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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Aufnahmesystem für die Aufnahme von wiederaufladbaren Speichermodulen für elektrische Energie. Ferner betrifft die Erfindung ein Speichersystem mit einem Aufnahmesystem für die Aufnahme von wiederaufladbaren Speichermodulen für elektrische Energie sowie ein Kraftfahrzeug mit einem Aufnahmesystem für die Aufnahme von wiederaufladbaren Speichermodulen für elektrische Energie.
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Es ist eine Vielzahl von Systemen mit Speichermodulen für elektrische Energie bekannt, in denen im Wesentlichen ein wiederaufladbares Speichermodul zur Versorgung eines Verbrauchers an diesen angeschlossen wird. Es kann zwischen Systemen mit austauschbaren Speichermodulen und festverbauten Speichermodulen unterschieden werden. Der Aufwand für einen Wechsel eines Speichermoduls ist in nahezu jedem Ausmaß in heutigen Gütern und Produkten vorhanden, nämlich von einem möglichen Austausch durch einen Anwender, über einen möglichen Austausch durch eine Fachkraft, zu keinem möglichen Austausch ohne Zerstörung des Produktes.
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Auf dem Gebiet der elektrisch betriebenen Kraftfahrzeuge beschränken sich die Möglichkeiten eines Austauschens von Speichermodulen, d.h. von Akkumulatoren, für den Betrieb eines Verbrauchers, insbesondere für den Antrieb eines Kraftfahrzeugs, insbesondere eines Personenkraftwagens, in den meisten Fällen auf einen Austausch durch Fachpersonal oder sogar den nicht möglichen Austausch. Für gewöhnlich bieten die Hersteller von elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen feste Konfigurationen, hinsichtlich der Anzahl von verbauten Speichermodulen in einem Speichersystem, zum Kauf an. Eine Wahl der Konfiguration der Speichermodule findet somit bei der Bestellung des Kraftfahrzeugs statt und bleibt für die Lebensdauer des Kraftfahrzeugs unverändert. Im Normalfall ist ein Austausch eines oder mehrerer verbauter Speichermodule und/oder eine Erweiterung und/oder eine Verkleinerung der Speichermodule mit hohen Kosten verbunden oder gänzlich nicht vorgesehen.
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Ebenfalls bekannt sind Verfahren zur spannungsgesteuerten Selbstabschaltung von einzelnen Speichermodulen, zur Verhinderung einer Tiefenentladung und somit zur Lebenszeitverlängerung und/oder zur langfristigen Leistungserhaltung von Speichermodulen, wie beispielsweise aus der
DE 10 2013 220 730 A1 bekannt. Darin wird die Versorgung eines Verbrauchers durch einzelne Speichermodule zeitweise unterbrochen, um den Erhalt ihrer Leistung durch Vermeidung einer Tiefenentladung zu gewähren. Die Versorgung des Verbrauchers wird folglich von den weiteren Speichermodulen des Systems aufrecht gehalten. Nach einer Aufladung des entsprechenden Speichermoduls wird dieses erneut zur Versorgung des Verbrauchers mit diesem verbunden. Die Speichermodule sind in dem System fest verbaut.
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Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Nachteile bei der Verwendung von Speichermodulen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, zu beheben oder zumindest teilweise zu beheben. Es ist insbesondere die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein modulares Aufnahmesystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, zur Aufnahme von Speichermodulen für elektrische Energie, sowie ein Speichersystem und ein Kraftfahrzeug mit einem Aufnahmesystem zur Verfügung zu stellen, die eine hohe Flexibilität bei der Nutzung von Speichermodulen ermöglichen, insbesondere mit denen ein Austausch oder eine Ergänzung von Speichermodulen auf einfache Art und Weise ermöglicht wird.
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Voranstehende Aufgabe wird durch die Patentansprüche gelöst. Demnach wird die Aufgabe durch ein Aufnahmesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein Speichersystem mit einem Aufnahmesystem mit den Merkmalen des Anspruchs 9 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit einem Aufnahmesystem mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10 gelöst. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Aufnahmesystem beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Speichersystem sowie dem erfindungsgemäßen Kraftfahrzeug und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird beziehungsweise werden kann.
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Gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Aufnahmesystem für die Aufnahme von wenigstens zwei wiederaufladbaren Speichermodulen für elektrische Energie gelöst. Das Aufnahmesystem umfasst wenigstens zwei Aufnahmebereiche, wobei jeder Aufnahmebereich zur Aufnahme eines Speichermoduls ausgebildet ist, wobei jeder Aufnahmebereich mechanische Schnittstellen zum lösbaren Befestigen eines Speichermoduls aufweist, wobei jeder Aufnahmebereich mindestens einen elektrischen Anschluss zum elektrischen Kontaktieren eines elektrischen Gegenanschlusses des Speichermoduls aufweist. Das Aufnahmesystem umfasst weiter eine Schaltung mit einer Vielzahl von elektrischen Schaltungsanschlüssen, wobei für den mindestens einen elektrischen Anschluss eines jeden Aufnahmebereichs wenigstens ein elektrischer Schaltungsanschluss an der Schaltung vorgesehen ist, und mit zumindest einem elektrischen Ausgangsanschluss zum Verbinden der Schaltung mit zumindest einem Verbraucher, wobei der mindestens eine elektrische Anschluss eines Aufnahmebereichs mit dem jeweiligen wenigstens einen elektrischen Schaltungsanschluss der Schaltung elektrisch leitend verbunden ist, und wobei die Schaltung zum wahlweisen elektrischen Verbinden des zumindest einen elektrischen Ausgangsanschlusses mit wenigstens einem der elektrischen Schaltungsanschlüsse ausgebildet ist.
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Ein wiederaufladbares Speichermodul für elektrische Energie ist im Sinne der Erfindung als beispielsweise ein Akkumulator, insbesondere für die Verwendung in einem Kraftfahrzeug als eine Traktionsbatterie, zu verstehen. Ein Speichermodul kann unterschiedliche elektrische Nennspannung bereitstellen. Systemspannungen von 800 Volt und höher sind in Verbindung mit der Erfindung möglich. Insbesondere eine Verwendung von Niedervoltsystemen, beispielsweise von 48-Volt-Systemen, ist vorteilhaft. Die Kapazität der genutzten Speichermodule kann identisch oder unterschiedlich ausgebildet sein. Eine Variation der Kapazität der Speichermodule lässt eine besonders vorteilhafte Anpassung an die Bedürfnisse von verschiedenen Situationen zu.
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Ein Aufnahmebereich ist erfindungsgemäß als Fläche oder Raum zur Aufnahme eines Speichermoduls zu verstehen. Der Raum kann als ein das Speichermodul vorzugsweise vollständig umgrenzendes Fach/Behältnis ausgebildet sein. Eine als Aufnahmebereich ausgebildete Fläche kann das Speichermodul nur an einer oder mehreren Seiten begrenzen. Der Aufnahmebereich kann das Speichermodul in seinen vollen Ausmaßen oder nur zu einem Teil aufnehmen.
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Als elektrischer Anschluss ist erfindungsgemäß ein mindestens zweipoliger Anschluss, insbesondere ein Stromanschluss, zu verstehen. Auch die verschiedenen Ausführungen von Anschlüssen in der Erfindung, wie beispielsweise Gegenanschlüsse oder Schaltungsanschlüsse, sind erfindungsgemäß derart zu verstehen.
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Eine Schaltung ist erfindungsgemäß als Kombination aus elektrisch trennbaren Verbindungen, insbesondere Schaltern und/oder Schützen, und Leitungen zu verstehen. Ein entsprechender Schaltplan der Schaltung kann vielfältig ausgestaltet und konstruktiv ausgeführt sein. Beispielsweise ist eine Schaltung als Platine mit elektrischen Bauteilen zum Schalten der Verbindungen ausgeführt. Im Sinne der Erfindung wird durch die Schaltung, unabhängig von später beschriebenen Varianten der konstruktiven Ausführung, jeweils nur ein elektrischer Anschluss eines Aufnahmebereichs mit dem zumindest einen elektrischen Ausgangsanschluss der Schaltung verbunden. Folglich wird der zumindest eine Verbraucher stets nur von einem Speichermodul versorgt. Eine wahlweise Verbindung mit einem anderen elektrischen Anschluss durch die Schaltung ermöglicht eine Versorgung des zumindest einen Verbrauchers durch das jeweilige andere Speichermodul. Ein Vorhandensein von mehr als einem Speichermodul in dem Aufnahmesystem ist selbstverständlich Voraussetzung für eine weiterhin mögliche Versorgung des zumindest einen Verbrauchers nach einem Schalten der Verbindung von einem Aufnahmebereich zu einem weiteren Aufnahmebereich. Durch die wahlweise Nutzung der vorhandenen Speichermodule in einem Aufnahmesystem ist es möglich, eine gezielte Nutzung eines Speichermoduls durchzuführen. Wenn die verfügbare Energie eines Speichermoduls entnommen ist, kann einfach und schnell die verfügbare Energie eines in einem weiteren Aufnahmebereich vorhandenen Speichermoduls genutzt werden. Das entleerte Speichermodul kann von einem Anwender aus dem Aufnahmesystem aufgrund der mechanischen Schnittstellen einfach und schnell entnommen werden und so beispielsweise flexibel an einem beliebigen Ort neu geladen werden.
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Ein Verbraucher ist im Sinne der Erfindung eine E-Maschine. Insbesondere kann ein Verbraucher ein Antriebssystem eines Kraftfahrzeugs sein, mittels welchem das Kraftfahrzeug antreibbar ist. Zur Erzeugung eines Antriebsdrehmoments weist das Antriebssystem insbesondere einen Elektromotor auf. Erfindungsgemäß können auch zwei oder mehr Verbraucher, insbesondere Elektromotoren, vorzugsweise mittels mehrerer elektrischer Ausgangsanschlüsse, versorgt werden. Ein Elektromotor ist beispielsweise als Asynchronmotor ausgebildet. Vorzugsweise ist das Antriebssystem auch zum Verzögern bzw. Abbremsen eines Kraftfahrzeugs ausgebildet.
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Besonders vorteilhaft ist die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Aufnahmesystems durch das Vorhandensein von wenigstens zwei Aufnahmebereichen und die mechanischen Schnittstellen zum lösbaren Befestigen und die elektrischen Anschlüsse zum Kontaktieren eines Speichermoduls in einem Aufnahmebereich. Dadurch können so viele Speichermodule in dem Aufnahmesystem Verwendung finden, wie Aufnahmebereiche vorhanden sind. Zum Betrieb des zumindest einen Verbrauchers ist mindestens ein Speichermodul zu nutzen. In Kombination mit der lösbaren Befestigung eines Speichermoduls mittels der mechanischen Schnittstellen wird folglich ein besonders modulares Aufnahmesystem für die Aufnahme von wenigstens zwei wiederaufladbaren Speichermodulen für elektrische Energie geschaffen. So können im Betrieb beispielsweise der bzw. die Verbraucher durch die Energie eines ersten Speichermoduls in einem ersten Aufnahmebereich versorgt werden. Nach Verbrauch der abrufbaren Energie des ersten Speichermoduls, kann durch die Schaltung auf ein zweites Speichermodul in einem zweiten Aufnahmebereich gewechselt werden und folglich der/die Verbraucher durch das zweite Speichermodul versorgt werden.
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Mit dem erfindungsgemäßen Aufnahmesystem lässt sich folglich die Kapazität eines Energiespeichersystems, insbesondere eines Kraftfahrzeugs, auf besonders einfache Art und Weise erweitern oder verkleinern bzw. an die Bedürfnisse von verschiedenen Situationen anpassen. Es können von einem Anwender nach Bedarf Speichermodule gekauft oder auch gemietet und entsprechend in dem Aufnahmesystem verwendet werden. Ebenfalls denkbar ist eine variable Nutzung der Speichermodule in mehreren Aufnahmesystemen und somit mit verschiedenen Verbrauchern, beispielsweise in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen, wie Personenkraftwagen und E-Bikes. Durch die einfache Entnahme der Speichermodule aus dem Aufnahmesystem wird ein äußerst modulares Konzept der Nutzung von Speichermodulen geschaffen. In Kombination mit den erwähnten möglichen unterschiedlich großen Kapazitäten von einzelnen Speichermodulen lässt sich die Vielfältigkeit der Verwendung des modularen Aufnahmesystems weiter steigern. Das erfindungsgemäße Aufnahmesystem schafft eine hohe Flexibilität bei der Nutzung von Speichermodulen.
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Durch eine unkomplizierte Entnahme von Speichermodulen aus den Aufnahmebereichen eines Aufnahmesystems, welche von einem Anwender, vorzugsweise ohne Werkzeug, durchführbar ist, entfallen die Kosten und der Zeitaufwand für eine Entnahme durch Fachpersonal. In den Fällen eines Defekts oder eines Leistungsabfalls eines Speichermoduls können folglich Zeit und Kosten für Wartungen und Reparaturen des Speichermoduls gesenkt werden. Befindet sich bei einem Defekt eines Moduls ein weiteres ausreichend geladenes Modul in einem Aufnahmebereich, so kann als weiterer Vorteil der Erfindung die Fahrt fortgesetzt und ein Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs vermieden werden. Durch den modularen Einsatz von Speichermodulen in mehreren Aufnahmesystemen kann die Zahl der benötigten Speichermodule für alle Aufnahmesysteme geringer ausfallen und somit können weiter Kosten und Ressourcen gespart werden.
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Aktuelle Speichermodule übertragen an das Fahrzeug u.a. die derzeit möglichen Leistungsfreigaben, damit es zu keiner Überlastung der Module kommt. Für gewöhnlich werden dem Fahrzeug weitere Daten übermittelt, wie z.B. Temperaturwerte. Daher kann die vorliegende Erfindung entsprechende Kommunikationsleitungen umfassen, die insbesondere als Niedervoltleitungen ausgeführt sind. Alternativ kann die Kommunikation auch kabellos mittels eines Wireless-Moduls ausgelegt sein.
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Die Aufnahmebereiche der Speichermodule können eine Kühlung der Speichermodule bereitstellen. Beispielsweise kann eine Fläche der Aufnahmebereiche, welche in Kontakt mit den Speichermodulen in eingebautem Zustand steht gekühlt werden. Vorteilhaft kann weiter eine Übermittlung von Temperaturdaten der Speichermodule an das Kraftfahrzeug zur Regelung der Kühlung vorgesehen sein.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann in dem Aufnahmesystem die mechanische Schnittstelle eines Aufnahmebereichs eine Führung zur formschlüssigen Aufnahme und/oder zum Einführen des Speichermoduls in den Aufnahmebereich und/oder ein Rastelement zum kraftschlüssigen Befestigen des Speichermoduls in einer Einbauposition in dem Aufnahmebereich aufweisen.
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Eine geführte Aufnahme des Speichermoduls in den Aufnahmebereich erhöht die Sicherheit eines korrekten Einsetzens des Speichermoduls in das Aufnahmesystem. Folglich werden Fehler bei dem Einsetzen des Speichermoduls vermieden. Weiter wird die erlebte Haptik des Anwenders verbessert und das Produkt von dem Anwender als hochwertiger und stabiler wahrgenommen. Ein Verkanten des Speichermoduls bei dem Einschieben bzw. Einsetzen wird ebenfalls vermieden und somit die Akzeptanz des Anwenders gegenüber dem Aufnahmesystem weiter gesteigert. Ein Rastelement zum Befestigen des Speichermoduls in einer Einbauposition kann einen Verbleib des Speichermoduls in der Einbauposition sichern. Alternativ zum Rastelement kann ein Klemmelement oder ein Stoppelement zur Bewegungsbegrenzung für die Einschiebbewegung des Speichermoduls vorhanden sein. Unter einer Einbauposition ist erfindungsgemäß die gewünschte Position des Speichermoduls nach einem vollständigen Einsetzen in den Aufnahmebereich zu verstehen. Ein Rastelement kann vorzugsweise ein akustisches und/oder haptisches Feedback bei Erreichen der Einbauposition durch das Speichermodul in Form eines hörbaren und/oder spürbaren Einrastens und/oder Erreichens der Einbauposition geben.
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Eine weitere vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass das Rastelement eine mechanische Feststellvorrichtung zum kraftschlüssigen Befestigen des Speichermoduls in der Einbauposition in dem Aufnahmebereich und zum elektrischen Kontaktieren des Gegenanschlusses des Speichermoduls an den elektrischen Anschluss des Aufnahmebereichs aufweist. Eine mechanische Feststellvorrichtung kann erfindungsgemäß als Hebel, Arretierstift oder andere konstruktive Ausgestaltung ausgebildet sein. Die Feststellvorrichtung sichert erfindungsgemäß sowohl den Verbleib des Speichermoduls in der Einbauposition des Aufnahmebereichs als auch die Kontaktierung zwischen den elektrischen Hoch- und Niedervolt Anschlüssen des Aufnahmebereichs und den elektrischen Gegenanschlüssen des Speichermoduls. Vorteilhafterweise kann durch die Betätigung der Feststellvorrichtung die Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse durch Aufbringung eines Anpressdrucks sichergestellt werden. Somit kann eine Kontaktierung der elektrischen Anschlüsse auch bei negativen Einflüssen, wie beispielsweise Korrosion der elektrischen Anschlüsse, sicher und wiederholt ermöglicht werden.
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Eine weitere erfindungsgemäße Ausbildung der Erfindung umfasst, dass die mechanische Schnittstelle eines Aufnahmebereichs als Kulissenführung, als Vorsprung oder als Steck-/Drehverschluss ausgebildet ist. Besonders vorteilhaft ist die Ausgestaltung der mechanischen Schnittstelle eines Aufnahmebereichs als Kulissenführung, als Vorsprung, als Steck-/Drehverschluss oder als anderweitig führende Konstruktion, da eine besonders genaue und sichere Führung beim Einschieben des Speichermoduls in den Aufnahmebereich ermöglicht wird. Dadurch kann die Sicherheit und Wiederholbarkeit eines korrekten Einsetzens eines Speichermoduls in einen Aufnahmebereich eines Aufnahmesystems erhöht und das haptische Erlebnis eines Anwenders gesteigert werden.
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Eine bevorzugte Ausführungsform eines Aufnahmesystems der Erfindung sieht vor, dass die Schaltung zum wahlweisen elektrischen Verbinden des zumindest einen elektrischen Ausgangsanschlusses mit einem der elektrischen Schaltungsanschlüsse als manueller Drehschalter ausgebildet ist. Die Ausbildung der Schaltung als Drehschalter, insbesondere als Multischalter, besonders bevorzugterweise als Halbleiter, ermöglicht eine einfache Schaltung zwischen den zumindest zwei Aufnahmebereichen und folglich zwischen den in den Aufnahmebereichen eingesetzten Speichermodulen. Die Ausführungsvariante der Schaltung als Drehschalter stellt vorteilhafterweise einen besonders einfachen Aufbau der Schaltung mit wenigen Komponenten dar. Ein mögliches Auftreten von Schaltfehlern durch den Anwender ist durch den Drehschalter stark reduziert. Im Sinne der Erfindung wird durch die Schaltung jeweils nur ein elektrischer Anschluss des Aufnahmebereichs beziehungsweise der Schaltung mit dem zumindest einen elektrischen Ausgangsanschluss verbunden. Folglich wird der zumindest eine Verbraucher stets nur von einem Speichermodul mit Spannung versorgt.
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Als ebenfalls bevorzugte Weiterbildung eines Aufnahmesystems ist vorgesehen, dass die Schaltung zum wahlweisen elektrischen Verbinden des zumindest einen elektrischen Ausgangsanschlusses mit einem der elektrischen Schaltungsanschlüsse als Parallelschaltung ausgebildet ist. Die Ausgestaltung der Schaltung als Parallelschaltung ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass jeweils nur ein elektrischer Anschluss des Aufnahmebereichs beziehungsweise der Schaltung mit dem zumindest einen elektrischen Ausgangsanschluss verbunden ist. Somit kann in der Parallelschaltung zeitgleich immer nur ein Schalter, insbesondere ein Schütz oder ein Halbleiter mit vergleichbarer Funktion, geschlossen sein und eine elektrische Leitung zwischen einem Speichermodul und zumindest einem Verbraucher hergestellt werden.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltungsform der Erfindung beinhaltet, dass die Schaltung eine Regelung umfasst, wobei die Regelung die wahlweise elektrische Verbindung des zumindest einen elektrischen Ausgangsanschlusses mit einem der elektrischen Schaltungsanschlüsse in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Messgröße, insbesondere der verbleibenden elektrischen Energie innerhalb des mindestens einen Speichermoduls, regelt.
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Eine Ausgestaltung der Schaltung mit einer Regelung ist besonders vorteilhaft, da folglich eine falsche manuelle Bedienung ausgeschlossen ist. Die Regelung des Schaltvorgangs zwischen den vorhandenen Aufnahmebereichen bzw. Speichermodulen in Abhängigkeit von einer Messgröße, insbesondere der verbleibenden elektrischen Energie innerhalb des mindestens einen Speichermoduls, ermöglicht bei Vorhandensein mindestens eines weiteren Speichermoduls eine möglichst geringe Umschaltzeit bei einer Entleerung des derzeitig genutzten Speichermoduls auf ein weiteres Speichermodul und somit eine bestmögliche Aufrechterhaltung der Versorgung des zumindest einen Verbrauchers. Eine geregelte Schaltung anhand von weiteren oder alternativen Messgrößen ist ebenfalls denkbar und möglich. Beispielsweise kann eine Temperaturüberwachung der Speichermodule, eine Berücksichtigung der Kapazität der Speichermodule oder die Position der Speichermodule in dem Aufnahmesystem bei der Regelung berücksichtigt werden. Eine automatische Regelung der Auswahl des Speichermoduls stellt einen hohen Komfortgewinn für den Anwender dar und befreit den Anwender von eventuell notwendigen Entscheidungen. Folglich stellt die Ausführungsform der Schaltung mit einer Regelung einen Gewinn an Zeit für den Anwender und eine Reduzierung der Komplexität des Aufnahmesystems aus Sicht des Anwenders dar und ist somit besonders vorteilhaft. Eine Schaltung mit Regelung kann vorteilhaft ein sicheres Schalten gewährleisten, bevor es zu Leistungseinbußen oder einem Liegenbleiben des Kraftfahrzeugs kommt. Wenn das Kraftfahrzeug geladen wird, kann eine Schaltung mit Regelung sicherstellen, dass alle Speichermodule im Kraftfahrzeug nacheinander geladen werden. Als weiterer Vorteil einer Schaltung mit Regelung ist eine Vorwahl durch den Fahrzeugführer möglich, welches Speichermodul entladen oder geladen werden soll. Ist ein Ausbau oder Tausch eines Speichermoduls geplant, kann gezielt das entsprechende Speichermodul entladen werden. Dieses ist hilfreich, wenn Speichermodule unterschiedlich vorteilhaft im Kraftfahrzeug ein- und ausbaubar sind oder der Fahrzeugeigentümer bestimmte Speichermodule, insbesondere gemietete Speichermodule, entladen und/oder abgeben möchte.
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Gemäß einer bevorzugten Weiterentwicklung der Erfindung kann bei einem Aufnahmesystem vorgesehen sein, dass zumindest ein Ladeanschluss an der Schaltung und/oder an jedem Aufnahmebereich und/oder an einem mit den Aufnahmebereichen elektrisch verbundenen Grundkörper des Aufnahmesystems vorgesehen ist, wobei der zumindest eine Ladeanschluss eine Einspeisung von elektrischer Energie über den jeweiligen elektrischen Anschluss in das mindestens eine Speichermodul ermöglicht. Eine Ausbildung der Erfindung mit zumindest einem Ladeanschluss erweitert den Funktionsumfang des Aufnahmesystems für den Anwender. Mit einem Ladeanschluss ist das Aufnahmesystem ausgestaltet, um eingesetzte Speichermodule zu laden. In Kombination mit der Flexibilität beziehungsweise Modularität des Aufnahmesystems kann beispielsweise ein Speichermodul aus einem Aufnahmesystem entnommen werden, welches nicht zum Aufladen eines Speichermoduls ausgestaltet ist, und in ein anderes Aufnahmesystem eingesetzt werden, in welchem das Speichermodul geladen werden kann. Der Ladeanschluss eines Aufnahmesystems kann auch dem elektrischen Ausgangsanschluss der Schaltung entsprechen. Auf diese Weise können das zumindest eine eingesetzte Speichermodul geladen und gleichzeitig der mindestens eine Verbraucher von der beispielsweise externen Stromquelle versorgt werden. Eine Kombination des Ladeanschlusses mit dem Funktionsumfang der Schaltung ist in dieser Ausgestaltung eines Aufnahmesystems ebenfalls möglich und erweitert somit die Einsatzmöglichkeiten des Aufnahmesystems sehr bevorzugt.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Speichersystem mit einem Aufnahmesystem gemäß dem ersten Aspekt gelöst. Das Speichersystem umfasst neben einem erfindungsgemäßen Aufnahmesystem mindestens ein wiederaufladbares Speichermodul, insbesondere einen Akkumulator, wobei das Speichermodul mindestens einen elektrischen Gegenanschluss zur Kontaktierung mit dem mindestens einen elektrischen Nieder- und/oder Hochvolt Anschluss eines der Aufnahmebereiche des Aufnahmesystems aufweist, und wobei das Speichermodul eine mechanische Gegenschnittstelle zum kraftschlüssigen Befestigen des Speichermoduls an einem der Aufnahmebereiche des Aufnahmesystems aufweist.
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Das erfindungsgemäße Speichersystem weist dieselben Vorteile auf, wie sie bereits voranstehend bezüglich des erfindungsgemäßen Aufnahmesystems gemäß dem ersten Aspekt beschrieben sind. Weiter ist das Speichermodul vorteilhaft mit einer mechanischen Gegenschnittstelle zur mechanischen Wirkverbindung mit der mechanischen Schnittstelle eines Aufnahmebereichs eines Aufnahmesystems ausgebildet. Ebenso ist das Speichermodul mit mindestens einem elektrischen Gegenanschluss zur Kontaktierung mit dem mindestens einen elektrischen Anschluss eines der Aufnahmebereiche des Aufnahmesystems versehen. Mit dieser Ausbildung wird eine besonders vorteilhafte und wenig fehlerhafte Einbringung des Speichermoduls in das Aufnahmesystem ermöglich. Dadurch erhöhen sich die Praktikabilität der Anwendung der Erfindung und die Akzeptanz der Anwender, da eine sehr hohe Wahrscheinlichkeit eines korrekten Einsetzens und damit einer funktionsfähigen Verwendung der Speichermodule gewährleistet wird und für den Anwender einfach zu wiederholen ist. Durch eine wahlweise Nutzung von vorhandenen Speichermodulen in einem Speichersystem ist es möglich, das Speichersystem variabel mit Speichermodulen zu bestücken, wodurch die Flexibilität des Speichersystems deutlich erhöht wird. Wenn die verfügbare Energie eines Speichermoduls entnommen ist, kann einfach und schnell die verfügbare Energie eines in einem weiteren Aufnahmebereich vorhandenen Speichermoduls genutzt werden. Das entleerte Speichermodul kann von einem Anwender aus dem Speichersystem aufgrund der mechanischen Schnittstellen des Aufnahmebereichs des Aufnahmesystems einfach und schnell entnommen werden und so beispielsweise flexibel an einem beliebigen Ort neu geladen, gewechselt und/oder zurückgegeben werden.
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Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung wird die Aufgabe durch ein Kraftfahrzeug mit einem Aufnahmesystem gemäß dem ersten Aspekt gelöst. Das Aufnahmesystem des Kraftfahrzeugs ist nach einem der voranstehenden Ausführungsformen ausgestaltet und besitzt folglich ebenfalls die genannten Vorteile, wie sie bereits voranstehend bezüglich des erfindungsgemäßen Aufnahmesystems beschrieben sind. Das Kraftfahrzeug mit einem Aufnahmesystem ermöglicht folglich eine modulare Verwendung von Speichermodulen und somit eine besonders flexible Anpassung, Erweiterung und/oder Verkleinerung der Kapazität des Fahrzeugs mit einer möglichen Berücksichtigung von verschiedenen Situationen. Insbesondere kann je nach Menge der erforderlichen Speichermodule das Gewicht des Kraftfahrzeugs reduziert oder die Reichweite des Kraftfahrzeugs erhöht werden. Weitere Speichermodule können kommerziell gemietet oder gekauft, privat geliehen oder aus anderen Aufnahmesystemen vorübergehend genutzt werden.
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Weiter ist ein erfindungsgemäßes Aufnahmesystem auch innerhalb eines Gebäudes in einer Gebäudetechnik einsetzbar. So kann beispielsweise ein Aufnahmesystem stationär als reine Aufladestation innerhalb der Technik eines Gebäudes integriert sein. Ebenfalls ist es möglich, dass ein Aufnahmesystem innerhalb der Technik eines Gebäudes integriert und zur Versorgung eines oder mehrerer Verbraucher innerhalb der Gebäudetechnik ausgestaltet ist. Beispielsweise kann ein erfindungsgemäßes Aufnahmesystem innerhalb der Technik eines Gebäudes als zusätzlicher oder ausschließlicher Energiespeicher einer Solaranlage oder ähnlichen Techniken zur Energieversorgung dienen.
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Ein erfindungsgemäßes Aufnahmesystem, ein erfindungsgemäßes Speichersystem sowie ein erfindungsgemäßes Kraftfahrzeug werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
- 1 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmesystems mit einem angeschlossenen Verbraucher,
- 2 in einer Draufsicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speichersystems mit einem Aufnahmesystem, mit zwei Speichermodulen und mit einem angeschlossenen Verbraucher,
- 3 in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs mit einem Aufnahmesystem, mit einem Speichermodul und mit einem angeschlossenen Verbraucher,
- 4 einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltung eines Aufnahmesystems mit Drehschalter und einem angeschlossenen Verbraucher, und
- 5 einen Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltung eines Aufnahmesystems mit Parallelschaltung und einem angeschlossenen Verbraucher.
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Elemente mit gleicher Funktion und Wirkungsweise sind in den 1 bis 5 jeweils mit denselben Bezugszeichen versehen.
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In 1 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Aufnahmesystems 1 mit einem angeschlossenen Verbraucher 50 gezeigt. Das Aufnahmesystem 1 ist mit zwei Aufnahmebereichen 3 zur Aufnahme von nicht dargestellten Speichermodulen 30 ausgestaltet. Zur erleichterten und gesicherten Einführung von Speichermodulen 30 in die Aufnahmebereiche 3 sind in dieser Ausführungsform des Aufnahmesystems 1 als mechanische Schnittstellen 4 Führungen 5 ausgebildet. Die Aufnahmebereiche 3 sind weiter mit elektrischen Anschlüssen 9 zum Anschluss der Speichermodule 30 ausgestaltet. In der gezeigten Ausführungsform ist die Schaltung 10 zur Verdeutlichung der Leitungsführung separiert dargestellt. Die Schaltung 10 weist zwei elektrische Schaltungsanschlüsse 11 auf, welche jeweils mit einem elektrischen Anschluss 9 eines Aufnahmebereichs 3 elektrisch leitend verbunden sind. Der eine elektrische Ausgangsanschluss 12 der Schaltung 10 ist mit einem angeschlossenen Verbraucher 50 verbunden. Beispielhaft ist ein Grundkörper 2 des Aufnahmesystems 1 dargestellt, welcher die Aufnahmebereiche 3 stützt. Der Grundkörper 2 kann beispielsweise behälterförmig die Aufnahmebereiche 3 bilden.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Aufnahmesystems 1 mit mindestens zwei Aufnahmebereichen 3 ermöglicht eine modulare Nutzung von Speichermodulen 30 innerhalb der Aufnahmebereiche 3, da mit der Schaltung 10 besonders einfach zwischen den Aufnahmebereichen 3 und folglich zwischen den möglicherweise angeschlossenen Speichermodulen 30 zur Versorgung des mindestens einen Verbrauchers 50 gewechselt werden kann.
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In 2 ist eine schematische Ansicht einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Speichersystems 40 mit einem Aufnahmesystem 1, mit zwei Speichermodulen 30 und mit einem angeschlossenen Verbraucher 50 gezeigt. Über 1 hinaus zeigt 2 beispielhaft zwei eingeschobene und lösbar in den Aufnahmebereichen 3 befestigte Speichermodule 30. Die Speichermodule 30 weisen einen elektrischen Gegenanschluss 31 zum Anschluss an den elektrischen Anschlüssen 9 der Aufnahmebereiche 3 auf. Die Abstände zwischen der Führung 5 der mechanischen Schnittstellen 4 und den Speichermodulen 30 sind aus Gründen der Veranschaulichung überproportional groß dargestellt. In dieser Ausführungsform des Speichersystems 40 sind die Speichermodule 30 mit identischen Abmaßen ausgebildet. Eine Variation in den Abmaßen der Speichermodule 30 ist ebenfalls denkbar und möglich. In der Ausführungsform des Speichersystems 40 sind zwei Speichermodule 30 in das Speichersystem 40 eingesetzt. Ebenfalls ist ein Betrieb des Verbrauchers 50 mit nur einem in das Speichersystem 40 eingesetzten Speichermodul 30 möglich.
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In 3 ist schematisch in einer Seitenansicht eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftfahrzeugs 60 mit einem Aufnahmesystem 1, mit einem Speichermodul 30 und einem angeschlossenen Verbraucher 50 gezeigt. Die Schaltung 10 des Aufnahmesystems 1 ist in der gezeigten Ausführungsform als ein direkt an die Aufnahmebereiche 3 angrenzendes Bestandteil des Aufnahmesystems 1 ausgestaltet. Folglich ist die Leitungsführung zwischen den drei gezeigten Aufnahmebereichen 3 und der Schaltung 10 nicht näher gezeigt. Das Aufnahmesystem 1 ist mit drei Aufnahmebereichen 3, mit jeweils einer als Steg ausgebildeten Führung 5 ausgebildet. Die als mechanische Schnittstellen 4 ausgebildeten Führungen 5 dienen der gesicherten und korrekten Einführung der Speichermodule 30 in die Aufnahmebereiche 3 des Aufnahmesystems 1. In der Ausführungsform ist ein Speichermodul 30 in dem Aufnahmesystem 1 eingesetzt. Der Verbraucher 50, welcher an der Schaltung 10 des Aufnahmesystems 1 angeschlossen ist, stellt in dieser Ausführungsform beispielhaft einen Elektromotor zum Antrieb des Kraftfahrzeugs 60, hier eines Personenkraftfahrzeugs, dar. Die beispielhafte Position des Aufnahmesystems 1 in dem Bodenbereich des Kraftfahrzeugs 60 stellt einen besonders bevorzugten Schwerpunkt des Kraftfahrzeugs 60 sicher. Ebenfalls kann das Aufnahmesystem 1 in anderen, für den Anwender insbesondere vorteilhafter zu erreichenden Positionen in dem Kraftfahrzeug 60 untergebracht werden.
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In 4 ist schematisch ein Schaltplan einer bevorzugten Ausführungsform einer Schaltung 10 eines Aufnahmesystems 1 mit Drehschalter und einem angeschlossenen Verbraucher 50 gezeigt. Die Ausbildung der Schaltung 10 als Drehschalter, insbesondere als Multischalter, ermöglicht eine einfache Schaltung 10 zwischen den zumindest zwei Aufnahmebereichen 3 und folglich zwischen den dargestellten sechs Speichermodulen 30. Die Ausführungsvariante der Schaltung 10 als Drehschalter stellt vorteilhaft einen besonders einfachen Aufbau der Schaltung 10 mit wenigen Komponenten dar. Ein mögliches Auftreten von Schaltfehlern durch den Anwender ist durch die Ausgestaltung der Schaltung 10 mit einem Drehschalter stark reduziert. Im Sinne der Erfindung wird durch die Schaltung 10 jeweils nur ein elektrischer Schaltungsanschluss 11 mit dem zumindest einen elektrischen Ausgangsanschluss 12 verbunden. Folglich wird der zumindest eine Verbraucher 50 stets nur von einem Speichermodul 30 versorgt.
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In 5 ist schematisch ein Schaltplan einer weiteren Ausführungsform einer Schaltung 10 eines Aufnahmesystems 1 mit Parallelschaltung und einem angeschlossenen Verbraucher 50 gezeigt. Die Ausbildung der Schaltung 10 als Parallelschaltung ist erfindungsgemäß derart ausgestaltet, dass jeweils nur ein elektrischer Schaltungsanschluss 11 mit dem zumindest einen elektrischen Ausgangsanschluss 12 verbunden ist. Somit kann in der Parallelschaltung zeitgleich immer nur ein Schalter, insbesondere ein Schütz, geschlossen sein und eine elektrische Leitung zwischen einem Speichermodul 30 und zumindest einem Verbraucher 50 hergestellt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Aufnahmesystem
- 2
- Grundkörper des Aufnahmesystems
- 3
- Aufnahmebereich
- 4
- mechanische Schnittstelle
- 5
- Führung
- 6
- Rastelement
- 7
- Einbauposition
- 8
- mechanische Feststellvorrichtung
- 9
- elektrischer Anschluss
- 10
- Schaltung
- 11
- elektrischer Schaltungsanschluss
- 12
- elektrischer Ausgangsanschluss
- 13
- Regelung
- 14
- Messgröße
- 15
- Ladeanschluss
- 30
- Speichermodul
- 31
- elektrischer Gegenanschluss
- 32
- mechanische Gegenschnittstelle
- 40
- Speichersystem
- 50
- Verbraucher
- 60
- Kraftfahrzeug
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013220730 A1 [0004]
