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Title:
STORAGE BATTERY, CONTACT ELEMENT AND METHOD FOR OPERATING A STORAGE BATTERY
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/260231
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a storage battery (1) for providing electrical energy, comprising at least one rechargeable secondary cell (2) and at least one contact unit (3) for connecting the storage battery (1) to an external device (20; 21; 22), in particular a consumer device (22), a charging device (21) and/or an additional storage battery (1), wherein the contact unit (3) comprises at least two electrical contacts (4), at least two of the electrical contacts (4) being power contacts (5). The storage battery (1) is characterized in that the storage battery (1) comprises at least one electronic module (6), the electronic module (6) being connected to at least one of the secondary cells (2) and preferably to at least one of the contact units (3). The invention further relates to a contact element (23) for establishing an electrical contact with a contact unit (3) of a storage battery (1) according to the preceding description, and a method for operating a storage battery (1) according to the preceding description.

Inventors:
HORNUNG HANS-GEORG (DE)
Application Number:
PCT/EP2020/067419
Publication Date:
December 30, 2020
Filing Date:
June 23, 2020
Export Citation:
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Assignee:
SENSOR TECHNIK WIEDEMANN GMBH (DE)
International Classes:
H01M10/42
Domestic Patent References:
WO2007059784A12007-05-31
Foreign References:
DE102010024235A12011-12-22
DE102011107053A12012-10-04
EP1780867A22007-05-02
DE19907498A12000-08-24
Other References:
MATTHIAS SCHNEIDER ET AL: "Automotive battery monitoring by wireless cell sensors", 2013 IEEE INTERNATIONAL INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT TECHNOLOGY CONFERENCE (I2MTC), IEEE, 13 May 2012 (2012-05-13), pages 816 - 820, XP032451530, ISSN: 1091-5281, ISBN: 978-1-4673-4621-4, DOI: 10.1109/I2MTC.2012.6229439
Attorney, Agent or Firm:
GLÜCK KRITZENBERGER PATENTANWÄLTE PARTGMBB (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Akkumulator zum Bereitstellen von elektrischer Energie, aufweisend zumindest eine wiederaufladbare Sekundärzelle (2), zumindest eine Kontakteinheit (3) zum Verbinden des Akkumulators (1) mit einem externen Gerät (20; 21; 22), insbesondere einem Anwendungsgerät (22), einem Ladegerät (21) und/oder einem weiteren Akkumulator (1), wobei die Kontakteinheit (3) zumindest zwei elektrische Kontakte (4) umfasst, wobei zumindest zwei der elektrischen

Kontakte (4) Leistungskontakte (5) sind, und zumindest ein Elektronikmodul (6), wobei das Elektronikmodul (6) mit zumindest einer der Sekundärzellen (2), und vorzugsweise mit zumindest einer der Kontakteinheiten (3), verbunden ist.

2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das

Elektronikmodul (6) eine Steuereinheit (7) zum Steuern, insbesondere zum dynamischen Steuern, der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte (5) aufweist, wobei insbesondere die Steuereinheit (7) zumindest einen,

vorzugsweise für jede Kontakteinheit einen, 2-Quadranten DC-DC-Wandler oder 4-Quadranten DC-DC-Wandler (8) umfasst. 3. Akkumulator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuern der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte (5) das Bereitstellen einer oder mehrerer Nennspannungen, das Bereitstellen des Aktivierens und

Deaktivierens der Leistungskontakte (5), das Bereitstellen einer

Strombegrenzung der Leistungskontakte (5), das Bereitstellen einer

Leistungsverteilung bei der Vernetzung mehrerer Akkumulatoren (1), das

Bereitstellen eines, vorzugsweise einstellbaren, virtuellen Innenwiderstands zur vereinfachten Parallelschaltung von Akkumulatoren (1), das Bereitstellen einer Emulation anderer wiederaufladbarer Energiespeicher zum Aufladen an spezifischen Ladegeräten (21), das Bereitstellen von parametrierbaren virtuellen Entladekennlinien zum Ladungsausgleich zwischen parallel geschalteten

Akkumulatoren (1), das Bereitstellen eines Powermanagements und/oder das Bereitstellen von Maximum-Power-Point-Tracking umfasst.

4. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (6) zumindest eine Funktionseinheit (9; 10; 11), insbesondere eine Uhr, eine Echtzeituhr (9), ein Satellitennavigationsmodul (10), ein Drahtlosnetzwerkmodul, einen Neigungssensor, einen Gyrosensor und/oder einen Inertialsensor (11), aufweist. 5. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) eine Kommunikationseinheit ( 12), insbesondere zumindest einen der Kontakteinheit (3) zugeordneten Kommunikationspin und/oder ein drahtloses Kommunikationsmodul, zur Kommunikation mit dem externen Gerät (20; 21 ; 22) aufweist, so dass insbesondere eine oder mehrere der Funktionseinheiten (9; 10; 11) vom externen Gerät (20; 21 ; 22) aus zugreifbar sind. 6. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (6) eine Speicherleseeinheit ( 13) aufweist zum drahtgebundenen und/oder drahtlosen Auslesen und/oder Schreiben eines Gerätespeichers des externen Geräts (20; 21 ; 22) . 7. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektronikmodul (6) mindestens eine Drahtlosnetzwerkeinheit ( 14), insbesondere zur Kommunikation mit einem Smart Device (24), aufweist, wobei insbesondere Parameter des Elektronikmoduls (6) und/oder externer Geräte (20; 21 ; 22) über das Smart Device (24) editierbar sind .

8. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) zumindest eine Zusatzeinheit ( 15; 16), insbesondere einen Synchronisationspin zur Synchronisation der Kontakteinheiten (3) durch ein externes Gerät (20; 21 ; 22), einen Schalter ( 15), vorzugsweise einen Tastschalter, insbesondere zum Ein- und/oder Ausschalten des Akkumulators

( 1), einen extra Ladepfad, einen Hilfsspannungskontakt, einen

Aktivierungskontakt, einen Notauskontakt, Anzeigeelemente,

Überwachungselemente zur Überwachung der Spannung und/oder Temperatur der Sekundärzellen (2), aufweist.

9. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) optische und/oder akustische Indikationsmittel ( 17) aufweist, insbesondere zur über ein Smart Device (24) gesteuerten

physikalischen Identifikation des Akkumulators ( 1) .

10. Akkumulator nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) eine Kühloberfläche ( 18), insbesondere mit Kühlrippen ( 19), aufweist. 11. Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer

Kontakteinheit (3) eines Akkumulators ( 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, aufweisend zumindest zwei elektrische Gegenkontakte zum Herstellen der Verbindung mit den elektrischen Kontakten (4) der Kontakteinheit (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Kontaktelement (23) einen Gerätespeicher und zumindest eine Speicherausgabeeinheit zum drahtgebundenen und/oder drahtlosen Ausgeben und/oder Schreiben des Gerätespeichers aufweist. 12. Verfahren zum Betreiben eines Akkumulators ( 1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei ein Kontaktelement (23) eines externen Geräts (20; 21 ; 22), insbesondere eines Anwendungsgeräts (22), eines Ladegeräts (21) und/oder eines weiteren Akkumulators ( 1), mit einer Kontakteinheit (3) des Akkumulators ( 1) verbunden wird .

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass eine

Speicherleseeinheit ( 13) eines Elektronikmoduls (6) des Akkumulators ( 1) einen Gerätespeicher des externen Geräts (20; 21 ; 22) ausliest und die elektrischen Eigenschaften von Leistungskontakten (5) der Kontakteinheit (3) in Abhängigkeit der ausgelesenen Daten, insbesondere dynamisch, steuert.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass,

insbesondere durch Drücken eines Schalters ( 15) des Akkumulators ( 1), eine drahtlose Netzwerkverbindung zwischen einem Smart Device (24) und einer Drahtlosnetzwerkeinheit ( 14) des Elektronikmoduls (6) des Akkumulators ( 1) aufgebaut wird und von dem Smart Device (24) über die drahtlose

Netzwerkverbindung Akkumulator-interne Daten ausgelesen und/oder neue Betriebsparametereinstellungen vorgenommen und/oder Parameter im

Gerätespeicher des externen Geräts (20; 21 ; 22) gelesen und/oder geschrieben werden.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) über einen Stromfluss an der Kontakteinheit (3), insbesondere an einem Aktivierungskontakt der Kontakteinheit (3), eingeschaltet wird, und vorzugsweise bei Unterbrechung dieses Stromflusses der Stromfluss an einem oder mehreren Leistungskontakten (5) von einer oder mehreren Kontakteinheiten (3) beendet wird, und der Akkumulator ( 1) vorzugsweise nur dann über den Stromfluss an der Kontakteinheit (3) einschaltbar ist, wenn der Ladezustand der Sekundärzellen (2) des Akkumulators ( 1) einen vorgegebenen Wert überschreitet.

16. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) abgeschaltet wird, wenn eine Sekundärzelle (2) des

Akkumulators ( 1) einen vorgegebenen Ladungszustand unterschreitet und vorzugsweise der Akkumulator ( 1) wieder eingeschaltet wird, wenn an einer Kontakteinheit (3) ein Ladestrom angelegt wird . 17. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ( 1) mit einem Schalter ( 15), insbesondere einem Tastschalter, ein- und/oder ausgeschaltet wird .

18. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass automatisch und/oder von dem Smart Device (24) gesteuert ein

Ladungsausgleich der Sekundärzellen (2) des Akkumulators ( 1) durchgeführt wird .

Description:
AKKUMULATOR, KONTAKTELEMENT UND VERFAHREN ZUM BETREIBEN EINES

AKKUMULATORS

Technisches Gebiet

Die Erfindung bezieht sich auf einen Akkumulator zum Bereitstellen von elektrischer Energie aufweisend zumindest eine wiederaufladbare Sekundärzelle und zumindest eine Kontakteinheit zum Verbinden des Akkumulators mit einem externen Gerät, auf ein Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer

Kontakteinheit eines Akkumulators gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11 und auf ein Verfahren zum Betreiben eines Akkumulators, wobei ein Kontaktelement eines externen Geräts in eine Kontakteinheit des Akkumulators gesteckt wird.

Stand der Technik

Akkumulatoren zum Bereitstellen von elektrischer Energie sind in vielfältiger Weise bekannt. Dabei wird zum Laden dieser Akkumulatoren ein spezielles Ladegerät benötigt. Um eine lange Lebensdauer des Akkumulators zu gewährleisten, ist häufig in dem Gerät, in dem der Akkumulator verwendet wird, eine Elektronik vorgesehen, die beispielsweise die Stromabgabe des Akkumulators begrenzt oder das Gerät abschaltet, wenn wiederaufladbare Sekundärzellen des Akkumulators eine bestimmte Betriebsspannung unterschreiten. Diese Akkumulatoren sind dann häufig für ein spezifisches Gerät ausgebildet, das neben der Elektronik zum Betrieb des Geräts und des Akkumulators auch häufig eine spezielle Ladeelektronik aufweist.

Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass jedes solche Gerät die

Elektronik zum Betrieb des Geräts und die spezielle Ladeelektronik aufweisen muss, wobei die Komponenten hierfür meist auf das jeweilige Gerät angepasst werden müssen.

Des Weiteren sind aus dem Stand der Technik eine Vielzahl von Anwendungsgeräten bekannt, die von einem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt werden. Diese Anwendungsgeräte weisen neben der für das Anwendungsgerät spezifischen

Elektronik häufig Elektronik für viele weitere unspezifische Funktionen auf. Nachteilig daran ist, dass die Integration der Elektronik für die unspezifischen Funktionen in das Anwendungsgerät aufwendig und dadurch teuer ist.

Darstellung der Erfindung

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es also einen Akkumulator bereitzustellen, der universell einsetzbar ist und keines speziellen Ladegeräts sowie keiner speziellen Elektronik zum Betrieb des Akkumulators bedarf. Des Weiteren ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einem derartigen Akkumulator sowie ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Akkumulators bereitzustellen. Ferner ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Bereitstellung von unspezifischen Funktionen für Anwendungsgeräte zu verbessern.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Akkumulator zum Bereitstellen von elektrischer Energie gemäß Patentanspruch 1, ein Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer Kontakteinheit eines Akkumulators gemäß Patentanspruch 11, sowie ein Verfahren zum Betreiben eines Akkumulators gemäß Patentanspruch 12.

Vorgeschlagen wird ein Akkumulator zum Bereitstellen von elektrischer Energie aufweisend zumindest eine wiederaufladbare Sekundärzelle. Vorzugsweise weist der Akkumulator mehrere wiederaufladbare Sekundärzellen auf, so dass eine höhere Ausgangsspannung und eine höhere Kapazität des Akkumulators erreicht werden kann. Die genaue Art der Sekundärzellen ist für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, es werden allerdings Sekundärzellen bevorzugt, die keinen oder nur einen sehr geringen Memory-Effekt aufweisen.

Des Weiteren weist der Akkumulator zumindest eine Kontakteinheit zum Verbinden des Akkumulators mit einem externen Gerät auf. Die Kontakteinheit ist dabei vorzugsweise eine Steckdose, ein Stecker, oder beispielsweise auch eine Mehrzahl an Klemmkontakten. Vorzugsweise weist der Akkumulator zwei oder vier solcher Kontakteinheiten auf, zum gleichzeitigen Anschließen von bis zu zwei bzw. vier externen Geräten an den Akkumulator. Bei dem externen Gerät handelt es sich insbesondere um ein Anwendungsgerät, ein Ladegerät und/oder einen weiteren Akkumulator. Unter Anwendungsgerät wird hierbei ein Gerät verstanden, das vom Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Ladegerät kann ein beliebiges Ladegerät zum Laden von Akkumulatoren, ein herkömmlicher

Stromanschluss oder eine sonstige Quelle elektrischer Energie, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage, sein. Die Kontakteinheit ist also bidirektional ausgebildet, das heißt, über sie kann elektrische Energie sowohl abgegeben als auch aufgenommen werden. Dabei umfasst die Kontakteinheit zumindest zwei, vorzugsweise mehr als zwei, elektrische Kontakte. Zumindest zwei dieser elektrischen Kontakte sind Leistungskontakte, das heißt, Kontakte, die zum Transport von elektrischer Energie vorgesehen sind. Die anderen Kontakte dienen dann beispielsweise der

Kommunikation oder der Ansteuerung.

Der Akkumulator zeichnet sich dadurch aus, dass er zumindest ein Elektronikmodul umfasst, wobei das Elektronikmodul mit zumindest einer der Sekundärzellen, und vorzugsweise mit zumindest einer der Kontakteinheiten, verbunden ist. Das

Elektronikmodul stellt dabei Funktionen zur Verfügung, die dann nicht mehr separat im externen Gerät bereitgestellt werden müssen. Das externe Gerät kann also einfacher und damit günstiger konstruiert werden, da einige Funktionen schon vom Elektronikmodul des Akkumulators bereitgestellt werden. Sollte eine oder mehrere dieser Funktionen ausfallen, defekt oder fehlerhaft sein, so lässt sich dies einfach durch den Austausch des defekten Akkumulators gegen ein funktionierendes Exemplar beheben, was selbst durch nicht geschultes Personal möglich ist. Wären die Funktionen im externen Gerät integriert, so müsste dieses aufwendig von Fachpersonal repariert werden, was deutlich teurer ist und länger dauert als ein Austausch des Akkumulators.

Vorteilhafterweise weist das Elektronikmodul eine Steuereinheit zum Steuern, insbesondere zum dynamischen Steuern, der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte auf. Unter den elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte werden dabei beispielsweise die an den Leistungskontakten anliegende Spannung, der von den Leistungskontakten bereitgestellte Strom oder ein Innenwiderstand der Leistungskontakte verstanden. Flierzu umfasst die Steuereinheit insbesondere zumindest einen 2-Quadranten DC-DC-Wandler oder 4-Quadranten DC-DC-Wandler. Vorzugsweise umfasst die Steuereinheit für jede Kontakteinheit einen 2-Quadranten DC-DC-Wandler oder 4-Quadranten DC-DC-Wandler, das heißt, die Anzahl der Kontakteinheiten und die Anzahl der 2-Quadranten DC-DC-Wandler oder 4- Quadranten DC-DC-Wandler sind gleich. So können die elektrischen Eigenschaften jeder Kontakteinheit separat gesteuert werden. 2-Quadranten DC-DC-Wandler sind dabei ausreichend, wenn die höchste benötigte Spannung an den Kontakteinheiten kleiner ist als die durch Reihenschaltung der Sekundärzellen erreichbare Spannung. Vorzugsweise werden jedoch 4-Quadranten DC-DC-Wandler eingesetzt, da diese vielfältige Möglichkeiten zum Steuern der elektrischen Eigenschaften der

Leistungskontakte bereitstellen.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Steuern der elektrischen Eigenschaften eine oder mehrere der folgenden Varianten umfasst. Die Steuereinheit stellt insbesondere eine oder mehrere Nennspannungen an den Leistungskontakten bereit. Insbesondere kann die Steuereinheit, wenn mehrere Kontakteinheiten und ebenso viele 2-

Quadranten DC-DC-Wandler oder 4-Quadranten DC-DC-Wandler vorgesehen sind, an jeder Kontakteinheit eine unterschiedliche Nennspannung bereitstellen, so dass jedes Anwendungsgerät mit der von diesem Anwendungsgerät benötigten Spannung versorgt wird. Ein einzelnes Anwendungsgerät kann auch an mehreren

Kontakteinheiten angeschlossen sein, wenn es beispielsweise verschiedene

Nennspannungen oder eine höhere Stromstärke bei derselben Nennspannung benötigt. Neben dem Bereitstellen einer Gleichspannung kann aber auch eine Wechselspannung zwischen zwei Kanälen oder eine 3-phasige Drehfeldspannung zwischen drei Kanälen bereitgestellt werden.

Des Weiteren kann die Steuereinheit die Leistungskontakte einzeln aktivieren und deaktivieren, d. h., die Leistungskontakte einzeln ein- bzw. ausschalten.

Sollte ein Anwendungsgerät eine vorgegebene, insbesondere konstante, Stromquelle benötigen, so kann das Elektronikmodul auch eine konstante Stromstärke an den

Leistungskontakten bereitstellen. Durch das zwischengeschaltete Elektronikmodul ist die Bereitstellung einer Spannung oder eines Stroms an den Leistungskontakten von den Sekundärzellen unabhängig, sofern die Sekundärzellen die benötigte Spannung bzw. Stromstärke liefern können. Auch ein kurzfristiges Bereitstellen eines höheren Stroms ist beispielsweise möglich, wenn dies keinen dauerhaften Schaden an den Sekundärzellen verursacht. Ebenso kann das Elektronikmodul auch eine konstante elektrische Leistung an den Leistungskontakten bereitstellen, wenn

Anwendungsgeräte mit einem schwankenden Innenwiderstand eine konstante elektrische Leistung benötigen.

Durch das Bereitstellen einer Strombegrenzung an den Leistungskontakten werden die externen Geräte und auch die Sekundärzellen gegen Kurzschlüsse und länger andauernde Überlast gesichert. Dadurch kann in den externen Geräten sogar auf Sicherungen verzichtet werden, die sie gegen Kurzschlüsse sichern sollen.

Für die Vernetzung mehrerer Akkumulatoren steuert die Steuereinheit die

Leistungsverteilung dieser Akkumulatoren. Zur vereinfachten Parallelschaltung von Akkumulatoren, insbesondere ohne Kommunikation untereinander, stellt das Elektronikmodul auch einen virtuellen Innenwiderstand an einem oder mehreren der Leistungskontakte bereit. So ist eine Parallelschaltung von zwei oder mehr

Akkumulatoren ohne weiteren Aufwand möglich, da durch die genannten Maßnahmen beispielsweise Schwingungen zwischen den Akkumulatoren vermieden werden.

Vorzugsweise ist dieser Innenwiderstand einstellbar, so dass er optimal auf unterschiedliche Anwendungsgeräte angepasst werden kann.

Des Weiteren steuert das Elektronikmodul auch den Ladevorgang der Sekundärzellen an unspezifischen Ladegeräten, insbesondere auch ohne Kommunikation mit dem Ladegerät. Zum Aufladen an spezifischen Ladegeräten stellt die Steuereinheit eine Emulation anderer wiederaufladbarer Energiespeicher bereit, d.h., die elektrischen Eigenschaften des Akkumulators entsprechen dann denen des Akkumulators, für den das spezifische Ladegerät ausgelegt ist, so dass das spezifische Ladegerät den Ladevorgang auch mit dem vorliegenden Akkumulator betreibt. Ein Aufladen der Sekundärzellen kann also prinzipiell mit einem beliebigen Ladegerät erfolgen.

Zum Herstellen eines Ladungsausgleichs zwischen parallel geschalteten

Akkumulatoren stellt die Steuereinheit parametrierbare virtuelle Entladekennlinien an den Leistungskontakten bereit.

Darüber hinaus kann die Steuereinheit ein Powermanagement bereitstellen. Damit wird insbesondere die Nutzung der elektrischen Ressourcen optimiert, beispielsweise durch die Wahl einer für das Anwendungsgerät optimalen Ausgangsspannung. An den Betriebsgrenzen der Sekundärzellen betreibt die Steuereinheit darüber hinaus eine aktive Leistungsreduzierung, beispielsweise wird die Leistung je nach

Anwendungsgerät priorisiert reduziert, so dass Anwendungsgeräte, bei denen eine Leistungsreduzierung weniger schwere Folgen hat, zuerst eine Leistungsreduzierung erfahren als Anwendungsgeräte, bei denen eine Leistungsreduzierung eine

Schädigung des Anwendungsgeräts oder gar eine Gefährdung von Personen zur Folge haben könnte. Die Steuereinheit stellt auch eine aktive Anpassung an verschiedene Energiequellen bereit, beispielsweise das Maxirmurm-Power-Point-Tracking für Photovoltaikanlagen. Dies kann individuell an jeder Kontakteinheit des Akkumulators gesteuert werden. Vorzugsweise weist das Elektronikmodul auch einen internen Speicher auf. In diesem internen Speicher können beispielsweise Lebenszyklusdaten der Sekundärzellen und/oder Konfigurationsdaten abgelegt werden. Die Steuerung der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte erfolgt dann unter Berücksichtigung dieser Daten. So kann beispielsweise auf den Zustand der einzelnen Sekundärzellen Rücksicht genommen und damit ihre Lebensdauer verlängert werden.

Von Vorteil ist es, wenn das Elektronikmodul zumindest eine Funktionseinheit aufweist. Die Funktionseinheit kann dabei eine Uhr oder eine Echtzeituhr sein, die beispielsweise ein zeitgesteuertes Aufwachen des Akkumulators oder die Zuordnung von Ereignissen zur Echtzeit ermöglichen. Des Weiteren kann die Funktionseinheit ein Satellitennavigationsmodul zur Bestimmung der Position des Akkumulators und damit der an den Akkumulator angeschlossenen externen Geräte sein. Die

Funktionseinheit kann auch ein Drahtlosnetzwerkmodul sein, zur drahtlosen

Kommunikation mit anderen Geräten oder beispielsweise zum Zugriff auf das Internet. Ferner kann die Funktionseinheit ein Neigungssensor, ein Gyrosensor und/oder ein Inertialsensor sein, die beispielsweise einen Alarm auslösen, wenn eine unerlaubte und/oder gefährliche Lage bzw. Bewegung des Akkumulators erkannt wird. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist der Akkumulator eine Kommunikationseinheit zur Kommunikation mit dem externen Gerät auf, so dass insbesondere eine oder mehrere der Funktionseinheiten vom externen Gerät aus zugreifbar sind. Das heißt, das externe Gerät kann über die

Kommunikationseinheit auf die Funktionseinheit bzw. Funktionseinheiten des Akkumulators zugreifen, beispielsweise auf die Echtzeituhr, das

Satellitennavigationsmodul oder das Drahtlosnetzwerkmodul. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das externe Gerät die Flardware für diese Funktionen nicht mehr benötigt und somit einfacher und kostengünstiger entworfen und hergestellt werden kann. Bei der Kommunikationseinheit handelt es sich insbesondere um zumindest einen der Kontakteinheit zugeordneten Kommunikationspin und/oder um ein drahtloses Kommunikationsmodul. Das externe Gerät benötigt dann lediglich den oder die entsprechenden Kommunikationspin(s) bzw. das entsprechende drahtlose Kommunikationsmodul und kann damit auf alle, bzw. auf die freigegebenen, Funktionseinheiten des Akkumulators zugreifen.

Vorteilhaft ist es, wenn das Elektronikmodul eine Speicherleseeinheit aufweist zum drahtgebundenen und/oder drahtlosen Auslesen und/oder Schreiben eines

Gerätespeichers des externen Geräts. Die Speicherleseeinheit stellt dabei ein fest definiertes primäres Steuerungsinterface dar. Der Gerätespeicher befindet sich vorzugsweise in einem Kontaktelement des externen Geräts, da hierdurch eine kurze Entfernung zur Speicherleseeinheit garantiert ist. Zum drahtgebundenen Auslesen und/oder Schreiben bietet sich beispielsweise ein Eindraht-Bus an, der zuzüglich zur Masse-Verbindung lediglich einen elektrischen Kontakt benötigt. Zum drahtlosen Auslesen und/oder Schreiben des Gerätespeichers kommt beispielsweise die Near Field Communication (NFC) in Betracht, da hierfür auch ein passiver Chip im externen Gerät verwendet werden kann. Es sind jedoch auch andere drahtlose Übertragungen denkbar. Das Schreiben des Gerätespeichers ist davon abhängig, ob ein Schreibschutz auf den Gerätespeicher oder Teile davon besteht oder nicht. In den aus dem Gerätespeicher des externen Geräts ausgelesenen Daten sind beispielsweise Betriebsparameter für das externe Gerät enthalten, wie z.B. die von dem externen Gerät benötigte Spannung und/oder die dem externen Gerät erlaubte maximale Stromstärke. Anhand dieser Betriebsparameter steuert das Elektronikmodul über die Steuereinheit die Leistungskontakte derart, dass das externe Gerät die von ihm benötigten elektrischen Werte erhält.

Von Vorteil ist es, wenn das Elektronikmodul mindestens eine

Drahtlosnetzwerkeinheit, insbesondere zur Kommunikation mit einem Smart Device, aufweist, wobei insbesondere Parameter des Elektronikmoduls und/oder externer Geräte über das Smart Device editierbar sind. Bei der Drahtlosnetzwerkeinheit handelt es sich vorzugsweise um eine Bluetooth-Low-Energy-Einheit, die sich durch einen besonders geringen Energieverbrauch auszeichnet, es sind aber auch andere Drahtlosnetzwerkprotokolle denkbar. Die Kommunikation mit dem Akkumulator erfolgt vorzugsweise mit einem Smart Device, wie einem Smartphone oder einer Smartwatch, es ist aber beispielsweise auch eine Kommunikation über einen

Computer denkbar. Durch die Kommunikation des Smart Devices mit dem

Elektronikmodul lassen sich über das Smart Device Daten des Elektronikmoduls auslesen und Parameter des Elektronikmoduls, beispielsweise die Steuerung der Leistungskontakte betreffend, editieren. Wenn der Akkumulator zudem über die Kommunikationseinheit mit einem oder mehreren externen Geräten verbunden ist, lässt sich vom Smart Device über die Drahtlosnetzwerkeinheit und die Kommunikationseinheit eine Verbindung mit dem externen Gerät aufbauen, beispielsweise zum Auslesen von Daten oder zum Einstellen von Parametern des externen Geräts. Vorteilhafterweise weist der Akkumulator zumindest eine Zusatzeinheit auf, die den Betrieb des Akkumulators und/oder den Betrieb der an den Akkumulator

angeschlossenen externen Geräte verbessern oder vereinfachen. Eine solche

Zusatzeinheit ist beispielsweise ein der Kontakteinheit zugeordneter

Synchronisationspin, mittels dem mehrere Kontakteinheiten durch ein externes Gerät synchronisiert werden können. Eine weitere Zusatzeinheit ist ein Schalter, vorzugsweise ein Tastschalter, mit dem beispielsweise der Akkumulator ein- bzw. ausgeschaltet, einzelne Leistungskontakte des Akkumulators ein- bzw. ausgeschaltet und/oder eine Verbindung mit einem Smart Device über die Drahtlosnetzwerkeinheit hergestellt werden kann. Weitere mögliche Zusatzeinheiten sind ein extra Ladepfad, ein Hilfsspannungskontakt, der eine Spannungsquelle mit geringer Leistung für eine externe Elektronik bereitstellt, einen Aktivierungskontakt zum elektronischen Ein- bzw. Ausschalten des Akkumulators bzw. von Leistungskontakten des Akkumulators, einen Notauskontakt zum Ausschalten des Akkumulators in Notfällen,

Anzeigeelemente, beispielsweise zum Anzeigen des Ladezustands der Sekundärzellen oder zum Anzeigen des Betriebsstatus des Akkumulators oder einzelner Funktionen des Akkumulators und/oder Überwachungselemente zur Überwachung der Spannung und/oder Temperatur der Sekundärzellen.

Von Vorteil ist es auch, wenn der Akkumulator optische und/oder akustische

Indikationsmittel aufweist, insbesondere zur über ein Smart Device gesteuerten physikalischen Identifikation des Akkumulators. Das heißt, bei Vorhandensein mehrerer Akkumulatoren kann der gerade mit dem Smart Device verbundene bzw. der gerade im Smart Device aktive Akkumulator über einen Steuerbefehl im Smart Device derart gesteuert werden, dass er ein optisches und/oder akustisches Signal abgibt. Damit kann dieser Akkumulator auf schnelle und einfache Art und Weise identifiziert werden.

Es ist auch vorteilhaft, wenn der Akkumulator eine Kühloberfläche, insbesondere mit Kühlrippen, aufweist. Über diese Kühloberfläche, die durch die Kühlrippen vergrößert ist, wird beim Betrieb des Akkumulators - sowohl beim Bereitstellen von elektrischer Energie für Anwendungsgeräte als auch beim Laden - entstandene Wärme schnell wieder abgegeben, so dass eine Überhitzung der Sekundärzellen vermieden wird. Des Weiteren wird ein Kontaktelement zum Herstellen eines elektrischen Kontakts mit einer Kontakteinheit eines Akkumulators gemäß der vorangegangenen

Beschreibung beschrieben. Für den Fall, dass die Kontakteinheit des Akkumulators eine Steckdose ist, handelt es sich hierbei um einen Stecker und für den Fall, dass die Kontakteinheit des Akkumulators ein Stecker ist, handelt es sich um eine

Steckdose. Es ist aber auch denkbar, dass das Kontaktelement lediglich Klemmen oder Klemmelemente aufweist. Zum Herstellen der Verbindung mit den elektrischen Kontakten der Kontakteinheit weist das Kontaktelement zumindest zwei elektrische Gegenkontakte auf.

Erfindungsgemäß weist das Kontaktelement zudem einen Gerätespeicher und zumindest eine Speicherausgabeeinheit zum drahtgebundenen und/oder drahtlosen Ausgeben und/oder Schreiben des Gerätespeichers auf. In dem Gerätespeicher sind beispielsweise Daten über die elektrischen Anforderungen eines an das

Kontaktelement angeschlossenen elektrischen Geräts, z.B. eine benötigte

Nennspannung oder ein nicht zu überschreitender Maximalstrom, gespeichert. Die Daten können dabei drahtgebunden und/oder drahtlos ausgegeben und, falls dies erlaubt ist, überschrieben werden. Zum drahtgebundenen Ausgeben und/oder Schreiben bietet sich beispielsweise ein Eindraht-Bus an, der zuzüglich zur Masse- Verbindung lediglich einen elektrischen Kontakt benötigt. Zum drahtlosen Ausgeben und/oder Schreiben des Gerätespeichers kommt beispielsweise die Near Field Communication (NFC) in Betracht, da hierfür auch ein passiver Chip im

Kontaktelement verwendet werden kann. Es sind jedoch auch andere drahtlose Übertragungen denkbar. Durch den Gerätespeicher und die Speicherausgabeeinheit ist es also einfach möglich, die für den Betrieb des externen Geräts am Akkumulator notwendigen Daten an den Akkumulator weiterzugeben, so dass Leistungskontakte des Akkumulators entsprechend gesteuert werden können.

Ferner wird ein Verfahren zum Betreiben eines Akkumulators gemäß der

vorangegangenen Beschreibung vorgeschlagen. Dabei wird ein Kontaktelement eines externen Geräts, insbesondere eines Anwendungsgeräts, eines Ladegeräts und/oder eines weiteren Akkumulators, mit einer Kontakteinheit des Akkumulators verbunden. Unter Anwendungsgerät wird hierbei ein Gerät verstanden, das vom Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Ladegerät kann ein beliebiges Ladegerät zum Laden von Akkumulatoren, ein herkömmlicher Stromanschluss oder eine sonstige Quelle elektrischer Energie, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage, sein. Durch die von einem Elektronikmodul des Akkumulators bereitgestellten Funktionen ist nicht oder nur in geringem Maße nötig, am Akkumulator oder am externen Gerät Einstellungen vorzunehmen, die dem ordnungsgemäßen Betrieb des Akkumulators und des externen Geräts dienen. Das Verbinden des externen Geräts mit dem Akkumulator verläuft also besonders einfach und kann auch von ungeschultem Personal durchgeführt werden.

Vorteilhafterweise liest eine Speicherleseeinheit eines Elektronikmoduls des

Akkumulators einen Gerätespeicher des externen Geräts aus und steuert,

insbesondere dynamisch, die elektrischen Eigenschaften von Leistungskontakten der Kontakteinheit in Abhängigkeit der ausgelesenen Daten. Im Gerätespeicher des externen Geräts sind also die für den Betrieb des externen Geräts notwendigen

Daten gespeichert, beispielsweise die vom externen Gerät benötigte Nennspannung oder die am externen Gerät maximal zulässige Stromstärke. Somit können die Leistungskontakte derart gesteuert werden, dass das externe Gerät ordnungsgemäß betrieben wird. Im Gerätespeicher können auch noch Informationen über weitere Kommunikationsschnittstellen des externen Geräts gespeichert sein, über die das Elektronikmodul des Akkumulators eine Kommunikation mit dem externen Gerät aufbauen soll.

Das Auslesen des Gerätespeichers kann dabei drahtgebunden und/oder drahtlos erfolgen. Zum drahtgebundenen Auslesen bietet sich beispielsweise ein Eindraht-Bus an, der zuzüglich zur Masse-Verbindung lediglich einen elektrischen Kontakt benötigt. Mit unterschiedlichen Spannungsniveaus am Eindraht-Pin können dabei

unterschiedliche Betriebsparametersätze im Gerätespeicher ausgewählt werden. Zum drahtlosen Auslesen kommt beispielsweise die Near Field Communication (NFC) in Betracht, da hierfür auch ein passiver Chip im Kontaktelement verwendet werden kann.

Beim Steuern der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte werden beispielsweise eine oder mehrere Nennspannungen an den Leistungskontakten bereitgestellt. Insbesondere kann, wenn der Akkumulator mehrere Kontakteinheiten und ebenso viele 2-Quadranten DC-DC-Wandler oder 4-Quadranten DC-DC-Wandler aufweist, an jeder Kontakteinheit eine unterschiedliche Nennspannung bereitgestellt werden, so dass jedes Anwendungsgerät mit der von diesem Anwendungsgerät benötigten Spannung versorgt wird. Ein einzelnes Anwendungsgerät kann auch an mehreren Kontakteinheiten angeschlossen werden, wenn es beispielsweise verschiedene Nennspannungen oder eine höhere Stromstärke bei derselben

Nennspannung benötigt. Es ist aber auch denkbar, dass eine Wechselspannung zwischen zwei Kanälen oder eine 3-phasige Drehfeldspannung zwischen drei Kanälen bereitgestellt wird. Darüber hinaus können die Leistungskontakte einzeln aktiviert und deaktiviert, d. h., die Leistungskontakte einzeln ein- bzw. ausgeschaltet, werden.

Sollte ein Anwendungsgerät eine vorgegebene, insbesondere konstante, Stromquelle benötigen, so wird dem Anwendungsgerät eine konstante Stromstärke an den

Leistungskontakten bereitgestellt. Auch ein kurzfristiges Bereitstellen eines höheren Stroms ist möglich, wenn dies keinen dauerhaften Schaden an den Sekundärzellen des Akkumulators verursacht. Ebenso kann auch eine konstante elektrische Leistung an den Leistungskontakten bereitgestellt werden, wenn Anwendungsgeräte mit einem schwankenden Innenwiderstand eine konstante elektrische Leistung benötigen.

Ferner kann der Stromfluss an den Leistungskontakten begrenzt werden, so dass die externen Geräte und auch die Sekundärzellen gegen Kurzschlüsse und länger andauernde Überlast gesichert sind.

Für die Vernetzung mehrere Akkumulatoren wird die Leistungsverteilung dieser Akkumulatoren gesteuert. Zur vereinfachten Parallelschaltung von Akkumulatoren, insbesondere ohne Kommunikation untereinander, wird ein virtueller

Innenwiderstand an einem oder mehreren der Leistungskontakte bereitgestellt. So ist eine Parallelschaltung von zwei oder mehr Akkumulatoren ohne weiteren Aufwand möglich, da durch die genannten Maßnahmen beispielsweise Schwingungen zwischen den Akkumulatoren vermieden werden. Vorzugsweise wird dieser Innenwiderstand so eingestellt, dass er optimal auf die jeweils in Betrieb befindlichen Anwendungsgeräte angepasst ist.

Des Weiteren wird der Ladevorgang der Sekundärzellen an unspezifischen

Ladegeräten gesteuert, insbesondere auch ohne Kommunikation mit dem Ladegerät. Zum Aufladen an spezifischen Ladegeräten werden anderer wiederaufladbare Energiespeicher emuliert, d. h., die elektrischen Eigenschaften des Akkumulators entsprechen dann denen des Akkumulators, für den das spezifische Ladegerät ausgelegt ist, so dass das spezifische Ladegerät den Ladevorgang auch mit dem vorliegenden Akkumulator betreibt. Ein Aufladen der Sekundärzellen kann also prinzipiell mit einem beliebigen Ladegerät erfolgen.

Zum Fierstellen eines Ladungsausgleichs zwischen parallel geschalteten

Akkumulatoren werden parametrierbare virtuelle Entladekennlinien an den

Leistungskontakten bereitgestellt. Darüber hinaus kann ein Powermanagement betrieben werden. Damit wird insbesondere die Nutzung der elektrischen Ressourcen optimiert, beispielsweise durch die Wahl einer für das Anwendungsgerät optimalen Ausgangsspannung. An den Betriebsgrenzen der Sekundärzellen wird darüber hinaus eine aktive

Leistungsreduzierung betrieben, beispielsweise wird die Leistung je nach

Anwendungsgerät priorisiert reduziert, so dass Anwendungsgeräte, bei denen eine Leistungsreduzierung weniger schwere Folgen hat, zuerst eine Leistungsreduzierung erfahren als Anwendungsgeräte, bei denen eine Leistungsreduzierung eine

Schädigung des Anwendungsgeräts oder gar eine Gefährdung von Personen zur Folge haben könnte.

Die elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte werden auch aktiv an verschiedene Energiequellen angepasst, beispielsweise mit dem Maximum-Power- Point-Tracking für Photovoltaikanlagen. Dies kann individuell an jeder Kontakteinheit des Akkumulators gesteuert werden.

Vorteilhaft ist es, wenn eine drahtlose Netzwerkverbindung zwischen einem Smart Device und einer Drahtlosnetzwerkeinheit des Elektronikmoduls des Akkumulators aufgebaut wird und von dem Smart Device über die drahtlose Netzwerkverbindung Akkumulator-interne Daten ausgelesen und/oder neue

Betriebsparametereinstellungen vorgenommen und/oder Parameter im

Gerätespeicher des externen Geräts gelesen und/oder geschrieben werden. Es ist also eine komfortable Steuerung über das Smart Device möglich, wobei die

Steuerung auch aus einer Entfernung zum Akkumulator erfolgen kann, insbesondere, wenn der Akkumulator schwer zugänglich ist. Des Weiteren benötigt der Akkumulator keine aufwendige Mensch-Maschine-Schnittsteile.

Der Aufbau der drahtlosen Netzwerkverbindung wird insbesondere durch das

Drücken eines Schalters des Akkumulators gestartet. So muss vom Elektronikmodul des Akkumulators nicht ständig nach neuen drahtlosen Netzwerkverbindungen gesucht werden, so dass auch keine Energie hierfür verbraucht wird.

Die Betriebsparameter können auch dynamisch eingestellt werden, wobei auf ausgelesene oder externe Daten reagiert und auf Grund dieser die Einstellung der Betriebsparameter vorgenommen wird. Das Lesen und/oder Schreiben, wobei das Schreiben nur erlaubt ist, wenn kein Schreibschutz besteht, von Parametern im Gerätespeicher des externen Geräts über das Elektronikmodul und das Smart Device macht zudem einen extra Adapter oder eine extra Verbindung zwischen dem Smart Device und dem externen Gerät hinfällig.

Von Vorteil ist es, wenn der Akkumulator über einen Stromfluss an der

Kontakteinheit, insbesondere an einem Aktivierungskontakt der Kontakteinheit, eingeschaltet wird. So kann der Akkumulator bei Bedarf von einem externen Gerät eingeschaltet werden. Vorzugsweise wird bei Unterbrechung dieses Stromflusses der Stromfluss an einem oder mehreren Leistungskontakten von einer oder mehreren Kontakteinheiten beendet. Die Unterbrechung des Stromflusses am

Aktivierungskontakt bedeutet, dass die entsprechenden Leistungskontakte nicht mehr benötigt werden. Das Beenden des Stromflusses an diesen Leistungskontakten spart dabei dem Akkumulator elektrische Energie. Vorzugsweise ist der Akkumulator nur dann über den Stromfluss an der Kontakteinheit einschaltbar, wenn der

Ladezustand der Sekundärzellen des Akkumulators einen vorgegebenen Wert überschreitet. Dieser vorgegebene Wert ist ein nominelles Entladeende und ist größer als der Ladezustand bei Tiefentladung. Dadurch, dass bei Erreichen des nominellen Entladeendes das Einschalten über den Stromfluss unterbunden wird, wird auch der hierzu nötige Steuerstrom gestoppt, was eine weitere Entladung der Sekundärzellen, bis hin zur Tiefentladung, verlangsamt.

Vorteilhafterweise wird der Akkumulator abgeschaltet, wenn eine Sekundärzelle des Akkumulators einen vorgegebenen Ladungszustand unterschreitet. Damit wird dem Tiefentladen der Sekundärzellen vorgebeugt und somit die Lebensdauer des

Akkumulators verlängert. Vorzugsweise wird der Akkumulator wieder eingeschaltet, wenn an einer Kontakteinheit ein Ladestrom angelegt wird. Durch den Ladestrom können die Sekundärzellen wieder geladen werden, so dass die Gefahr der

Tiefentladung nicht mehr besteht.

Vorteilhaft ist es auch, wenn der Akkumulators mit einem Schalter, insbesondere einem Tastschalter, ein- und/oder ausgeschaltet wird. So können beispielsweise Akkumulatoren, bei denen das Einschalten über einen Stromfluss auf Grund des Unterschreitens des vorgegebenen Werts des Ladezustands der Sekundärzellen nicht mehr möglich ist, wieder eingeschaltet werden.

Schließlich ist es von Vorteil, wenn automatisch und/oder von dem Smart Device gesteuert ein Ladungsausgleich der Sekundärzellen des Akkumulators durchgeführt wird, da es für den Betrieb des Akkumulators vorteilhaft ist, wenn der

Ladungszustand der Sekundärzellen ungefähr gleich ist. Der Ladungsausgleich kann dabei automatisch vom Elektronikmodul des Akkumulators durchgeführt werden, beispielsweise, wenn die Sekundärzellen gerade nicht belastet sind. Alternativ oder zusätzlich dazu kann der Ladungsausgleich auch über manuell über das Smart Device gesteuert werden.

Weiterbildungen, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich auch aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus den Figuren. Dabei sind alle beschriebenen und/oder bildlich dargestellten Merkmale für sich oder in beliebiger Kombination grundsätzlich Gegenstand der Erfindung, unabhängig von ihrer Zusammenfassung in den Ansprüchen oder deren

Rückbeziehung. Auch wird der Inhalt der Ansprüche zu einem Bestandteil der Beschreibung gemacht.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit den Zeichnungen näher erläutert werden. Es zeigen

Fig. 1 eine schematische Zeichnung eines Akkumulators und

Fig. 2 eine schematische Zeichnung einer typischen Anwendung von

Akkumulatoren.

Wege zur Ausführung der Erfindung

Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden in den Figuren identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersichtlichkeit halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Figur 1 zeigt eine schematische Zeichnung eines Akkumulators 1 zum Bereitstellen von elektrischer Energie. Dieser Akkumulator 1 umfasst eine Vielzahl von

wiederaufladbaren Sekundärzellen 2. Die genaue Art der Sekundärzellen 2 ist dabei für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, es werden allerdings Sekundärzellen 2 bevorzugt, die keinen oder nur einen sehr geringen Memory-Effekt aufweisen.

Des Weiteren weist der Akkumulator vier Kontakteinheiten 3 auf, wobei auch eine andere Anzahl an Kontakteinheiten 3 möglich ist. Die Kontakteinheiten 3 weisen eine Mehrzahl an elektrischen Kontakten 4 auf, wobei zwei der elektrischen Kontakte 4 Leistungskontakte 5 sind. Die Kontakteinheiten 3 sind hier in der Form einer Steckdose angedeutet, können aber auch ein Stecker, Klemmen oder

Klemmelemente sein.

Die Kontakteinheiten 3 dienen dem elektrischen Verbinden des Akkumulators 1 mit einem externen Gerät, wobei es sich bei dem externen Gerät um ein

Anwendungsgerät, ein Ladegerät und/oder einen weiteren Akkumulator 1 handeln kann. Unter Anwendungsgerät wird hierbei ein Gerät verstanden, das vom

Akkumulator 1 mit elektrischer Energie versorgt wird. Das Ladegerät kann ein beliebiges Ladegerät zum Laden von Akkumulatoren, ein herkömmlicher

Stromanschluss oder eine sonstige Quelle elektrischer Energie, beispielsweise eine Photovoltaik-Anlage, sein. Die Kontakteinheit 3 ist also bidirektional ausgebildet, das heißt, über sie kann elektrische Energie sowohl abgegeben als auch aufgenommen werden. Sowohl mit den Sekundärzellen 2 als auch mit den Kontakteinheiten 3 verbunden ist ein Elektronikmodul 6 des Akkumulators 1. Dieses Elektronikmodul 6 umfasst eine Steuereinheit 7 zum dynamischen Steuern der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte 5. Unter den elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte 5 werden dabei beispielsweise die an den Leistungskontakten 5 anliegende Spannung, der von den Leistungskontakten 5 bereitgestellte Strom oder ein virtueller

Innenwiderstand der Leistungskontakte 5 verstanden. Flierzu umfasst die

Steuereinheit 7 insbesondere vier 4-Quadranten DC-DC-Wandler 8, für jede

Kontakteinheit 3 einen. Anstatt der 4-Quadranten DC-DC-Wandler 8 sind auch 2- Quadranten DC-DC-Wandler denkbar, 4-Quadranten DC-DC-Wandler 8 werden jedoch bevorzugt, da diese vielfältige Möglichkeiten zum Steuern der elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte 5 bereitstellen. Von den vielen Möglichkeiten, die elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte 5 zu steuern werden im Folgenden einige genannt. Zunächst können an den

Leistungskontakten 5 eine oder mehrere Nennspannungen bereitgestellt werden. Insbesondere kann die Steuereinheit 7, wenn mehrere Kontakteinheiten 3 und ebenso viele 4-Quadranten DC-DC-Wandler 8 vorgesehen sind, an jeder

Kontakteinheit 3 eine unterschiedliche Nennspannung bereitstellen, so dass jedes Anwendungsgerät mit der von diesem Anwendungsgerät benötigten Spannung versorgt wird. Neben dem Bereitstellen einer Gleichspannung kann aber auch eine Wechselspannung zwischen zwei Kanälen oder eine 3-phasige Drehfeldspannung zwischen drei Kanälen bereitgestellt werden. Hierzu weist die Steuereinheit 7 weitere, in der Figur nicht dargestellte, Wandler auf. Des Weiteren kann die

Steuereinheit 7 die Leistungskontakte 5 einzeln aktivieren und deaktivieren, d.h., die Leistungskontakte 5 einzeln ein- bzw. ausschalten. Sollte ein Anwendungsgerät eine vorgegebene, insbesondere konstante, Stromquelle benötigen, so kann das Elektronikmodul 6 auch eine konstante Stromstärke an den Leistungskontakten 5 bereitstellen. Durch das zwischengeschaltete Elektronikmodul 6 ist die Bereitstellung einer Spannung oder eines Stroms an den Leistungskontakten 5 von den Sekundärzellen 2 unabhängig, sofern die Sekundärzellen 2 die benötigte Spannung bzw. Stromstärke liefern können. Auch ein kurzfristiges Bereitstellen eines höheren Stroms ist beispielsweise möglich, wenn dies keinen dauerhaften Schaden an den Sekundärzellen 2 verursacht. Ebenso kann das Elektronikmodul 6 auch eine konstante elektrische Leistung an den Leistungskontakten 5 bereitstellen, wenn Anwendungsgeräte mit einem schwankenden Innenwiderstand eine konstante elektrische Leistung benötigen.

Durch das Bereitstellen einer Strombegrenzung an den Leistungskontakten 5 werden die externen Geräte und auch die Sekundärzellen 2 gegen Kurzschlüsse und länger andauernde Überlast gesichert. Dadurch kann in den externen Geräten sogar auf Sicherungen verzichtet werden, die sie gegen Kurzschlüsse sichern sollen.

Für die Vernetzung mehrerer Akkumulatoren 1 steuert die Steuereinheit 7 die Leistungsverteilung dieser Akkumulatoren 1. Zur vereinfachten Parallelschaltung von Akkumulatoren 1, insbesondere ohne Kommunikation untereinander, stellt das Elektronikmodul 6 auch einen virtuellen Innenwiderstand an einem oder mehreren der Leistungskontakte 5 bereit. So ist eine Parallelschaltung von zwei oder mehr Akkumulatoren 1 ohne weiteren Aufwand möglich, da durch die genannten

Maßnahmen beispielsweise Schwingungen zwischen den Akkumulatoren 1 vermieden werden. Vorzugsweise ist dieser Innenwiderstand einstellbar, so dass er optimal auf unterschiedliche Anwendungsgeräte angepasst werden kann.

Des Weiteren steuert das Elektronikmodul 6 auch den Ladevorgang der

Sekundärzellen 2 an unspezifischen Ladegeräten, insbesondere auch ohne

Kommunikation mit dem Ladegerät. Zum Aufladen an spezifischen Ladegeräten stellt die Steuereinheit 7 eine Emulation anderer wiederaufladbarer Energiespeicher bereit, d.h., die elektrischen Eigenschaften des Akkumulators 1 entsprechen dann denen des Akkumulators, für den das spezifische Ladegerät ausgelegt ist, so dass das spezifische Ladegerät den Ladevorgang auch mit dem vorliegenden Akkumulator 1 betreibt. Ein Aufladen der Sekundärzellen 2 kann also prinzipiell mit einem beliebigen Ladegerät erfolgen.

Zum Herstellen eines Ladungsausgleichs zwischen parallel geschalteten

Akkumulatoren 1 stellt die Steuereinheit 7 parametrierbare virtuelle

Entladekennlinien an den Leistungskontakten 5 bereit.

Darüber hinaus kann die Steuereinheit 7 ein Powermanagement bereitstellen. Damit wird insbesondere die Nutzung der elektrischen Ressourcen optimiert, beispielsweise durch die Wahl einer für das Anwendungsgerät optimalen Ausgangsspannung. An den Betriebsgrenzen der Sekundärzellen 2 betreibt die Steuereinheit 7 darüber hinaus eine aktive Leistungsreduzierung, beispielsweise wird die Leistung je nach Anwendungsgerät priorisiert reduziert, so dass Anwendungsgeräte, bei denen eine Leistungsreduzierung weniger schwere Folgen hat, zuerst eine Leistungsreduzierung erfahren als Anwendungsgeräte, bei denen eine Leistungsreduzierung eine

Schädigung des Anwendungsgeräts oder gar eine Gefährdung von Personen zur Folge haben könnte.

Die Steuereinheit 7 stellt auch eine aktive Anpassung an verschiedene Energiequellen bereit, beispielsweise das Maximum-Power-Point-T racking für Photovoltaikanlagen. Dies kann individuell an jeder Kontakteinheit 3 des Akkumulators 1 gesteuert werden.

Des Weiteren umfasst das Elektronikmodul 6 eine Mehrzahl an Funktionseinheiten, beispielsweise eine Echtzeituhr 9, ein Satellitennavigationsmodul 10 und einen

Inertialsensor 11. Dabei ist mit der Echtzeituhr 9 beispielsweise ein zeitgesteuertes Aufwachen des Akkumulators 1 oder die Zuordnung von Ereignissen zur Echtzeit möglich. Mit dem Satellitennavigationsmodul 10 kann die Position des Akkumulators 1 bestimmt werden und durch den Inertialsensor 11 kann beispielsweise ein Alarm ausgelöst werden, wenn eine unerlaubte oder gefährliche Bewegung des

Akkumulators 1 erkannt wird . Alternativ oder zusätzlich zu den genannten Funktionseinheiten kann das

Elektronikmodul 6 noch weitere Funktionseinheiten aufweisen, beispielsweise ein Drahtlosnetzwerkmodul zur drahtlosen Kommunikation mit anderen Geräten oder zum Zugriff auf das Internet, einen Neigungssensor und/oder einen Gyrosensor. Eine Kommunikationseinheit 12 des Elektronikmoduls 6 ist zur drahtgebundenen und/oder drahtlosen Kommunikation mit dem externen Gerät ausgebildet. Ist die Kommunikationseinheit 12 drahtgebunden, dann ist zumindest einer der elektrischen Kontakte 4 der Kontakteinheit 3 ein Kommunikationspin. Im drahtlosen Fall sind eine Vielzahl von Netzwerkprotokollen möglich, wobei die Kommunikationseinheit 12 vorzugsweise mehrere Netzwerkprotokolle unterstützt zur Kommunikation mit verschiedenen externen Geräten.

Über die Kommunikationseinheit 12 sind eine oder mehrere der Funktionseinheiten 9, 10, 11 vom externen Gerät aus zugreifbar. Das heißt, das externe Gerät kann über die Kommunikationseinheit 12 auf die Funktionseinheiten 9, 10, 11 des Akkumulators 1 zugreifen. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass das externe Gerät die Flardware für diese Funktionen nicht mehr benötigt und somit einfacher und kostengünstiger entworfen und hergestellt werden kann. Auch in dem Fall, dass eine der

Funktionseinheiten 9, 10, 11 ausfällt, kann einfach der Akkumulator 1 getauscht werden und es muss nicht eine teure und langwierige Reparatur am externen Gerät durchgeführt werden.

Darüber hinaus weist das Elektronikmodul 6 eine Speicherleseeinheit 13 auf, zum drahtgebundenen und/oder drahtlosen Auslesen und/oder Schreiben eines

Gerätespeichers des externen Geräts. Die Speicherleseeinheit 13 stellt dabei ein fest definiertes primäres Steuerungsinterface dar. Der Gerätespeicher befindet sich vorzugsweise in einem Kontaktelement des externen Geräts, da hierdurch eine kurze Entfernung zur Speicherleseeinheit 13 garantiert ist. Zum drahtgebundenen Auslesen und/oder Schreiben bietet sich beispielsweise ein Eindraht-Bus an, der zuzüglich zur Masse-Verbindung lediglich einen elektrischen Kontakt 4 benötigt. Zum drahtlosen Auslesen und/oder Schreiben des Gerätespeichers kommt beispielsweise die Near Field Communication (NFC) in Betracht, da hierfür auch ein passiver Chip im externen Gerät verwendet werden kann. Es sind jedoch auch andere drahtlose Übertragungen denkbar. Das Schreiben des Gerätespeichers ist davon abhängig, ob ein Schreibschutz auf den Gerätespeicher oder Teile davon besteht oder nicht. In den aus dem Gerätespeicher des externen Geräts ausgelesenen Daten sind beispielsweise Betriebsparameter für das externe Gerät enthalten, wie z.B. die von dem externen Gerät benötigte Spannung und/oder die dem externen Gerät erlaubte maximale Stromstärke. Anhand dieser Betriebsparameter steuert das Elektronikmodul 6 über die Steuereinheit 7 die Leistungskontakte 5 derart, dass das externe Gerät die von ihm benötigten elektrischen Werte erhält. Eine Drahtlosnetzwerkeinheit 14 des Elektronikmoduls 6 ist insbesondere zur Kommunikation mit einem Smart Device ausgebildet. Dabei sind insbesondere Parameter des Elektronikmoduls 6 und/oder externer Geräte über das Smart Device editierbar. Bei der Drahtlosnetzwerkeinheit 14 handelt es sich vorzugsweise um eine Bluetooth-Low-Energy-Einheit, die sich durch einen besonders geringen

Energieverbrauch auszeichnet, es sind aber auch andere Drahtlosnetzwerkprotokolle denkbar. Die Kommunikation mit dem Akkumulator 1 erfolgt vorzugsweise mit einem Smart Device, wie einem Smartphone oder einer Smartwatch, es ist aber beispielsweise auch eine Kommunikation über einen Computer denkbar. Durch die Kommunikation des Smart Devices mit dem Elektronikmodul 6 lassen sich über das Smart Device Daten des Elektronikmoduls 6 auslesen und Parameter des

Elektronikmoduls 6, beispielsweise die Steuerung der Leistungskontakte betreffend, editieren. Wenn der Akkumulator 1 zudem über die Kommunikationseinheit 12 mit einem oder mehreren externen Geräten verbunden ist, lässt sich vom Smart Device über die Drahtlosnetzwerkeinheit 14 und die Kommunikationseinheit 12 eine

Verbindung mit dem externen Gerät aufbauen, beispielsweise zum Auslesen von Daten oder zum Einstellen von Parametern des externen Geräts.

Des Weiteren weist das Elektronikmodul 6 einen Schalter 15 auf, Schalter, mit dem beispielsweise der Akkumulator 1 ein- bzw. ausgeschaltet, einzelne

Leistungskontakte 5 des Akkumulators 1 ein- bzw. ausgeschaltet und/oder eine

Verbindung mit einem Smart Device über die Drahtlosnetzwerkeinheit 14 hergestellt werden kann.

Weitere mögliche Zusatzeinheiten 16 die den Betrieb des Akkumulators 1 und/oder den Betrieb der an den Akkumulator 1 angeschlossenen externen Geräte verbessern oder vereinfachen, sind lediglich schematisch dargestellt. Eine solche Zusatzeinheit 16 ist beispielsweise ein der Kontakteinheit 3 zugeordneter Synchronisationspin, mittels dem mehrere Kontakteinheiten 3 durch ein externes Gerät synchronisiert werden können. Weitere mögliche Zusatzeinheiten 16 sind ein extra Ladepfad, ein Hilfsspannungskontakt, der eine Spannungsquelle mit geringer Leistung für eine externe Elektronik bereitstellt, einen Aktivierungskontakt zum elektronischen Ein- bzw. Ausschalten des Akkumulators 1 bzw. von Leistungskontakten 5 des

Akkumulators 1, einen Notauskontakt zum Ausschalten des Akkumulators 1 in Notfällen, Anzeigeelemente, beispielsweise zum Anzeigen des Ladezustands der Sekundärzellen 2 oder zum Anzeigen des Betriebsstatus des Akkumulators 1 oder einzelner Funktionen des Akkumulators 1 und/oder Überwachungselemente zur Überwachung der Spannung und/oder Temperatur der Sekundärzellen 2.

Über ein Indikationsmittel 17, das hier als Lichtquelle dargestellt ist, kann über ein Smart Device die physikalische Identifikation eines Akkumulators 1 durchgeführt werden. Das heißt, bei Vorhandensein mehrerer Akkumulatoren 1 kann der gerade mit dem Smart Device verbundene bzw. der gerade im Smart Device aktive

Akkumulator 1 über einen Steuerbefehl im Smart Device derart gesteuert werden, dass das Indikationsmittel 17 angeschaltet wird. Damit kann dieser Akkumulator 1 auf schnelle und einfache Art und Weise identifiziert werden. Alternativ oder zusätzlich zu einer Lichtquelle kann auch ein akustisches Indikationsmittel 17, beispielsweise ein Buzzer, vorgesehen sein.

Schließlich weist der Akkumulator 1 eine Kühloberfläche 18 auf, wobei die Oberfläche durch Kühlrippen 19 vergrößert ist. Über diese Kühloberfläche 18 wird beim Betrieb des Akkumulators 1 - sowohl beim Bereitstellen von elektrischer Energie für Anwendungsgeräte als auch beim Laden - entstandene Wärme schnell wieder abgegeben, so dass eine Überhitzung der Sekundärzellen 2 vermieden wird.

Figur 2 zeigt eine schematische Zeichnung einer typischen Anwendung von

Akkumulatoren 1, wie sie beispielsweise in einem Wohnmobil oder einem Hausboot auftreten kann. Im Rahmen der Patentansprüche sind jedoch viele weitere

Anwendungsmöglichkeiten denkbar. Dabei sind zwei Akkumulatoren 1 mit einer Mehrzahl an externen Geräten, nämlich einer Photovolta ik-Anlage 20, einem

Ladegerät 21, und zwei Anwendungsgeräten 22 verbunden. Darüber hinaus sind die Akkumulatoren 1 noch miteinander verbunden. Die Verbindungslinien sind dabei lediglich schematisch zu verstehen.

Die Verbindungen erfolgen dabei über Kontaktelemente 23, die hier als Stecker ausgeführt sind und die mit den Kontakteinheiten 3 der Akkumulatoren 1 verbunden sind. Die Kontaktelemente 23 weisen dabei zumindest zwei elektrische Gegenkontakte auf, mit denen mit den elektrischen Kontakten 4 der Kontakteinheit 3 des Akkumulators 1 eine Verbindung hergestellt wird. Für den Fall, dass die

Kontakteinheiten 3 Stecker, Klemmen oder Klemmelemente sind, sind die

Kontaktelemente 23 Steckdosen, Klemmelemente bzw. Klemmen. Des Weiteren weisen die Kontaktelemente 23 einen Gerätespeicher und eine

Speicherausgabeeinheit auf, so dass die Kommunikation mit der Speicherleseeinheit 13 des Akkumulators 1 stattfinden kann.

Die Kommunikation der Akkumulatoren 1 mit den externen Geräten 20, 21, 22 wurde in der Beschreibung von Figur 1 ausführlich dargestellt. Zusätzlich dazu kommunizieren die Akkumulatoren 1 mit einem Smart Device 24 über eine

Drahtlosnetzwerkeinheit 14, was auch in der vorangegangenen Beschreibung ausführlich dargestellt wurde. In der vorliegenden Anwendung wird der obere Akkumulator 1 von der Photovoltaik- Anlage 20 und dem Ladegerät 21 geladen. Die hierfür passenden elektrischen Eigenschaften der Leistungskontakte 5 werden dabei durch das Elektronikmodul 6 und die Steuereinheit 7 bereitgestellt. Der obere Akkumulator 1 versorgt zudem ein Anwendungsgerät 22 mit elektrischer Energie, während der untere Akkumulator 1 ein weiteres Anwendungsgerät 22 mit elektrischer Energie versorgt, das über drei Kontakteinheiten 3 am Akkumulator 1 angeschlossen ist.

Um beide Akkumulatoren 1 auf den gleichen Ladezustand zu bringen, sind diese miteinander verbunden. Über das Smart Device 24 gesteuert kann ein

Ladungsaustausch herbeigeführt werden.

Bezugszeichenliste

1 Akkumulator

2 Sekundärzelle

3 Kontakteinheit

4 elektrischer Kontakt

5 Leistungskontakt

6 Elektronikmodul

7 Steuereinheit

8 4-Quadranten DC-DC-Wandler

9 Echtzeituhr

10 Satellitennavigationsmodul

11 Inertialsensor

12 Kommunikationseinheit

13 Speicherleseeinheit

14 Drahtlosnetzwerkeinheit

15 Schalter

16 Zusatzeinheit

17 Indikationsmittel

18 Kühloberfläche

19 Kühlrippen

20 Photovolta ik-An läge

21 Ladegerät

22 Anwendungsgerät

23 Kontaktelement

24 Smart Device