DE102023001105B3

DE102023001105B3 - Segmentierte Energie-Quelle für E-Autos

Info

Publication number: DE102023001105B3
Application number: DE102023001105.3A
Authority: DE
Inventors: gleich Patentinhaber Erfinder
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2023-03-20
Filing date: 2023-03-20
Publication date: 2023-11-30
Anticipated expiration: 2043-03-21

Abstract

Die vorliegende Erfindung offenbart die Bauweise und die Eigenschaften des erfindungsgemäßen Energie-Speichers für E-Autos. Eine Vielzahl (12 - 30) von länglichen würfelförmigen Akku-Segmente sind im Unterboden eines E-Auto so zusammengesetzt, daß sie sehr schnell und leicht gelöst oder montiert werden können. Ein internes Log-Buch registriert die Benutzungsdaten des Akku-Segments und ein BatterieManagementSystem (BMS) sorgt für sicheres Laden. Mittels eines modifizierten USB-Anschlusses kann das Akku-Segment auch individuell und außerhalb einer E-Tankstelle geladen werden. Dieser Anschluß dient in der E-Tankstelle für die Ablesung und Aktualisierung der im internen Log-Buch gespeicherten Daten. Für die Montage und Halterung im E-Auto sind 2 Starkstrom-Anschlüsse sowie Ösen und Aussparungen für die Befestigung am E-Auto oder E-Tankstelle vorhanden.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine segmentierte Energie-Quelle für Elektro-Autos (weiter E-Autos).
Das zurzeit allgemein übliche Verfahren zum Laden mit Energie an E-Autos besteht darin, eine Verbindung mittels eines Ladestützens, verbunden mit Kabel an einer E-Lade-Säule, zur Lade-Steckdose des zu ladenden Fahrzeugs herzustellen. Nach Starten des Ladens muss man warten, bis der im E-Auto befindliche Akku geladen ist. Das Laden dauert ungefähr 6 Stunden, es sei denn, man wählt die Variante des Schnell-Ladens, wo nur 70-80 % des Akkus geladen wird, jedoch in kürzere Zeit, üblicherweise 30- 60 Minuten. Dabei kommt eine aufwendige Mess- und Ladeeinrichtung untergebracht in der Lade-Säule und Ladestützen zur Anwendung. Folgende Nachteile lassen sich u.a. bei diesem System formulieren:

a- begrenzte Fahrzeit mit Zwangspausen von erheblicher Dauer für Akku-Laden
b- Schwierigkeiten beim Finden einer Akku-Säule
c- relativ geringe Akku-Kapazitäten; üblich zwischen 60 und 100 kWh und dadurch kleine Reichweite
d- rasante Abnutzung des Akkus bei häufigen Schnellladen (30 - 60 Min.)
e- Fahren mit hoher Geschwindigkeit (über 160 km/h) nicht (gut) möglich, wegen des enorm steigenden Energiebedarfs (dritter Potenz der Geschwindigkeit)
f- Erforderlicher Austausch des Akkus nach maximal 8 Jahren, was sehr teuer ist.

Zum Stand der Technik gehören folgende Dokumente.
US 2009 / 0 198 372 A1 beschreibt ein System zum Laden und Transfer von Batterien für Elektro-Fahrzeuge.
DE 10 2011 100 781 A1 beschreibt ein Akkumulatorwechselsystem zum Austausch von Akkumulatoren für Elektrofahrzeuge.
US 2022 / 0 212 531 A1 beschreibt die Anwendung von Batterie-Elemente die im Boden eines Elektrofahrzeugs untergebracht sind.
WO 2018/ 123 319 A1 beschreibt eine Vollstoffbatterie mit einem Kern und eine mehrteilige Umhüllung.
Die vorliegende Erfindung hat sich zur Aufgabe gestellt, einen segmentierter EnergieSpeicher für E-Autos so zu gestalten und zu handhaben, dass das Laden des Fahrzeugs mit Energie ohne eine elektrische Verbindung stattfinden kann. Dabei besteht die erfindungsgemäße Energie-Quelle aus einer Vielzahl - praktisch zwischen 12 und 30 - von zusammengefaßten, länglichen, würfelförmigen Akku-Segmenten, die sowohl elektrisch als auch mechanisch von E-Auto oder von der E-Tankstelle sich schnell und leicht lösen oder einbauen lassen. Es existiert einerseits ein Starkstrom-Anschluß (Gleichstrom, nx100 V, nx10 A) verwendbar für das Laden oder Benutzung im E-Auto und andererseits einen erweiterten USB-Anschluß der mit einem internen Log-Buch des Akkus als auch mit dem Starkstrom-Anschluß verbunden ist, um ein individuelles Laden außerhalb der E-Tankstelle notfalls zu ermöglichen. Die 5 V Spannung und die Datenleitungen sind aber ebenfalls vorhanden und ermöglichen eine Ausgabe und Bearbeitung der gespeicherten Daten hinsichtlich Ladestation, Anzahl der Ladungen, Code der E-Tankstelle, verfügbare Kapazität, voraussichtliche Lebensdauer und ähnliches des Akku-Segments; einige dieser Daten sind aus Gründen der Sicherheit nicht bearbeitbar.
Das Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Energie-Quelle im E-Auto ist in den Zeichnungen dargestellt und wird im Folgenden näher erläutert.
Es zeigen

1 - 3-D Darstellung eines Segments
2 - Detail - Draufsicht auf Buchse für individuelles Laden

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine segmentierte Energie-Quelle für das E-Auto, Quelle, die aus einer Vielzahl von zusammengefaßten Segmenten 1 besteht, die mechanisch und elektrisch mit dem E-Auto oder mit der -Tankstelle schnell und leicht verbunden sind.
Ein internes elektronisches Log-Buch ist vorgesehen, das im Zusammenspiel mit dem BatterieManagementSystem (BMS) - ohne Darstellung - des Akku-Segments 1 arbeitet, das die Ladedaten, Anzahl der Ladungen, Code der E-Tankstelle, noch verfügbare elektrische Kapazität, voraussichtliche verbliebene Lebensdauer und ähnliches registriert.
Jedes Segment 1 weist eine Vielzahl von geeignet gruppierten Lithium-Akkus untergebracht in einem stabilen würfelförmigen Gehäuse 2 mit rechteckigen Querschnitt auf, wobei die Hauptanschlüsse 3, 4 des Segments 1 nach außen, isoliert vom Gehäuse, gelangen und welche für die Herstellung der elektrischen Verbindung zum E-Auto oder zur Lade-Station dienen, dergestalt, dass diese würfelförmigen Hauptanschlüsse 3, 4 innen hohl sind, eben geformt für die Aufnahme des zungenförmigen Kontaktgegenstückes aber nachgiebig - elastisch, um einen konstanten Druck auszuüben, während sie außen rundum in isolierendem Material eingebettet sind.
Jedes Segment 1 weist auf der Oberseite des Gehäuses 2, nahe dem Enden, zwei Ösen 5 auf, welche orientiert quer auf die Längsachse des Segments 1 sind und Löcher 16 für die Arretierung der Segmente 1 am E-Auto oder an der Lade-Station haben.
Jedes Segment 1 weist vier Aussparungen 6 an seiner Unterseite und in der Nähe seiner Ecken, die nach der Segment-Achse orientiert sind, auf, welche ebenfalls für die Arretierung vorgesehen sind.
Beim rechteckigen Gehäuse 2 ist eine der vier senkrechten Kanten 7 abgeschrägt, um zu gewährleisten, daß die Montage des jeweiligen Segments 1 nur in einer bestimmten Position möglich ist.
Jedes Akku-Segment 1 hat in der Nähe der abgeschrägten Kante 7 eine mehrpolige Buchse 8 in Art eines modifizierten USB-Anschlusses im Unterboden des Gehäuses 2, die in einer Aussparung praktiziert ist, und mit einem seitlich fahrbaren Deckel 9 ausgestattet ist. Dabei ist zum Zwecke des individuellen Ladens ein Plus-Pol 10 der Buchse 8 mit dem Plus-Pol des jeweiligen Segments 1 elektrisch verbunden, während ein Minus-Pol 11 mit dem Minus-Pol des Segments 1 und dadurch mit den inneren Akkus des Segments 1 verbunden ist; wobei, eine einfache Überladungsüberwachung 12 die Anschlüsse 10, 11 von den inneren Lithium-Akkus des Segments 1 trennt, und durch eine Leuchtdiode 13 die Beendigung des Ladens anzeigt; dabei sind die Datenleitungsanschlüsse der Buchse 8 und die 5 V Spannung mit dem internen Log-Buch verbunden und können beim E-Tanken abgefragt oder aktualisiert werden, wobei aus Sicherheitsgründen keine Verbindung zur Akku-Verwaltung des E-Autos besteht.
Der Unterboden des Akku-Segments (1) weist eine Schmutzabweisende Beschichtung (17) auf, wobei die unteren Kanten dieses Segments (1) mit einer speziell geformten, sich sanft verjungenden Abdeckung (18) aus einem Elastomer versehen sind, dergestalt, daß, wenn das Akku-Segment (1) in seiner Aufnahme beim E-Auto steckt, die Abdeckung (18) einen guten Schutz gegen Eindringen von Wasser oder Schmutz bildet.

Claims

Segmentierte Energie-Quelle dadurch gekennzeichnet, dass diese Quelle aus einer Vielzahl von zusammengefaßten Segmenten (1) besteht, die mechanisch und elektrisch mit dem E-Auto oder mit der -Tankstelle schnell und leicht verbunden sind, a. wobei, ein internes elektronisches Log-Buch vorgesehen ist, das im Zusammenspiel mit dem BatterieManagementSystem (BMS, ohne Darstellung), des Akku-Segments (1) arbeitet, das die Ladedaten, Anzahl der Ladungen, Code der E-Tankstelle, noch verfügbare elektrische Kapazität, voraussichtliche verbliebene Lebensdauer und ähnliches registriert, b. wobei, jedes Segment (1) eine Vielzahl von geeignet gruppierten Lithium-Akkus untergebracht in einem stabilen würfelförmigen Gehäuse (2) mit rechteckigen Querschnitt aufweist und wobei die Hauptanschlüsse (3, 4) des Segments (1) nach außen, isoliert vom Gehäuse, gelangen und welche für die Herstellung der elektrischen Verbindung zum E-Auto oder zur Lade-Station dienen, dergestalt, dass diese würfelförmigen Hauptanschlüsse (3, 4) innen hohl sind, eben geformt für die Aufnahme des zungenförmigen Kontaktgegenstückes aber nachgiebig - elastisch, um einen konstanten Druck auszuüben, während sie rundum in isolierendem Material eingebettet sind, c. wobei jedes Segment (1) auf der Oberseite des Gehäuses (2), nahe dem Enden, zwei Ösen (5) aufweist, welche orientiert quer auf die Längsachse des Segments (1) sind und welche Löcher (16) für die Arretierung der Segmente (1) am E-Auto oder an der Lade-Station haben, d. wobei, jedes Segment (1) vier Aussparungen (6) an seiner Unterseite und in der Nähe seiner Ecken, die nach der Segment-Achse orientiert sind, aufweist, welche ebenfalls für die Arretierung benutzbar sind, e. wobei, beim rechteckigen Gehäuse (2) eine der vier senkrechten Kanten (7) abgeschrägt ist, um zu gewährleisten, daß die Montage des jeweiligen Segments (1) nur in einer bestimmten Position möglich ist.
Segmentierte Energie-Quelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass in der Nähe der abgeschrägten Kante (7) eine mehrpolige Buchse (8) in Art eines modifizierten USB-Anschlusses im Unterboden des Gehäuses (1) existiert, die in einer Aussparung praktiziert ist, und mit einem seitlich fahrbaren Deckel (9) ausgestattet ist; dabei ist zum Zwecke des individuellen Ladens ein Plus-Pol (10) der Buchse (8) mit dem Plus-Pol des jeweiligen Segments (1) elektrisch verbunden, während ein Minus-Pol (11) mit dem Minus-Pol des Segments (1) und dadurch mit den inneren Akkus des Segments (1) verbunden ist; wobei, eine einfache Überladungsüberwachung (12) die Anschlüsse (10, 11) von den inneren Akkus des Segments (1) trennt, und durch eine Leuchtdiode (13) die Beendigung des Ladens anzeigt; dabei sind die Datenleitungsanschlüsse der Buchse (8) und die 5 V Spannung mit dem internen Log-Buch verbunden und können beim E-Tanken abgefragt oder aktualisiert werden, wobei aus Sicherheitsgründen keine Verbindung zur Akku-Verwaltung des E-Autos besteht.
Segmentierte Energie-Quelle nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass der Unterboden des Akku-Segments (1) eine Schmutzabweisende Beschichtung (17) aufweist, wobei die Unteren Kanten dieses Segments (1) mit einer speziell geformten, sich sanft verjungenden Abdeckung (18) aus einem Elastomer versehen sind, dergestalt, daß, wenn das Akku-Segment (1) in seiner Aufnahme beim E-Auto steckt, die Abdeckung (18) einen guten Schutz gegen Eindringen von Wasser oder Schmutz bildet.