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Die Erfindung betrifft ein elektrisches Energiespeichersystem mit einem aufladbaren Akkumulator und einem Aufladegerät. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Aufladen des Akkumulators.
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Stand der Technik
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Die Nutzung von Akkumulatoren (auch: „Akkus”) für mobile Anwendungen ist inzwischen weit verbreitet. Die Verbreitung reicht von Mobiltelefonen und Notebooks bis zu Elektrofahrrädern und zukünftig auch Autos. Dabei gibt es eine Vielzahl von verschiedenen Aufladetechniken für die unterschiedlichen Akkumulatoren, die sich beispielsweise bezüglich ihrer Nennspannung unterscheiden:
- Pb
- – Bleiakku (2 V Nennspannung/Zelle)
- NiCd
- – Nickel-Cadmium-Akkumulator (1,2 V Nennspannung/Zelle)
- NiH2
- – Nickel-Wasserstoff-Akkumulator (1,5 V Nennspannung/Zelle)
- NiMH
- – Nickel-Metallhydrid-Akkumulator (1,2 V Nennspannung/Zelle)
- NiFe
- – Nickel-Eisen-Akkumulator (1,2–1,9 V Nennspannung/Zelle)
- Li-Ion
- – Lithium-Ionen-Akkumulator (3,62 V Nennspannung/Zelle)
- LiPo
- – Lithium-Polymer-Akkumulator (3,7 V Nennspannung/Zelle)
- LiFe
- – Lithium-Metall-Akkumulator
- LMP
- – Lithium-Metall-Polymer-Akkumulator (neueste Akkumulator-Technologie von DBM-technology, Berlin)
- Li-Mn
- – Lithium-Mangan-Akkumulator (3,6 V Nennspannung/Zelle)
- LiFePO4
- – Lithium-Eisen-Phosphat-Akkumulator (3,2 V Nennspannung/Zelle)
- LiTi
- – Lithium-Titanat-Akkumulator
- LiS
- – Lithium-Schwefel-Akkumulator
- SnSLi
- – Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator
- RAM
- – Rechargeable Alkaline Manganese (1,5 V Nennspannung/Zelle)
- PTMA
- – modifiziertes PTMA, genauer: 2,2,6,6-tetramethylpiperidinoxy-4-yl-Methacrylat, ein umweltverträgliches organisches Polymer
- Na/NiCl
- – Natrium-Nickelchlorid-Hochtemperatur-Batterie (Markenbezeichnung: Zebra-Batterie) (2,58 V Nennspannung/Zelle)
- SCiB
- – Super Charge Ion Battery
- SnC/Li2S
- – Zinn-Schwefel-Lithium-Akkumulator
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Jeder dieser Akkumulator-Typen benötigt eine spezielle Art der Aufladung, damit der Akkumulator die optimale Lebensdauer erreicht und nicht während des Ladens beschädigt wird. Schon eine Ladung mit falschem Strom, falscher Spannung oder falschem Ladeverlauf kann den Akkumulator beschädigen oder zerstören. Zusätzlich sind verschiedenen Ladeparameter für verschiedene Ladearten (Schnell-Ladung, Ladung für optimale Lebensdauer, ...) notwendig. Deswegen gibt es für jedes Gerät und jede Ladeart ein eigenes Ladegerät.
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Des Weiteren muss zur flächendeckenden Einführung von Elektro-Fahrzeugen eine flächendeckende Lade-Infrastruktur geschaffen werden, was relativ hohe Investitionskosten mit sich bringt. Da sich die Akkumulator-Technologie derzeit aber noch recht schnell weiterentwickelt, kann jetzt noch nicht gesagt werden, welche Lade-Parameter für zukünftige Akkumulator-Systeme erforderlich sind. Ferner gibt es derzeit auch noch keinen einheitlichen Standard bezüglich der Ladeparameter für Elektro-Fahrräder und Autos. Dieses macht die Investition in diese Lade-Infrastruktur riskant, da sie relativ schnell veralten kann und dann teuer ausgetauscht/modifiziert werden muss. Da die EU die Ladesysteme standardisieren will, müssen in einen solchen Standard bereits zukünftige Anforderungen einfließen. Siehe folgenden Artikel:
EU will elektrische Ladesysteme standardisieren
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Die Europäische Kommission will durch eine Reihe von Standardisierungsmaßnahmen die Voraussetzungen für einen Durchbruch der Elektromobilität in Europa schaffen. Das Europäische Komitee für Standardisierung (CEN) wird gemeinsam mit dem Europäischen Komitee für Elektrotechnische Standardisierung (CENELEC) ein entsprechendes Regelwerk aufstellen. Dabei soll sichergestellt werde, dass auch internationale Standards eingehalten werden. Die Regeln sollen die Ladesysteme für elektrisch betriebene Autos, Motorroller und Fahrräder betreffen. (Automobilwoche Online – 30. Juni 2010).
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WO 94/05068 zeigt ein Ladesystem, bei dem Informationen zum Aufladen eines Akkumulators von einem Mikrocomputer in einem im Akkumulator angeordneten EEPROM verwaltet werden.
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EP 966090 offenbart ein ähnliches System, wobei die wesentlichen Komponenten zur Steuerung des Ladevorgangs im Akkumulator angeordnet sind.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein System und ein Verfahren zur einfachen und flexiblen Steuerung eines Aufladevorgangs von Akkumulatoren bereitzustellen.
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Die Erfindung löst dieses Problem durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 3. Unteranspruch 2 gibt eine bevorzugte Ausführungsform des Systems von Anspruch 1 an.
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Offenbarung der Erfindung
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Ein erfindungsgemäßes elektrisches Energiespeichersystem umfasst einen aufladbaren Akkumulator und ein Aufladegerät zum Aufladen des Akkumulators. Dabei umfasst der Akkumulator einen Informationsspeicher mit Aufladeinformationen, die unterschiedlichen Aufladearten zugeordnet sind, und das Aufladegerät ist dazu ausgebildet, ein Aufladen des Akkumulators nach einer der Aufladearten in Abhängigkeit der zugeordneten Aufladeinformationen des Informationsspeichers zu steuern.
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Erfindungsgemäß ist es dadurch möglich, unterschiedlichste Akkumulatoren mit nur einem Ladegerät aufzuladen. Die Aufladeinformationen können insbesondere zeitliche Verläufe von Strömen und Spannungen an unterschiedlichen Anschlüssen des Akkumulators umfassen. Dadurch können mittels des Aufladegeräts auch Akkumulatoren aufladbar sein, die zum Zeitpunkt der Konzeption des Aufladegeräts noch gar nicht bekannt waren.
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Ferner können die unterschiedlichen Aufladearten eine optimale Aufladung des Akkumulators unter unterschiedlichen Bedingungen ermöglichen. Beispielsweise kann eine Aufladeart auf eine möglichst kurze Ladezeit optimiert sein, während eine andere Aufladeart eine später aus dem Akkumulator entnehmbare elektrische Energie optimiert. Eine der Aufladearten kann voreingestellt sein und angewandt werden, wenn eine andere Aufladeart durch das Aufladegerät nicht realisierbar ist, beispielsweise aufgrund einer durch das Ladegerät nicht lieferbaren Stromstärke, oder wenn die Aufladeinformationen nicht vollständig ausgelesen werden können.
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In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Informationsspeicher unveränderlich. Dadurch kann einerseits eine Betriebssicherheit des Systems gesteigert sein, andererseits können Informationsspeicher verwendet werden, die nur geringe Entwicklungs- bzw. Herstellungskosten erfordern, wie beispielsweise ein Strichcode.
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Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Aufladen eines aufladbaren Akkumulators umfasst Schritte des Auslesens von Aufladeinformationen aus einem Informationsspeicher des Akkumulators, wobei die Aufladeinformationen einer von mehreren Aufladearten des Akkumulators zugeordnet sind, und des Steuerns eines Aufladens des Akkumulators in Abhängigkeit der ausgelesenen Aufladeinformationen nach der den ausgelesenen Aufladeinformationen zugeordneten Aufladeart.
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Das Verfahren kann im Wesentlichen durch das oben beschriebene Aufladegerät durchgeführt werden. Dadurch wird das Aufladegerät nur unwesentlich verteuert, während Investitionskosten für die oben beschriebenen Akkumulatoren mit Informationsspeichern nur wenig oder gar nicht gesteigert sein können.
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Kurze Beschreibung der Figuren
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Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:
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1 ein elektrisches Energiespeichersystem; und
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2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Aufladen eines Akkumulators darstellt.
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Genaue Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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1 zeigt ein elektrisches Energiespeichersystem 100. Das Energiespeichersystem 100 umfasst ein Aufladegerät 105 und einen Akkumulator 110.
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Das Aufladegerät 105 enthält eine Stromquelle 115, die mittels einer Steuereinrichtung 120 steuerbar ist. Die Steuereinrichtung 120 kann beispielsweise durch einen programmierbaren Mikrocomputer realisiert sein. Insbesondere ist die Steuereinrichtung 120 dazu eingerichtet, einen zeitlichen Verlauf eines Stroms und/oder einer Spannung zu steuern, die durch die Stromquelle 115 an den Buchsen 125 des Aufladegeräts 105 bereitgestellt sind.
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Mittels Steckern 130 ist der Akkumulator 110 mit den Buchsen 125 des Aufladegeräts 105 elektrisch verbindbar. Die Stecker 130 sind mit Zellen 135 des Akkumulators 110 elektrisch verbunden. Der Akkumulator 110 kann eine oder mehrere Zellen 135 umfassen. In alternativen Ausführungsformen können anstelle der Buchsen 125 und der Stecker 130 auch andere elektrische Verbindungen verwendet werden, beispielsweise Oberflächenkontakte.
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Der Akkumulator 110 umfasst einen Informationsspeicher 140, der mittels einer Schnittstelle 145 durch die Steuereinrichtung 120 des Aufladegeräts 105 auslesbar ist. Je nach Ausprägung des Informationsspeichers 140 ist die Schnittstelle 145 entsprechend angepasst. Beispielsweise kann der Informationsspeicher 140 einen elektronischen Speicher umfassen, der mittels einer RFID-Schnittstelle auslesbar ist. In einer anderen Ausführungsform kann der Informationsspeicher 140 in Form eines zwei- oder dreidimensionalen Strichcodes (Barcode) implementiert sein und die Schnittstelle 145 kann den Strichcode etwa optisch abtasten. Weitere Variante für die Schnittstelle 145 umfassen drahtlose Technologien, wie Mobilfunk, Bluetooth oder WiFi.
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Die Steuereinrichtung 120 ist dazu eingerichtet, die im Informationsspeicher 140 hinterlegten Aufladeinformationen über die Schnittstelle 145 auszulesen und die Stromquelle 115 derart zu steuern, dass eine von mehreren unterschiedlichen Aufladearten des Akkumulators 110 eingesetzt wird. Vorzugsweise ist eine Ladeart am Akkumulator 120 oder am Aufladegerät 105 bereits voreingestellt, so dass ein Eingriff eines Benutzers zur Auswahl einer von mehreren möglichen Aufladearten nicht unbedingt erforderlich ist. Die voreingestellte Ladeart kann auch dann aktiviert werden, wenn Probleme beim Auslesen der Aufladeinformationen aus dem Informationsspeicher 140 auftreten, beispielsweise Übertragungsfehler, oder wenn die Stromquelle 115 nicht in der Lage ist, die Zellen 135 des Akkumulator 110 entsprechend einer anderen, nicht voreingestellten Aufladeart aufzuladen.
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Optional kann das Aufladegerät 105 eine Benutzerschnittstelle aufweisen, mittels derer ein Benutzer eine der Aufladearten auswählen kann, die sowohl vom Aufladegerät 105 als auch vom Akkumulator 110 unterstützt sind.
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In einer weiteren Ausführungsform können auch nutzerspezifische Informationen im Informationsspeicher hinterlegt sein. Beispielsweise kann der Akkumulator 110 der Energiespeicher eines Fahrrads sein und die nutzerspezifischen Informationen auf einen Stromanbieter hinweisen, den der Benutzer zum Aufladen des Akkumulators 110 bevorzugt. Ein Aufladen an einem beispielsweise öffentlichen Aufladegerät 105 kann in diesem Fall über eine Stromrechnung eines Benutzers des Akkumulators 110 bei diesem Stromanbieters berechnet werden.
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Mittels des erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichersystems 100 kann eine flächendeckende Infrastruktur von Aufladestationen 105 realisiert werden, die beispielsweise für einen nicht-stationären Betrieb von elektrischen Einrichtungen wie Elektrofahrrädern oder Elektroautos erforderlich ist. Dabei können auch Akkumulatortechniken unterstützt sein, die zum Zeitpunkt der Konzeption bzw. Implementation des Aufladegeräts 105 noch nicht bekannt sind.
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In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann auch ein Ladegerät 105 zum Aufladen von unterschiedlichen Akkumulatoren 110 von Elektrowerkzeugen dienen. Dadurch können sowohl Herstellungs- als auch Betriebskosten der Elektrowerkzeuge gesenkt sein und insgesamt Ressourcen zur Herstellung von Aufladegeräten 105 eingespart werden. Zudem wird eine Wahrscheinlichkeit reduziert, eine unpassende Paarung von Aufladegerät 105 und Akkumulator 110 zu verwenden, so dass Unfälle und/oder Beschädigungen minimiert werden können.
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2 zeigt ein Ablaufdiagramm 21 eines Verfahrens 200 zum Aufladen des Akkumulators 110 mittels des Aufladegeräts 105 aus 1. In einem ersten Schritt 210 befindet sich das Verfahren 200 im Startzustand. Anschließend wird in einem Schritt 220 der Akkumulator 110 mit dem Aufladegerät 105 verbunden. Dabei werden sowohl die elektrischen Verbindungen 125/130 zur Übertragung von elektrischer Energie an die Zellen 135, als auch die Schnittstelle 145 zur Übermittlung von Informationen aus dem Informationsspeicher 140 des Akkumulators 110 verbunden.
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In einem folgenden Schritt 230 werden die Aufladeinformationen aus dem Informationsspeicher 140 über die Schnittstelle 145 durch die Steuereinrichtung 120 ausgelesen.
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Danach wird in einem Schritt 240 eine von mehreren Aufladearten ausgewählt, für die Aufladeinformationen aus dem Informationsspeicher 140 ausgelesen werden konnten und die durch das Aufladegerät 105 realisierbar sind.
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Danach wird der Akkumulator 110 in einem Schritt 250 durch das Aufladegerät 105 aufgeladen.
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Ist das Aufladen beendet, so wird der Akkumulator 110 in einem Schritt 260 vom Aufladegerät 105 getrennt, wobei sowohl die elektrischen Kontakte 125/130 als auch die Schnittstelle 145 gelöst werden. Danach befindet sich das Verfahren 200 in einem Endzustand 270.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- WO 94/05068 [0006]
- EP 966090 [0007]
