DE102021209459A1

DE102021209459A1 - Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers

Info

Publication number: DE102021209459A1
Application number: DE102021209459.7A
Authority: DE
Inventors: Sven Landa; Joachim Oehl
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-08-30
Filing date: 2021-08-30
Publication date: 2023-03-02

Abstract

Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers, umfassend folgende Schritte:a) Erfassen einer Freischaltungsgröße, welche einen Freischaltungswunsch des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;b) Erzeugen einer Schaltungsgröße zum Schalten eines Schalters, insbesondere eines Halbleiterschalters, um den elektrochemischen Energiespeicher mit Anschlusspolen elektrisch zu kontaktieren oder zu trennen;c) Erzeugen einer Signalgröße, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;

Description

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers, einer Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers, einem Computerprogramm sowie einer Verwendung des Verfahrens gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Bei herkömmlichen Batterien mit mechanischem Trennschalter (Relais) wird bei Freischaltung aufgrund der Relaisaktivierung ein Schalt-Geräusch erzeugt. Dieses Geräusch ist vergleichbar mit einem Geräusch eines mechanischen Blinkers mit Relais.
Bei Batterien, beispielsweise mit 48V-Technologie, werden hauptsächlich Halbleiterschalter eingesetzt. Beim Schalten ist daher kein Geräusch mehr hörbar. Ein Benutzer der Batterie kann ohne die Spannung an den Anschlusspolen zu messen nicht erkennen, ob die 48V-Anschlusspole freigeschalten sind, also eine elektrische Spannung anliegt, oder nicht.
In einem geschlossenen Antriebsystem stellt das fehlende Geräusch beim Schalten für den Benutzer keine Gefahr, beispielsweise durch eine unachtsame Berührung der Anschlusspole, da. Bei Standalone-Batterien, also Batterien die beispielsweise aus dem Antriebsystem entnommen werden können, kann das fehlende Geräusch beim Schalten eine Gefahr darstellen, da der aktuelle Betriebszustand nicht erkennbar ist.
Das Dokument US6888354 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Erfassen von Batterieentnahme, Batteriemangel und/oder einem defekten Batteriezustand zur Verwendung mit Batterielade- und Testsystemen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den Stand der Technik weiter zu verbessern. Diese Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche.
Offenbarung der Erfindung
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Vorgehensweise mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche weist demgegenüber den Vorteil auf, dass das Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers folgende Schritte umfasst:

a) Erfassen einer Freischaltungsgröße, welche einen Freischaltungswunsch des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;
b) Erzeugen einer Schaltungsgröße zum Schalten eines Schalters, insbesondere eines Halbleiterschalters, um den elektrochemischen Energiespeicher mit Anschlusspolen elektrisch zu kontaktieren oder zu trennen;
c) Erzeugen einer Signalgröße, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der Unteransprüche.
Das Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers umfasst ferner folgende Schritte:

d) Erfassen mindestens einer ersten physikalischen Größe des elektrochemischen Energiespeichers, welche eine Spannung, einen Strom und einer eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;
e) Warten einer vorgegebenen Zeitspanne;
f) Erfassen mindestens einer zweiten physikalischen Größe des elektrochemischen Energiespeichers, welche eine Spannung, einen Strom und einer eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert;
g) Vergleichen der mindestens ersten erfassten physikalischen Größe mit der mindestens zweiten erfassten physikalischen Größe;
h) Erzeugen einer Schaltungsgröße zum Schalten des Schalters, um den elektrochemischen Energiespeicher mit Anschlusspolen elektrisch zu trennen oder zu kontaktieren, in Abhängigkeit des Vergleichs;
i) Erzeugen einer Signalgröße, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert, in Abhängigkeit des Vergleichs;

Die Signalgröße umfasst vorteilhafterweise ein optisches, akustisches und/oder haptisches Signal.
Eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers umfasst mindestens eine Eingabeeinheit, mindestens einen Schalter, mindestens eine Ausgabeeinheit sowie mindestens ein Mittel, insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementsteuergerät, welche eingerichtet sind, die Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen.
Die Eingabeeinheit umfasst mindestens einen Taster, einen Schalter und/oder eine Schnittstelle, insbesondere zum Einlesen eines elektrischen Signals. Dadurch kann ein Benutzer den elektrochemischen Energiespeicher für einen Lade- oder Entladevorgang freischalten.
Der Schalter umfasst einen Halbleiterschalter und/oder Relais.
Die Ausgabeeinheit umfasst eine akustische, optische und/oder haptische Anzeige. Durch eine akustische Anzeige kann vorteilhafterweise ein akustisches Signal ausgegeben werden. Durch eine optische Anzeige, beispielsweise mindestens eine LED, ein Display, kann vorteilhafterweise ein optisches Signal ausgegeben werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Computerprogramm vorgesehen, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichersystems die erfindungsgemäßen Verfahrensschritte ausführt.
Ferner ist ein maschinenlesbares Speichermedium vorgesehen, auf dem das Computerprogramm gespeichert ist.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers findet vorteilhafterweise Verwendung in elektrochemischen Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens; und
2 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten.
1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablaufdiagramms einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Schritt 100 wird eine Freischaltungsgröße erfasst, welche einen Freischaltungswunsch des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert. Betätigt ein Benutzer des elektrochemischen Energiespeichers beispielsweise einen Taster, um den elektrochemischen Energiespeicher für einen Lade- oder Entladevorgang freizuschalten, dann wird das Verfahren in Schritt 101 fortgesetzt und eine Schaltungsgröße zum Schalten eines Schalters, insbesondere eines Halbleiterschalters, erzeugt, um den elektrochemischen Energiespeicher mit Anschlusspolen elektrisch zu kontaktieren
In Schritt 102 wird eine Signalgröße erzeugt, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert.
In Schritt 103 wird mindestens eine erste physikalische Größe des elektrochemischen Energiespeichers, welche eine Spannung, einen Strom und einer eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert, erfasst.
In Schritt 104 wird eine vorgegebene Zeitspanne gewartet, beispielsweise 30 Sekunden.
In Schritt 105 wird mindestens eine zweite physikalische Größe des elektrochemischen Energiespeichers, welche eine Spannung, einen Strom und einer eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert, erfasst.
In Schritt 106 werden die mindestens erste erfasste physikalische Größe mit der mindestens zweiten erfassten physikalischen Größe verglichen.
In Schritt 107 wird eine Schaltungsgröße zum Schalten des Schalters in Abhängigkeit des Vergleichs erzeugt, wenn beispielsweise nach der vorgegebenen Dauer kein Ladestrom oder Entladestrom Fließt, um den elektrochemischen Energiespeicher mit Anschlusspolen elektrisch zu trennen. In Schritt 108 wird in Abhängigkeit des Vergleichs eine Signalgröße erzeugt, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert.
In Schritt 109 wird in Abhängigkeit des Vergleichs eine Signalgröße erzeugt, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers repräsentiert, beispielsweise wenn ein Ladestrom oder Entladestrom fließt.
Das erfindungsgemäße Verfahren ist nicht auf die dargestellte Reihenfolge der Ausführungsform beschränkt. Vielmehr können die Schritte 101, 102 sowie 107, 108 in beliebiger Reihenfolge, wiederholt, zeitlich nacheinander und/oder gleichzeitig erfolgen.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 200 zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers 201. Der elektrochemische Energiespeicher ist mit elektrischen Anschlusspolen 204(1), 204(2) mittels mindestens einem Schalter 203 elektrisch verbindbar. Der elektrische Schalter 203 ist in der dargestellten Ausführungsform mittels eines Steuergeräts 202 ansteuerbar.
Das Steuergerät 202 ist mit einer Eingabeeinheit 205, in der dargestellten Ausführungsform ein Taster, kabellos und/oder kabelgebunden verbunden.
Mittels Betätigung der Eingabeeinheit 205, also beispielsweise durch Drücken des Tasters wird der elektrochemische Energiespeicher für einen Lade- oder Entladevorgang freigeschalten. In der dargestellten Ausführungsform wird der elektrochemische Energiespeicher für eine bestimmte Zeit in einen aktiven Modus versetzt.
Eine Ausgabeeinheit 206, in der dargestellten Ausführungsform eine akustische und optische Anzeige, ist kabellos und/oder kabelgebunden mit den elektrischen Anschlusspolen 204(1), 204(2) verbunden. Die Ausgabeeinheit 206 ist eine zusätzliche Hardware-Komponente, die beim Schalten des Schalters 203 ein Geräusch erzeugt oder eine optische Anzeige, welche das Schalten signalisiert.
Vorteilhafterweise kann die Ausgabeeinheit 206 auch dauerhaft ein Signal anzeigen, beispielsweise kann eine LED als optische Anzeige dauerhaft blinken oder Benutzerabhängig programmiert werden, wobei nur ein minimaler Strom fließt und die Kapazität des elektrochemischen Energiespeichers 201 schont. Insbesondere für elektrochemische Energiespeicher, die als Standalone-Batterien verwendet werden, ist eine dauerhafte Signalisierung sehr vorteilhaft, da hierbei angezeigt werden kann, dass die Anschlusspole freigeschaltet sind. Elektrochemische Energiespeicher können bei 48V bis zu 150A Strom liefern, was einer Leistung von ca. 7.200W entspricht. Daher ist es auch unter sicherheitstechnischen Anforderungen vorteilhaft, dass die Freischaltung angezeigt wird.
Wenn kein Lade- oder Entladestrom fließt, wird der elektrochemische Energiespeicher wieder in einen Schlafmodus versetzt und dies angezeigt, beispielsweise durch Blinken einer LED, dass nach einer vorgebbaren Zeitspanne die Freischaltung beendet wird.
Vorteilhafterweise wird durch die erfindungsgemäße Vorrichtung 200 zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers 201 immer angezeigt, dass der elektrochemische Energiespeicher 201 freigeschaltet wurde beziehungsweise freigeschaltet ist und dadurch einem Benutzer des elektrochemischen Energiespeichers 201 ein potentielles Sicherheitsrisiko akustisch, optisch und/oder haptisch angezeigt wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 6888354 [0005]

Claims

Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers (201), umfassend folgende Schritte: a) (100) Erfassen einer Freischaltungsgröße, welche einen Freischaltungswunsch des elektrochemischen Energiespeichers (201) repräsentiert; b) (101) Erzeugen einer Schaltungsgröße zum Schalten eines Schalters (203), insbesondere eines Halbleiterschalters, um den elektrochemischen Energiespeicher (201) mit Anschlusspolen (204(1), 204(2)) elektrisch zu kontaktieren oder zu trennen; c) (102) Erzeugen einer Signalgröße, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers (201) repräsentiert;
Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers (201) gemäß Anspruch 1, ferner umfassend folgende Schritte: d) (103) Erfassen mindestens einer ersten physikalischen Größe des elektrochemischen Energiespeichers (201), welche eine Spannung, einen Strom und einer eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers (201) repräsentiert; e) (104) Warten einer vorgegebenen Zeitspanne; f) (105) Erfassen mindestens einer zweiten physikalischen Größe des elektrochemischen Energiespeichers (201), welche eine Spannung, einen Strom und einer eine Temperatur des elektrochemischen Energiespeichers (201) repräsentiert; g) (106) Vergleichen der mindestens ersten erfassten physikalischen Größe mit der mindestens zweiten erfassten physikalischen Größe; h) (107) Erzeugen einer Schaltungsgröße zum Schalten des Schalters (203), um den elektrochemischen Energiespeicher (201) mit Anschlusspolen (204(1), 204(2)) elektrisch zu trennen oder zu kontaktieren, in Abhängigkeit des Vergleichs; i) (108, 109) Erzeugen einer Signalgröße, welche einen aktuellen Betriebszustand des elektrochemischen Energiespeichers (201) repräsentiert, in Abhängigkeit des Vergleichs;
Verfahren zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers (201) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Signalgröße ein optisches, akustisches und/oder haptisches Signal umfasst.
Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers (201), umfassend mindestens eine Eingabeeinheit (205), mindestens einen Schalter (203), mindestens eine Ausgabeeinheit (206) sowie mindestens ein Mittel (202), insbesondere ein elektronisches Batteriemanagementsteuergerät, welche eingerichtet sind, die Schritte des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3 durchzuführen.
Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers (201) gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Eingabeeinheit (205) mindestens einen Taster, einen Schalter und/oder eine Schnittstelle umfasst.
Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers (201) gemäß einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schalter (203) einen Halbleiterschalter und/oder Relais umfasst;
Vorrichtung zum Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers (201) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausgabeeinheit (206) eine akustische, optische und/oder haptische Anzeige umfasst.
Computerprogramm, umfassend Befehle, die bewirken, dass die Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 bis 7 die Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 3 ausführt.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprogramm nach Anspruch 8 gespeichert ist.
Verwendung eines Verfahrens zum Ausgeben eines Betriebszustands eines elektrochemischen Energiespeichers (201) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 in elektrochemischen Energiespeichersystemen für Elektrofahrzeuge, Brennstoffzellenfahrzeuge, Hybridfahrzeuge, Plug-In-Hybridfahrzeuge, Luftfahrzeuge, Pedelecs oder E-Bikes, für portable Einrichtungen zur Telekommunikation oder Datenverarbeitung, für elektrische Handwerkzeuge oder Küchenmaschinen, sowie in stationären Speichern zur Speicherung insbesondere regenerativ gewonnener elektrischer Energie.