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Stand der
Technik
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere einer Ladegerätvorrichtung,
mit einer Messeinheit nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
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Es
ist eine Ladegerätvorrichtung
mit einer Messeinheit bekannt, die zur Erfassung einer Kenngröße einer
in einem Ladegerät
eingesteckten Batterie vorgesehen ist. Diese Kenngröße dient
zur Bestimmung eines Ladungsgrads der Batterie, mittels dem ein
entsprechendes Ladeverfahren der Batterie ausgewählt werden kann. Das Ladeverfahren
wird unabhängig
von der Alterung der Batterie ausgeführt.
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Vorteile der
Erfindung
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Die
Erfindung geht aus von einer Vorrichtung, insbesondere einer Ladegerätvorrichtung,
mit einer Messeinheit zur Erfassung von zumindest einer Batteriekenngröße.
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Es
wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Recheneinheit umfasst,
die dazu vorgesehen ist, zumindest abhängig von der erfassten Batteriekenngröße einen
alterungsspezifischen Lademodus zu bestimmen. Unter „vorgesehen" soll in diesem Zusammenhang
insbesondere speziell „ausgestattet", „ausgelegt" und/oder „programmiert" verstanden werden.
Unter einer „Batteriekenngröße" soll insbesondere
eine elektrische Kenngröße der Batterie, insbesondere
eine Spannung, eine Ladung, eine Kapazität und/oder ein Widerstand,
verstanden werden. Unter einer „Batterie" soll in diesem Zusammenhang insbesondere
eine wiederbeladbare Energiespeichereinheit verstanden werden.
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Durch
eine entsprechende erfindungsgemäße Ausgestaltung
kann ein Ladeprozess einer Batterie erzielt werden, der bezüglich einer
Alterung der Batterie spezifisch ausgeführt werden kann. Es können beispielsweise
Ladeprozesse erzielt werden, die schonend für eine Ladestromversorgungseinheit ausgeführt werden
können,
indem ein an einem Alterungsgrad der Batterie angepasster Ladestrom
von der Ladestromversorgungseinheit abgegeben wird.
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Die
Bestimmung des Lademodus kann in einem oder in mehreren Schritten
erfolgen, beispielsweise indem ein Alterungsgrad zumindest abhängig von
der erfassten Batteriekenngröße bestimmt
wird und anschließend
ausgehend von dem Alterungsgrad ein Lademodus bestimmt wird.
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Vorteilhaft
ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, eine Zustandskenngröße einer
Batterie zu ermitteln. Unter einer „Zustandskenngröße" soll in diesem Zusammenhang
insbesondere eine Batteriekenngröße verstanden
werden, deren Variation ins besondere mit einer Anzahl von Lade-Entlade-Zyklen monoton
ist und insbesondere durch die Anzahl der Lade-Entlade-Zyklen charakterisiert
ist. Es können beispielsweise
ein interner Widerstand, eine Kapazität, ein Ladezustand zu einer
vorgegebenen Zeit eines Lade-Entlade-Zyklus und/oder weitere, dem Fachmann
als sinnvoll erscheinende Batteriekenngrößen ermittelt werden. Bei der
Bestimmung des alterungsspezifischen Lademodus kann vorteilhaft
von einer ermittelten Zustandskenngröße ausgegangen werden, da diese
Zustandskenngröße eine
Alterung der Batterie auf aussagekräftige Weise widerspiegeln kann.
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Es
wird außerdem
vorgeschlagen, dass die Recheneinheit dazu vorgesehen ist, eine
interne Widerstandskenngröße einer
Batterie zu ermitteln. Es kann dadurch eine über eine Alterung der Batterie besonders
aussagekräftige
Kenngröße ermittelt
werden. Ferner ist die interne Widerstandskenngröße z.B. ausgehend von zumindest
einer Spannungs- und Stromkenngröße mithilfe
des Ohmschen Gesetzes besonders einfach zu ermitteln.
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In
einer weiteren Ausführungsform
der Erfindung ist die Recheneinheit dazu vorgesehen, einen Lademodus
mehreren Batteriekenngrößen zuzuordnen.
Es kann die Bedienbarkeit erhöht
werden, indem eine übersichtliche
Auswahl an Lademodi erzielt werden kann. Dabei können mehrere Batteriekenngrößen einer
Klasse zugeordnet sein. Eine Klasse kann z.B. von Batteriekenngrößen in einem
vorgegebenen Intervall bzw. oberhalb eines vorgegebenen Minimalwerts
und unterhalb eines vorgegebenen Maximalwerts, gebildet werden.
Ferner ist es auch denkbar, dass die Klassifizierung von Batteriekenngrößen mittels
eines auf einer Fuzzy-Logic-Klassifizierung und/oder einer K- Nearest-Neighbour-Klassifizierung basierenden
Klassifizierungsmodells erfolgt.
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Vorzugsweise
weist die Vorrichtung eine Speichereinheit auf, in der Daten gespeichert
sind, die dazu dienen, den alterungsspezifischen Lademodus zu bestimmen.
Eine schnelle und effektive Bestimmung des alterungsspezifischen
Lademodus kann erreicht werden, indem die Recheneinheit Zugriff
auf diese gespeicherten Daten haben kann. In der Speichereinheit
können
Daten eines Kennfelds gespeichert werden, das zu einer Zuordnung
eines Lademodus zu einer bestimmten Batteriekenngröße und/oder
einer Klasse von Batteriekenngrößen dienen
kann.
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Vorteilhaft
weist die Vorrichtung eine Ausgabevorrichtung zur Ausgabe zumindest
einer wenigstens von einem Alterungsgrad abhängigen Kenngröße auf.
Dadurch kann ein Bediener über
den Alterungsgrad einer Batterie informiert werden. Ein von einer
Recheneinheit bestimmter Lademodus kann überprüft und/oder eine unbrauchbare
Batterie kann erkannt werden. Dadurch können ein ungewünschtes
Verbleiben von unbrauchbaren Batterien, z.B. während eines Ladeprozesses in
einem Ladegerät, und
ein dadurch entstehender Zeitverlust sowie Kosten vermieden werden.
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Ferner
wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Einstelleinheit umfasst,
die dazu vorgesehen ist, einen alterungsspezifischen Lademodus einer
Ladestromversorgungseinheit einzustellen. Es kann eine Schnittstelle
zwischen der Recheneinheit und einer Ladestromversorgungseinheit
z.B. von einem Ladegerät
erreicht werden, wobei eine Flexibilität in der Anwendung erzielt
werden kann. Diese Einstellung kann voll au tomatisch ausgeführt werden,
indem der von der Recheneinheit bestimmte Lademodus bei der Ladestromversorgungseinheit
automatisch eingestellt wird. Alternativ und/oder zusätzlich kann
der Lademodus manuell von einem Bediener über eine Eingabevorrichtung
eingestellt werden, der z.B. über
den bestimmten Lademodus informiert wird. Dadurch kann dem Bediener
eine Kontrolle über
die endgültige
Wahl des Lademodus ermöglicht werden.
Der Bediener kann dabei beispielsweise zwischen verschiedenen vorprogrammierten
Lademodi wählen,
wobei Parameter, z.B. ein Ladestrom und/oder eine Ladezeit, dieses
Modus jeweils vorgegeben sind, oder selbst diese Parameter eingeben, indem
er z.B. den Ladestrom manuell einstellt.
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Zeichnung
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel
der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die
Ansprüche enthalten
zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale
zweckmäßigerweise auch
einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
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Es
zeigen:
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1 eine
Ansicht eines Ladegeräts
von oben mit einer Ladegerätvorrichtung,
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2 eine
schematisch dargestellte Anordnung interner Schaltungen des Ladegeräts aus 1,
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3 eine
Stromkurve über
der Zeit während
eines Messvorgangs eines internen Widerstands,
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4 eine
Kennfeldkurve eines Alterungsgrads über dem internen Widerstand
und
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5 eine
Kennfeldkurve eines Ladestroms über
dem Alterungsgrad.
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Beschreibung
der Ausführungsbeispiele
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1 zeigt
ein Ladegerät 26 mit
einer Batterieaufnahme 28, in die eine in der Figur nicht
dargestellte Batterie eingesteckt werden kann. Das Ladegerät 26 weist
eine Ladegerätvorrichtung
auf, die eine Messeinheit 10, eine Recheneinheit 12 und
eine Einstelleinheit 18 umfasst. Die Einstelleinheit 18 umfasst
eine Einheit 30 und eine Eingabevorrichtung 22, die
ein von einem Drehknopf gebildetes Betätigungselement aufweist. Ferner
weist das Ladegerät 26 eine
Ladestromversorgungseinheit 20, einen Knopf 32 und
eine als LED-Anzeiger ausgebildete Ausgabevorrichtung 16 auf.
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In 2 ist
eine Detailansicht der Messeinheit 10, der Recheneinheit 12 und
der Einheit 30 schematisch dargestellt.
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Im
Vorfeld eines Ladeprozesses einer Batterie im Ladegerät 26 werden
Batteriekenngrößen von der
Messeinheit 10 erfasst. Der Verlauf dieses Messprozesses
ist in 3 dargestellt. In einem ersten Schritt fließt ab einem
Zeitpunkt T0 bis zu einem Zeitpunkt T1 ein Strom I1 in
die Batterie, der von der Ladestromversorgungseinheit 20 abgegeben
wird. Ab dem Zeitpunkt T1 wird ein Strom
I2 bis zu einem Zeitpunkt T3 von
der Ladestromversorgungseinheit 20 abgegeben. Zu den Zeitpunkten
T1 und T2 wird eine Spannung
V1 bzw. V2 zwischen
den Polen der Batterie von einem Spannungsmesser 36 erfasst.
Diese erfassten Spannungskenngrößen V1 und V2 und die Stromstärken I1 und I2 werden zu
der Recheneinheit 12 übertragen.
Ein Analog-Digital-Umsetzer 38 der Recheneinheit 12 konvertiert
die Kenngrößen in digitale
Daten, die von einer integrierten Schaltung 40 in einen
Arbeitsspeicher 42 gespeichert werden.
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Die
integrierte Schaltung 40 ist dazu programmiert, von den
gespeicherten Batteriekenngrößen den
internen Widerstand RDC der Batterie durch RDC = (V1 – V2)/(I2 – I1)zu ermitteln. Bei der Bestimmung des
internen Widerstands RDC in zwei Messungsschritten
mit zwei verschiedenen Stromstärken
können
vorteilhaft unbekannte Größen eliminiert
werden. Diese unbekannten Größen sind
beispielsweise mit Effekten verbunden, die auf Passivierungsschichten
der Batterie zurückzuführen sind.
Um die Präzision
des ermittelten internen Widerstands RDC zu
steigern, können
die Batteriekenngrößen an zusätzlichen
Erfassungszeiten Ti erfasst und in den Arbeitsspeicher 42 gespeichert
werden. Die integrierte Schaltung 40 ist dazu programmiert,
Mittelwerte der entsprechenden gespeicherten Batteriekenngrößen Vi und Ii zu ermitteln, über die
der interne Widerstand RDC ermittelt werden kann.
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Alternativ
ist es auch denkbar, dass die Ströme I1 und
I2 von der Batterie abgegeben werden. Hierzu
wird eine Restenergiemenge der Batterie genutzt. Grundsätzlich wäre jedoch
auch denkbar, dass die Batterie kurz beladen wird, um anschließend zumindest
eine für
den Messprozess erforderliche Strommenge abgeben zu können. Ferner
ist zusätzlich
ein Entladeschalter erforderlich, um von der Stromstärke I1 zu der Stromstärke I2 umschalten
zu können.
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Ausgehend
von dem ermittelten internen Widerstand RDC werden
mittels Daten, die in einer Speichereinheit 14 gespeichert
sind, von der integrierten Schaltung 40 ein Alterungsgrad
der Batterie und ein alterungsspezifischer Lademodus bestimmt. Der
Alterungsgrad einerseits wird in Form einer Prozentangabe und in
Form einer Alterungsklasse mittels der Ausgabevorrichtung 16 ausgegeben.
Die ideale Prozentangabe „100%" entspricht z.B.
einem neuen Zustand einer Batterie, während die Prozentangabe „0%" einer Batterie entspricht,
die als unbrauchbar betrachtet werden soll. Eine Alterungsklasse
der Batterie ist einem bestimmten Intervall des internen Widerstands
RDC zugeordnet. Bei niedrigen internen Widerständen RDC in einem Intervall [R1,
R2] wird eine Alterungsklasse „neu" der Batterie zugeordnet,
bei mittleren Widerständen
in einem Intervall [R2, R3] eine
Alterungsklasse „mittel" und bei hohen Widerständen in
einem Intervall [R3, R4]
eine Alterungsklasse „unbrauchbar". Alternativ ist
es auch denkbar, dass die Klassifizierung nach einem auf einer Fuzzy-Logic-Klassifizierung
und/oder auf einer K-Nearest-Neighbour-Klassifizierung basierenden
Klassifizierungsmodell erfolgt. Der bestimmte Lademodus andererseits
ist durch einen Ladestrom und eine Ladezeit charakterisiert. Diese
Parameter werden auch mittels der Ausgabevorrichtung 16 ausgegeben.
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Der
Drehknopf der Eingabevorrichtung 22 kann auf vier verschiedene
Positionen positioniert werden. Eine dieser Positi onen entspricht
einem voll automatischen Modus, wobei die von der Recheneinheit 12 ermittelten
Parameter des Lademodus zu der Einheit 30 der Einstelleinheit 18 übermittelt
werden. Eine integrierte Schaltung 44 der Einheit 30 ist
dazu programmiert, einen Ladeprozess mit diesen Parametern zu starten,
wobei anschließend
der Ladestrom während
der Ladezeit von der Ladestromversorgungseinheit 20 abgegeben
wird.
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Alternativ
kann der Bediener selbst den Lademodus wählen. Dafür kann er den Drehknopf auf drei
bestimmte Positionen positionieren, die jeweils einer der Alterungsklassen
entsprechen. Nachdem der Bediener seine Wahl getroffen hat, kann
er den Ladeprozess durch ein Betätigen
des Knopfs 32 starten. Parameter für den von dem Bediener ausgewählten Lademodus
werden von der integrierten Schaltung 44 in einer Speichereinheit 46 gelesen,
der Ladeprozess wird von der integrierten Schaltung 44 gestartet
und diesen Parametern entsprechend ausgeführt.
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4 zeigt
eine Kennfeldkurve, die zur Bestimmung des Alterungsgrads der Batterie
dient. Es ist ein Modell gezeigt, wobei einem Wert des internen Widerstands
RDC auf der x-Achse eine den Alterungsgrad
A charakterisierende Prozentangabe auf der y-Achse zugeordnet ist.
Numerische Daten des Modells sind in der Speichereinheit 14 gespeichert
und stehen für
einen Zugriff von der integrierten Schaltung 40 zur Verfügung.
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In 5 ist
ein Ladestrommodell gezeigt, das zu einer Zuordnung des Lademodus
zu dem Alterungsgrad dient. Einer Prozentangabe des Alterungsgrads
A auf der x-Achse ist ein Wert des Ladestroms IL für einen
Ladeprozess auf der y-Achse zuge ordnet. Numerische Daten des Modells
sind auch in der Speichereinheit 14 gespeichert und werden von
der integrierten Schaltung 40 bei der Bestimmung des Lademodus
gelesen.
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- 10
- Messeinheit
- 12
- Recheneinheit
- 14
- Speichereinheit
- 16
- Ausgabevorrichtung
- 18
- Einstelleinheit
- 20
- Ladestromversorgungseinheit
- 22
- Eingabevorrichtung
- 26
- Ladegerät
- 28
- Batterieaufnahme
- 30
- Einheit
- 32
- Knopf
- 36
- Spannungsmesser
- 38
- Analog-Digital-Umsetzer
- 40
- Integrierte
Schaltung
- 42
- Arbeitsspeicher
- 44
- Integrierte
Schaltung
- 46
- Speichereinheit
- T0
- Zeitpunkt
- T1
- Zeitpunkt
- T2
- Zeitpunkt
- T3
- Zeitpunkt
- Ti
- Zeitpunkt
- I1
- Strom
- I2
- Strom
- IL
- Ladestrom
- Ii
- Strom
- VL
- Spannung
- V2
- Spannung
- Vi
- Spannung
- RDC
- Interner
Widerstand
- A
- Alterungsgrad