  • the weight of the heat sink 21 is less than one of the values ⁇ 10 kg, 9 kg, 8 kg, 7 kg, 6 kg, 5 kg ⁇ .
  • an advantageous embodiment of the mobile battery device achieves that it provides a high gross battery capacity with a low weight of the device, whereby
  • EMC electromagnetic compatibility
  • Electromechanical components including contactor 29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Akku-Vorrichtung zum ortsunabhängigen Verfügbarmachen von Dreiphasen-Wechselstrom, umfassend ein Gehäuse mit Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgang. Im Gehäuse sind ein oder mehrere Akku-Packs, ein bidirektionaler Dreiphasen-Wechselrichter und ein oder mehrere Gleichtaktfilter untergebracht. Das Gehäuse schliesst einen oder mehrere Kühlkörper mit wärmeableitender Oberfläche zur Abgabe von Abwärme an die Umgebungsluft ein. Die Energiedichte der Akku-Vorrichtung bezogen auf ihr Residualgewicht, welches dem Gesamtgewicht der Vorrichtung abzüglich des Gewichts des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Gesamtgewicht entspricht, somit die Bruttokapazität des einen oder bei mehreren Akku-Packs von sämtlichen Akku-Packs beträgt mindestens 0.1 kWh/kg. Vorteilhaft beinhaltet die Vorrichtung einen Hochvolt-Akku. Die Vorrichtung kann als Handwagen (3) ausgeführt sein, mit Rädern und Stützfüssen zum Abstellen der Vorrichtung in einer horizontalen Lage des Gehäuses auf ebenem Grund. In der Ausführung als Handwagen (3) ist an der Vorrichtung ein Hebegriff, etwa ein ausklappbarer Griffbügel (18), vorhanden. Mit Vorteil beträgt das Gesamtgewicht der Vorrichtung weniger als 100 kg.

Description

Akku-Vorrichtung zum ortsunabhänqiqen Verfüqbarmachen von Dreiphasen-Wechselstrom
[0001] Die Erfindung betrifft eine Akkumulator-Vorrichtung, kurz Akku-Vorrichtung, zum ortsunabhängigen Verfügbarmachen von Dreiphasen-Wechselstrom, der wenigstens einen Anschluss für einen dreiphasigen Verbraucher in Form eines Dreiphasen- Wechselstrom-Ausgangs bereitstellt.
[0002] Im Stand der Technik sind transportable Energieversorgungsgeräte mit einem Anschluss für einphasige Verbraucher bekannt. Die Kapazitäten der in solchen Energieversorgungsgeräten verbauten Akku-Packs liegen üblicherweise in einem Bereich von zwischen ca. 2-5 kWh. Entsprechend sind diese Geräte, wenngleich transportabel, nur begrenzt einsetzbar, denn die bereitgestellten Kapazitäten reichen nicht für leistungsintensive Anwendungen.
[0003] Für viele Anwendungen im Haushalt und Büro ist die übliche Netzspannung vollkommen ausreichend, weil einphasige Verbraucher eingesetzt werden können. Im Handwerk oder in der Industrie ist das aber meistens nicht der Fall. Hier wird für Werkzeuge, Motoren, Maschinen und Anlagen mehr Leistung bei der elektrischen Energieversorgung benötigt, d.h. sie sind auf Dreiphasen-Wechselstrom angewiesen und werden daher als dreiphasige Verbraucher bezeichnet, wobei der Effektivwert der Spannung dann wesentlich höher liegt. Im professionellen Anwendungsbereich, typischerweise in den Bereichen Bau, Handwerk, Industrie, Eventtechnik, Filmtechnik, im Schutz- und Rettungsdienst, etc. kommen in der Regel intensiv elektrische Leistung ziehende Verbraucher zum Einsatz, welche mit Dreiphasen-Wechselstrom betrieben werden müssen.
[0004] Energieversorgungsgeräte zum Bereitstellen von Dreiphasen-Wechselstrom nach dem Stand der Technik sind sehr schwer, weshalb sie nicht allein von Menschen verschiebbar sind. Das Ein- und Ausladen solcher Energieversorgungsgeräte kann nicht von Hand durchgeführt werden. Meistens sind sie als stationäre Ladestationen ausgebildet oder sie sind in Fahrzeugen, typischerweise in Kleinlastern, oder Anhängern stationär eingelagert. Ein bedeutender Gewichtsanteil solcher schweren Energieversorgungsgeräte entfällt dabei auch auf ihre Kühler. Weil bei Akkus mit hohen Kapazitäten und Leistungen eine höhere Kühlleistung erforderlich ist, sind derlei Akku- Vorrichtungen oftmals wassergekühlt. Abgesehen vom nachteiligen Gewichtsaspekt ist auch die Anfälligkeit der Wasserkühlung und der damit verbundene Wartungsbedarf hoch. Auch weisen Akkus mit hohen Kapazitäten und Leistungen eine schlechtere elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) auf, weil Rausch- und Störsignale auftreten.
[0005] Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine handliche, d.h. leichte Akku-Vorrichtung zum ortsunabhängigen Verfügbarmachen von Dreiphasen-Wechselstrom anzugeben, welche sodann für intensiv Leistung ziehende, dreiphasige Verbraucher sinnvoll nutzbar ist. Damit soll insbesondere der professionelle Anwendungsbereich für mobile Akku-Vorrichtungen erschlossen werden.
[0006] Diese Aufgabe wird durch eine Akku-Vorrichtung gemäss den Merkmalen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Varianten dieser Akku- Vorrichtung und ihre Verwendung sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
[0007] Die erfindungsgemässe Akku-Vorrichtung wird anhand von Ausführungsbeispielen in den nachfolgenden Figuren beschrieben. Es zeigt: Figur 1 : Die mobile Akku-Vorrichtung mit ausgezogenem Hebegriff;
Figur 2: Die mobile Akku-Vorrichtung nach Figur 1 in einer perspektivischen Ansicht von unten gesehen;
Figur 3: Die mobile Akku-Vorrichtung mit einem ausklappbaren Hebegriff, bei eingeklapptem Hebegriff;
Figur 4: Die mobile Akku-Vorrichtung nach Figur 3 mit ausgeklapptem Hebegriff beim Ziehen durch eine Person;
Figur 5: Die mobile Akku-Vorrichtung in einer Ansicht auf die Stirnseite des Gehäuses mit den Ausgängen zum Anschliessen von elektrischen Verbrauchern;
Figur 6: Die mobile Akku-Vorrichtung ohne Räder in einer perspektivischen Ansicht auf die Stirnseite mit den Ausgängen zum Anschliessen von elektrischen Verbrauchern;
Figur 7: Die mobile Akku-Vorrichtung mit Rädern in einer perspektivischen Ansicht auf die Seite mit den Rädern und der Kühlfläche;
Figur 8: Die mobile Akku-Vorrichtung ohne Räder mit Blick auf die Seite mit dem Kühlkörper, mit den nach innen ragenden Kühlrippen;
Figur 9: Einen Querschnitt durch den Kühlkörper der Akku-Vorrichtung mit seiner Vielzahl strukturierter Kühlrippen;
Figur 10: Den inneren Aufbau der mobilen Akku-Vorrichtung mit Kühlkörper;
Figur 11 : Den inneren Aufbau einer weiteren Ausführung der mobilen Akku-Vorrichtung mit Kühlkörper; Figur 12: Ein Schaltbild zur Erläuterung der in der mobilen Akku-Vorrichtung verbauten Leistungselektronik;
Figur 13: Die mobile Akku-Vorrichtung in einer perspektivischen Ansicht ohne Deckenplatte und Seitenwände ihres Gehäuses, um den Blick auf ihre Innenkomponenten freizugeben;
Figur 14: Eine Ansicht auf die Innenkomponenten der mobilen Akku-Vorrichtung auf die Seite, die von der in Figur 13 gezeigten Seite abgewandt ist;
Figur 15: Eine Ansicht auf die Leiterplatten, wie sie an die Rückwand der mobilen Akku- Vorrichtung anzuschrauben sind;
Figur 16: Eine Ansicht auf die in der mobilen Akku-Vorrichtung montierten Leiterplatten;
Figur 17a-g: Die mobile Akku-Vorrichtung mit Auflage-Leisten sowie in einer anderen Ausführung mit Rädern und Stützfüssen.
[0008] Figur 1 zeigt eine Ausführung der Akku-Vorrichtung zum ortsunabhängigen Verfügbarmachen von Dreiphasen-Wechselstrom in einer perspektivischen Ansicht. Diese mobile Vorrichtung umfasst hier ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 1 , dessen oberster Bereich gegen oben abgeschrägt ist. Alternativ kann das Gehäuse (z.B. zusätzlich) unten abgeschrägt oder aber rein quaderförmig ausgeführt sein. Im Gehäuse 1 ist ein Akku-Pack untergebracht, wobei auf die Innenkomponenten der Vorrichtung später eingegangen wird. Typische Abmessungswerte des Gehäuses 1 , ohne allfällige Hebegriffe gerechnet, liegen in einem Bereich von nicht mehr als 900 mm für die Länge (L), nicht mehr als 400 mm für die Breite (B) und nicht mehr als 600 mm für die Höhe (H). Je nachdem kann die Länge (L) auch als Höhe (H) bzw. die Höhe (H) als Tiefe (T) verstanden werden, nämlich bei der Ausführung des Gehäuses 1 als quadratisches gerades Prisma. In der hier dargestellten Ausführung wiegt die Akku-Vorrichtung lediglich ca. 80 kg. Oben am Gehäuse 1 und entlang seiner Breitseiten sind zwei gegenüberliegende Hebegriffe 4, 5 angeordnet, was ein komfortables Heben und Tragen der Vorrichtung ermöglicht. Diese Hebegriffe 4, 5 sind hier in Form von Bügelgriffen ausgeführt. Sie können am Gehäuse 1 fix oder ausklappbar angeordnet sein. Damit kann die Vorrichtung von zwei Männern, welche dieselbe je an einem Hebegriff 4, 5 ergreifen, an den erforderlichen Einsatzort gehoben bzw. getragen werden. Weil davon ausgegangen werden kann, dass selbst eine untrainierte Person eine Gewichtslast von rund 80 kg heben kann, ist die Vorrichtung im Notfall auch nur von einer Person tragbar, wobei die Gewichtsverteilung infolge der so angeordneten Hebegriffe 4, 5 dann optimal nahe am Körper erfolgt. Jedenfalls wiegt eine bevorzugte Ausführungsvariante der Akku- Vorrichtung unter 100 kg und ist von einer einzelnen Person bewegbar. Für eine bevorzugte Abmessung des Vorrichtungs-Gehäuses 1 , ohne Hebegriffe 4, 5 gerechnet, sind die Werte von in den Bereichen von [650, 800] mm x [250, 350] mm x [450, 550] mm (L x B x H) zu nennen, womit das Gehäuse besonders handlich ist. Vorzugsweise wird das Gehäuse 1 aus einer rostfreien Legierung, z.B. Aluminium, und/oder aus Kunststoff hergestellt.
|[0009] Im Regelfall wird die Akku-Vorrichtung für ihren Transport gerollt, wozu sie als Handwagen 3 ausgeführt ist, mit mindestens einem Rad 8, 9 am Gehäuse 1. In der vorliegenden Ausführung ist an zwei nebeneinander liegenden unteren Eckbereichen 10, 11 des Gehäuses 1 je ein Rad 8, 9 angeordnet, und diese Räder sind mit einer gemeinsamen Achse 7 verbunden, um welche die Vorrichtung kippbar ist. In der Figur 1 ist die Akku-Vorrichtung auf ihre Räder 8, 9 und auf die Stützfüsse 11 , 12 in den zwei nebeneinander liegenden Eckbereichen vorne an der Stirnseite 15 abgestellt. Auf ebenem Grund nimmt der Handwagen 3 folglich in einer horizontalen Lage des Gehäuses 1 einen stabilen Stand ein, etwa wenn er zum Strombezug an einen oder mehrere Verbraucher angeschlossen ist. Zum Kippen bzw. Anheben und Ziehen der Vorrichtung ist auf der Seite der Stützfüsse 12, 13 ein ausschwenkbarer oder - wie im dargestellten Fall - ein ausziehbarer Hebegriff 6 vorhanden. Mit Anordnung der Räder 8, 9 in den Eckbereichen 10, 11 ist die Gewichtsverteilung beim Anheben der Vorrichtung durch den Hebegriff 6 optimiert. [0010] Für eine Anwendung der Akku-Vorrichtung im Aussenbereich, z.B. auf freiem Gelände oder auf Baustellen, erweist sich eine vertikale Beabstandung der Bodenplatte 2 des Gehäuses 1 bei Abstellen des Handwagens 3 auf ebenem Grund von demselben als nützlich. Damit kann das Gehäuse 1 auch auf unebenem Grund auf seine wenigen Auflagepunkte 8, 9, 12, 13 abgestellt einen stabilen Stand einnehmen. Mit Vorteil beträgt diese vertikale Beabstandung mindestens 10 cm.
[0011] Es versteht sich, dass die Vorrichtung in alternativen Ausführungen auch mehr als zwei Räder 8, 9 oder nur ein einzelnes Rad - ähnlich wie eine einrädrige Schubkarre - aufweisen kann. Auch können die Räder 8, 9 oder das einzelne Rad direkt am Gehäuse 1 drehbar gelagert sein. Die erfindungsgemässe Vorrichtung kann ferner auch so ausgeführt sein, dass sie sich wie ein Schubkarren stossen lässt. Die Hebegriffe am Gehäuse 1 sind dann mit Vorteil analog zu denen eines Schubkarrens angeordnet. Auch kann die Vorrichtung nur einen Stützfuss oder mehr als zwei Stützfüsse aufweisen.
[0012] Figur 2 zeigt den Handwagen 3 in einer perspektivischen Ansicht von unten gesehen, womit der Hebegriff 6 mit seiner Platte 14 für das Kippen und Ziehen der Vorrichtung einsehbar ist. Diese Platte 14 lässt sich mit der an ihr befestigten endseitigen Griffvorrichtung entlang einer Führungsschiene 16 aus derselben von Hand herausziehen, bis zum Anschlag. In Zusammenwirkung mit der Führungsschiene 16 ist der Hebegriff 6 mit seiner Platte 14 also teleskopisch ausziehbar. Vorzugsweise ragt der Hebegriff 6 bei vollständig in der Führungsschiene 16 eingeschobener Platte 14 nicht von unterhalb der Bodenplatte 2 des Gehäuses 1 hervor oder, im Fall von schräg nach vorne verlaufenden Stützfüssen, ragt er gegenüber denselben nicht hervor. Damit ist die Griffvorrichtung kompakt und sicher verstaut. In einer Variante des Handwagens 3 kann die Platte 14 gegen eine Rückstellkraft ausgezogen werden, womit sichergestellt werden kann, dass der Hebegriff 6 bei Nicht-Bedarf sicher untergebracht ist, damit keine Gegenstände an ihm einhaken. Es versteht sich, dass die Platte 14 auch anders als hier dargestellt realisiert sein kann, etwa in Form von zwei oder mehr parallel verlaufenden Stäben, z.B. Vierkantrohren. Ebenfalls in der Ansicht gemäss Figur 2 zu sehen sind die beiden Räder 8, 9 am Gehäuse, welche über die Radachse 7 mit demselben verbunden sind. [0013] In Figur 3 ist eine weitere Ausführungsvariante der erfindungsgemässen mobilen Akku-Vorrichtung in Form eines Handwagens 3 gezeigt, wiederum in einer perspektivischen Ansicht. Im Unterschied zur Ausführung gemäss den Figuren 1 und 2 dient hier ein ausklappbarer Bügelgriff 18 zum Kippen und Ziehen der mobilen Akku- Vorrichtung. Dabei ist der Bügelgriff 18 in dieser Ausführung so gestaltet, dass er in einer Ausnehmung in der Stirnseite 15 der Akku-Vorrichtung unterbringbar ist, möglichst inwendig entlang der Ausnehmungs-Kontur, und schliesst maximal bündig mit dem Randbereich der Stirnseite 15 ab. Damit ist der Bügelgriff 18 im eingeklappten Zustand optimal platzsparend angeordnet und kann nicht an irgendwelchen Gegenständen einhaken.
[0014] In Figur 4 zu sehen ist die mobile Vorrichtung gemäss Figur 3, wie sie von einer Person im gekippten Zustand mit vollständig ausgeklapptem Bügelgriff 18 gezogen bzw. auf dem Untergrund gerollt wird. Die Aufklappbewegung des Bügelgriffs 18 ist mit einem Pfeil verdeutlicht. Dabei kann der Bügelgriff 18 z.B. auch gegen eine Federkraft ausklappbar sein. Dadurch, dass Scharniere auf jedem Bügelende an oberen Eckbereichen der Ausnehmung angeordnet sind und inwendig entlang ihrer Kontur nachgeführt sind, bietet der Bügelgriff 18 einen langen, weil die Höhe der Ausnehmung maximal ausnutzenden Hebel, was die von der Person aufzubringende Kraft gering hält. In einer alternativen Ausführung fungiert der Bügelgriff 18 daselbst als Randbereich der Stirnfläche 15 der Vorrichtung, was die Hebellänge maximiert bzw. die von einer Person aufzubringende Kraft minimiert.
[0015] Figur 5 zeigt eine mobile Akku-Vorrichtung in einer Ansicht auf die Stirnseite 15 und gibt den Blick auf die Schalterplatte 17 frei. An derselben sind die Ausgänge zum Anschliessen von elektrischen Verbrauchern angeordnet. Die erfindungsgemässe Vorrichtung eignet sich vornehmlich zur Versorgung von Verbrauchern für leistungsintensive Anwendungen mit Dreiphasen-Wechselstrom, auch Drehstrom genannt. Hierzu verfügt die Akku-Vorrichtung über mindestens einen Drehstromausgang 19 zur Aufnahme eines entsprechenden Drehstrom-Steckers. Der Drehstromausgang 19 ist anhand des vergleichsweise grossen Klappdeckels der dreiphasigen Steckdose erkennbar. Darunter sind entlang der Breite der Schalterplatte 17 drei Wechselstromausgänge mit jeweils einphasiger Steckdose angeordnet. Damit eignet sich die hier gezeigte Ausführungsvariante der mobilen Akku-Vorrichtung zugleich zur Speisung von einphasigen Verbrauchern mit elektrischem Strom. Ausserdem verfügt die Schalterplatte 17 in dieser bevorzugten Ausführung auch über ein Überdruckventil (unten rechts auf der Schalterplatte 17) und einen hier mittig angebrachten Not-Aus-Schalter, einen Anschluss zum Laden der Vorrichtung am Netz sowie einen optionalen Anschluss für eine Photovoltaik-Anlage als zusätzliche Lademöglichkeit der Vorrichtung. Vorzugsweise ist an der Vorrichtung selbst ein Photovoltaik-Bausatz (PV-Kit) zum Laden ihres Akkus vorhanden. Das Überdruckventil wirkt als Sicherungsmechanismus und öffnet sich, um überschüssigen Druck im Akku abzulassen, ehe es zu gefährlichen Situation wie Explosionen oder Bränden kommen kann. Auf der Schalterplatte 17 wird vorteilhaft ein Display angeordnet, zur Anzeige von Informationen zum Betrieb der Akku-Vorrichtung. Dieser ist im vorliegenden Beispiel als Touchscreen für die Bedienung der Vorrichtung und Anwahl von Einstellungen, Nutzungsmodi und dergleichen ausgeführt. Selbstverständlich lassen sich in einer Schalterplatte 17 die Schalter, Steckdosen, Anzeigen und sämtliche Features für Einstellmodalitäten und/oder Wartung auch alternativ und in verschiedener Anzahl anordnen bzw. ausführen. Insbesondere kann die Schalterplatte 17 auch mehr als einen Drehstrom-Ausgang aufweisen.
[0016] Die Unterbringung von sämtlichen Ausgängen für die Anschlüsse, Schalter, Anzeige-, Bedienungs- und Einstellmodalitäten auf einer einzigen Schalterplatte 17 im Gehäuse 1 ermöglicht eine besonders platzsparende Ausführung. Vorzugsweise ist diese Schalterplatte 17 in eine Ausnehmung der Stirnseite 15 der Vorrichtung eingelassen, sodass alle ihre Komponenten, und im Fall von Schutz-Klappdeckeln an den Steckdosen vorzugsweise einschliesslich derselben, vom Gehäuse 1 bzw. vom Rand der Stirnseite 15 eingefasst sind und nicht vorstehen.
[0017] Eine weitere Variante der erfindungsgemässen mobilen Akku-Vorrichtung ohne Räder ist in Figur 6 ersichtlich. Anstatt auf Räder 8, 9 und Stützfüsse wird diese Ausführungsvariante auf Auflage-Leisten abgestellt. Diese Vorrichtung wird von einer oder mehreren Personen an den Hebegriffen 4, 5 im Tragen transportiert. Sie eignet sich insbesondere für Anwendungen, in denen eine Fortbewegung auf Rädern 8, 9 nicht oder nur schwer möglich oder einfach nicht notwendig ist.
[0018] Figur 7 bietet eine perspektivische Ansicht auf die von der Stirnseite 15 abgewandte Seite der mobilen Akku-Vorrichtung, hier die Seite mit den Rädern 8, 9. Diese Seite zeigt als Besonderheit den von aussen sichtbaren Teil des Kühlkörpers 21. Man blickt dabei auf die von den Kühlrippen gebildete Kühlfläche 20. Diese ergibt sich insgesamt als Summe der Flächen der nach innen ragenden, hier nur an ihren vertikalen Endkanten eingezeichneten Kühlrippen 22 sowie der weiteren nicht sichtbaren Flächen am Kühlkörper 12, über welche Abwärme nach aussen an die Umgebungsluft abgegeben wird. Durch entsprechende Dimensionierung des Kühlkörpers 21 mit ausreichend grosser Oberfläche kann je nachdem auf ein Gebläse zum Verstärken der Luftströmung durch die Kühlrippen 22 und somit erhöhtem Abführen von Wärme an die Umgebung verzichtet werden. Nach dieser Art der Kühlung der Akku-Vorrichtung bedarf es keinerlei Lüftungsschlitze im Gehäuse 1 , womit sich dieses, abgesehen von Öffnungen für Ausgänge für Verbraucher, Schalter und Kommunikationsschnittstellen, allseits geschlossen ausführen lässt, bis auf allfällige Einweg-Auslässe, für ein Überdruckventil und/oder ein Regenwasser-Auslass. Vorzugsweise kann für einen Regenwasser-Auslass ein Hydraulikanschluss mit Schlauch eingesetzt werden, der den Durchfluss von Regenwasser in nur einer Richtung erlaubt. Öffnungen für Einweg-Auslässe sind entsprechend klein ausgeführt. Insbesondere kann das Gehäuse 1 staubdicht ausgeführt sein. Mit Vorteil ist das Gehäuse 1 der mobilen Akku-Vorrichtung bis auf die erwähnten Öffnungen geschlossen ausgeführt. Eine geringe Anzahl Öffnungen im Gehäuse 1 ist dabei auch einer geringen Lärmemission der Akku-Vorrichtung zuträglich. Des Weiteren gilt: Je effizienter der Kühlkörper 21 wirkt, umso weniger Leistung muss ein zusätzliches Gebläse als grundsätzlich grösste Lärmemissions-Quelle einer Akku-Vorrichtung erbringen. Im besten Fall bzw. bei entsprechend dimensioniertem Kühlkörper 21 kann auf ein Gebläse gar verzichtet werden. Die Abwesenheit von Öffnungen im Gehäuse 1 , abgesehen von Öffnungen für Ausgänge für Verbraucher, Schalter und Kommunikationsschnittstellen und für etwaige Einweg-Auslässe, erweist sich als besonders vorteilhaft für einen Einsatz der erfindungsgemässen Vorrichtung in feuchten und/oder staubbelasteten Lokalitäten, z.B. auf Baustellen o.ä. Insbesondere kann die Akku-Vorrichtung dann bei einer relativen Luftfeuchtigkeit von mindestens bis zu 95% betrieben werden. Es versteht sich, dass die hier gezeigte Kühlungsvariante mit Kühlkörper 21 an beliebigen Ausführungen der Akku-Vorrichtung einsetzbar ist, selbstverständlich auch an einer radlosen Variante, wie in Figur 6 gezeigt. Vor allem kann der Kühlkörper 21 auch so beschaffen sein, dass er nach aussen ragende Kühlrippen 22 auf weiteren Seiten der Akku-Vorrichtung ausformt, zur Vergrösserung der Kühlfläche 20.
[0019] Zur Erhöhung der Wärmeabfuhr nach aussenkönnen im Gehäuse 1 minimale Luftschlitze angebracht werden, welche aber nur so gross ausgeführt sind, dass der für die Kühlung notwendige Luftstrom nach aussen entlassen und neue Umgebungsluft durch andere Schlitze angesaugt wird. Diese Lüftungsschlitze sind so ausgeführt, dass sie möglichst keine höhere Einstufung der Vorrichtung für ihre Klassifizierung bei Schutz gegen Fremdkörper und Berührung sowie bei Schutz gegen Wasser bewirken als die Vorrichtung für die jeweiligen Anforderungen erfüllen muss. Die Luftschlitze sind so dimensioniert, dass ein fester Fremdkörper eines bestimmten Durchmessers nicht durch sie hindurchpasst. Je nachdem bieten die Luftschlitze Schutz vor einem festen Fremdkörper, dessen Durchmesser typischerweise einen der Werte {2.5 mm, 2.25 mm, 2 mm, 1 .75 mm, 1 .5 mm, 1 .25 mm, 1 mm, 0.75 mm} beträgt. Abgesehen von Öffnungen für Verbraucher- und Schalter-Ausgänge, kann das Gehäuse 1 der erfindungsgemässen Akku-Vorrichtung bis auf solche minimalen Öffnungen für den Luftaustausch und allfälligen Öffnungen für Einweg-Auslässe (wie z.B. ein Überdruckventil oder ein Regenwasserauslass) abgeschlossen ausgeführt sein. In feuchten und/oder staubbelasteten Lokalitäten ist an der Stelle solcher Kühlöffnungen das Anbringen einer luftdurchlässigen Membran oder eines Filters geboten, um Wasser, Schmutz und sonstige Fremdkörper von aussen fern zu halten.
[0020] In Figur 8 sind auf der der Stirnseite 15 abgewandten Seite der Akku-Vorrichtung die zahlreichen nach innen ragenden Kühlrippen 22 bzw. Kühllamellen des Kühlkörpers 21 ersichtlich. Der Kühlkörper 21 ist mit Vorteil eloxiert, womit er infolge der Porosität der Oberfläche mehr Wärme durch thermische Strahlung abgeben kann. Dabei führt eine schwarze Eloxalschicht aufgrund der Farbe zu einer höheren Absorption von Strahlungswärme. Schwarze Farbe besitzt die Eigenschaft, eine grössere Bandbreite des elektromagnetischen Spektrums zu absorbieren und in Wärme umzuwandeln. Dadurch wird die Wärmeableitung aus dem Innern der Vorrichtung infolge Strahlung weiter erhöht. Die Kühlrippen 22 sind an einer Rückplatte als hintere Kühlplatte vorteilhaft einstückig angeformt oder wenigstens mit gutem Wärmeschluss verbunden, wobei die Rückplatte ihrerseits an die Bauteile der Leistungselektronik anschliesst, wie dies später noch ausgeführt wird. Je nach Ausführung und Dimensionierung des Kühlkörpers 21 , z.B. mit Erstrecken der Kühlfläche 20 auf Bereiche der Längsseiten der Vorrichtung, welche rechtwinklig an die in Figur 8 gezeigte Seite anschliessen, kann im Gehäuse 1 der Vorrichtung auch ganz auf ein Gebläse bzw. Lüfter verzichtet werden. Das passive Abführen von Abwärme über den Kühlkörper 21 reicht dann für die Kühlung der Vorrichtung aus, sodass je nachdem kein Gebläse nötig ist oder bloss ein Gebläse mit niedrigem Volumenstrom zur Unterstützung der Kühlung ausreichend ist. Damit ist die erfindungsgemässe Vorrichtung ohne oder nur mit sehr geringem Hintergrundgeräusch betreibbar bzw. lad- und entladbar. Dies eröffnet insbesondere Anwendungsbereiche, bei denen selbst kleine Hintergrundgeräusche besonders störend wirken, etwa während Musik-, Ton- oder Sprachwiedergaben.
[0021] In Figur 9 ist eine bevorzugte Ausführung des Kühlkörpers 21 mit seinen senkrecht von der Rückplatte abstehenden Rippen 22 im Querschnitt dargestellt. Man erkennt hier, dass die Rippen 22 speziell strukturiert, nämlich gewellt ausgeführt sind, zur Vergrösserung der Kühlfläche 20. Vorteilhaft beträgt die Anzahl Kühlrippen 22 am Kühlkörper 21 zwischen 30 und 70. Bevorzugte Wertbereiche für die Masse sind nachfolgend aufgeführt:
• m1 : [0.5 cm, 1 cm],
• m2: [0.1 cm, 0.3 cm],
• m3: [1 .5 cm, 5 cm],
• m4: [0.5 cm, 1.5 cm]
• m5: [20 cm, 50 cm].
In einer Variante ist der Kühlköper 21 U-förmig ausgestaltet, mit rechten Winkeln, damit er zumindest teilweise den Gehäuse-Konturen nachgeführt ist. Das vergrössert die Kühlfläche 20 weiter, für eine möglichst ausgeprägte bis gänzlich passive Kühlung der Akku-Vorrichtung. Kühlkörper 21 in Profilform lassen sich Strangpressen und sind daher einfach und kostengünstig herzustellen. Eine Akku-Vorrichtung kann dabei auch mehrere Kühlkörper 21 bzw. einen Kühlkörper 21 mit mehreren Einzel-Komponenten einschliessen, die vorteilhaft über Wärmebrücken miteinander verbunden sind. Das Gewicht des Kühlkörpers 21 in der mobilen Akku-Vorrichtung beträgt mit Vorteil nicht mehr als 7.5 kg, und weiter bevorzugt nicht mehr als 5 kg.
[0022] Der Kühlkörper 21 kann wie bereits ausgeführt mithilfe eines Gebläses zum Erzielen einer Luftzirkulation im Gehäuseinnern Zusammenwirken. Die so realisierte Kühlung der Akku-Vorrichtung ist eine Kühlung mit Umluft, wobei Abwärme passiv nach aussen abgegeben wird, sodass keinerlei Austausch mit der Umgebungsluft stattfindet. Der innere Aufbau einer solchen mobilen Akku-Vorrichtung mit Kühlkörper 21 und Lüftern 23 für eine Umluftkühlung im Gehäuse 1 ist als Beispiel in Figur 10 dargestellt. Der Kühlkörper 21 besteht hier aus zwei Komponenten, wovon jede eine Vielzahl Kühlrippen 22 umfasst, die eine grosse Kühloberfläche bieten, sodass die hier zum Einsatz kommenden beiden Lüfter 23 je eine Leistung von höchstens 2 W, und vorteilhaft von sogar höchstens 1.5 W, aufweisen. In einer bevorzugten Ausführung der Akku- Vorrichtung zur Minimierung der Lärmemission wird auf das Vorhandensein eines Gebläses 23 gänzlich verzichtet und die Kühlung allein vom Kühlkörper 21 sichergestellt. Grundsätzlich gilt, dass je höher die Kapazität und der Stromfluss des Akkus sind, umso höher auch die benötigte Leistung des Gebläses 23 ist. Man erkennt in Figur 10 ferner das Akku-Pack mit seiner Vielzahl Akkumulatorzellen 24 sowie zwei Leistungs-Module 25 bzw. komponentenbestückte Leiterplatten für die Stromrichter. Unter Leistungs-Modul wird hiernach eine komponentenbestückte Leiterplatte verstanden. Die Anschlüsse, welche zu den Steckdosen in der Stirnseite 15 des Gehäuses 1 führen, sind hier nicht dargestellt. Prominent ersichtlich ist wiederum der mindestens eine Drehstromausgang 19 zum ortsunabhängigen Verfügbarmachen von Drehstrom, wovon eine solche Vorrichtung auch mehrere aufweisen kann. Die Schalterplatte 17 ist hier nicht eingezeichnet.
[0023] In Figur 11 wird eine weitere Variante einer mobilen quaderförmigen Akku- Vorrichtung mit einer im Vergleich zur Hochkante grösseren Breitenkante vorgestellt. In dieser alternativen Anordnung verlaufen die Kühlrippen 22 des Kühlkörpers 21 parallel zur Breitenkante der Vorrichtung. Auch sind die Ausgänge, hier wiederum ohne die Schalterplatte 17 eingezeichnet, entsprechend etwas anders angeordnet als im vorherigen Beispiel gemäss Figur 10, was die Beliebigkeit ihrer Anordnung verdeutlicht. Es versteht sich, dass auch hier die Anzahl Steckdosen bzw. Ausgänge variieren können. Auf das Gebläse 23 kann in einer alternativen Ausführung der Akku-Vorrichtung, insbesondere für lärmempfindliche Anwendungen, verzichtet werden. Mit Vorteil ist ein Gebläse 23 niedriger Leistung jedoch vorhanden und bleibt bei Nicht-Bedarf ausgeschaltet.
[0024] Als Besonderheit wird mit der erfindungsgemässen Akku-Vorrichtung der Anwendungsbereich von Hochvoltbatterien bzw. Hochvoltakkus für den mobilen Energieversorgungssektor erschlossen. Als Hochvoltsystem oder Hochvolt (kurz HV) bezeichnet man Systeme, die mit Wechselstromspannungen über 30 V bis 1 kV oder mit Gleichstromspannungen über 60 V bis 1.5 kV betrieben werden. Der hier verwendete Begriff Hochvolt stammt aus der Fahrzeugtechnik und wird deshalb als "hoch" bezeichnet, weil solche Spannungen für den Menschen gefährlich sind. Eine Batterie bzw. ein Akku ist eine Gleichstromquelle, womit sich die Bezeichnung Hochvoltbatterie bzw. -akku an ihrer Gleichstromspannung bemisst (wobei hierfür auf die Nennspannung abgestellt wird). Als wesentlicher Vorteil der hohen elektrischen Spannung U einer Hochvolt-Batterie bzw. -akku ist die elektrische Stromstärke I bei einer bestimmten elektrischen Leistung P vergleichsweise gering (P = U ■ I). Für Anwendungen bedeutet das, dass sich dieselbe Leistung im Hochvoltsystem leichter realisieren lässt als mit den schwer handzuhabenden hohen Strömen in einem Niedervoltsystem. Beispielsweise lassen sich bei hohen Spannungen und entsprechend niedrigen Strömen dünnere Kabel mit geringerer Leiterquerschnittsfläche verwenden. Das erlaubt mitunter Einsparungen bei Material und Kühlung und ermöglicht entscheidende Gewichtseinsparungen. Bislang werden Hochvoltbatterien jedoch vornehmlich in elektrischen Kraftfahrzeugen verbaut oder als stationäre Speicher für Solar-Anwendungen eingesetzt. Grund für diese eingeschränkte Anwendung ist mitunter, dass es eine technologische Herausforderung darstellt, die infolge der höheren Spannung geltenden Sicherheitsanforderungen und die nötigen Komponenten in kompakter Bauweise und zu einem relativ niedrigen Gewicht bereitzustellen, damit die Handlichkeit der Vorrichtung nicht zunichte gemacht wird. Vorteilhaft soll das Gesamtgewicht der erfindungsgemässen Vorrichtung unter 100 kg liegen, damit sie bedarfsweise von einer einzigen Person angehoben werden kann und von zwei Personen auch ohne Weiteres über längere Distanzen getragen werden kann.
[0025] Vor dem Hintergrund der bisherigen Nutzung von Hochvolt-Akkus beschreitet die erfindungsgemässe mobile Akku-Vorrichtung vollkommen neue Wege, wenn sie in einer bevorzugten Variante ein Akku-Pack mit einer Hochvolt-Nennspannung, d.h. mit einer Nennspannung von mehr als 60 V, für den mobilen Anwendungsbereich bereitstellt, mit Handtransportierbarkeit der Vorrichtung, mitunter für den Einsatz im Aussenbereich.
[0026] In der Figur 12 ist das Schaltbild der Elektronik nach einer bevorzugten Ausführung der mobilen Akku-Vorrichtung zu sehen. Die Abkürzungen bedeuten dabei folgendes:
• HMI = Human Machine Interface (= Mensch-Maschine-Schnittstelle)
• CAN = Controller Area Network
• Iso-Monitor = Insulation monitoring device (= Isolationswächter)
• BMS = Battery Management System (= Batteriemanagement-System)
• Bidir. Inverter = Bidirectional Inverter (= bidirektionaler Wechselrichter)
• Bidir. DC/DC = Bidirectional DC/DC Converter (= bidirektionaler Gleichspannungswandler)
• BAT+ = Positive Battery Terminal (= Batterie-Plus-Pol)
• BAT- = Negative Battery Terminal (= Batterie-Minus-Pol)
• AI = Analog Input (= Analogeingabe)
• HV = High Voltage (= Hochvolt)
• C[...] = Cell (Akkumulatorzelle), [...] = Identifikationsziffern der Akkumulatorzellen
• DI, DO = Digital Input, Digital Output (= digitale Eingangsschnittstelle, digitale Ausgangsschnittstelle)
Die Leistungselektronik schliesst hier ein BMS Master ein, nämlich eine Hauptsteuereinheit, welche die Kommunikation mit den vorliegend vier BMS Slaves koordiniert und alle wichtigen Funktionen des BMS verwaltet. Das BMS Master kann dann Entscheidungen treffen, um die Leistung und Sicherheit des Akkus zu optimieren, indem es die Lade- und Entladevorgänge steuert und Warnungen ausgibt, wenn Probleme auftreten. Damit ist sichergestellt, dass der Akku innerhalb spezifizierter Grenzwerte arbeitet. Herfür sammelt und analysiert das BMS Master die von den BMS Slaves als kleine, autonome Überwachungseinheiten gelieferten Daten, wie beispielsweise zu Spannung, Strom, Temperatur und Zustand jeder Akkumulatorzelle 24 des Akkus. Die BMS Slaves sind hierzu in der Nähe des Akkumulatorzellen 24 angeordnet. Sie können auch lokale Entscheidungen treffen, um die Sicherheit der Zellen 24 zu gewährleisten, wie z.B. das Abschalten von Zellen 24, wenn ihre Spannung ausserhalb des zulässigen Bereichs liegt. Durch das Master-Slave-System kann das Akku-System effizient und präzise betrieben werden. Ausserdem werden damit redundante Überwachungsfunktionen geboten, indem mehrere Überwachungseinheiten dieselben Informationen sammeln und analysieren, um die Zuverlässigkeit und Sicherheit des Systems zu erhöhen. Über das HMI bzw. die Benutzeroberfläche wird dem Benutzer einen einfachen Zugriff auf Informationen über den Akku-Zustand und die Steuerung der Lade- und Entladevorgänge ermöglicht. Das HMI zeigt wichtige Informationen wie etwa den aktuellen Akku-Status, die verbleibende Akku-Kapazität, die Lade- und Entladeleistung und die Temperatur an. Der Benutzer kann auch Parameter wie die maximale Ladespannung, die maximale Entladespannung und die maximale Lade- oder Entladeleistung des Akkus einstellen.
[0027] Des Weiteren werden für die Leistungselektronik in der erfindungsgemässen Akku-Vorrichtung bevorzugt zwei Module 25, d.h. komponentenbestückte Leiterplatten, für die Stromrichter verwendet. Die beiden Module werden dann so programmiert, dass das eine Modul als bidirektionaler Gleichspannungswandler und das andere als bidirektionaler Dreiphasen-Wechselrichter arbeitet, welche in einer Einheit verbaut sind. Sie arbeiten zusammen, um die bidirektionale Umwandlung zwischen Dreiphasen- Wechselstrom und Gleichstrom zu ermöglichen. Diese , integrierte1 Ausführung bietet eine kompakte Bauform. Der Wechselrichter umfasst dabei vorzugsweise eine bidirektionale Dreiphasen-Vollbrücke.
[0028] Dabei erweist sich eine transformerlose Ausführung des Wechselrichters als vorteilhaft, weil Gewicht eingespart wird. Um zu gewährleisten, dass eine gewünschte Ausgangsspannung von z.B. 400 V für leistungsintensive Anwendungen bereitgestellt wird, muss die vergleichsweise niedrigere Akku-Spannung, die z.B. 200 V beträgt, vom Gleichspannungswandler in eine Zwischen-Gleichspannung hochgesetzt werden. Vom Wechselrichter bzw. Inverter wird sie schliesslich in die entsprechende Ausgangs- Wechselspannung umgewandelt. Dabei muss die vom Gleichspannungswandler hochgesetzte Spannung höher sein als die bereitzustellende Ausgangsspannung von hier 400 V, sodass der Gleichspannungswandler die Spannung vorzugsweise mindestens bis auf 600 V oder mindestens bis auf 650 V hochsetzen kann.
[0029] Die erfindungsgemässe Akku-Vorrichtung erzielt dank ihrer sicheren und effizienten konstruktiven Gestaltung ein bislang ungekannt hohes Verhältnis der Brutto- Kapazität des Akkus bzw. Akku-Packs (als die Menge an elektrischer Ladung, die der Akku der Vorrichtung speichern kann) zum Residualgewicht der mobilen Akku- Vorrichtung, d.h. zum Gesamtgewicht der mobilen Akku-Vorrichtung abzüglich des Akku- Gewichts, somit abzüglich des Gewichts des Akku-Packs und bei mehreren Akku-Packs abzüglich des Gewichts von sämtlichen Akku-Packs. Dieses Verhältnis der Akku- Kapazität zum Residualgewicht der erfindungsgemässen mobilen Akku-Vorrichtung erzielt Energiedichten von mindestens 0.1 kWh/kg. Bevorzugt erzielt dieses Verhältnis gar Energiedichten von mindestens einem der folgenden Werte: {0.125 kWh/kg, 0.15 kWh/kg, 0.175 kWh/kg, 0.2 kWh/kg, 0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg}. Bei einem Totalgewicht der erfindungsgemässen Akku-Vorrichtung von ca. 80 kg trifft ein Akku-Pack mit einem Gewicht von ca. 40 kg auf ein Residualgewicht der Vorrichtung von nur gerade ca. 40 kg. Bei einer Akku-Kapazität von 8 kWh entspricht dies einer Energiedichte der mobilen Akku- Vorrichtung bezogen auf das Residualgewicht, d.h. dem Verhältnis Akku-Kapazität : Residualgewicht, von 8 kWh : 40 kg = 0.2.
[0030] Weiter bevorzugt erfüllt die erfindungsgemässe Akku-Vorrichtung zusätzlich die folgende Bedingung hinsichtlich der Energiedichte: Das Verhältnis der Akku-Kapazität zum Residualgewicht der mobilen Akku-Vorrichtung, d.h. zum Gesamtgewicht der mobilen Akku-Vorrichtung, abzüglich des Gewichts des Akku-Packs und bei mehreren Akku-Packs von sämtlichen Akku-Packs und weiter abzüglich des Gewichts des Gehäuses 1 ohne Kühlkörper 21 , erzielt Energiedichten von mindestens 0.2 kWh/kg. Diese zusätzliche Bedingung drückt aus, wie niedrig das Gewicht der Innenkomponenten der mobilen Akku-Vorrichtung, ungeachtet des Akku-Gewichts, bei der zur Verfügung stehenden Energiekapazität des Akkus ist. Bei einem Totalgewicht der erfindungsgemässen mobilen Akku-Vorrichtung von ca. 80 kg und einem Gehäuse 1 ohne Kühlkörper 21 von ca. 15 kg trifft ein Akku mit einem Gewicht von 40 kg auf ein Residualgewicht der Vorrichtung von nur gerade 25 kg (=80 kg - 15kg - 40 kg) und erreicht bei einer Akku-Kapazität von 8 kWh eine Energiedichte von 0.3 kWh/kg. Erfindungsgemäss lässt sich mit der Vorrichtung eine Energiedichte bezogen auf das Residualgewicht abzüglich des Gewichts des Vorrichtungs-Gehäuses 1 von mindestens 0.2 kWh/kg erzielen, und bevorzugt einen der folgenden Mindestwerte {0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg, 0.275 kWh/kg, 0.3 kWh/kg, 0.325 kWh/kg}. Damit steht diese Vorrichtung als äusserst leichte, hocheffiziente mobile Energiequelle für dreiphasige Verbraucher zur Verfügung und ermöglicht ihren Einsatz selbst an entlegenen Orten.
[0031] Insbesondere wird ein optimiertes solches Verhältnis mit Verwendung eines Hochvolt-Akkus erzielt. Vorzugsweise beträgt die Nennspannung des in der mobilen Akku-Vorrichtung verwendeten Akku-Packs dann mehr als 60 V, und weiter bevorzugt gleich oder mehr als 100 V. Bevorzugte Ausführungen der erfindungsgemässen Vorrichtung verwenden ein Akku-Pack mit einer Nennspannungswert von gleich oder mehr als 150 V oder weiter bevorzugt von gleich oder mehr als 200 V. Dies gilt auch bei der Verwendung von mehreren Akku-Packs in der Vorrichtung.
[0032] Die Figur 13 gibt den Blick frei auf das Innere der mobilen Akku-Vorrichtung. Auf der von der Stirnseite 15 abgewandten Seite bzw. Rückseite erkennt man den Kühlkörper 21 mit seiner inneren Kühlplatte, an welche die Leistungs-Module 25 über Wärmebrücken angeschlossen sind. Die Lüfter 23 sorgen für Umluft im Innern des Gehäuses 1 , um den Kühleffekt bedarfsweise zu verstärken. Ebenfalls eingezeichnet ist der Bereich 26 mit dem BMS, Isolationswächter und Batterieelektronik auf hier verschiedenen Leiterplatten sowie der Bereich mit Sicherheitselementen 27. Aus Gründen der Redundanz werden im vorliegenden Akku-System zwei verschiedene Stromsensoren bevorzugt, z.B. ein Hall- Sensor und ein Shunt-Sensor. Mit Vorteil sind zwei Relais und eine Schmelzsicherung als Absicherung eingebaut. Die Anzahl der Leiterplatten ist abhängig von der Konzeptionierung der Leistungselektronik. Es wäre auch möglich, alles auf einer Leiterplatte unterzubringen. Eingezeichnet ist auch die vorteilhafte Anordnung eines oder mehrerer Gleichtaktfilter 29 zur Reduzierung von Störungen und Verbesserung der elektromagnetischen Verträglichkeit (EMV) sowie ein oder mehrere Schütze 28. Ausserdem erkennt man in dieser Figur 13, dass das Gehäuse 1 auf der Breitseite der Vorrichtung jeweils mit einer Öse 30 ausgestattet ist. Solche Ösen 30 sind optional vorhanden, wenn die Vorrichtung krantransportierbar sein soll. Das Vorrichtungsgehäuse 1 ist hier durch Querstreben 40 und einen Kastenrahmen 41 verstärkt.
[0033] In Figur 14 ist eine Innenansicht einer hier radlosen mobilen Akku-Vorrichtung auf Auflage-Leisten geboten, mit Blickrichtung auf die andere Seite der Vorrichtung im Vergliech zur Ansicht gemäss der Figur 13. Dadurch ist unter anderem der Bereich 34 mit hier zwei Gleichtaktfiltern 29, einem einstufigen und einem zweistufigen Gleichtaktfilter, und Schützen 28 gut ersichtlich. Auch nur ein Gleichtaktfilter 29 wäre möglich. Damit lassen sich elektromagnetische Interferenzen (EMI) und das Rauschen reduzieren. Ein Gleichtaktfilter oder common mode filter entfernt Gleichtaktstörungen, indem er einen hohen Widerstand für Signale bietet, die auf beiden Leitern gleich sind (common mode). Die vor dem Kühlkörper 21 ersichtlichen Leistungs-Module 25 werden nachfolgend beschrieben. Mit Vorteil ist das Vorrichtungs-Gehäuse 1 mit Muttern 39 in entsprechenden Bohrungen des Gehäuses 1 für das Befestigen bzw. Einschrauben einer geeigneten Hebevorrichtung wie einer Öse 30 vorbereitet. Das Gehäuse 1 ist stabil gebaut, damit es den Anforderungen eines Vibrationstest genügt. Für die hier dargestellte Ausführung der Vorrichtung wurde durch die Streben 40 und Rahmenverstärkungen 41 eine besonders robustes Gehäuse 1 geschaffen, insbesondere auch im Hinblick auf mögliche Krantransporte der Vorrichtung. Eingekreist in Figur 14 sind ausserdem die Akku- Elektronik 31 , die Leistungselektronik 32 mit Drehstrom-Wechselrichter und Gleichspannungswandler, das Akku-Pack 33 und elektromechanische Komponenten 34, einschliesslich Schütz 29.
[0034] In der Figur 15 wird angedeutet, wie die Leistungs-Module 25 mit den Leiterplatten mittels Stellschrauben befestigt werden, sodass sie im montierten Zustand an die Rückplatte des Kühlkörpers 21 der Vorrichtung anschliessen, direkt und/oder mittelbar über Wärmebrücken. Wärmebrücken können beispielsweise durch thermisch leitfähiges Spaltfüllmaterial gebildet sein, welches sich bei Raumtemperatur oder auch bei einer darüber gelegenen Temperatur (mit Heissluft) in einem irreversiblen Vorhang erhärtet. Diese Anordnung der Leistungs-Module 25 für die Stromrichter an der Rückseite der mobilen Akku-Vorrichtung ermöglicht eine platzsparende Unterbringung der Innenkomponenten und eine kompakte Anordnung des Kühlkörpers 21. Die Leistungs- Module 25 können auf andere Abmessungen und Anordnungen haben, was auch für den Kühlkörpers 21 gilt.
[0035] In der Figur 16 erkennt man die Leiterplatten der Module 25 mit ihren elektronischen Bauteilen und Verbindungen. Die Module sind hier bidirektionale AFE- Module (AFE für Active Front End). Im Allgemeinen wird ein AFE verwendet, um die Leistungsfaktorkorrektur (Power Factor Correction, PFC) zu verbessern und gleichzeitig die Oberschwingungen und Störungen in der Stromversorgung zu reduzieren. Es handelt sich um eine leistungselektronische Schaltung, die eine bidirektionale Energieflusssteuerung ermöglicht und eine effiziente Umwandlung zwischen verschiedenen Spannungs- und Stromniveaus ermöglicht. Die Module können als Boost- , Buck- oder PFC-Wandler betrieben werden (Boost = Spannungssteigerung, Buck = Spannungsabsenkung, PFC = Power Factor Correction bzw. Korrektur des Leistungsfaktors). Die dicken Kabel 35 am einen Ende der hier unteren Leiterplatte sind die Verbindungskabel zum Akku-Pack, am gegenüber liegenden Ende der anderen Leiterplatte befinden sich die Kabel 36, die an den Gleichtaktfilter 29 anschliessen. Ebenfalls ersichtlich ist eine sogenannte Daisy Chain 37, d.h. eine serielle Verbindung der beiden Module zur Übertragung von Daten und Steuersignalen bzw. Kommunikation. Die dort in der Nähe gelegenen beiden Kabel 38 sind Überbrückungskabel zwischen den Modulen mit einem Entladewiderstand.
[0036] Als Beispiel werden die nachfolgenden Spezifikationen mit bevorzugten Bandbreiten ihrer Werte bei Ausführungen der erfindungsgemässen mobilen Akku- Vorrichtung angeführt.
Figure imgf000022_0001
Ausserdem weist sich die erfindungsgemässe mobile Akku-Vorrichtung durch folgende vorteilhafte Merkmale, einzeln oder in einer beliebigen Kombination, aus:
• Eine kontinuierliche Entladeleistung von 8-15 kVA;
• Die Möglichkeit, den Akku mit Gleichstrom zu laden;
• Ein GPS-Modul an der Vorrichtung;
• Lademöglichkeit durch ein an der Vorrichtung angebrachtes PV-Kit;
• Möglichkeit des parallelen Lade- und Entladevorgangs (Netzparallelmodus);
• Möglichkeit der Parallelschaltung von zwei mobilen Akku-Vorrichtungen zur Erweiterung der durch die Akkus einzeln bereitgestellten Kapazität; • Handtransportierbarkeit der Vorrichtung;
• Krantransportierbarkeit der Vorrichtung.
[0037] Insbesondere weist eine bevorzugte Ausführung der erfindungsgemässen mobilen Akku-Vorrichtung eines oder mehrere bzw. beliebige Kombinationen der unten aufgelisteten Merkmale auf:
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000024_0001
Figure imgf000025_0001
1 Stand ardl ad ung 0.2 C, 25°C / En ladung bei 0.2 C, 25°C.
2 Standardladung 0.2 C, 25°C / Entladung bei 0.5 C, 25°C.
3 Bis zu 90% SoC
4 Für 10 Sekunden, cos(cp) 0.7...1
5 cos(cp) 0.7...1
6 Weitere Steckertypen auf Anfrage
7 Bei Nominalleistung
8 Ohne Räder und Kabel sowie Anbauteile
9 Ohne Räder und Kabel
10 Integriert entsprechend der Norm IEC 61508
[0038] Die Figuren 17a-c zeigen eine Ausführung der mobilen Akku-Vorrichtung mit unten an der Vorrichtung befindlichen Auflage-Leisten. Die Figuren 17d-g indessen zeigen die mobile Akku-Vorrichtung mit Rädern und Stellfüssen. In beiden Ausführungen der Vorrichtung sind oben an ihren Breitseiten optionale Ösen 30 in das Gehäuse 1 eingeschraubt, für einen allfälligen Krantransport der Vorrichtung. Sie lassen sich bei Nicht-Bedarf abnehmen. Das Gehäuse 1 der Vorrichtung ist vorteilhaft mit einem Kastenrahmen 41 verstärkt. Inwendig kann es mit Verstrebungen 40 ausgeführt sein, um seine Stabilität weiter zu erhöhen. In den Figuren 17a, 17b, 17d-f finden sich die Abmessungen H, B', B", L', L" und L'". B' bezeichnet die Breite der Vorrichtung einschliesslich Auflage-Leisten und beträgt mit Vorteil zwischen 300 und 450 mm, während B" die Breite der Vorrichtung samt ihren Rädern 8, 9 bezeichnet und vorteilhaft zwischen 500 mm und 650 mm beträgt. L' bezeichnet die Länge der Vorrichtung ohne Hebegriffe 4, 5, L" die Länge einschliesslich Hebegriffen 4, 5 und L'" die Länge einschliesslich der Räder 8, 9 und der Stützfüsse 12, 13. Vorteilhafte Masse für L' liegen zwischen 650 mm und 850 mm, für L" zwischen 850 mm und 1050 mm, und für L'" zwischen 750 mm und 950 mm. In der Figur 17d sind ausserdem eingezeichnet: ein Display 42 für die Benutzeroberfläche (z.B. ein Touch-Display zum Anwählen von Funktionen der Vorrichtung), ein An-/Aus-Schalter 43, ein Not-Stopp-Schalter 44, ein Drehstromausgang bzw. Drehstromsteckdose 19, eine einphasige Steckdose 45 von hier insgesamt drei solcher Steckdosen, ein CAN-Ausgang 46, einen 24 V-Ausgang 47, welcher je nach Bedarf auch für eine andere Spannung ausgelegt sein kann, einen Ausgang 48 für PV-Laden oder Gleichstrom-Laden, eine Ladekabelsteckdose 49 und ein Überdruck- bzw. Sicherheitsventil 50, welches eine elastische Membran einschliesst und sich öffnet, um Druck abzulassen, wenn dieser einen kritischen Wert überschreitet, und wieder schliesst, wenn der Druck auf ein sicheres Niveau abgefallen ist. In der Figur 17e ist ausserdem oberhalb der obersten einphasigen Steckdose 46 eine GPS-Antenne 51 eingezeichnet. Es versteht, dass die erwähnten Ausgänge für Verbraucher, Schalter und Kommunikationsschnittstellen an der erfindungsgemässen Vorrichtung unabhängig davon sind, ob eine spezifische Vorrichtung Räder 8, 9 und Stützfüsse 12, 13 oder Auflage-Leisten, Ösen 30 oder keine Ösen 30 aufweist oder ob das Gehäuse wie dargestellt mit einem Kastenrahmen 41 verstärkt ist, etc.
[0039] Die erfindungsgemässe Vorrichtung erreicht, dass ein Akku bzw. Akku-Pack auf engem Raum und unter Minimalgewicht zu einem mobilen Energieversorgungsgerät für einen leistungsintensiven Innen- wie Ausseneinsatz ausgebaut wird. Die Güte des Residualgewichts einer mobilen Akku-Vorrichtung erweist sich, wenn ein Akku bzw. Akku- Pack mit hoher Brutto-Kapazität im leistungsintensiven Anwendungsbereich unter minimaler Platzbeanspruchung und Gewichtszunahme zu einer mobilen Stromversorgungseinheit verbaut werden kann. Hierfür macht die erfindungsgemässe Akku-Vorrichtung insbesondere Hochvolt-Akkus nutzbar, welche in ihr unter minimalem Gewichtsaufwand sicher verbaut und kompakt untergebracht sind. Durch ihr geringes Gewicht sowie geringes Volumen lässt sich die erfindungsgemässe Akku-Vorrichtung quasi an jeden Einsatzort händisch bewegen und erschliesst so neue Einsatzgebiete, die den Einsatz von industriellen Verbrauchergeräten vormals erheblich erschwerten, wenn nicht sogar verunmöglichten. Beispielsweise Einsatzgebiete betreffen Baustellen, Veranstaltungen aller Art, Campingplätze, Gelände und Waldgebiete, Berggebiete, insbesondere auch abgelegene oder z.B. infolge von Katastrophen schwer erschliessbare Orte. Auch eignet sich die Akku-Vorrichtung als Notstrom-Aggregat, etwa bei knapper Energieverfügbarkeit im Winter oder bei Überlastung des Stromnetzes, um - wo immer benötigt - eine unterbrechungsfreie Stromversorgung sicherzustellen.
[0040] Die Aufgabe der Erfindung wird ausserdem mit den hiernach beschriebenen vorteilhaften Ausführungen der erfindungsgemässen mobilen Akku-Vorrichtung gelöst, nämlich von einer mobilen Akku-Vorrichtung mit den Merkmalen gemäss einem der Patentansprüche 1 bis 18, wobei die mobile Akku-Vorrichtung weiter ein Merkmal oder beliebige Kombinationen von Merkmalen gemäss den nachfolgenden Absätzen aufweist, nämlich...
[0041] ...wobei die Energiedichte der Akku-Vorrichtung bezogen auf ihr Residualgewicht, welches dem Gesamtgewicht der Akku-Vorrichtung abzüglich des Gewichts des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs von sämtlichen Akku-Packs entspricht, somit die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Residualgewicht, mindestens einen der Werte {0.125 kWh/kg, 0.15 kWh/kg, 0.175 kWh/kg, 0.2 kWh/kg, 0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg} beträgt.
[0042] ...wobei die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Gewicht, das sich berechnet als das Residualgewicht abzüglich des Gewichts des Gehäuses 1 ohne Kühlkörper 21 , mindestens einen der Werte {0.15 kWh/kg, 0.175 kWh/kg, 0.225 kWh/kg, 0.25 kWh/kg, 0.275 kWh/kg, 0.3 kWh/kg, 0.325 kWh/kg} beträgt.
[0043] ...wobei die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Gewicht des einen Kühlkörpers 21 oder bei mehreren Kühlkörpern 21 von sämtlichen Kühlkörpern 21 mindestens einen der Werte {0.75 kWh/kg, 1 .25 kWh/kg, 1 .5 kWh/kg, 1 .75 kWh/kg, 2 kWh/kg, 2.25 kWh/kg, 2.5 kWh/kg} beträgt.
[0044] ...wobei der Gewichtsanteil des einen Kühlkörpers 21 oder bei mehreren Kühlkörpern 21 von sämtlichen Kühlkörpern 21 am Gesamtgewicht der Akku-Vorrichtung nicht mehr als einen der Werte {10%, 9%, 8%, 7%, 6%, 5%} beträgt.
[0045] ...wobei der eine oder bei mehreren Kühlkörpern 21 diese Kühlkörper 21 insgesamt einen thermischen Widerstand (K/W) aufweisen, der in Abhängigkeit des Gewichts des Kühlkörpers 21 ITIK in kg oder bei mehreren Kühlkörpern 21 ihres Gesamtgewichts mK in kg geringer ist als -0.02 K/(W-kg) ■ ITIK + 0.3 K/W.
[0046] ...wobei eine Kühlung der Akku-Vorrichtung ausschliesslich durch Luftkühlung erfolgt.
[0047] ...wobei ausgehend von einer Verlustleistung des einen oder bei mehreren Akku- Packs der Akku-Packs insgesamt, diese ausgehende Verlustleistung reduziert ist durch Schaffung einer variablen Zwischenkreisspannung und/oder durch Reduktion einer Ausgangsspannung des bzw. der Akku-Packs, um mindestens einen der Werte {10%, 12.5%, 15%, 17.5%, 20%} gegenüber der ausgehenden Verlustleistung.
[0048] ...wobei die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Gewicht des einen Gleichtaktfilters 29 oder bei mehreren Gleichtaktfiltern 29 von sämtlichen Gleichtaktfiltern 29 mindestens einen der Werte {1.75 kWh/kg, 2 kWh/kg, 2.25 kWh/kg, 2.5 kWh/kg, 2.75 kWh/kg, 3.25 kWh/kg, 3.5 kWh/kg, 3.75 kWh/kg, 4 kWh/kg, 4.25 kWh/kg, 4.5 kWh/kg, 4.75 kWh/kg, 5 kWh/kg} beträgt.
[0049] ...wobei die Akku-Vorrichtung mindestens einen einstufigen und einen zweistufigen Gleichtaktfilter 29 enthält.
[0050] ...wobei die Akku-Vorrichtung einen oder mehrere Lüfter 23 zur Umluftkühlung im Gehäuse 1 einschliesst, mit einer solchen maximalen Leistung des einen Lüfters 23 oder bei mehreren Lüftern 23 mit einer solchen maximalen Gesamtleistung, dass die Brutto- Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch die maximale Leistung des einen Lüfters 23 oder bei mehreren Lüftern 23 deren maximale Gesamtleistung mindestens einen der Werte {1500 h, 2000 h, 2500 h, 3000 h, 3500 h, 4000 h, 4500 h} beträgt.
[0051] ...wobei die Leistung des einen Lüfters 23 oder bei mehreren Lüftern 23 die
Gesamtleistung der mehreren Lüfter 23 nicht mehr als einen der Werte {1 W, 2 W, 3 W, 4 W, 5 W, 6 W, 7 W, 8 W, 9 W, 10 W} beträgt.
[0052] ...wobei das Gehäuse 1 , ungeachtet von Öffnungen für Ausgänge für Verbraucher, Schalter und Kommunikationsschnittstellen, geschlossen ausgeführt ist, bis auf Öffnungen für Einweg-Auslässe und/oder Öffnungen für eine Kühlung mit der Umgebungsluft, wobei die Kühlungs-Öffnungen so dimensioniert sind, dass ein fester Fremdkörper, dessen Durchmesser mindestens einen der Werte {0.5mm, 0.75 mm, 1.25 mm, 1 .5 mm, 1 .75 mm, 2 mm, 2.25 mm, 2.5 mm} beträgt, nicht durch sie hindurchpasst.
[0053] ...wobei das Gesamtgewicht der Akku-Vorrichtung weniger als einer der Werte {120 kg, 115 kg, 110 kg, 105 kg, 100 kg, 95 kg, 90 kg, 85 kg, 80 kg} beträgt.
[0054] ...wobei die Nennspannung des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs eines jeden Akku-Packs mindestens einen der Werte {60 V, 80 V, 100 V, 125 V, 150V, 175 V, 200 V} beträgt.
[0055] ...wobei die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs der Akku-Packs gesamthaft mindestens einen der Werte {6 kWh, 6.5 kWh, 7 kWh, 7.5 kWh, 8 kWh, 8.5 kWh, 9 kWh} beträgt.
[0056] ...wobei die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs der Akku-Packs gesamthaft höchstens einen der Werte {10 kWh, 10.5 kWh, 11 kWh, 11.5 kWh, 12 kWh, 12.5 kWh, 13 kWh, 13.5 kWh, 14 kWh, 14.5 kWh, 15 kWh, 16 kWh, 17 kWh, 18 kWh, 19 kWh, 20 kWh} beträgt.
[0057] ...wobei die Akku-Vorrichtung einen bidirektionalen Gleichspannungswandler einschliesst.
[0058] ...wobei die Akku-Vorrichtung einen bidirektionalen Gleichspannungswandler einschliesst, und die Nennspannung des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs eines jeden Akku-Packs höchstens einen der Werte {200 V, 250 V, 300 V, 350 V, 400 V, 450 V, 500 V, 550 V, 600 V} beträgt. [0059] ...wobei der Dreiphasen-Wechselrichter eine bidirektionale Dreiphasen- Vollbrücke umfasst.
[0060] ...wobei die Stärke von Platten, aus denen sich das Gehäuse 1 zusammensetzt, mindestens einen der Werte {1 mm, 1 .25 mm, 1 .5 mm, 1 .75 mm, 2 mm} beträgt.
[0061] ...wobei das Gehäuse 1 im Wesentlichen quaderförmig oder rein quaderförmig ausgeführt ist, mit einer Länge des Gehäuses 1 von maximal einem der Werte {1200 mm, 1150 mm, 1100 mm, 1050 mm, 1000 mm, 950 mm}, einer Breite des Gehäuses 1 von maximal einem der Werte {700 mm, 650 mm, 600 mm, 550 mm, 500 mm, 450 mm} und einer Höhe des Gehäuses 1 von maximal einem der Werte {900 mm, 850 mm, 800 mm, 750 mm, 700 mm, 650 mm}.
[0062] ...wobei das Gehäuse 1 aus Metall-Blech oder Kunststoff ausgeführt ist.
[0063] ...wobei das Gehäuse 1 aus Stahl-Blech und/oder Aluminium-Blech ausgeführt ist.
[0064] ...wobei das Gehäuse 1 staubdicht ausgeführt ist.
[0065] ...wobei das Gehäuse 1 mit Streben verstärkt ist.
[0066] ...wobei das Gehäuse 1 mit Streben verstärkt ist, welche eine Kontur des Gehäuses 1 einfassen.
[0067] ...wobei der Kühlkörper 21 als Profil ausgeführt ist.
[0068] ...wobei der Kühlkörper 21 voneinander beabstandete Kühlrippen 22 ausformt.
[0069] ...wobei der Kühlkörper 21 voneinander beabstandete Kühlrippen 22 einer gewellten Struktur ausformt. [0070] ...wobei das Gewicht des Kühlkörpers 21 weniger beträgt als einen der Werte {10 kg, 9 kg, 8 kg, 7 kg, 6 kg, 5 kg}.
[0071] Es versteht sich, dass, wo ein Merkmal „mehrere“ Einheiten, Komponenten, etc. erwähnt, zwei oder mehr solche Einheiten, Komponenten, etc. gemeint sind.
[0072] Insbesondere erreicht eine vorteilhafte Ausführung der mobilen Akku-Vorrichtung, dass sie eine hohe Akku-Brutto-Kapazität zu einem niedrigen Gewicht der Vorrichtung bereitstellt, wobei
• die Vorrichtung Drehstrom für Drehstrommaschinen und -Anlagen bereitstellt;
• ihr Gehäuse einer mechanischen Beanspruchung infolge Stosseinwirkung, wie sie bei einem Ausseneinsatz auftreten kann, standhält und damit eine zuverlässige Funktion und einen sicheren Gebrauch der Vorrichtung im Aussen- wie Innenbereich ermöglicht;
• die elektromagnetische Verträglichkeit (EMV) der Akku-Vorrichtung ausreichend ist, um die Vorrichtung für den Aussen- wie Innenbereich einsetzbar zu machen;
• die Vorrichtung handtransportierbar ist.
[0073] Legende
1 Gehäuse
2 Bodenplatte des Gehäuses 1
3 Handwagen
4 Hebegriff
5 Hebegriff
6 Hebegriff mit Platte 14
7 Radachse
8 Rad Rad
Eckbereich
Eckbereich
Stützfuss
Stützfuss
Platte für das Kippen und Ziehen der Akku-Vorrichtung
Stirnseite der Akku-Vorrichtung
Führungsschiene
Schalterplatte
Bügelgriff
Dreiphasen-Wechselstromausgang (Drehstromausgang)
Kühlfläche
Kühlkörper
Kühlrippen
Gebläse für die Umluftkühlung
Akkumulatorzellen
Leistungs-Modul
Bereich mit BMS
Bereich mit Sicherheitselementen
Schütz
Gleichtaktfilter
Ösen für Krantransport
Akku-Elektronik
Leistungselektronik mit Drehstrom-Wechselrichter und
Gleichspannungswandler
Akku-Pack
Elektromechanische Komponenten, einschliesslich Schütz 29
Verbindungskabel zum Akku-Pack 33
Kabel 36, die an den Gleichtaktfilter 29 anschliessen
Daisy Chain
Überbrückungskabel zwischen den Modulen 25
Mutter Querstrebe
Kastenrahmen
Display
An-/Aus-Schalter
Not-Stopp-Schalter einphasige Steckdose
CAN-Ausgang
24 V-Ausgang
Ausgang für PV-Laden oder Gleichstrom-Laden
Ladekabelsteckdose
Überdruck- bzw. Sicherheitsventil
GPS-Antenne

Claims

Patentansprüche Akku-Vorrichtung zum ortsunabhängigen Verfügbarmachen von Dreiphasen- Wechselstrom, umfassend ein Gehäuse (1 ) mit Dreiphasen-Wechselstrom-Ausgang (19), wobei im Gehäuse (1) ein oder mehrere Akku-Packs, wenigstens ein bidirektionaler Dreiphasen-Wechselrichter und ein oder mehrere Gleichtaktfilter (29) untergebracht sind, und das Gehäuse (1) einen oder mehrere Kühlkörper (21) mit wärmeableitender Oberfläche zur Abgabe von Abwärme an die Umgebungsluft einschliesst, und wobei die Energiedichte der Akku-Vorrichtung bezogen auf ihr Residualgewicht, welches dem Gesamtgewicht der Akku-Vorrichtung abzüglich des Gewichts des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs von sämtlichen Akku- Packs entspricht, somit die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Residualgewicht, mindestens 0.1 kWh/kg beträgt. Akku-Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Gewicht, das sich berechnet als das Residualgewicht abzüglich des Gewichts des Gehäuses (1 ) ohne Kühlkörper (21 ), mindestens 0.2 kWh/kg beträgt. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brutto- Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Gewicht des einen Kühlkörpers (21 ) oder bei mehreren Kühlkörpern (21 ) von sämtlichen Kühlkörpern (21 ) mindestens 1 kWh/kg beträgt. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Brutto- Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch das Gewicht des einen Gleichtaktfilters (29) oder bei mehreren Gleichtaktfiltern (29) von sämtlichen Gleichtaktfiltern (29) mindestens 3 kWh/kg beträgt. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Akku- Vorrichtung einen oder mehrere Lüfter (23) zur Umluftkühlung im Gehäuse (1 ) einschliesst, mit einer solchen maximalen Leistung des einen Lüfters (23) oder bei mehreren Lüftern (23) mit einer solchen maximalen Gesamtleistung der Lüfter (23), dass die Brutto-Kapazität des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs deren Brutto-Kapazität insgesamt geteilt durch die maximale Leistung des einen Lüfters (23) oder bei mehreren Lüftern (23) deren maximale Gesamtleistung mindestens 1000 h beträgt. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 ), ungeachtet von Öffnungen für Ausgänge für Verbraucher, Schalter und Kommunikationsschnittstellen, geschlossen ausgeführt ist, bis auf Öffnungen für Einweg-Auslässe und/oder Öffnungen für eine Kühlung mit der Umgebungsluft, wobei die Kühlungs-Öffnungen so dimensioniert sind, dass ein fester Fremdkörper eines Durchmesser von mindestens 1 mm nicht durch sie hindurchpasst. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Akku- Vorrichtung einen bidirektionalen Gleichspannungswandler einschliesst, und der bidirektionale Dreiphasen-Wechselrichter und der bidirektionale Gleichspannungswandler als eine Einheit ausgeführt sind. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der
Dreiphasen-Wechselrichter transformerlos ausgeführt ist. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die
Nennspannung des Akku-Packs oder bei mehreren Akku-Packs eines jeden Akku- Packs mehr als 60 V beträgt. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 ) im Wesentlichen quaderförmig oder rein quaderförmig ausgeführt ist, mit einer Länge von max. 900 mm, einer Breite von max. 400 mm und einer Höhe von max. 600 mm. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 ) mindestens einen Griff (4, 5, 6, 18) aufweist, an dem sie händisch verschiebbar ist. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gesamtgewicht der Akku-Vorrichtung weniger als 100 kg beträgt. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 ) mindestens einen Griff (4, 5, 6, 18) aufweist, und die Akku-Vorrichtung als Handwagen (3) mit mindestens einem Rad (8, 9) am Gehäuse (1 ) ausgeführt ist, zum händischen Rollen der Akku-Vorrichtung mittels des mindestens einen Griffs (4, 5, 6, 18). Akku-Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei der Handwagen (3) auf einer dem einzelnen Rad oder den Rädern (8, 9) gegenüberliegenden Seite des Gehäuses (1 ) Stützfüsse (12, 13) aufweist, sodass der Handwagen (7) um die Achse (16) des oder der Räder (8, 9) kippbar ist und mittels der Stützfüsse (12, 13) auf ebenem Grund in einer horizontalen Lage des Gehäuses (1 ) abstellbar ist, und dass der Handwagen (3) für sein Kippen und Rollen einen Hebegriff (6, 18) aufweist. Akku-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei das Gehäuse (1 ) eine Bodenplatte (2) einschliesst und die Bodenplatte (2) bei Abstellen der Akku- Vorrichtung auf ebenem Grund von diesem mindestens 10 cm vertikal beabstandet ist. Akku-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, wobei das Gehäuse (1 ) eine Bodenplatte (2) einschliesst und der Handwagen (3) einen längs der Bodenplatte (2) des Gehäuses (1 ) ausziehbaren Hebegriff (6) mit Platte (14) und daran befestigter endseitiger Griffvorrichtung aufweist, wobei die Platte (14) in Normalrichtung zu einer Stirnseite (15) des Handwagens (3) ausfahrbar ist oder der Handwagen (3) einen in Normalrichtung zur Stirnseite (15) des Handwagens (3) ausklappbaren Bügelgriff (18) aufweist. Akku-Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, wobei der Handwagen (3) an zwei einander gegenüberliegenden oberen Eckbereichen des Gehäuses (1 ) je einen fest angeordneten oder ausklappbaren Hebegriff (4, 5) aufweist. Akku-Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei das Gehäuse (1 ) mindestens zwei Verstrebungen (35) enthält, die jeweils entlang einer Längskante einer Deckenplatte des Gehäuses (1 ) verlaufen.
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110365069A (zh) * 2019-04-17 2019-10-22 上海辅能电气科技有限公司 一种便携式固态发电机
CH716062A2 (de) * 2019-04-03 2020-10-15 Axpo Solutions Ag Mobile Energieversorgungseinheit.

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ECOCOACH: "Eco Power Trolley", 17 October 2018 (2018-10-17), pages 1 - 12, XP055974077, Retrieved from the Internet <URL:https://rehl-energy.nl/download/ecopowertrolley/?wpdmdl=1061&refresh=6356728e39d001666609806> [retrieved on 20221024] *

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