DE102010018698A1 - Energy supply system for mobile technology - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Energieversorgungssystem für mobil betriebene Technik, insbesondere Verkehrsmittel, insbesondere Elektrofahrzeuge, mit mindestens einem Behälter, in welchen elektrische Energiezellen einbringbar und fixierbar sind, und elektrischen Kontakten mittels welchen die Energiezellen elektrisch kontaktierbar sind, mit mindestens einer betätigbaren Vorrichtung, mittels welcher die Energiezellen derart freigebbar sind, dass sie als lose Menge vorliegen und in dem Behälter in mindestens einer Raumrichtung beweglich sind.The invention relates to an energy supply system for mobile technology, in particular means of transport, in particular electric vehicles, with at least one container in which electrical energy cells can be inserted and fixed, and electrical contacts by means of which the energy cells can be electrically contacted, with at least one actuatable device by means of which the Energy cells can be released in such a way that they are available in bulk and are movable in the container in at least one spatial direction.
Description
Diese Erfindung löst die Normungsprobleme bei Batteriewechselsystemen für die großtechnische Energieversorgung mobiler Technik, insbesondere Elektrofahrzeuge unterschiedlicher Leistungsklassen.This invention solves the standardization problems in battery replacement systems for the large-scale power supply of mobile technology, especially electric vehicles of different power classes.
Beschreibungdescription
Batteriewechselsysteme für elektrisch betriebene Handgeräte sind hinlänglich bekannt. Akkuschrauber, Handys und Laptops werden meist mit einer wiederverwendbaren und auswechselbaren elektrischen Batterie geliefert. Die Leistung dieser Geräte ist klein genug, dass die Wechselbatterien manuell leicht gehandhabt werden können. Anders ist dies bei Geräten größerer Leistung. Insbesondere bei Elektrofahrzeugen ist die Antriebsbatterie nicht wie bei z. B. einem Akkuschrauber mit wenigen Handgriffen zu wechseln, weil diese dazu viel zu groß und zu schwer ist. Es ist daher üblich, die Batterie eines Elektrofahrzeuges in allen Betriebszuständen, auch während des Aufladens, in dem Fahrzeug zu belassen. Jedoch die Leistungsanforderungen an ein modernes Elektrofahrzeug zwingen dazu, neben dem Laden an privaten und öffentlichen Ladestationen, auch über praktikable Batteriewechselsysteme nach zu denken. Batteriewechselsysteme für Elektrofahrzeuge sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Nachteilig an dem Stand der Technik ist die Tatsache, dass die Batterie als zusammenhängender Block getauscht werden muss. Das hat zur Folge, dass praktisch für jede Fahrzeugklasse eine spezielle Wechselbatterie vorgesehen werden muss. Jede Sorte Wechselbatterie muss dann aber auch in ausreichender Menge von der Wechselstation bevorratet werden, was einen erhöhten und kostspieligen Lagerbedarf zur Folge hat. Die großen Lagerbestände vergrößern zu dem die Menge der nicht in Gebrauch befindlichen Batterien, was dazu führt, dass allgemein mehr Batterien gefertigt werden müssen, als es bei einem effizienteren System der Fall wäre. Insgesamt lösen die bekannten Batteriewechselsysteme zwar leidlich das mobile Energieproblem, sie erzeugen aber zu große Kosten und einen zu großen Standardisierungsaufwand. Wünschenswert wäre ein Batteriewechselsystem, welches dynamisch und sinnvoll auf die unterschiedlichen Leistungsklassen von mobiler Technik insbesondere von unterschiedlichen Leitungsklassen bei Fahrzeugen eingehen kann, ohne dabei für jede Fahrzeugklasse eine spezielle Batterie bevorraten zu müssen. Des weiteren ist es wünschenswert, mit einer einfacheren und kostengünstigeren Technik den Austauschvorgang von großen Batterien zu bewältigen, als dies im Stand der Technik beschieben ist.A disadvantage of the prior art is the fact that the battery must be replaced as a contiguous block. As a result, a special replaceable battery has to be provided for virtually every vehicle class. Each type of replaceable battery must then also be stored in sufficient quantity by the exchange station, which has an increased and costly storage needs. The large inventories add to the amount of batteries not in use, which in general means that more batteries need to be manufactured than would be the case with a more efficient system. Overall, the well-known battery replacement systems, although tolerably solve the mobile energy problem, but they generate too much cost and too much standardization effort. It would be desirable to have a battery replacement system that can respond dynamically and meaningfully to the different power classes of mobile technology, especially of different power classes in vehicles, without having to stockpile a special battery for each vehicle class. Furthermore, it is desirable to manage the replacement process of large batteries with a simpler and less expensive technique than that described in the prior art.
Diese Aufgabe wird mit einer Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Verfahren gemäß des Anspruchs 9 gelöst. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.This object is achieved with a device having the features of claim 1 and with a method according to
Erfindungsgemäß existiert die Antriebsbatterie eines Elektrofahrzeuges nicht mehr als zusammen hängender Block, sondern aus einer Vielzahl von sogenannten Energiezellen. Der Begriff Energiezelle beschreibt hierbei allgemein einen mechanischen Körper, welcher mit elektrischen Energiespeicherelementen ausgestattet ist oder aus diesen besteht. Die Energiezelle umfasst, falls diese zur Speicherung von elektrischer Energie vorgesehen ist, ebenfalls elektrische Kontakte, mittels derer sie geladen und entladen werden kann. Die mechanische Ausbildung der Energiezellen ist vorzugsweise standardisiert, und wiederholt sich gleichförmig in großer Zahl. Die Größe und damit der Energieinhalt einer Batterie wird durch die Anzahl der Energiezellen bestimmt, aus welchen die Batterie besteht. Je nach Größe der Energiezellen kann so eine Batterie in ihrer Größe und Leistung in feinen Stufen verändert und an die jeweiligen technischen Erfordernisse angepasst werden. Die Energiezellen werden zur Bildung einer Batterie in einem Behälter aufgenommen, welcher sich in der mobilen Technik befindet oder für diese bestimmt ist. Wenn die Energiezellen in dem Behälter entladen sind, können diese durch geladene Energiezellen ausgetauscht werden. Während des Austauschvorganges sind die Energiezellen in mindestens einer Raumdimension beweglich. Das bedeutet, dass die Energiezellen während des normalen Betriebes der mobilen Technik in dem Behälter festgesetzt sind und mit dem Energiesystem der mobilen Technik verbunden sind. Für einen erfindungsgemäßen Austauschvorgang müssen die Energiezellen jedoch beweglich sein. Um dies zeitweise für den Austauschvorgang zu ermöglichen, sind zur mechanischen Festsetzung der Energiezellen, so wie zur elektrischen Kontaktierung der Energiezellen betätigbare Vorrichtungen vorgesehen, welche die Energiezellen in dem Behälter der mobilen Technik nach Bedarf mechanisch festsetzen bzw. mechanisch frei geben und welche die Energiezellen nach Bedarf elektrisch mit der Bordtechnik verbinden bzw. lösen. Es ist ggf. auch vorgesehen ein und dieselbe Vorrichtung für beide Aufgaben, nämlich mechanisches Festsetzen bzw. Lösen und elektrisches Verbinden und Lösen zu verwenden.According to the invention, the drive battery of an electric vehicle no longer exists as a block hanging together but from a plurality of so-called energy cells. The term energy cell generally describes a mechanical body which is equipped with or consists of electrical energy storage elements. The power cell, if provided for storing electrical energy, also includes electrical contacts by means of which it can be charged and discharged. The mechanical formation of the energy cells is preferably standardized, and repeats uniformly in large numbers. The size and thus the energy content of a battery is determined by the number of energy cells that make up the battery. Depending on the size of the energy cells, a battery can be changed in terms of size and power in fine steps and adapted to the respective technical requirements. The energy cells are received to form a battery in a container which is in the mobile technology or intended for this. When the energy cells in the container are discharged, they can be replaced by charged energy cells. During the exchange process, the energy cells are movable in at least one spatial dimension. This means that the energy cells are fixed in the container during the normal operation of the mobile technology and are connected to the mobile technology energy system. However, for an inventive exchange process, the energy cells must be mobile. In order to make this temporarily possible for the replacement process, devices are provided for the mechanical fixing of the energy cells, as well as for the electrical contacting of the energy cells, which mechanically fix the energy cells in the mobile technology container as required and which emit the energy cells Connect or disconnect demand electrically with the on-board technology. It is also possibly provided one and the same device for both tasks, namely to use mechanical setting or release and electrical connection and release.
Das mechanische Festsetzen der Energiezellen geschieht beispielsweise durch die Begrenzungswände des Behälter selbst, wobei zum mechanischen Freigeben der Energiezellen z. B. eine Klappe im Behälter geöffnet, oder eine Wand des selben entfernt wird (siehe erstes Ausführungsbeispiel), oder durch mechanische Bauteile, die durch eine betätigbare Vorrichtung in den Behälter eingebracht werden oder in dem Behälter in ihrer Lage verändert werden. (siehe zweites Ausführungsbeispiel).The mechanical setting of the energy cells is done for example by the boundary walls of the container itself, wherein the mechanical release of the energy cells z. B. a flap in the container opened, or a wall of the same is removed (see first embodiment), or by mechanical components introduced into the container by an operable device or changed in position in the container. (see second embodiment).
Das elektrische Verbinden und Lösen der Energiezellen mit der Bordtechnik geschieht beispielsweise mit einzeln oder in Gruppen an ein oder mehrerer beweglicher Bauteile montierter elektrischer Kontakte, wobei die beweglichen Bauteile zum Verbinden bzw. Lösen der elektrischen Verbindungen durch eine betätigbare Vorrichtung an die elektrischen Kontakte der Energiezellen herangeführt bzw. von diesen wieder entfernt werden. Aber auch andere Vorrichtungen, welche durch Betätigung elektrische Kontakte schließen und lösen können, sind mit vorgesehen.The electrical connection and disconnection of the energy cells with the on-board technology takes place, for example, individually or in groups on one or more movable components mounted electrical contacts, wherein the movable components for connecting or disconnecting the electrical connections brought by an actuatable device to the electrical contacts of the energy cells or be removed from them again. But other devices that can close and solve by pressing electrical contacts are provided with.
Vorzugsweise wird so eine Vorrichtung zu mehrere Energiezellen gleichzeitig elektrischen Kontakt herstellten. Diese elektrischen Verbindungen werden hergestellt und gelöst, in dem z. B. ein Bauteil, dass mit mehreren elektrischen Kontakten für mehrere Zellen ausgestattet ist, mechanisch an diese herangeführt oder entfernt wird. Die Anordnung der elektrischen Kontakte von besagtem Bauteil orientiert sich vorzugsweise an der vorhergesehenen Anordnung der Energiezellen in dem Behälter. Wenn nötig, können so auch Vorrichtungen zum mechanischen Festsetzen der Energiezellen vorgesehen werden. Es ist wichtig, dass die oben genannten Vorrichtungen betätigbar sind, soll heißen, dass sie die Fähigkeit besitzen, die mechanischen und/oder elektrischen Verbindungen zu den Energiezellen mittels manueller oder automatischer Betätigung, zu erzeugen und auch wieder zu lösen.Preferably, such a device will produce electrical contact with several energy cells simultaneously. These electrical connections are made and solved in the z. B. a component that is equipped with multiple electrical contacts for multiple cells, mechanically brought to this or removed. The arrangement of the electrical contacts of said component is preferably based on the anticipated arrangement of the energy cells in the container. If necessary, devices for mechanically setting the energy cells can also be provided in this way. It is important that the above-mentioned devices are operable, meaning that they have the ability to generate and also release the mechanical and / or electrical connections to the energy cells by means of manual or automatic actuation.
Denn das Lösen der elektrischen und mechanischen Verbindungen der mobilen Technik zu den Energiezellen, ermöglicht diesen ihre vorbestimmte Bewegungsfreiheit, welche vorzugsweise während des Austauschvorganges bestehen soll.For the release of the electrical and mechanical connections of the mobile technology to the energy cells, this allows their predetermined freedom of movement, which should preferably exist during the replacement process.
Denn während eines Austauschvorganges werden die Energiezellen nicht einzeln sondern als lose Menge gehandhabt. Der Begriff „lose Menge” beschreibt hierbei eine Anzahl von Energiezellen, die gemeinsam gehandhabt werden, wobei die einzelnen Energiezellen dieser Menge ihre relative Lage zueinander mit mindestens einem Freiheitsgrad verändern können. Das bedeutet, es ist vorgesehen, dass z. B. die Energiezellen keine mechanische Verbindung zueinander haben und sich prinzipiell, solange dies nicht durch die Handhabungsvorrichtungen begrenzt ist, frei gegen einander verschieben können, ähnlich wie die Molekühle einer Flüssigkeit. Dabei können sich die Energiezellen gegenseitig berühren, müssen es aber nicht. Eine gegenseitige Berührung der Zellen wird jedoch ggf. zu ihrem gegenseitigen Vorrantreiben genutzt. Es ist ggf. aber auch vorgesehen, die Energiezellen mechanisch beweglich miteinander zu verbinden, so dass die Menge von Energiezellen wie eine bewegliche Kette gehandhabt werden kann. Eine solche Kette kann durch Zug oder Druck manuell oder maschinell in Bewegung gesetzt werden.Because during an exchange process, the energy cells are not handled individually but as a loose amount. The term "loose amount" here describes a number of energy cells that are handled together, wherein the individual energy cells of this amount can change their relative position to each other with at least one degree of freedom. This means that it is intended that z. B. the energy cells have no mechanical connection to each other and in principle, as long as this is not limited by the handling devices, can move freely against each other, similar to the molecules of a liquid. The energy cells can touch each other, but they do not have to. However, mutual contact of the cells may be used to propel each other. It may also be provided, however, to connect the energy cells to one another mechanically movably, so that the quantity of energy cells can be handled like a movable chain. Such a chain can be manually or mechanically set in motion by pulling or pushing.
Damit ist es möglich die Menge durch unterschiedlich begrenzte Räume hin und her zu schieben, zu ziehen, zu pumpen, oder durch die Erdbeschleunigung in Bewegung zu setzen und quasi zum fließen zu bringen. Die Bewegung der Energiezellen ist durch entsprechende Gleit- und Rollvorrichtungen insbesondere an der mobilen Technik, an den Energiezellen selbst, und an allen anderen an dem Austauschvorgang beteiligten Vorrichtungen erleichtert.This makes it possible to push the quantity back and forth through differently limited spaces, to pull, to pump, or to set in motion by the acceleration of the earth and to make it flow, so to speak. The movement of the energy cells is facilitated by appropriate sliding and rolling devices, in particular on the mobile technology, on the power cells themselves, and on all other devices involved in the replacement process.
In dem Behälter, welcher die Energiezellen aufnimmt, befindet sich mindestens eine verschließbare Öffnung, durch welche die Energiezellen ein- bzw. ausgebracht werden. Eine solche Öffnung kann von ihrer Querschnittsfläche her kleiner sein als die kleinste Fläche einer Behälterwand. Sie ist jedoch mindesten so groß, dass mindestens eine Energiezelle diese Öffnung passieren kann, so dass der Austausch einer Batterie in Form eines Teilestromes von Energiezellen stattfindet. Auf diese Weise können auch sehr große Batterien durch eine kleine Öffnung in der Karosserie z. B. eines Fahrzeuges ausgetauscht werden.In the container, which receives the energy cells, there is at least one closable opening through which the energy cells are applied or discharged. Such an opening may be smaller in cross-sectional area than the smallest area of a container wall. However, it is at least so large that at least one energy cell can pass through this opening, so that the replacement of a battery takes place in the form of a partial flow of energy cells. In this way, even very large batteries through a small opening in the body z. B. a vehicle to be replaced.
Bezüglich der Anordnung der Energiezellen in dem Behälter wird vorzugsweise von der dichtesten Packung ausgegangen, welche vorzugsweise durch die Verengung des Raumes in dem Behälter herbeigeführt wird. Aber auch alternative Einrichtungen, wie z. B. bestimmte Formgebungen in dem Behälter (Ausbuchtungen und Erhebungen), in welchen sich die Energiezellen automatisch oder mit mechanisch maschineller Hilfe einfinden, sind mit vorgesehen. Für den Fall, dass die Energiezellen eine eindimensionale Bewegungsfreiheit besitzen, werden sich diese in der mobilen Technik in einer Reihe anordnen. Für den Fall, dass die Energiezellen eine zweidimensionale Bewegungsfreiheit besitzen, werden sich diese in einer Art anordnen, die einem 2-dimensionalen Kristallgitter ähnlich ist. Auf diese Weise ist die Anordnung der Zellen in dem Behälter entsprechend ihrer vorbestimmten Bewegungsfreiheit vorhersehbar, so dass an den entsprechenden Stellen in der mobilen Technik bzw. in dem Behälter Vorrichtungen für die Erzeugung von elektrischen Verbindungen zu den Energiezellen vorgesehen werden können. Es handelt sich dabei um eine der oben besagten betätigbaren Vorrichtungen.With regard to the arrangement of the energy cells in the container, it is preferable to start from the densest packing, which is preferably brought about by the constriction of the space in the container. But also alternative facilities, such. B. certain shapes in the container (bulges and elevations), in which the energy cells arrive automatically or with mechanical help, are provided with. In the event that the energy cells have a one-dimensional freedom of movement, they will be arranged in a row in the mobile technology. In the event that the energy cells have a two-dimensional freedom of movement, they will arrange in a way that is similar to a 2-dimensional crystal lattice. In this way, the arrangement of the cells in the container is predictable according to their predetermined freedom of movement, so that devices for the generation of electrical connections to the energy cells can be provided at the corresponding locations in the mobile device or in the container. It is one of the above-mentioned actuatable devices.
Vorzugsweise nach der Beendigung des Austauschvorganges werden von den betätigbaren Vorrichtungen die Energiezellen mechanisch festgesetzt, und die elektrischen Kontakte zwischen Bordtechnik und Energiezellen geschaffen. Danach ist die mobile Technik wieder betriebsbereit.Preferably, after the completion of the replacement process of the actuatable devices, the energy cells are mechanically fixed, and created the electrical contacts between on-board technology and energy cells. Then the mobile technology is ready for use again.
Es ist vorgesehen, den Befüllungsgrad des Behälters mit Energiezellen zu variieren und z. B. an die jeweiligen Reichweitenansprüche eines Fahrzeugbenutzers anzupassen. Hierzu ist es vorgesehen den Raum des Behälters z. B. durch verschiebbare Bauteile, wie z. B. Schieber (zweites Ausführungsbeispiel) oder eine oder mehrere verschiebbare Wände künstlich zu verkleinern, damit auch in einem nur teilweise befüllten Behälter die Energiezellen festgesetzt werden können. Erfolgt die Festsetzung der Energiezellen mit anderen Mitteln sind aber auch hier alternative Vorrichtungen, welche z. B. die Energiezellen einzeln festsetzen, denkbar. It is intended to vary the degree of filling of the container with energy cells and z. B. to adapt to the respective range claims of a vehicle user. For this purpose, it is provided the space of the container z. B. by sliding components such. B. slide (second embodiment) or artificially reduce one or more movable walls, so that even in a partially filled container, the energy cells can be fixed. If the fixing of the energy cells by other means but here are alternative devices, which, for. B. set the energy cells individually, conceivable.
Es ist vorgesehen, den Behälter in mindestens zwei Partitionen von veränderbarer Größe zu unterteilen, welche ggf. einzeln und unabhängig voneinander befüllt werden können. Auch dies soll z. B. mit verschiebbaren Wänden erfolgen. Kann aber auch mit alternativen Methoden, wie z. B. mit Vorrichtungen zur einzelnen bedarfsabhängigen Festsetzung einzelner Energiezellen oder Energiezellengruppen stattfinden. Eine solche Partionierung kann z. B. einen Raum für eine Menge von Energiezellen umfassen, welche in dem Fahrzeug verbleibt und an privaten und öffentlichen Ladestationen geladen werden, und einen zweiten Raum, welcher nach Bedarf mit gemieteten Energiezellen z. B. vom Energielieferanten befüllt wird, wenn z. B. längere Fahrten anstehen.It is intended to divide the container into at least two partitions of variable size, which may optionally be filled individually and independently. This should also z. B. done with sliding walls. But also with alternative methods, such. B. with devices for individual demand-dependent fixing individual energy cells or groups of energy cells take place. Such a partitioning can z. B. include a space for a set of energy cells, which remain in the vehicle and are loaded at private and public charging stations, and a second room, which may be rented with rented energy cells z. B. is filled by the energy supplier, if z. B. longer trips.
Vorteilhaft an der Erfindung ist, dass in den Wechselstationen (den Orten, an denen die Batterie ausgetauscht wird) nun keine speziellen Batteriegrößen mehr bevorratet werden müssen, weil das Austauschsystem von sich aus die unterschiedlichsten Batteriegrößen erzeugen kann, indem für eine spezielle Batteriegröße eben die passende Anzahl von Energiezellen vorgesehen werden.An advantage of the invention is that in the change stations (the places where the battery is replaced) now no special battery sizes need to be stored, because the exchange system can generate the most diverse battery sizes by just for a specific battery size just the right one Number of energy cells are provided.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass es mechanisch sehr viel leichter ist eine größere Anzahl von kleineren Zellen maschinell zu bewegen, als einen einzelnen zusammenhängenden Block. Auch lässt sich über die Anzahl der Energiezellen der Befüllungsgrad des Behälters regulieren, so dass der Benutzer der mobilen Technik nicht gezwungen ist mit einer immer gleich großen Batterie unterwegs zu sein. So kann er die Batteriegröße seines Fahrzeuges an seine aktuellen Reichweitenansprüche anpassen und spart damit Gewicht und Energie.Another advantage is that mechanically it is much easier to machine a larger number of smaller cells than a single contiguous block. Also can be regulated on the number of energy cells, the degree of filling of the container, so that the user of the mobile technology is not forced to be traveling with a always the same size battery. So he can adjust the battery size of his vehicle to his current range requirements and thus saves weight and energy.
Da die Batterie in Form eines Teilestroms von Energiezellen ausgetauscht wird, kann die Öffnung in der Karosserie des betreffenden Gerätes viel kleiner ausfallen, als dies bisher möglich war. Dies stellt einen Vorteil bei der Gestaltung von Karosserien dar.Since the battery is replaced in the form of a partial flow of energy cells, the opening in the body of the device in question may turn out much smaller than was previously possible. This is an advantage in the design of bodies.
Die Ausnutzung der Erdbeschleunigung für den Austauschvorgang hat zusätzlich den Vorteil, dass weder im Elektrofahrzeug noch in den Austauschvorrichtungen aufwendige Antriebe zur Handhabung der Energiezellen vorgesehen werden müssen, denn die Zuführung von potentieller Höhenenergie in die Energiezellen kann zentral und maschinell an den Ladevorrichtungen der Wechselstationen erfolgen.The exploitation of the gravitational acceleration for the replacement process has the additional advantage that expensive drives for handling the energy cells need not be provided either in the electric vehicle or in the replacement devices, because the supply of potential altitude energy in the energy cells can be done centrally and automatically at the charging devices of the changing stations.
Aber auch aus der Sicht des Herstellers von mobiler Technik hat die Erfindung Vorteile, denn dieser kann z. B. Elektrofahrzeuge mit großen Reichweiten bewerben, ohne die entsprechend große und kostspielige Batterie sofort mit liefern zu müssen, weil die kleine Batterie an einer öffentlichen Wechselstation kurzfristig bedarfsgerecht ergänzt werden kann. Auf diese Weise relativiert sich der Anschaffungspreis für ein Elektrofahrzeug erheblich, ohne dass auf eine mögliche große Reichweite verzichtet werden muss. Dadurch ergibt sich allgemein ein ähnlicher Komfort wie es der durchschnittliche Autofahrer von dem herkömmlichen Verbrennersystem und den Tankstellen gewohnt ist, wie z. B. die sofortige Verfügbarkeit der Energie, denn die an Bord genommenen Energiezellen sind vorzugsweise geladen und können sofort verwendet werden. Dies wird es einem Autofahrer erleichtern das neue elektrische System zu akzeptieren.But also from the point of view of the manufacturer of mobile technology, the invention has advantages, because this z. As advertise electric vehicles with long ranges, without having to deliver the correspondingly large and expensive battery immediately with, because the small battery can be added to a public change station in the short term needs. In this way, the purchase price for an electric vehicle is significantly reduced without having to forego a possible long range. This generally results in a similar comfort as the average motorist is used to from the conventional combustion system and gas stations, such. B. the immediate availability of energy, because the energy cells taken on board are preferably charged and can be used immediately. This will make it easier for a car driver to accept the new electrical system.
Durch die Tatsache, dass mit dieser Erfindung viele Fahrzeuge mit einer kleineren Batterie ausgestattet sind, als es für eine maximale Reichweite notwendig ist, werden allgemein die hergestellten Batterien viel besser ausgenutzt. Das schont die Ressourcen an teuren Materialien, wie z. B. Lithium, und hilft damit allgemein die Kosten für die Einführung der Elektromobilität in Grenzen zu halten.By the fact that with this invention many vehicles are equipped with a smaller battery than is necessary for a maximum range, generally the manufactured batteries are much better exploited. This saves resources on expensive materials, such. As lithium, and thus generally helps to limit the cost of the introduction of electric mobility.
Ausführungsbeispieleembodiments
Die Erfindung wird im Folgenden an beispielhaften Ausführungsformen beschrieben unter Bezugnahme auf die Zeichen in den Figuren.The invention will be described below by way of exemplary embodiments with reference to the characters in the figures.
Erfindungsgemäß bestehen die Batterien von mobilen technischen Geräten bestehen aus einer Vielzahl von Energiezellen (kurz: Zellen). In dem mobilen Gerät ist ein Behälter vorgesehen, welcher die Zellen aufnimmt. Da die Größe der Batterie veränderbar ist, muss dieser Behälter nicht notwendigerweise komplett mit Zellen angefüllt sein. Es ist ggf. vorgesehen die Batterie in mindestens zwei Bereiche zu unterteilen (siehe
Die Zellen sind sich in ihrer Gehäuseform ähnlich. Diese werden vorzugsweise geräteübergreifend bzw. fahrzeugtypübergreifend verwendet. Besonders begrüßenswert wäre es, wenn man sich sogar unternehmensübergreifend auf eine Norm einigen könnte, da dies die kosteneffiziente Wirksamkeit des Systems steigern würde. Vorstellbar wäre eine Norm ähnlich der CD, der Videokassette oder allgemein wie ein Pfandflaschensystem.The cells are similar in their housing form. These are preferably used across devices or vehicle types. It would be particularly welcome if one could even agree on a standard across companies, as this would increase the cost-effective effectiveness of the system. It would be conceivable to have a standard similar to the CD, the videocassette or generally like a returnable bottle system.
Allgemein ist die Form der Zellen so gewählt, dass die für den Austauschvorgang notwendige Fortbewegung der Zellen mit Hilfe von Gleit- oder Rollreibung erleichtert ist. In den Ausführungsbeispielen wird vorzugsweise von Rollreibung ausgegangen. Hierzu ist z. B. eine zylindrische Form der Zellen an sich, (siehe
Es ist vorgesehen die Energiezellen (kurz, Zellen) während des Austauschvorganges vorzugsweise unsortiert zu handhaben. Dabei sind sie in begrenztem Rahmen beweglich. Die konkrete Platzierung der Zellen in dem mobilen Gerät geschieht, in Grenzen der jeweiligen Bewegungsfreiheit, vorzugsweise zufällig. Je nach dem, wie groß die prinzipielle Bewegungsfreiheit der Zellen bei ihrer Handhabung ist, existiert eine 1-dimensionale, 2-dimensionale oder 3-dimensionale Verteilungsfreiheit in dem Behälter. Es ist vorgesehen die Form der Zellen dahingehend zu optimieren, dass diese vor dem Festsetzen im Behälter, z. B. durch mechanische Verengung des Raumes im Behälter, sich die Zellen automatisch in einer sich gleichförmig wiederholenden Anordnung einfinden, wobei die Anordnung der vorgesehen elektrischen Kontakte in der mobilen Technik auf die zu erwartende Anordnung der Zellen und ihrer elektrischen Kontakte abgestimmt ist. Danach werden vorzugsweise alle Zellen maschinell im mobilen Gerät festgesetzt und die vorgesehenen elektrischen Verbindungen hergestellt. Natürlich weisen auch die Zellen entsprechende elektrische Kontakte auf. Ggf. sind an den Zellen Vorrichtungen zur Übermittlung von Daten vorgesehen z. B. über Sorte der Zellen, Spannung, Kapazität, Alter, Ladungszustand der betreffenden Zelle u. s. w. für die im zu betreibenden Gerät natürlich auch entsprechende Rezeptoren vorgesehen sind.It is envisaged to handle the energy cells (short, cells) during the replacement process, preferably unsorted. They are mobile on a limited scale. The concrete placement of the cells in the mobile device happens, within limits of the respective freedom of movement, preferably random. Depending on how large the basic freedom of movement of the cells is in their handling, there is a 1-dimensional, 2-dimensional or 3-dimensional freedom of distribution in the container. It is envisaged to optimize the shape of the cells to the effect that this before setting in the container, for. B. by mechanical constriction of the space in the container, the cells automatically arrive in a uniformly repeating arrangement, the arrangement of the provided electrical contacts in the mobile technology is tuned to the expected arrangement of the cells and their electrical contacts. Thereafter, preferably all cells are mechanically fixed in the mobile device and made the intended electrical connections. Of course, the cells also have corresponding electrical contacts. Possibly. are provided at the cells devices for transmitting data z. B. variety of cells, voltage, capacity, age, state of charge of the cell in question u. s. w. for the course in the device to be operated corresponding receptors are provided.
Die Zellen werden durch mindestens eine dafür bestimmte Öffnung in das mobile Gerät eingeführt, wobei eine Mehrzahl von Zellen diese Öffnung passieren, was einem Teilestrom von Energiezellen entspricht.The cells are introduced into the mobile device through at least one designated opening, with a plurality of cells passing through this opening, which corresponds to a partial flow of energy cells.
Die Bewegung der Zellen wird verursacht durch maschinelle Krafteinwirkung auf einige Zellen, wobei sich die Kraftwirkung über gegenseitige Berührung von Zelle zu Zelle auf alle zu bewegenden Zellen fortsetzt. Eine bewegliche Verbindung der Zellen untereinander ist ggf. auch vorgesehen, so dass die Zellenmenge als Kette durch Ziehen an derselben in Bewegung gesetzt werden kann. Es ist auch vorgesehen die Bewegung der Zellen durch die Wirkung der Erdanziehung zu bewirken, in dem die Zellen über eine schiefe Ebene
Im Folgenden werden, zum besseren Verständnis, drei Ausführungsformen beispielhaft beschrieben. Dabei zeigen die Figuren schematisch das Prinzip der Vorrichtung und stellen keine maßstabsgetreuen Konstruktionen dar.In the following, for better understanding, three embodiments will be described by way of example. The figures show schematically the principle of the device and do not represent true to scale constructions.
Die erste Ausführungsform ist ein Beispiel für eine Austauschvorrichtung für Energiezellen, bei der die Zellen eine 1-dimensionale Bewegungsfreiheit besitzen (siehe
Am Heck des Fahrzeuges, vorzugsweise unterhalb des Kofferraumes, ist eine verschließbare Öffnung
Seitens der Austauschstation besteht die Austauschvorrichtung nur aus einem mit geladenen Zellen
Nach dem das Fahrzeug
So werden in diesem Beispiel alle Zellen
After the
So in this example all cells become
Nun wird der Handwagen
Man beachte, dass die Energie um die Zellen zu bewegen im wesentlichen aus Höhenenergie besteht, welche den Zellen in der Ladestation maschinell zugeführt wird. Denn die entladenen Zellen werden in der Austauschstation aus dem Handwagen
Die zweite Ausführungsform ist ein Beispiel für eine Austauschvorrichtung für aufrecht stehende, zylindrische Energiezellen
In diesem Beispiel haben die Gehäuse der Zellen
Die Zellen
Der Behälter
Der Austauschvorgang geht im Wesendlichen ähnlich vonstatten wie im ersten Beispiel, nur dass hier die Zellen
Das Fahrzeug
Das mechanische Lösen der Zellen
Ein Handwagen
Falls eine geringere Menge als die maximale Menge an Zellen im Fahrzeug an Bord genommen werden, sorgt eine entsprechende Verschiebung der Schieber im Behälter
Um noch komplexere Formen von Behältern zu realisieren ist eine 3-dimensionale Bewegungsfreiheit der Zellen vorgesehen. Dies stellt ein drittes Ausführungsbeispiel dar. Auch hierzu sind die Zellen in ihrer Form optimiert. Die Form der Zellen kann z. B. kugelförmig sein oder wie ein 3-dimensional symmetrischer Kristall sein, so dass sich die Zellen unter Verengung des Raumes automatisch in die dichteste Packung einfinden. Elektrische Kontakte finden ggf. nun auch zwischen den Zellen statt, um die Energie zu den Grenzen des Behälters zu leiten, wo diese dann durch weitere Kontakte aufgenommen und zur Bordtechnik weitergeleitet wird. Während des Austauschvorganges können sich die Zellen in drei Dimensionen in den dafür vorgesehenen begrenzten Räumen bewegen. Die Bewegung der Zellen wird durch die Veränderung der Räume oder der Raumgestalt bzw. durch Bewegungen an den Raumbegrenzungsflächen ausgelöst.In order to realize even more complex forms of containers a 3-dimensional freedom of movement of the cells is provided. This represents a third embodiment. Again, the cells are optimized in shape. The shape of the cells may, for. B. be spherical or be like a 3-dimensional symmetrical crystal, so that the cells automatically come in narrowing the space in the densest pack. Electrical contacts may now also take place between the cells to direct the energy to the limits of the container, where this is then taken up by further contacts and forwarded to the on-board technology. During the exchange process, the cells can move in three dimensions in the designated limited spaces. The movement of the cells is triggered by the change of the rooms or the spatial form or by movements on the space boundary surfaces.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 77
- betätigbares Bauteilactuatable component
- 88th
- verschiebbares Bauteil mit elektrischen Kontaktenmovable component with electrical contacts
- 99
- Spiralfederspiral spring
- 1010
- elektrische Kontakteelectrical contacts
- 1111
- Symmetrieachse einer ZelleSymmetry axis of a cell
- 1212
- kreisförmiger elektrischer Kontakt einer Zellecircular electrical contact of a cell
- 1313
- ringförmiger elektrischer Kontakt einer Zelleannular electrical contact of a cell
- 1414
- Zellen der EignerbatterieCells of the owner battery
- 1515
- Leihzellen für zweidimensionale BewegungsfreiheitLending cells for two-dimensional freedom of movement
- 1616
- Rad an einer ZelleWheel on a cell
- 1717
- Rollkugel an einer ZelleTrackball on a cell
- 1818
- Ebene im Elektrofahrzeug auf der sich Zellen bewegenLevel in the electric vehicle on which cells move
- 1919
- obere Ebene auf dem Handwagen, auf der die geladenen Zellen transportiert werdenupper level on the trolley, on which the charged cells are transported
- 2020
- walzenförmige Zellecylindrical cell
- 2121
- geladene walzenförmige Zelleloaded cylindrical cell
- 2222
- Öffnung durch welche die Zellen das Elektrofahrzeug verlassenOpening through which the cells leave the electric vehicle
- 2323
- Handwagen als Austauschvorrichtung für EnergiezellenHandcart as an exchange device for energy cells
- 2424
- Boden bzw. ParkplatzFloor or parking lot
- 2525
- Elektrofahrzeugelectric vehicle
- 2626
- untere Ebene des Handwagens, auf welcher die entladnen Zellen transportiert werdenlower level of the cart, on which the unloaded cells are transported
- 2727
-
Drehachse der Ebene
18 im FahrzeugAxis of rotation of theplane 18 in the vehicle - 2828
- Vorderachse des ElektrofahrzeugesFront axle of the electric vehicle
- 2929
- Hinterachse des ElektrofahrzeugesRear axle of the electric vehicle
- 3030
- Behälter im Elektrofahrzeug, welcher Zellen aufnimmtContainer in the electric vehicle, which receives cells
- 3131
- Fahrschemel des ElektrofahrzeugesSubframe of the electric vehicle
- 3232
- ebene Gleitfläche einer Zelleplane sliding surface of a cell
- 3333
- vorderster Schieber im Behälter des ElektrofahrzeugesForemost slider in the container of the electric vehicle
- 34 34
- Schieber, welcher Eignerzellen von Leihzellen trenntSlider that separates owner cells from loan cells
- 3535
- Schieber, welcher Zellen in das Elektrofahrzeug drücktSlider which pushes cells into the electric vehicle
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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