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Der Gegenstand betrifft einen mobilen elektrischen Speicher sowie ein System mit einem mobilen elektrischen Speicher als auch ein Verfahren zum Laden eines mobilen elektrischen Speichers.
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Bisher ist der Zugang zu elektrischer Energie in der Regel ortsgebunden. Über Verteilnetze wird der elektrische Strom von Kraftwerken zu Verbrauchern transportiert. Beim Verbraucher wird der Strom im häuslichen Umfeld über ein Niederspannungsnetz mit 0,4 KV eingespeist, im industriellen Umfeld sind auch Einspeisungen bei 1 KV und höher möglich.
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Insbesondere für den haushaltsnahen Stromverbrauch werden in der Regel nur geringe elektrische Leistungen benötigt. Der Strompreis setzt sich in der Regel einerseits aus einem Preis für die Erzeugung und andererseits aus Umlagen und Steuern zusammen. Durch die zunehmende Zahl von Kraftwerken im Bereich der alternativen Energien, als z. B. der Photovoltaik und der Windkraft, ist ein Ausbau des Verteilnetzes notwendig. Die hierfür anfallenden Kosten werden auf den Strompreis umgelegt. Der Erzeugerpreis ist in den letzten Jahren jedoch erheblich zurückgegangen.
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Um unabhängig von den Netzentgelten zu werden, wäre es hilfreich, ortsungebunden elektrische Energie in haushaltüblichen Mengen zur Verfügung stellen zu können, ohne das Verteilnetz zu beanspruchen.
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Somit lag dem Gegenstand die Aufgabe zugrunde, eine Energieversorgung mit elektrischer Energie zur Verfügung zu stellen, welche unabhängig vom elektrischen Verteilnetz ist.
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Diese Aufgabe wird gegenständlich durch einen mobilen elektrischen Speicher nach Anspruch 1 gelöst.
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Mit Hilfe des gegenständlichen mobilen elektrischen Speichers ist der Zugang zu elektrischer Energie ortsungebunden. Der elektrische Speicher kann einen Akkumulator aufweisen. Der Akkumulator kann vorzugsweise am Ort der Erzeugung der elektrischen Leistung, insbesondere in der Nähe des Kraftwerks, vorzugsweise in einem Großkraftwerk, aufgeladen werden. Dieses Aufladen kann in einem automatisierten und skalierbaren Prozess stattfinden, so dass eine Vielzahl an elektrischen Speichern gleichzeitig aufgeladen werden können. Die dann aufgeladenen Speicher können gelagert und über den Einzelhandel an den Endkunden verkauft werden.
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Vor Ort kann der Kunde dann den mobilen Speicher wie eine herkömmliche Steckdose nutzen, wenn in dem mobilen Speicher zumindest ein Wechselrichter vorgesehen ist. Mit Hilfe des Wechselrichters ist es möglich, die in dem Akkumulator gespeicherte elektrische Energie bei Standardbedingungen der jeweiligen Region zur Verfügung zu stellen. Das bedeutet, dass der Wechselrichter beispielsweise für mobile Speicher für Deutschland eine Ausgangsspannung von 230 V bei 50 Hz zur Verfügung stellt. Für andere Regionen können beispielsweise Ausgangsspannungen von 230 V bei 60 Hz oder 115 V bei 60 Hz oder dergleichen zur Verfügung gestellt werden. D. h., der Wechselrichter kann jeweils an die äußeren Rahmenbedingungen angepasst werden und die elektrische Energie aus dem Akkumulator an einem Energieauslass zur Verfügung stellen, über den die elektrische Energie wie aus einer herkömmlichen Steckdose bezogen werden kann.
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Hierzu ist der elektrische Speicher mit einem Gehäuse und einem in dem Gehäuse angeordneten Akkumulator versehen. Der Akkumulator ist über einen Wechselrichter mit einem Energieauslass verbunden. Ein Energieauslass kann so verstanden werden, dass dieser in der Lage ist, elektrische Leistung zu übertragen und elektrische Energie von dem Akkumulator zu einem Verbraucher zu übertragen. Der Energieauslass kann kontaktlos oder kontaktbehaftet sein und somit unterschiedliche Möglichkeiten bieten, die elektrische Energie von dem Akkumulator zu übertragen.
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Auf der anderen Seite, um den mobilen Speicher wiederaufladbar zu machen, ist es notwendig, den Akkumulator über einen Laderegler zu laden. Aus diesem Grunde ist in dem Gehäuse ein Laderegler vorgesehen, der mit dem Akkumulator verbunden ist. Der Laderegler ist mit einem Energieeinlass verbunden. Auch der Energieeinlass kann kontaktbehaftet oder kontaktlos sein. Über den Energieeinlass lässt sich elektrische Leistung und somit elektrische Energie von außerhalb des Gehäuses in das Innere des Gehäuses übertragen und über den Laderegler in dem Akkumulator speichern.
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Um die Verbreitung der mobilen elektrischen Speicher zu fördern und somit diese unabhängig von dem Energieverteilnetz zu machen, ist es notwendig, dass die mobilen Speicher möglichst schnell geladen werden können. Vorzugsweise wird ein Laden der Speicher nahe einem Kraftwerk erfolgen. Um dieses schnelle Laden zu ermöglichen, wird nun vorgeschlagen, dass der Energieeinlass und der Laderegler für höhere elektrische Leistungen ausgelegt sind als der Wechselrichter und der Energieauslass.
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Diese bevorzugte Ausführungsform ermöglicht es, dass der mobile Speicher mit einer höheren elektrischen Leistung geladen wird, als der elektrischen Leistung, die von dem mobilen Speicher abgerufen werden kann.
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In der Regel sind herkömmliche Steckdosen bei 3 bis 4 kW elektrischer Leistung abgesichert, was bedeutet, dass in der Regel eine 16 A-Sicherung einen 230 V-Anschluss absichert. Diese Absicherung stellt die maximale elektrische Leistung dar, welche über den Energieauslass abgegeben werden kann. Für eine solche elektrische Leistung kann der Wechselrichter zumindest ausgelegt sein.
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Für den Masseneinsatz des mobilen elektrischen Speichers ist es jedoch notwendig, dass dieser schneller aufgeladen werden kann, als er sich entlädt. Insofern ist es notwendig, dass über den Energieeinlass die elektrische Energie mit einer höheren elektrischen Leistung in den Akkumulator übertragen werden kann, als die elektrische Leistung die durch den Akkumulator über den Energieauslass zur Verfügung gestellt wird. Insofern ist die maximale Stromstärke bzw. auch die maximale Spannung, mit welcher der Akkumulator geladen werden kann, höher, als die maximale Stromstärke bzw. auch die maximale Spannung a, Energieauslass. Sowohl der Laderegler als auch der Energieeinlass müssen für die höhere elektrische Leistung ausgelegt sein, d. h., sie müssen insbesondere eine höhere Durchschlagfestigkeit als auch eine höhere Stromtragfähigkeit haben, als dies beim Energieauslass der Fall ist.
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Insbesondere ist der Energieauslass für elektrische Leistungen eines Niederspannungsnetzes, beispielsweise auf 230 V-Basis ausgelegt. Hierbei kann eine Absicherung gegenüber Strömen von über 16 A vorgesehen sein. Der Energieauslass ist vorzugsweise als standardisierte Steckdose, beispielsweise nachdem Schuko-Standard oder dem British-Standard gebildet.
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Auch ist es möglich, dass der Energieauslass derart eingerichtet ist, dass er sich an ein Niederspannungsnetz, beispielsweise in einem Haushalt anschließen lässt. Somit ließe sich beispielsweise ein Niederspannungsverteilnetz in einem Haushalt durch den gegenständlichen mobilen elektrischen Speicher speisen. Dies könnte beispielsweise bei einem Stromausfall sinnvoll sein, um notwendige Funktionen in einem Haushalt aufrechterhalten zu können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Akkumulator ein Lithium-Ionen-Akkumulator oder ein Lithium-Polymer-Akkumulator ist. Beide Akkumulatorentypen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus, so dass auf kleinem Bauraum mit geringem Gewicht bereits Kapazitäten von 2 bis 4 kWh realisierbar sind.
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Auch kann der Akkumulator ein Metall-Luft Akkumulator sein. Ein solcher kann beispielsweise ein Zink-Luft Akkumulator oder ein Aluminium-Luft Akkumulator sein.
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Bei den letztgenannten kann es jedoch notwendig sein, dass die metallischen Zellen in Intervallen ausgetauscht werden, wenn sie aufgebraucht sind.
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Wie bereits erwähnt, kann der Energieauslass durch Kontakte gebildet sein. Solche Kontakte können beispielsweise in einer Steckdose vorgesehen sein. Eine solche Buchse kann nach Standardanforderungen geformt sein, beispielsweise nach dem Schuko-Standard oder dem British-Standard oder einem anderen geeigneten Standard, welcher in Hausinstallationen zum Einsatz kommt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in dem Gehäuse ein Gleichrichter angeordnet ist, dass der Gleichrichter mit dem Laderegler elektrisch verbunden ist und dass der Energieeinlass mit dem Gleichrichter in Verbindung ist. Es versteht sich, dass ein Akkumulator in der Regel mit Gleichspannung geladen wird. Erfolgt über den Energieeinlass das Laden über Wechselspannung, beispielsweise auch beim Laden mittels magnetischer Induktion, kann es notwendig sein, dass diese Wechselspannung in dem Speicher zunächst gleichgerichtet wird, ehe sie zum Laden des Akkumulators genutzt wird. Aus diesem Grunde ist ein geeigneter Gleichrichter vorgesehen. Der Gleichrichter ist in der Regel zumindest für die gleiche elektrische Leistung ausgelegt, wie der Energieeinlass und der Laderegler, zumindest jedoch nicht für eine kleinere elektrische Leistung.
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Wie erwähnt, kann der Energieeinlass drahtgebunden oder drahtlos sein. Insbesondere kann der Energieeinlass über elektrische Kontakte gebildet sein. Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Energieeinlass als eine elektrische Kontaktbuchse gebildet. Insbesondere ist der Energieeinlass ein Gleichstromeinlass, so dass mittels einer Gleichstromquelle ein unmittelbares Laden des Akkumulators unter Verzicht des Gleichrichters ermöglicht ist. Auch kann kumulativ sowohl ein Gleichrichter als auch ein Gleichstromeinlass vorgesehen sein, so dass ein Laden sowohl mit Gleichstrom als auch mit Wechselstrom oder einem wechselnden Magnetfeld möglich ist und abhängig davon, wie der elektrische Strom in das Gehäuse des Speichers gelangt, der Laderegler entweder von dem Gleichstromeinlass oder von dem Gleichrichter gespeist wird.
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Da der Akkumulator in der Regel eine sehr hohe Energiedichte hat, ist eine besondere Absicherung des Akkumulators notwendig. Aus fertigungstechnischen Gründen ist dabei bevorzugt, dass der Akkumulator, insbesondere auch der Wechselrichter und/oder eine Entladespule in einer Kapselung feuchtigkeitsdicht innerhalb des Gehäuses gekapselt sind. Somit sind die Bauteile, die bei einem Kurzschluss zu sehr hohen Leistungsflüssen führen, innerhalb des Gehäuses gesondert abgedichtet, indem sie zusammen gekapselt werden. Die Kapselung ist vorzugsweise nach IPX7 bis IPX9 gemäß DIN EN 60529 vorzusehen. D. h., dass die Kapselung gegen Spritzwasser, vorzugsweise sogar gegen Untertauchen geschützt ist, so dass ein elektrischer Kurzschluss im Bereich des Akkumulators durch eindringendes Wasser weitestgehend vermieden werden kann. Innerhalb der Kapselung kann zusätzlich noch eine elektrische Sicherung vorgesehen sein, so dass der Akkumulator innerhalb der Kapselung vor einem elektrischen Kurzschluss gesichert ist.
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Um ein induktives Laden zu ermöglichen, insbesondere wenn der mobile Speicher im Masseneinsatz ist, beispielsweise in einem Pfandsystem und eine Vielzahl an mobilen Speichern gleichzeitig in der Nähe eines Kraftwerks geladen werden soll, ist es vorteilhaft, wenn der Energieeinlass als induktive Empfangsspule gebildet ist. Dabei ist bevorzugt, dass die Empfangsspule kontaktlos elektrische Energie von außerhalb des elektrischen Speichers, insbesondere von außerhalb des Gehäuses aufnehmen kann. Die so aufgenommene elektrische Leistung resultiert in einem Stromfluss durch die Empfangsspule, welcher Strom an den Laderegler übertragen werden kann. Hierbei kann vorzugsweise zunächst ein Gleichrichter den in der Empfangsspule induzierten elektrischen Strom gleichrichten und an den Laderegler übergeben.
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Der Laderegler steuert dann das Laden des Akkumulators abhängig insbesondere vom Ladezustand des Akkumulators. Durch die induktive Empfangsspule ist eine galvanische Entkopplung zwischen einer außerhalb des Gehäuses angeordneten Energieversorgung und einem innerhalb des Gehäuses angeordneten Laderegler bzw. Gleichrichter bewirkt. Auch ein Rückstrom ist verhindert, so dass ein elektrischer Kurzschluss auf Seiten der Ladeelektronik durch unsachgemäße Bedienung von außen nicht verursacht werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Energieauslass eine induktive Sendespule sowie eine induktive, mit der Sendespule induktiv gekoppelte Empfangsspule aufweist. Ausgehend von dem Akkumulator und dem Wechselrichter kann zunächst die induktive Sendespule vorgesehen sein. Diese kann beispielsweise als Entladespule innerhalb der Kapselung vorgesehen sein. Außerhalb der Kapselung kann dann die Empfangsspule so angeordnet sein, dass sie induktiv mit der Sendespule gekoppelt ist. Innerhalb der Kapselung kann die Sendespule mit dem Wechselrichter verbunden sein und über den Wechselrichter mit elektrischer Leistung gespeist werden. Außerhalb der Kapselung wird die elektrische Leistung, welche durch die Sendespule in ein magnetisches Wechselfeld umgewandelt wurde, von der Empfangsspule empfangen und in elektrische Leistung umgewandelt. Der induzierte elektrische Strom kann über elektrische Leitungen mit einem elektrischen Kontakt, beispielsweise einer Steckdose in oder an dem Gehäuse verbunden sein.
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Durch das Vorsehen der Sendespule und der Empfangsspule, welche durch die Kapselung voneinander elektrisch getrennt sind, ist eine galvanische Entkopplung zwischen dem elektrischen Kontakt und dem Wechselrichter, mithin dem Akkumulator möglich.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass ein Sensor zur kontaktlosen oder kontaktbehafteten Erfassung eines an dem Gehäuse angeordneten Energieentnahmemittels eingerichtet ist. Ein solches Energieentnahmemittel kann beispielsweise eine Spule sein, welche mit der Entladespule gekoppelt wird. Auch kann das Entnahmemittel ein Stecker sein, welcher mit den elektrischen Kontakten des Energieauslasses verbunden wird. Wenn ein Energieentnahmemittel vorhanden ist, kann die Sendespule und/oder die Entladespule elektrisch über den Wechselrichter gespeist werden, so dass von dem Akkumulator elektrische Energie an das Energieentnahmemittel übertragen werden kann.
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Sobald der Sensor erfasst, dass das Energieentnahmemittel vorhanden ist, kann der Sensor die Entladespule elektrisch aktivieren. Hierzu kann beispielsweise ein Schalter zwischen Akkumulator und Wechselrichter geschlossen werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass an dem Gehäuse eine Ladezustandsanzeige zur Anzeige des Ladezustands des Akkumulators angeordnet ist. Eine solche Ladezustandsanzeige kann beispielsweise auch lediglich anzeigen, ob in dem Akkumulator noch ausreichend elektrische Ladung vorhanden ist oder nicht, um die oben genannte Normspannung zu der oben genannten Normstromstärke für einen gewissen Zeitraum, beispielsweise 10 Sekunden, 20 Sekunden, 1 Minute, 10 Minuten zur Verfügung zu stellen. Auch kann die Anzeige beispielsweise anzeigen, wenn der Ladezustand des Akkumulators unter 10% des vollgeladenen Zustands fällt. Auch kann die Anzeige solange einen vorhandenen Ladezustand anzeigen, bis der Ladezustand unter einen gewissen Grenzwert fällt.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in dem Gehäuse ein kontaktlos auslesbarer Speicher angeordnet ist. In dem Speicher können verschiedenste Informationen über den Akkumulator und den mobilen Speicher gespeichert sein.
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Beispielsweise kann eine Information eine Information über den Ladezustand (State of Charge, SOC) des Akkumulators sein. Somit ist es möglich, kontaktlos auszulesen, welchen Ladezustand der Akkumulator hat.
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Die Information über den Ladezustand des Akkumulators als auch alle anderen genannten Informationen können beispielsweise auch über ein drahtloses Kommunikationsmodul, beispielsweise ein W-LAN Modul, ein NFC-Modul, ein RFID-Modul, oder ein anderes Nahfeldkommunikationsmodul, beispielsweise ein Bluetooth-Modul ausgesendet werden. Auch kann sich der mobile Speicher mittels des Kommunikationsmoduls in ein Heimnetzwerk einwählen. Auch ist es möglich, dass das Kommunikationsmodul ein Mobilfunkmodul ist, über welches eine Weitverkehrsverbindung aufgebaut werden kann. Somit kann der mobile Speicher beispielsweise seine Informationen an einen zentralen Rechner übermitteln. Hiermit ist es möglich, den Zustand vieler mobiler Speicher zu erfassen und hieraus Informationen über einen zukünftigen Bedarf abzuleiten.
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Für das Laden und Austauschen des mobilen Speichers, beispielsweise das Austauschen eines veralteten Akkumulators, kann eine Information über die Anzahl der Ladezyklen von Interesse sein. Insofern kann eine solche Information ebenfalls in dem Speicher gespeichert sein.
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Auch kann die Dauer der einzelnen Ladezyklen eine Auskunft darüber geben, welchen Zustand der Akkumulator hat. Abhängig hiervon kann beispielsweise ein Austauschen eines mobilen Speichers aus einem Pfandsystem erfolgen.
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Auch kann von Interesse sein, wie weit ein mobiler Speicher im Betrieb tatsächlich entladen wird. Hierzu kann beispielsweise gespeichert werden, wieviel elektrische Energie der Akkumulator innerhalb eines Entladezyklus oder in seiner Gesamtlebensdauer abgegeben hat.
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Für die Auswertung der Nutzung von mobilen Speichern können beispielsweise Positionsdaten von Interesse sein. Insofern können Positionsdaten, mithin der Verlauf von Positionsdaten, in dem mobilen Speicher gespeichert werden. Diese Informationen können beispielsweise mit einem Zeitstempel versehen werden. Auch können weitere, unter anderem die hier aufgezählten Informationen ebenfalls mit einem Zeitstempel versehen gespeichert werden, so dass ein zeitlicher Verlauf der jeweiligen Informationen nachvollziehbar ist. Dabei kann beispielsweise das Entladen eines Akkumulators an einer bestimmten Position zu einem bestimmten Zeitpunkt nachvollzogen werden, um so Rückschlüsse auf die Nutzung des mobilen Speichers ziehen zu können.
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Auch kann eine eindeutige Adresse des mobilen Speichers in dem Speicher vorhanden sein, so dass der mobile Speicher eindeutig identifiziert werden kann. Auch eine eindeutige Adresse bzw. Identifikation des Akkumulators kann sinnvoll sein, wenn beispielsweise Akkumulatoren in mobilen Speichern ausgetauscht werden. Dann lässt sich nachvollziehen, welche Akkumulatoren in welchem Speicher vorhanden sind.
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Schließlich lässt sich auch die Speicherkapazität des Akkumulators in dem Speicher ablegen, so dass feststellbar ist, für welche Anwendungen der jeweilige Speicher geeignet ist. Die entsprechenden Informationen können kontaktlos ausgelesen oder ausgesendet werden.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Energieauslass für elektrische Leistung von bis zu 3 kW ausgelegt ist und/oder dass der Energieeinlass für elektrische Leistung von zumindest 20 kW, vorzugsweise 50 kW, vorzugsweise 75 kW ausgelegt ist. Die entsprechende Auslegung erfolgt über die Stromtragfähigkeit als auch die Durchschlagfestigkeit der jeweiligen Komponenten. Der Laderegler kann auch für ein Laden mit bis zum 150C ausgelegt sein, so dass der Akkumulator sehr schnell geladen werden kann.
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Um zu verhindern, dass über den Energieeinlass elektrische Energie des Akkumulators abfließt und auch um zu verhindern, dass am Energieeinlass ein Kurzschluss entstehen kann, wird vorgeschlagen, dass ein Stromflusssensor am Energieeinlass eine Stromflussrichtung überwacht. Nur beim Laden des Akkumulators kann der Energieeinlass mit dem Akkumulator verbunden sein, ansonsten kann eine galvanische Trennung vorgesehen sein. Dies ist über die Detektion der Stromflussrichtung möglich, welche vom Energieeinlass zum Akkumulator sein muss, um den Energieeinlass mit dem Akkumulator elektrisch zu verbinden.
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Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass ein Schalter am Energieeinlass angeordnet ist und dass der Schalter bei einem durch einen Stromflusssensor erfassten Leistungsfluss vom Gleichrichter zum Energieeinlass die elektrische Verbindung zwischen dem Energieeinlass und dem Laderegler trennt.
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Eine entsprechend Anordnung mit Schalter und/oder Stromsensor kann auch am Energieauslass zwischen dem Energieauslass und dem Wechselrichter vorgesehen sein. In diesem Fall kann nur ein Strom vom Wechselrichter zum Energieauslass ermöglicht sein.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der Akkumulator und das Gehäuse derart ausgelegt sind, dass der Speicher eine Energiedichte von zumindest 4 kWh/dm3 hat. Durch die Verwendung von Metall-Luft Akkumulatoren, Lithium-Ionen Akkumulatoren oder Lithium-Polymer Akkumulatoren sowie die Reduzierung von Bauräumen für die sonstigen elektrischen Komponenten kann die geforderte Energiedichte erreicht werden.
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Auch kann es sinnvoll sein, dass der Akkumulator und das Gehäuse derart ausgelegt sind, dass der Speicher eine Energiedichte von zumindest 4 kWh/kg hat. Durch möglichst leichte Materialien für Gehäuse und elektrische Komponenten kann die Energiedichte entsprechend ausgelegt werden, so dass der mobile Speicher ohne weiteres durch eine Person getragen werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse ein Volumen von zwischen 1 bis 3 dm3 hat und oder dass der Akkumulator eine Kapazität von 1 bis 4 kWh hat.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass in dem Gehäuse ein Ortbestimmungsmittel vorgesehen ist. Dies kann insbesondere ein GPS- oder Galileo Sensor sein. Mit Hilfe des Ortbestimmungsmittels können Standortdaten in dem Speicher abgelegt werden. Diese können vorzugsweise mit einem Zeitstempel abgelegt werden, so dass in Verbindung mit dem zuvor genannten Informationen ein genaues Bild des mobilen Speichers im zeitlichen und räumlichen Verlauf gezeichnet werden kann.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass der mobile Speicher eine Steckdose aufweist und dass diese Steckdose eine mechanische Kindersicherung aufweist. Insbesondere ist der Akkumulator durch eine hohe Energiedichte gekennzeichnet, so dass eine Absicherung vor unsachgemäßer Bedienung notwendig ist.
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Um einen Kurzschluss zu verhindern, ist zwischen dem Akkumulator und dem Energieauslass eine elektrische Sicherung vorgesehen. Die elektrische Sicherung kann die Spannung zwischen den Kontakten am Energieauslass überwachen und freischalten, sobald ein Kurzschluss an dem Ausgang aufgehoben ist.
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Wie bereits erwähnt, kann der mobile elektrische Speicher insbesondere als Teil eines Pfandsystems verwendet werden. Hierzu ist es notwendig, dass eine Mehrzahl von mobilen elektrischen Speichern möglichst zeitgleich geladen werden können. Dies kann beispielsweise durch induktive Ladung erfolgen. Insbesondere kann das Laden in der Nähe eines Kraftwerks erfolgen. Für ein optimales induktives Laden ist es notwendig, dass möglichst viele mobile elektrische Speicher auch möglichst dicht im Raum nebeneinander angeordnet werden können. Um die mobilen elektrischen Speicher nebeneinander anzuordnen, wird vorgeschlagen, dass das Gehäuse zumindest zwei parallel zueinander verlaufende Außenwände aufweist und dass diese beiden Außenwände insbesondere zueinander komplementäre Profile aufweisen. Hierdurch lässt sich eine hohe Packungsdichte erreichen, da auch mehrere Speicher übereinander gestapelt werden können. Insbesondere ist der mobile Speicher so gestaltet, dass seine äußeren Kanten einen Kubus aufspannen, so dass die mobilen Speicher möglichst mit hoher Packungsdichte zueinander gepackt werden können.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird vorgeschlagen, dass zumindest zwei mobile Speicher nebeneinander auf einem Trägersystem angeordnet werden können. Ein Trägersystem kann beispielsweise eine Trägerpalette sein, auf die eine Vielzahl von mobilen Speichern neben und/oder übereinander angeordnet werden können. Dieses Trägersystem kann zum Transport der mobilen Speicher zwischen Ladestation, insbesondere am Kraftwerk, und Einzelhandel genutzt werden. Zurückgenommene Speicher werden auf dem Trägersystem nebeneinander gelagert und anschließend mit Hilfe des Trägersystems zur Ladestation, insbesondere im Bereich des Kraftwerks transportiert. Dort kann ein automatisches Aufladen erfolgen, in dem die Vielzahl der mobilen Speicher auf einem Trägersystem vorzugsweise induktiv gleichzeitig geladen wird.
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Um ein automatisches Aufladen zu erleichtern, wird vorgeschlagen, dass die elektrischen Speicher durch das Trägersystem einer Ladevorrichtung automatisch zugeführt werden können. Hierzu kann an dem Trägersystem eine bodenseitige Führung vorgesehen sein. Über die bodenseitige Führung ist es möglich, dass ein Transportband oder ein Transportgürtel das Trägersystem aufnimmt. Dieses Transportband oder der Transportgürtel kann das Trägersystem einer Ladevorrichtung zuführen und aus der Ladevorrichtung herausführen, so dass die dann aufgeladenen mobilen Speicher wiederum dem Pfandsystem zugeführt werden können.
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Um ein induktives Laden zu erleichtern, ist es von Vorteil, wenn das magnetische Feld durch das Material des Gehäuses nur gering beeinflusst wird. Dies wird dann erreicht, wenn die Permeabilitätszahl μr zumindest der Gehäusewand des mobilen Speichers, an der die Ladespule angeordnet ist, zwischen 0,9 und 1,1 liegt. Insbesondere werden die elektrischen Speicher gleichgeordnet auf dem Trägersystem angeordnet, so dass jeweils eine gleiche Gehäusewand, beispielsweise eine Bodenwand oder eine Seitenwand eines Speichers einer gemeinsamen Wand des Trägersystems zugewandt ist.
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Um das Laden mittels Induktion zu vereinfachen, ist es sinnvoll, dass alle Speicher auf dem Trägersystem gleich ausgerichtet sind und mithin alle Ladespulen entsprechend gleich ausgerichtet sind. Aus diesem Grunde wird vorgeschlagen, dass die elektrischen Speicher jeweils derart auf dem Trägersystem angeordnet sind, dass deren Empfangsspulen des Energieeinlasses jeweils in eine gleiche Richtung weisen bzw. magnetisch gleich ausgerichtet sind, insbesondere die Flächennormalen der wirksamen Spulenfläche in eine im Wesentlichen gleiche Richtung zeigen.
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Darüber hinaus wird ein Verfahren zum Laden eines mobilen Speichers vorgeschlagen, bei dem zumindest zwei mobile Speicher auf einem gemeinsamen Trägersystem angeordnet werden, das Trägersystem mit einer Transportvorrichtung einer stationären Ladevorrichtung zugeführt wird und die stationäre Ladevorrichtung ein magnetisches Wechselfeld gleichzeitig in den auf dem gemeinsamen Träger angeordneten Speichern induziert und in den Empfangsspulen der jeweiligen mobilen Speicher mittels des magnetischen Wechselfeldes ein Ladestrom induziert wird.
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Die zuvor genannten Verfahren können auch als Computerprogramm oder als auf einem Speichermedium gespeichertes Computerprogramm realisiert werden. Hierbei kann ein Mikroprozessor zur Durchführung der jeweiligen Verfahrensschritte durch ein Computerprogramm geeignet programmiert sein.
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Die Merkmale der Verfahren und Vorrichtungen sind frei miteinander kombinierbar. Insbesondere können Merkmale und Teilmerkmale der Beschreibung und/oder der abhängigen sowie unabhängigen Ansprüche, auch unter vollständiger oder teilweiser Umgehung von Merkmalen oder Teilmerkmalen der unabhängigen Ansprüche, in Alleinstellung oder frei miteinander kombiniert eigenständig erfinderisch sein.
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Nachfolgend wird der Gegenstand anhand einer Ausführungsbeispiele zeigenden Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 ein schematisches Blockschaltbild eines mobilen elektrischen Speichers gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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2 ein schematisches Blockschaltbild eines mobilen Speichers gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
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3 eine schematische Ansicht eines Energieauslasses gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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4 eine schematische Ansicht eines auslesbaren Speichers in einem mobilen Speicher gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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5a ein schematisches Blockschaltbild eines Akkumulators in einem mobilen Speicher;
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5b ein schematisches Blockschaltbild eines Speicherzellenmoduls eines Akkumulators in einem mobilen Speicher;
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6 eine Ansicht eines mobilen Speichers von außen gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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7 eine Ansicht von oben auf mobile elektrische Speicher gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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8 eine Ansicht von mobilen elektrischen Speichern mit einem Trägersystem gemäß einem Ausführungsbeispiel;
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9 eine automatische Ladevorrichtung für eine Vielzahl von mobilen elektrischen Speichern gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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1 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines mobilen elektrischen Speichers 2 mit einem Gehäuse 4. An dem Gehäuse 4 ist ein Energieeinlass 6 vorgesehen, der entweder in oder an dem Gehäuse 6 vorgesehen sein kann. Der Energieeinlass 6 ist durch eine Gleichspannungsbuchse 6a und/oder eine Wechselspannungsbuchse 6b gebildet. In der Gleichspannungsbuchse 6a sind zwei elektrische Kontakte 8a vorgesehen, über die eine externe Energieversorgung mit Gleichspannung angeschlossen werden kann. In der Wechselspannungsbuchse 6b sind zwei elektrische Kontakte 8b vorgesehen, über welche eine externe Wechselspannungsquelle mit dem mobilen Speicher 2 verbunden werden kann.
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Ausgehend von den elektrischen Kontakten 8b ist im Inneren des Gehäuses 4 ein Gleichrichter 10 vorgesehen. Der Gleichrichter 10 richtet die eingehende Wechselspannung an den Kontakten 8b in eine Gleichspannung um, welche vorzugsweise die gleiche Normspannung hat, welche an den elektrischen Kontakten 8a der Gleichspannungsbuchse 6a anzuliegen hat. Dies können durchaus mehrere 100 Volt sein, abhängig von der möglichen Ladegeschwindigkeit des mobilen Speichers 2.
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Zur Sicherung der elektrischen Kontakte 8a, 8b sind diese mechanisch vor Berührung geschützt.
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Ausgehend von dem Gleichrichter 10a bzw. den elektrischen Kontakten 8a ist eine Überwachungsschaltung 12 vorgesehen. Die Überwachungsschaltung 12 überwacht die Stromflussrichtung von und zu den elektrischen Kontakten 8a, 8b. Mit Hilfe der Überwachungsschaltung 12 ist es möglich, dass nur ein Stromfluss von den elektrischen Kontakten 8a, 8b hin zum Akkumulator 14 möglich ist, nicht jedoch zurück.
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Die Überwachungsschaltung 12 ist nicht zwingend nur an der gezeigten Stelle möglich. Vielmehr ist es auch möglich, dass alternativ oder kumulativ eine Überwachungsschaltung 12 zwischen den elektrischen Kontakten 8a und dem Ausgang des Gleichrichters 10 vorgesehen ist, so dass wenn über die elektrischen Kontakte 8b geladen wird, die elektrischen Kontakte 8a stromlos sind. Gleiches kann auch in die andere Richtung wirken, indem beispielsweise der Gleichrichter 10 mit einer Überwachungsschaltung versehen ist oder wenn unmittelbar am Ausgang des Gleichrichters 10 eine entsprechende Überwachungsschaltung vorgesehen ist.
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Am Ausgang der Überwachungsschaltung 12 schließt sich ein Laderegler 16 an, der für das Lademanagement für den Akkumulator 14 verantwortlich ist. Der Laderegler 16 ist so eingerichtet, dass der Akkumulators 14 mit 10C, vorzugsweise 20C, besonders bevorzugt 50C, insbesondere 150C, geladen werden kann. Hierdurch wird ein sehr schnelles Laden des Akkumulators 14 ermöglicht. Zum schnellen Laden des Akkumulators 14 sind die elektrischen Komponenten am Eingang des Akkumulators 14 für hohe Ströme und/oder hohe Spannungen, insbesondere hohe elektrische Leistungen auszulegen.
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Das heißt, dass sowohl die elektrischen Kontakte 8a, 8b, der Gleichrichter 10, die Überwachungsschaltung 12 und der Laderegler 16 für große elektrische Leistungen ausgelegt sein müssen. Insbesondere sind die Komponenten für höhere elektrische Leistungen ausgelegt, als es die Komponenten sind, die am Ausgang des Akkumulators 14 vorgesehen sind und nachfolgend beschrieben werden.
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Am Akkumulator 14 ist ein Sensor 18 vorgesehen. Der Sensor 18 überwacht den Ladezustand des Akkumulators 14 und meldet Informationen über den Akkumulator 14 an den Laderegler 16 zurück. Entsprechend der Information über den Akkumulator 14 steuert der Laderegler 16 den Ladestrom.
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Ferner ist der Sensor 18 mit einer Anzeige 20 verbunden, welche optisch und/oder akustisch sein kann. Mit Hilfe der Anzeige 20 kann dem Nutzer des mobilen Speichers 2 signalisiert werden, ob der Akkumulator 14 noch ausreichend Ladung hat oder nicht.
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Ausgangsseitig des Akkumulators 14 ist ein Wechselrichter 22 vorgesehen. Der Wechselrichter 22 ist so eingerichtet, dass er die Gleichspannung des Akkumulators 14 in eine vorgegebene Wechselspannung wechselrichtet. Hier eignet sich beispielsweise eine Wechselspannung von 220 Volt. Auch sind in anderen Regionen Wechselspannungen von 230 Volt oder auch 115 Volt möglich. Entsprechend des Einsatzgebietes des mobilen Speichers 2 ist der Wechselrichter 22 eingerichtet.
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Ausgangsseitig des Wechselrichters 22 ist eine Sicherung 24 vorgesehen, welche den Strom vom Akkumulator 14 zu dem Energieauslass 26 überwacht. Die Sicherung 24 ist vorzugsweise auf einen Maximalstrom von 16 Amper eingestellt, es sind jedoch auch andere Sicherungen 24 möglich.
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Über den Energieauslass 26, der vorzugsweise elektrische Kontakte 28a aufweist, kann elektrische Energie von dem mobilen Speicher 2 bezogen werden. Durch entsprechende Einrichtung des Wechselrichters 22 und der Sicherung 24 ist an den elektrischen Kontakten 28 eine identische Spannung mit einer identischen Frequenz abzurufen, wie dies im Verteilnetz eines Haushaltes möglich wäre. Der mobile Speicher 2 stellt somit eine ortsungebundene Energieversorgung dar. Durch entsprechende Dimensionierung des Akkumulators 14 können Dinge des täglichen Bedarfs, wie beispielsweise die Bedienung eines Föns, die Bedienung eines Staubsaugers, die Bedienung von Lampen, die Bedienung von Computern und dergleichen ortsungebunden und völlig unabhängig vom Verteilnetz in einem Haushalt ermöglicht werden.
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Der Akkumulator 14 ist dabei vorzugsweise so dimensioniert, dass er eine Speicherkapazität von mehr als einer Kilowattstunde, vorzugsweise 1–4 Kilowattstunden, aufweist. Mit einer solchen Kapazität lassen sich die meisten Dinge des häuslichen Bedarfs für eine ausreichend lange Zeit bedienen.
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Das Gehäuse 4 ist vorzugsweise spritzwassergeschützt, wobei in dem Gehäuse 4 zumindest der Akkumulator 14 nochmals getrennt abgesichert sein kann, wie dies in 2 dargestellt ist.
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2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines mobilen Speichers 2. Auch hier ist eine Gleichspannungsbuchse 6a vorgesehen, wobei diese jedoch nur der Vollständigkeit halber gezeigt ist, und gemäß einem Ausführungsbeispiel auch entfallen kann. Darüber hinaus ist die Wechselspannungsbuchse 6b gegenüber 1 durch eine Empfangsspule 6c ersetzt. Die Empfangsspule 6c ist vorzugsweise an einer Außenwand des mobilen Speichers 2 bzw. des Gehäuses 4 angeordnet. Die Empfangsspule 6c ist zum induktiven Laden des Akkumulators 14 eingerichtet und lässt sich über eine externe Sendespule (nicht gezeigt), welche an dem mobilen Speicher 2 angelegt wird bzw. im Bereich des mobilen Speichers 2 ein wechselndes Magnetfeld erzeugt, aktivieren. Diese Sendespule kann z. B. zum Laden einer Vielzahl von Speichern 2 in einem Kraftwerk angeordnet sein.
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Über die magnetische Induktion wird ein Ladestrom in der Empfangsspule 6c induziert. Der Ladestrom wird von der Empfangsspule 6c bzw. der Wechselspannungsbuchse 6b über elektrische Leitungen in ein zweites Gehäuses 30 geführt. Das zweite Gehäuse 30 sowie die Kabeldurchführung an dem zweiten Gehäuse 30 sind gegenüber Wassereintritt vorzugsweise besser abgesichert als das Gehäuse 4. Insbesondere erfolgt eine Absicherung nach den Schutzklassen IPX6, IPX7 oder IPX8, was ein Schutz gegen Spritzwasser, kurzes Untertauchen bzw. langes Untertauchen bedeutet.
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Innerhalb des Gehäuses 30 ist der Gleichrichter 10 angeordnet. Dieser kann jedoch auch noch außerhalb des Gehäuses 30 vorgesehen sein. Ausgehend von dem Gleichrichter 10 ist der Laderegler 16 vorgesehen. In dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der Einfachheit halber die Überwachungsschaltung 12 nicht vorgesehen bzw. nicht eingezeichnet. Der Laderegler übernimmt das Laden des Akkumulators 14. Der Sensor 18 ist ebenfalls der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet oder kann entfallen.
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Ausgangsseitig des Akkumulators 14 ist der Wechselrichter 22 angeordnet. Der Wechselrichter 22 kann über eine geeignete Steuerung bedarfsweise aktiviert bzw. deaktiviert werden. Hierzu kann ein Sensor 32, der beispielsweise ein Näherungssensor 32 ist, ein Steuersignal in den Wechselrichter 22 einspeisen. Der Näherungssensor 32 kann überwachen, ob in der Nähe des mobilen Speichers 2 bzw. des Energieauslasses 26 ein Gegenstand ist, beispielsweise ein Stecker. Nur für den Fall, dass ein Gegenstand durch den Näherungssensor 32 detektiert wurde, insbesondere ein Stecker, kann der Wechselrichter 22 aktiviert werden. Hierzu ist der Näherungssensor 32 vorzugsweise so angeordnet, dass er vorzugsweise nur die Anwesenheit eines Steckers am Energieauslass 26 detektiert. Der Näherungssensor 32 ist daher vorzugsweise in oder in unmittelbarer Nähe des Energieauslasses 26 angeordnet. Fehlaktivierungen des Wechselrichters 22 können somit minimiert werden, in dem nur die Anwesenheit eines Steckers detektiert wird, nicht jedoch beispielsweise die Anwesenheit einer Hand. Der Näherungssensor kann daher beispielsweise auch so eingerichtet sein, dass er nur Gegenstände detektiert, welche einen metallischen Anteil haben.
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Sobald der Wechselrichter aktiviert ist, liegt an seinem Ausgang eine Wechselspannung an. Die Wechselspannung wird zunächst einer Sendespule 34 zugeführt. Das durch die Sendespule erzeugt Magnetfeld induziert in einer Empfangsspule 36 wiederum einen elektrischen Strom. Durch die Sendespule 34 und die Empfangsspule 36 erfolgt eine galvanische Entkopplung zwischen dem Ausgang des Akkumulators 14 und den elektrischen Kontakten 28 des Energieauslasses 26.
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Durch die lediglich magnetische Kopplung zwischen Sendespule 34 und Empfangsspule 36 kann das Gehäuse 30 sehr gut abgedichtet werden, um insbesondere die geforderten Schutzklassen einzuhalten.
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Ausgangsseitig der Empfangsspule 36 schließt sich die elektrische Sicherung 24 an, die dann den Wechselstrom an den Energieauslass 26 weiterleitet.
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3 zeigt schematisch ein Detail im Bereich eines Energieauslasses 26. In 3 ist der Energieauslass 26 als Schuko-Steckdose ausgeführt, kann jedoch auch anders ausgeführt sein. Die elektrischen Kontakte 28a sind als Aufnahmen gebildet, welche Kontaktstifte von Schuko-Steckern aufnehmen können. Im Bereich der Steckdose des Energieauslasses 26 kann der Näherungssensor 32 vorgesehen sein. Alternativ oder kumulativ kann ein weiterer Näherungssensor 32 außerhalb des Energieauslasses 26 vorgesehen sein. Über den Näherungssensor 32 lässt sich die Anwesenheit eines Steckers detektieren und dieses Signal wird, wie zuvor beschrieben, in das Innere des Gehäuses 30 geführt und dort entsprechend verarbeitet. Vorzugsweise wird dies dazu genutzt, um den Wechselrichter 32 anzusteuern. Auch kann das Signal dazu genutzt werden, einen Schalter zwischen Akkumulator 14 und Sendespule 34 zu öffnen oder zu schließen, um somit eine Magnetisierung der Sendespule 34 abhängig von der Anwesenheit eines Gegenstandes im Bereich des Näherungssensors 32 zu steuern.
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Darüber hinaus ist die Anzeige 20 dargestellt, welche dem Nutzer den Ladestatus des Akkumulators 14 anzeigt und mit dem Sensor 18 verbunden ist.
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Der mobile Speicher 2 soll vorzugsweise so gestaltet sein, dass er nahe einem Kraftwerk durch einen Betreiber geladen wird, über den Einzelhandel den Kunden zur Verfügung gestellt wird und anschließend wieder zurückgenommen wird um erneut geladen zu werden. Hierdurch soll ein Kreislaufsystem zur Verfügung gestellt werden, mit welchem die mobilen Speicher 2 mehrfach nutzbar dem Kunden zur Verfügung gestellt werden. Ein entsprechendes Pfandsystem kann eingerichtet sein. Zur Ermöglichung dieses Pfandsystems ist es hilfreich, wenn der Betreiber Kenntnisse über den Zustand des mobilen Speichers 2 bzw. des Akkumulators 14, dessen Nutzungshistorie als auch dessen Positionsinformationen hat.
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Aus diesem Grunde ist, wie in 4 angedeutet, an dem Akkumulator 14, insbesondere innerhalb des Gehäuses 4, insbesondere innerhalb des Gehäuses 30 ein fernauslesbarer Speicher 38 vorgesehen, welcher aus einer Speicherbank 38a und einem Sende- und Empfangsmodul 38b gebildet ist. Neben dem Sende- und Empfangsmodul 38 kann ein Positionssensor (nicht dargestellt) an den Speicher 38 angeschlossen sein. Dieser Positionssensor kann beispielsweise ein GPS oder Galileo-Sensor sein und mit Zeitstempel versehene Positionsdaten dem Speicher 38 zuführen.
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Vorzugsweise werden alle Daten in dem Speicher 38 versehen mit Zeitstempeln gespeichert, so dass zeitliche Korrelationen zwischen den gespeicherten Daten ermitteln werden können.
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In dem Speicher 38 wird dazu beispielsweise der Ladezustand des Akkumulators 14, welcher vom Sensor 18 erfasst wird, in Intervallen abgespeichert. Hierbei kann beispielsweise das Entladeverhalten als auch das Ladeverhalten des Akkumulators 14 überwacht werden. Abhängig davon, ob der Laderegler 16 aktiviert ist oder nicht, was ebenfalls in dem Speicher 38 gespeichert sein kann, wird erfasst, wie sich der Ladezustand des Akkumulators 14 verändert. Hierbei kann beispielsweise auch die Ladespannung und der Ladestrom erfasst werden. Beim Entladen des Akkumulators 14, also wenn der Wechselrichter 22 aktiviert ist, kann ebenfalls der Ladezustand sowie der Entladestrom und Entladespannung laufend überwacht und in dem Speicher 38 abgelegt werden.
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Darüber hinaus kann die Anzahl der Ladezyklen des mobilen Speichers 2 in dem Speicher 38 gespeichert werden. Auch kann die Dauer einzelner Ladezyklen in den Speicher 38 gespeichert werden. Darüber hinaus kann in dem Speicher 38 eine eindeutige Kennung sowohl des mobilen Speichers 2 als auch des Akkumulators 14 abspeichern. Dies kann beispielsweise einerseits eine MAC-Adresse des Speichers 38 sein und für den Akkumulator 14 kann dies eine eineindeutige Kennung sein.
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Alle in dem Speichermodul 38a des Speichers 38 gespeicherten Informationen lassen sich kontaktlos über das Sende- und Empfangsmodul 38b auslesen. Auch lassen sich Daten über das Sende- und Empfangsmodul 38b in das Speichermodul 38a einlesen. Hierbei kann beispielsweise eine Information über denjenigen, der einen Ladevorgang durchführt, gespeichert werden. Dies kann beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn der mobile Speicher 2 in einem Kreislaufsystem verwendet wird und verschiedene Teilnehmer den Ladevorgang übernehmen. Wird gespeichert, wer aktuell den mobilen Speicher 2 lädt, kann eine Beschädigung durch unsachgemäßes Laden einem Teilnehmer zugeordnet werden. Auch kann erfasst werden, ob beim Laden der Nutzer selbst den Ladevorgang versucht hat, dann ist nämlich keine Kennung des Teilnehmers der lädt vorhanden und gespeichert, oder ob das Laden durch einen autorisierten Teilnehmer erfolgt, da dann der Teilnehmer ja eine entsprechende Kennung in das Speichermodul 38a einschreibt. Wird der Akkumulator 14 beispielsweise durch einen Ladeversuch des Nutzers geschädigt, kann dies nachvollzogen werden, da dann die Ladeinformationen in dem Speicher 38 vorliegen, ohne dass zeitgleich Informationen zu einem berechtigten Teilnehmer zum Laden in dem Speicher 38 abgelegt sind.
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Das Sende- und Empfangsmodul 38b kann ein Nachfeldkommunikationsmodul oder ein Fernfeldkommunikationsmodul sein. Hier eignen sich beispielsweise NFC und Bluetooth als Nachfeldkommunikationsmittel. Das Sende- und Empfangsmodul 38b kann aber auch ein Weitverkehrsnetz ansprechen, insbesondere ein Mobilfunknetz oder ein anderes Funknetz, beispielsweise WLAN und kann so fernausgelesen werden. Auch kann eine Kombination von Nahfeld- und Fernfeldkommunikation möglich sein, insbesondere kann die Nahfeldkommunikation beim Laden durch einen autorisierten Teilnehmer sinnvoll sein, um eine Vielzahl von mobilen Speichern 2 möglichst in sehr kurzer Zeit auslesen zu können. Hierzu wird der mobile Speicher 2 mit einer Vielzahl anderer mobiler Speicher 2 durch ein Lesefeld geführt, welches ein sehr schnelles Auslesen einer Vielzahl von mobiler Speicher 2 ermöglicht.
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5a zeigt schematisch einen Akkumulator 14 mit einer Vielzahl von Speicherzellenmodule 14a. Die Speicherzellenmodule 14a sind vorzugsweise in einer Mehrzahl in Reihe geschaltet und anschließend in einer Mehrzahl parallel geschaltet. Über die Anzahl der Speicherzellenmodule 14a in Reihe lässt sich die Ausgangsspannung des Akkumulators 14 einstellen und über die Anzahl aller Speicherzellenmodule 14a unter Berücksichtigung der parallel geschalteten Stränge ergibt sich die Speicherkapazität. Ein Speicherzellenmodul 14a hat jeweils einen Eingangskontakt 7a, einen Ausgangskontakt 7b sowie einen Balancing Kontakt 7c.
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Über Dioden 40a–d lässt sich die Stromflussrichtung in Richtung des Akkumulators 14 beim Laden und Entladen steuern, so dass ein Ladestrom zunächst ausschließlich in die Speicherzellenmodule 14a des Akkumulators 14 fließen. Außerdem kann so verhindert werden, dass ein Rückstrom vom Akkumulator 14 hin zu dem Energieeinlass 6 erfolgt.
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Ein Sensor 18 ist in einer vorzugsweisen Ausführungsform mit mindestens zwei der Balancing-Anschlüsse 7c von zumindest zwei Speicherzellenmodule 14a verbunden. Gezeigt ist, dass die Balancing Anschlüsse 7c jeweils getrennt zum Sensor geführt sind. Es ist natürlich auch möglich, dass die Balancing Anschlüsse über eine Busleitung zusammengeführt sind.
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In 5b ist ein schematisch Speicherzellenmodul 14a abgebildet. In diesem Speicherzellenmodul 14a ist eine Speicherzelle 14b vorgesehen. Ein Pluspol der Speicherzelle 14b ist mit einem Schutzschalter 19a gesichert. Der Schutzschalter 19a kann in einem Zellen-Einzelsensor 18a verbaut sein. Über den Schutzschalter 19a ist der Pluspol der Speicherzelle 14b mit dem Anschluss 7a verbunden. Der Schutzschalter 19a kann beispielsweise ein Thermoschutzschalter sein.
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Darüber hinaus kann eine Balancer Schaltung 19b zum Speicherzellenschutz sowie zum Speicherzellen-Ladekapazitätsausgleich aller Speicherzellen 14b des Akkumulators 14 den Schutzschalter 19a ein- oder ausschalten.
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Die Speicherzelle führt in der hier dargestellten Ausführungsform ihren Minuspol zum elektrischen Kontakt 7b. Zu Ladeausgleichs- und/oder Kommunikationszwecken dient der Balancing-Anschluss 7c. Dieser kann separat für jedes Speicherzellenmodul 14a mit dem Sensor 18 verbunden oder auf einer Busleitung zusammengeführt sein.
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6 zeigt einen mobilen Speicher 2 von außen. Das Gehäuse 4 ist vorzugsweise kubisch mit vorzugsweise parallel zueinander verlaufenden Seitenwänden. Ein Barcode 42 kann auf dem Gehäuse 4 aufgebracht sein, womit sich der Speicher 2 mittels eines Scanners (nicht dargestellt) eindeutig identifizieren lässt. Zu erkennen ist, dass an einer Oberfläche der Energieauslass 26 als Schuko-Steckdose ausgeführt ist. Auch ist möglich, dass der Energieauslass 26 als Steckdose nach dem British Standard oder einem anderen Standard ausgeführt ist. Insbesondere ist der Energieauslass 26 jedoch als standardisierte Steckdose ausgeführt. Vorzugsweise ist der Energieauslass 26 als Niederspannungssteckdose ausgeführt.
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Um ein Kreislaufsystem möglichst effizient zu gestalten, müssen die mobilen Speicher 2 gut transportierbar sein, als auch gut gemeinsame geladen werden können. Hierzu ist es vorteilhaft, wenn die mobilen Speicher 2 sich einfach stapeln lassen um so auf gemeinsamen Trägersystemen transportiert werden zu können.
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7 zeigt eine Draufsicht von oben auf dicht gepackte Speicher 2. Hier ist zu erkennen, dass jeweils zwei einander gegenüberliegende Seitenwände 2a, 2b zueinander komplementäre Profile haben. In der 7 ist dies ein Rücksprung respektive ein Vorsprung. Hierdurch können mehrere mobile Speicher 2 besonders einfach nebeneinander angeordnet werden. Um zu verhindern, dass die mobilen Speicher 2 sich im Bereich des Energieauslasses 26 verkanten, ist vorgesehen, dass Vorsprünge 44 an den jeweiligen Seitenwänden, an denen der Energieauslass 26 vorgesehen ist, vorgesehen sind. Die Vorsprünge 44 sind so, dass diese möglichst in einer Ebene mit der Abschlussfläche des Energieauslasses 26 abschließen, so dass sich die mobilen Speicher 2 hintereinander stapeln lassen, ohne dass sie sich im Bereich des Energieauslasses 26 verkanten.
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8 zeigt eine Mehrzahl von mobilen Speichern 2 auf einem Trägersystem 46. Durch die in 7 gezeigte Gestaltung der Gehäuse 4 lassen sich die mobilen Speicher 2 sehr gut nebeneinander stapeln und es lässt sich eine hohe Packungsdichte erzielen. Über das Transportsystem 46 können die Speicher 2 in mehreren Lagen übereinander und in mehreren Spalten und Reihen nebeneinander gelagert und transportiert werden. Bei der Lagerung der mobilen Speicher 2 auf dem Transportsystem 46 ist vorgesehen, dass die mobilen Speicher 2 jeweils gleich ausgerichtet sind, so dass die Empfangsspulen 6c aller mobiler Speicher 2 in die gleiche Richtung weisen. Vorzugsweise sind die Empfangsspulen 6c mit ihrer wirksamen Fläche, also deren Flächennormalen zur wirksamen Spulenfläche, gegenüber den Sende- und Empfangsspulen 34, 36 bzw. deren Flächennormalen zur wirksamen Spulenfläche geneigt, vorzugsweise rechtwinklig zueinander, so dass das Magnetfeld, welches zum Laden der Akkumulatoren 14 eingesetzt wird, die Empfangsspule 36 und Sendespule 34 in einer nur sehr kleinen magnetisch wirksamen Fläche durchtreten.
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Durch ein gerichtetes Magnetfeld, welches das Trägersystem 46 möglichst in eine Richtung durchdringt, werden alle Empfangsspulen 6c aller mobiler Speicher 2 möglichst gleichmäßig magnetisiert und die induzierten Spannungen dienen zum Laden der Akkumulatoren 14. Sind Empfangsspule 6c und Sendespule 34, sowie Empfangsspule 36 zueinander geneigt, vorzugsweise mit ihrer magnetisch wirksamen Fläche senkrecht zueinander, durchströmt das Magnetfeld zum Laden vorzugsweise nur die Empfangsspulen 6c und nur zu einem geringen Teil die Sendespule 34 bzw. die Empfangsspule 36.
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Mit Hilfe des Transportsystems 46 können palettenweise, wie in 9 dargestellt, mobile Speicher auf Transportbänder 48 gelegt und entnommen werden. Dies geschieht vorzugsweise bei einem Teilnehmer des Kreislaufsystems, welches für das Laden verantwortlich ist. Die Transportsysteme 46 werden über das Transportband 48 in eine Ladekammer 50 transportiert, die vorzugsweise eine Schirmung für elektromagnetische Strahlung darstellt. Über einen Elektromagneten 52 kann ein magnetisches Wechselfeld in der Ladekammer 50 erzeugt werden, welches die auf dem Transportsystem 46 gelagerten mobilen Speicher 2 durchströmt und über die Empfangsspulen 6c jeweils Ladeströme induziert.
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Die Transportbänder 48 und Ladekammern 50 sind vorzugsweise im Bereich eines Großkraftwerks angeordnet, so dass der Ladestrom unmittelbar, ohne Nutzung eines elektrischen Verteilnetzes, zur Verfügung gestellt werden kann. Nach einem Ladevorgang werden die mobilen Speicher von dem Transportband 48 zur Ausschleusung bewegt und dort vom Transportband 48 entnommen. Sowohl an der Einschleusung als auch an der Ausschleusung zur Ladekammer 50 können nicht dargestellte Nahfeld-Leser vorgesehen sein, die in kurzer Zeit alle Informationen aller mobiler Speicher 2 bzw. deren Speicher 38 auslesen und gegebenenfalls einen Austausch von mobilen Speichern 2 indizieren.
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Mit Hilfe des gezeigten Systems ist es möglich, in einem Kreislaufsystem mobile Speicher für elektrische Energie zur Verfügung zu stellen, bei welchen die elektrische Energie unabhängig von einem Verteilnetz zur Verfügung gestellt werden kann. Dies bietet den Vorteil, dass unabhängig vom Aufbau elektrischer Verteilnetze den Kunden elektrische Energie kostengünstig und komfortabel zur Verfügung gestellt werden kann.
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Bezugszeichenliste
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- 2
- mobiler Speicher
- 2a, 2b
- Seitenwände
- 4
- Gehäuse
- 6
- Energieeinlass
- 6a
- Gleichspannungsbuchse
- 6b
- Wechselspannungsbuchse
- 6c
- Empfangsspule
- 7a, 7b, 7c
- elektrische Kontakte
- 8a, 8b
- elektrische Kontakte
- 10
- Gleichrichter
- 12
- Überwachungsschaltung
- 14
- Akkumulator
- 14a
- Speicherzellenmodul
- 14b
- Speicherzelle
- 16
- Laderegler
- 18
- Sensor
- 18a
- Zellen-Einzelsensor
- 19a
- Schutzschalter
- 19b
- Balancer
- 20
- Anzeige
- 22
- Wechselrichter
- 24
- Sicherung
- 26
- Energieauslass
- 28
- elektrische Kontakte
- 30
- Gehäuse
- 32
- Näherungssensor
- 34
- Sendespule
- 36
- Empfangsspule
- 38
- Speicher
- 38a
- Speichermodul
- 38b
- Sende-/Empfangsmodul
- 40
- Dioden
- 42
- Barcode
- 44
- Vorsprung
- 46
- Transportsystem
- 48
- Transportband
- 50
- Ladekammer
- 52
- Elektromagnet
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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