KAINDL, Markus (Hofmarkstrasse 15, Rohrbach, 85296, DE)
SCHUHMANN, Anton (Treitschkestrasse 9, München, 80992, DE)
FRÖSCHL, Joachim (Zur Weihersenke 39, Herrsching, 82211, DE)
KAINDL, Markus (Hofmarkstrasse 15, Rohrbach, 85296, DE)
SCHUHMANN, Anton (Treitschkestrasse 9, München, 80992, DE)
Patentansprüche
1. Energiespeicher bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Speicherzellen, an deren ersten Ende der Pluspol und an deren anderen Ende der Minuspol herausgeführt ist, wodurch eine Serienschaltung der Speicherzellen herbeigeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speicherzellen zwischen dem Pluspol und dem Minuspol eine durchgehende öffnung aufweist, durch die eine Führungsstange hindurchgreift, die die hintereinander angeordneten Speicherzellen in dieser Position fixiert.
2. Energiespeicher nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speicherzellen einen Diagnoseschaltkreis mit mindestens einem elektrischen Anschluss aufweist und dass die Führungsstange mit mindestens einem elektrischen Leiter versehen ist, der mit dem elektrischen Anschluss elektrisch verbunden ist und den elektrischen Anschluss des Diagnoseschaltkreises von außerhalb des Energiespeichers elektrisch zugänglich macht.
3. Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Anschluss des Diagnoseschaltkreises und dem elektrischen Leiter durch einen Feder-Kontaktkörper hergestellt ist.
4. Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Anschluss des Diagnoseschaltkreises und dem elektrischen Leiter durch einen Bonddraht hergestellt ist.
5. Energiespeicher nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrische Kontakt zwischen dem Anschluss des Diagnoseschaltkreises und dem elektrischen Leiter durch eine Löt- oder durch eine Schweißverbindung hergestellt ist.
6. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speicherzellen in der ihr zugedachten Position formschlüssig mit der Führungsstange verbunden ist, wobei dies bevorzugt eine mechanische Rastverbindung oder eine Einzelzellenverschraubung ist.
7. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange mehrere Leiter aufweist und jeder der elektrischen Leiter derart auf der Führungsstange angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung mit einem vorbestimmten Diagnoseschaltkreis der
Mehrzahl der Diagnoseschaltkreise herstellt.
8. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange zumindest teilweise elektrisch leitend ist neben ihrer mechanischen Funktion mindestens eine elektrische Busleitung bildet, über die die Anschlüsse der Diagnoseschaltkreise elektrisch kontaktiert werden.
9. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange vor der ersten Speicherzelle und hinter der letzten Speicherzelle jeweils ein Gewinde aufweist auf das jeweils mindestens eine Mutter aufgeschraubt ist, die die Speicherzellen relativ zueinander und relativ zur Führungsstange in ihrer Position fixieren.
10. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der Speicherzellen im Bereich des Plus- und/oder Minuspols eine vorspringende Dichtung aufweist, die den Spannungspol umgibt und den Kontaktbereich zwischen den Spannungspolen von zwei auf der Führungsstange hintereinander befindlichen Speicherzellen hermetisch abdichtet.
11. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen Doppelschichtkondensatoren,
Lithium-Ion-Zellen oder Ni-MH-Zellen sind.
12. Energiespeicher nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Speicherzellen Doppelschichtkondensatoren sind, über deren Metallschicht ganz oder teilweise ein Kurzschlussstrom zur Beheizung oder Equilibrierung der Speicherzellen geleitet ist, und der über die Führungsstange zu- und/oder abgeführt ist. |
Energiespeicher mit Führungsstange
Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher bestehend aus mehreren hintereinander angeordneten Speicherzellen, an deren ersten Ende der Pluspol und an deren anderen der Minuspol herausgeführt ist, wodurch eine Serienschaltung der Speicherzellen herbeigeführt ist, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Bei heutigen Energiespeichern mit Speicherzellen in Form von Doppelschichtkondenstoren sind diese oft miteinander verschweißt oder in aufwändigen Halterungen bzw. Gehäusen gehalten. Dies ist mit hohen Fertigungskosten verbunden und eine definierte Lage der Speicherzellen ist nicht sichergestellt.
Aufgabe der Erfindung ist die Reduzierung der Kosten zur Herstellung eines Energiespeichers aus Speicherzellen, wie insbesondere Doppelschichtkondensator- Zellen.
Diese Aufgabe wird durch einen Energiespeicher mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung ist, die Speicherzellen so zu gestalten, dass diese zwischen ihrem Pluspol und ihrem Minuspol eine durchgehende öffnung aufweisen. Durch diese greift eine Führungsstange hindurch, die die hintereinander angeordneten Speicherzellen in dieser Position fixiert. Hierdurch kann in einfacher und kostengünstiger Weise eine mechanisch zuverlässig fixierte Reihenschaltung der Speicherzellen erreicht werden. Handelt es sich bei den Speicherzellen um Doppelschichtkondensatoren, ist von besonderem Vorteil, dass das fehlende Volumen der durchgehenden öffnung bzw. des „Tunnels" kaum zu einer Reduzierung der Kapazität des Doppelschichtkondensators führt. Bevorzugt befindet sich die durchgehende öffnung in der Mitte der Speicherzelle (bei Betrachtung des Querschnitts der Speicherzelle). In diesem Bereich können
ohnehin nur kleine Flächen der Doppelschicht des Doppelschichtkondensators aufgewickelt werden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Speicherzellen einen Diagnoseschaltkreis mit mindestens einem elektrischen Anschluss aufweist.
Die Führungsstange ist bevorzugt mit mindestens einem elektrischen Leiter versehen, der mit dem elektrischen Anschluss elektrisch verbunden ist und den elektrischen Anschluss des Diagnoseschaltkreises von außerhalb des
Energiespeichers elektrisch zugänglich macht. Hierdurch ist die gesamte Diagnoseelektronik und deren „Verkabelung" gegen negative Einflüsse von außen in technisch eleganter Weise sowohl mechanisch als auch elektrisch abgeschirmt.
Bei einer ersten Ausführungsform ist der elektrische Kontakt zwischen dem Anschluss des Diagnoseschaltkreises und dem elektrischen Leiter durch einen Feder-Kontaktkörper hergestellt. Hierdurch können die Speicherzellen in einfacher Weise auf der Führungsstange angeordnet und die elektrischen Verbindungen hergestellt werden. Diese Lösung erlaubt auch eine einfache Demontage einzelner Speicherzellen, insbesondere falls diese im Reparaturfall ausgetauscht oder der Energiespeicher bei einem späteren Recycling zerlegt werden soll.
Bei einer zweiten Ausführungsform ist der elektrische Kontakt zwischen dem Anschluss des Diagnoseschaltkreises und dem elektrischen Leiter durch einen Bonddraht hergestellt. Ebenso kann der elektrische Kontakt zwischen dem Anschluss des Diagnoseschaltkreises und dem elektrischen Leiter durch eine Löt- oder durch eine Schweißverbindung hergestellt sein. Durch diese Ausführungsformen lassen sich ebenfalls sehr zuverlässige Kontaktierungen erreichen, was insbesondere bei Fahrzeugen, die starken Erschütterungen ausgesetzt sind, von Bedeutung ist.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Speicherzellen in der ihr zugedachten Position formschlüssig mit der Führungsstange verbunden ist, wobei dies bevorzugt eine mechanische Rastverbindung oder eine Einzelzellenverschraubung ist. Hierdurch ist die Position
der Speicherzellen auch bei starken Erschütterungen während des Betriebs des Kraftfahrzeugs sichergestellt.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungsstange mehrere Leiter aufweist und jeder der elektrischen Leiter derart auf der Führungsstange angeordnet ist, dass er eine elektrische Verbindung mit einem vorbestimmten Diagnoseschaltkreis der Mehrzahl der Diagnoseschaltkreise herstellt. Bei einer anderen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungsstange zumindest teilweise elektrisch leitend ist neben ihrer mechanischen Funktion mindestens eine elektrische Busleitung bildet, über die die Anschlüsse der Diagnoseschaltkreise elektrisch kontaktiert werden. Diese erfindungsgemäßen Maßnahmen ermöglichen zuverlässige und vor negativen Umwelteinflüssen weitgehend abgeschirmte Kommunikationsverbindungen zwischen der Fahrzeugelektronik und den Diagnoseschaltkreisen an den Speicherzellen.
Bei einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungsstange ein elektrisches überbrückungselement pro Speicherzelle aufweist, das mit einer entsprechenden Kontaktierung eine Speicherzelle zum Equilibrieren oder Heizen kurzschließen kann.
Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Führungsstange vor der ersten Speicherzelle und hinter der letzten Speicherzelle jeweils ein Gewinde aufweist auf das jeweils mindestens eine Mutter aufgeschraubt ist, die die Speicherzellen relativ zueinander und relativ zur Führungsstange in ihrer Position fixieren. Hierdurch ist eine technisch einfach zu realisierende und dennoch zuverlässige Hintereinanderschaltung der Speicherzellen zu einem Energiespeicher ermöglicht.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass jede der Speicherzellen im Bereich des Plus- und/oder Minuspols eine vorspringende Dichtung aufweist, die den Spannungspol umgibt und den Kontaktbereich zwischen den Spannungspolen von zwei auf der Führungsstange hintereinander befindlichen Speicherzellen hermetisch abdichtet. Hierdurch lässt sich Korrosion und
Verschmutzung im Bereich der Spannungspole wirksam verhindern und damit die Zuverlässigkeit des Energiespeichers dauerhaft erhöhen.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Speicherzellen Doppelschichtkondensatoren. Ebenso kann die Erfindung verwendet werden, um Energiespeicher aus mehreren hintereinander geschalteten Lithium-Ion-Zellen oder Ni-MH-Zellen zu bilden.
Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Speicherzellen Doppelschichtkondensatoren sind, über deren Metallschicht ganz oder teilweise ein Kurzschlussstrom zur Beheizung der Speicherzellen geleitet ist. Bevorzugt wird der Kurzschlussstrom und über die Führungsstange zu- und/oder abgeführt. Ferner wird der Kurzschlussstrom bevorzugt dann in die Speicherzellen geleitet, wenn elektrischer Strom beim Abbremsen des Fahrzeugs erzeugt wird (Rekuperation). Eventuell steht dann sogar ein nicht mehr, insbesondere im erfindungsgemäßen Energiespeicher, speicherbarer Energieüberschuss zur Verfügung, der insbesondere bei niedrigen Außentemperaturen zur Beheizung der Speicherzellen und damit zur Erhöhung von deren Speicherkapazität genutzt werden kann.