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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Protokollieren eines Lebens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, wobei zumindest einen Lebensabschnitt des Energiespeichers betreffende erste Daten erfasst und gespeichert werden. Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Protokollieren eines Lebens eines Energiespeichers.
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Elektrofahrzeuge weisen bekanntlich Energiespeicher, zum Beispiel in Form von Hochvolt-Batterien, auf. Solche Energiespeicher umfassen dabei typischerweise vielzählige Batteriezellen. Die Zellen einer solchen Traktionsbatterie altern ab dem Zeitpunkt ihrer Produktion. Die Alterung führt zu mehreren Nachteilen, wie beispielsweise abnehmendem Energieinhalt des Energiespeichers, steigendem Innenwiderstand, und ist zudem stark von Umgebungsbedingungen und dem Nutzungsverhalten des Energiespeichers abhängig. Bei einer Batterie, deren Vorgeschichte man nicht kennt, lässt sich so gut wie keine Aussage über den Alterungszustand treffen. Dies kann aber beim Kauf eines gebrauchten elektrifizierten Fahrzeugs oder dem Tausch einer Traktionsbatterie an einer Batteriewechselstation sehr relevant sein. Ein weiteres Problem besteht zudem darin, Daten, die eine Aussage über den Alterungszustand einer solchen Batterie zulassen, möglichst manipulationssicher speichern zu können. Denn da gerade solche Daten den Wert einer Hochvolt-Batterie beeinflussen, sollten solche Daten auch gut vor Manipulationsversuchen geschützt sein.
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Die
DE 10 2016 007 472 A1 beschreibt ein Verfahren zur Registrierung von multiplen Fahrzeugdaten in einer Blockchain. Bei den Fahrzeugdaten handelt es sich zum Beispiel um den Kilometerstand oder den Aufenthaltsort. Diese werden erfasst und mittels einer kryptologischen Hashfunktion unter Wahrung des Datenschutzes für Internetverbindungen in einer Blockchain registriert. Dabei werden die Fahrzeugdaten vieler Millionen Fahrzeuge gleichzeitig registriert, um die Registrierung kostengünstig und datenmengeneffizient zu gestalten.
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Des Weiteren beschreibt die
DE 10 2019 205 663 A1 ein Verfahren zur kontinuierlichen Überwachung und Überprüfung eines Stromversorgungssystems eines Kraftfahrzeugs mit einem Prüfsystem, wobei das Stromversorgungssystem mindestens eine Batterie, einen Generator und mehrere Subsysteme mit einzeln zuschaltbaren Verbrauchern aufweist. Dabei wird eine Vielzahl von Messsensoren, zum Beispiel für die Batteriespannung, die Batterietemperatur, den Batteriestrom, die Drehzahl des Generators, die vom Generator abgegebene Spannung, den abgegebenen Strom und so weiter bereitgestellt. Weiterhin werden die von den Messsensoren erfassten Daten abgespeichert. Darauf basierend können Verschlechterungen oder Fehler einzelner Komponenten des Stromversorgungssystems verstanden beziehungsweise diagnostiziert werden.
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Die eingangs beschriebenen Probleme bleiben jedoch dennoch bestehen.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, die ein möglichst zuverlässiges und effizientes Protokollieren eines Lebens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug erlauben.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Patentansprüchen. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche, der Beschreibung, sowie der Figur.
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Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zum Protokollieren eines Lebens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug werden zumindest einen Lebensabschnitt des Energiespeichers betreffende erste Daten erfasst und gespeichert. Dabei werden in Abhängigkeit von den gespeicherten ersten Daten zweite Daten ermittelt, die hinsichtlich ihrer Datenmenge gegenüber den ersten Daten reduziert sind, und die zweiten Daten werden in einer Blockchain gespeichert.
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Die Erfindung beruht dabei auf mehreren Erkenntnissen: Zum einen fallen, um das Leben eines Energiespeichers zu protokollieren, unzählig viele den Energiespeicher betreffende beziehungsweise den Lebensabschnitt des Energiespeichers betreffende Daten an. Die direkte Speicherung solch enorm großer Datenmengen in einer Blockchain gestaltet sich jedoch extrem ineffizient. Um jedoch letztendlich eine Aussage über den aktuellen Wert eines Energiespeichers beziehungsweise dessen Alterungszustand treffen zu können, ist es gar nicht notwendig, all diese den Lebensabschnitt des Energiespeichers betreffenden, erfassten beziehungsweise bereitgestellten ersten Daten zu kennen oder zu speichern. Aus diesen ersten Daten können nämlich zweite Daten abgeleitet werden, zum Beispiel in Form einer Mittelwertbildung oder die Speicherung nur von Extremalwerten oder außergewöhnlichen Belastungszuständen des Energiespeichers, die dann ausreichend sind, um den aktuellen Wert des Energiespeichers beziehungsweise dessen Alterungszustand hinreichend genau und nachvollziehbar abschätzen zu können. Durch diesen Zwischenschritt der Aggregation bzw. Datenreduktion gestaltet sich die Speicherung der zweiten Daten, die also hinsichtlich ihrer Datenmenge gegenüber den ersten Daten reduziert sind, insbesondere deutlich reduziert sind, viel effizienter und kostengünstiger. Dies ermöglicht es erst, das Leben des Energiespeichers in einer Blockchain zu registrieren. Die Registrierung in einer Blockchain ermöglicht wiederum eine nahezu manipulationssichere Speicherung dieser Daten. Damit kann vorteilhafterweise nunmehr für einen Energiespeicher immer auch eine verlässliche Angabe bezüglich seines aktuellen Werts beziehungsweise Alterungszustands gemacht werden. Das bis zu einem aktuellen Zeitpunkt protokollierte Leben des Energiespeichers kann ausgewählten Personen zugänglich gemacht werden, denen damit zuverlässig Informationen darüber bereitgestellt werden können, wie ein Energiespeicher im Laufe seines Lebens bis jetzt behandelt wurde und beansprucht wurde. Somit kann also jeder, dem Zugriff zu dieser Blockchain gewährt wird, Informationen zum Alterungszustand und gegebenenfalls weitere Informationen für ihn relevante Batterien erhalten. Durch die Blockchain sind die Daten dezentral und fälschungssicher gespeichert. Je nach Verschlüsselung und Vertraulichkeitsgrad kann beeinflusst werden, wer zu welchem Zeitpunkt welche Informationen abrufen kann. Dies ermöglicht es also, den Restwert einer Batterie fälschungssicher oder zumindest nahezu fälschungssicher zu dokumentieren. Die Kenntnis des Restwerts einer Batterie erhöht die Transparenz beim Kauf gebrauchter elektrifizierter Fahrzeuge und bei der Nutzung von Batteriewechselstationen und kann für faire Preise sorgen. So kann beispielsweise eine Batterie mit geringem Restwert und geringerem verbleibenden Energieinhalt bei Kauf oder Leasing zu einem günstigeren Preis angeboten werden und dadurch trotzdem attraktiv für den Kunden sein. Es ist auch denkbar, die Höhe der Leasingrate für eine Batterie in Abhängigkeit der Nutzung in Bezug auf das Alterungsverhalten zu gestalten. So kann zum Beispiel die Leasingrate verringert werden, wenn der Nutzer besonders schonend mit der Batterie umgeht und die Batterie nur gering altern lässt und umgekehrt. Die Kenntnis der restlichen Lebensdauer einer Batterie kann auch beim Betrieb von Batteriewechselstationen sehr hilfreich sein. So kann man beispielsweise dafür sorgen, dass alle Batterien im Umlauf relativ gleichmäßig altern und keine der Batterien vorzeitig ihr Lebensdauerende erreicht, indem beispielsweise stets die Batterien mit größerer Restlebensdauer bevorzugt verwendet werden. Die Erfindung ermöglicht es damit also vorteilhafterweise, das Leben einer Batterie auf sehr effiziente und einfache, und vor allem nicht oder kaum manipulierbare Weise zu protokollieren.
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Eine Blockchain (englisch für Blockkette) ist eine kontinuierlich erweiterbare Liste von Datensätzen in einzelnen Blöcken. Neue Blöcke werden nach einem Konsensverfahren erstellt und mittels kryptographischer Verfahren an eine bestehende Kette angehängt. Jeder Block enthält dabei typischerweise einen kryptographisch sicheren Hash (Streuwert) des vorhergehenden Blocks, einen Zeitstempel und Transaktionsdaten. Wie bereits erwähnt, werden die in der Blockchain registrierten Daten, die vorliegend als zweite Daten bezeichnet werden, dezentral gespeichert. Daraus resultiert die hohe Manipulationssicherheit dieser Speichermethode. Die Speicherung erfolgt dabei parallel auf vielzähligen verschiedenen Rechnern oder Recheneinheiten eines Netzwerks, insbesondere eines batterieexternen und fahrzeugexternen Netzwerks. Immer, wenn neue zweite Daten in der Blockchain gespeichert werden sollen, kann der Blockchain entsprechend ein neuer Block hinzugefügt werden.
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Bei dem Energiespeicher kann es sich um eine Batterie, bevorzugt um eine Hochvolt-Batterie, handeln. Eine solche Batterie kann zudem wiederum mehrere Batteriemodule mit jeweils wiederum mehreren Batteriezellen, zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen, aufweisen. Der Energiespeicher, der im Folgenden teilweise auch einfach Batterie genannt wird, kann dabei weiterhin in einem Kraftfahrzeug verbaut sein, was jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein muss. Beispielsweise kann es sich bei dem Energiespeicher auch um einen auswechselbaren Energiespeicher handeln. Somit kann der Energiespeicher aus einem ersten Kraftfahrzeug ausgebaut und in ein zweites Kraftfahrzeug eingebaut werden. Zwischen dem Ausbau aus dem ersten Kraftfahrzeug und dem Einbau in das zweite Kraftfahrzeug kann sich der Energiespeicher zudem in einer Batteriewechselstation befinden. Auch kann es sich beim Energiespeicher um einen stationären oder zumindest temporär als stationär verwendeten Energiespeicher handeln. Auch derartige Lebensabschnitte können vorteilhaft als Teil der ersten und/oder zweiten Daten protokolliert werden. Ein Lebensabschnitt des Energiespeichers kann sich dabei auf eine bestimmte Zeitspanne beziehen. So können beispielsweise zunächst für eine solche Zeitspanne erste Daten erfasst und gesammelt und aggregiert werden und am Ende des Zeitabschnitts, d.h. der Zeitspanne, können die auf Basis der ersten Daten bestimmten zweiten Daten in der Blockchain registriert werden. Dies impliziert nicht notwendigerweise, dass dabei keine der ersten Daten in der Blockchain gespeichert werden. Die zweiten Daten können dabei auch manche der ersten Daten in unveränderter Form umfassen. Denkbar ist es aber auch, dass keine der ersten Daten in unveränderter Form in der Blockchain registriert werden.
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Das gesamte Leben des Energiespeichers kann sich folglich aus solchen einzelnen Lebensabschnitten zusammensetzen, die zeitlich unmittelbar aufeinanderfolgen. Die Registrierung der zweiten Daten in der Blockchain kann zum Beispiel über das Internet erfolgen. Um dabei die zweiten Daten in der Blockchain zu registrieren, kann im Allgemeinen eine Vorrichtung zum Protokollieren des Lebens des Energiespeichers vorgesehen sein. Diese kann eine oder mehrere Steuereinrichtungen aufweisen, zum Beispiel auch als eine dem Energiespeicher zugeordnete Steuereinrichtung ausgebildet sein. Alternativ oder zusätzlich kann diese Vorrichtung auch eine oder mehrere Steuereinrichtungen aufweisen, die anderen Einrichtungen oder Institutionen, die vom Energiespeicher verschieden sind, zugeordnet sind, zum Beispiel eine Steuereinrichtung des Kraftfahrzeugs, in welchem der Energiespeicher aktuell verbaut ist, oder auch eine Steuereinrichtung einer Batteriewechselstation, in der sich der Energiespeicher aktuell befindet. Wird der Energiespeicher beispielsweise aktuell repariert oder gewartet, so kann auch eine Steuereinrichtung eines solchen Wartungsbetriebs beziehungsweise einer Werkstatt oder auch der Produktionsstätte des Energiespeichers als Teil einer solchen Vorrichtung angesehen werden. Mit anderen Worten kann einem oder mehreren der folgenden Beteiligten am Leben des Energiespeichers direkt oder indirekt Zugang zur Blockchain gewährt sein, um die zweiten Daten in der Blockchain zu registrieren: Eine Produktionsstätte, in welcher der Energiespeicher produziert wurde, ein Wartungsbetrieb, in welchem der Energiespeicher gewartet oder repariert wird, ein Fahrzeug, in welchem der Energiespeicher aktuell verbaut ist, und/oder eine Batteriewechselstation, in welcher sich der Energiespeicher aktuell befindet. Denkbar ist es auch, dass der Energiespeicher selbst beziehungsweise eine Steuereinrichtung des Energiespeichers selbst, dazu ausgelegt ist, die zweiten Daten in der Blockchain zu registrieren. Diese Steuereinrichtung kann dazu ausgelegt sein, mit den Steuereinrichtungen, die den anderen genannten Beteiligten beziehungsweise potentiellen Beteiligten am Leben des Energiespeichers zugeordnet sind, zu kommunizieren, um weitere Informationen in Form der ersten Daten von diesem zu erhalten, zum Beispiel das Datum der Produktion, Herkunft der verbauten Zellen, oder ähnliches.
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In der Blockchain können dabei nicht nur die zweiten Daten eines einzigen Energiespeichers gespeichert werden, sondern auch die zweiten Daten weiterer anderer Energiespeicher. In die Blockchain können also nicht nur die Daten einer einzelnen Batterie, sondern auch mehrerer verschiedener in unterschiedlichen Kraftfahrzeugen verbauten oder in Wechselstationen befindlichen Energiespeichern geschrieben werden. Die gespeicherten zweiten Daten sind dann entsprechend dem jeweiligen Energiespeicher eindeutig zugeordnet gespeichert.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die ersten Daten über einen vorbestimmten Zeitraum aggregiert und nach Ablauf des Zeitraums aus den ersten Daten die zweiten Daten ermittelt und in der Blockchain gespeichert, insbesondere wobei die zweiten Daten wiederholt aus jeweiligen, aktuellen ersten Daten ermittelt werden und wiederholt und aktualisiert in der Blockchain gespeichert werden. Wie oben bereits erwähnt, kann dieser vorbestimmte Zeitraum zu einem Lebensabschnitt des Energiespeichers korrespondieren. Zunächst können damit vorteilhafterweise die ersten Daten über den vorbestimmten Zeitraum aggregiert werden und die aggregierten beziehungsweise reduzierten zweiten Daten am Ende dieses vorbestimmten Zeitraums dann entsprechend in der Blockchain registriert werden. Dann werden für einen sich an diesen vorbestimmten Zeitraum anschließenden zweiten Zeitraum wiederum neue aktuelle erste Daten erfasst und gespeichert und am Ende dieses zweiten Zeitraums wieder daraus die zweiten Daten bestimmt und in der Blockchain gespeichert, und so weiter. Wie lange dabei der vorbestimmte Zeitraum ist, kann von der Art der ersten Daten abhängig sein. Die ersten Daten können dabei auch in verschiedene Untergruppen gegliedert sein, wobei für jede Untergruppe ein solcher vorbestimmter Zeitraum festgelegt ist, und wobei sich die jeweiligen Zeiträume der Untergruppen auch voneinander unterscheiden können. Der vorbestimmte Zeitraum kann im Allgemeinen im Bereich von Stunden, Tagen, Wochen, Montagen oder auch Jahren liegen. Dies erlaubt eine besonders gute Situationsanpassung. Die Zeiträume können zum Beispiel je nach Relevanz der ersten Daten entsprechend gewählt sein beziehungsweise den Untergruppen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stellen die ersten Daten Messdaten dar, die eine Messgröße des Energiespeichers betreffen, die zeitlich kontinuierlich oder wiederholt erfasst werden. Im Falle einer nicht zeitlich kontinuierlich und wiederholten Erfassung dieser Messdaten können diese in vorbestimmten Zeitabständen erfasst werden oder auch ereignisgetriggert. Messdaten, die den Energiespeicher betreffen, sind besonders gut geeignet, um eine Aussage über die Betriebsweise und Beanspruchung des Energiespeichers zu treffen. Darauf basierend kann letztendlich eine besonders genaue Abschätzung des Alterungszustands und der Restlebensdauer des Energiespeichers getroffen werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung umfassen die ersten Daten zumindest manche der Messdaten aus folgender Gruppe: Eine Temperatur des Energiespeichers und/oder eines Batteriemoduls oder einer Batteriezelle, einen Batteriestrom des Energiespeichers oder einen Zellstrom einer Batteriezelle oder auch einen Modulstrom eines Batteriemoduls, insbesondere einen Laststrom, eine Batteriespannung oder Zellspannung, oder auch eine Modulspannung, eine Ladestromkurve und/oder eine Ladespannungskurve beim Laden des Energiespeichers, eine Ladeleistung beim Laden des Energiespeichers, einen Innenwiderstand und/oder eine Kapazität und/oder ein Energieinhalt des Energiespeichers oder einer einzelnen Batteriezelle, einen aktuellen Ladezustand des Energiespeichers. Insbesondere können die genannten Messgrößen, wie zum Beispiel Strom, Spannung, Innenwiderstand, Kapazität, Energieinhalt, Ladezustand, sich grundsätzlich immer auf den Energiespeicher insgesamt beziehen oder auf einzelne Batteriemodule oder auch auf einzelne Batteriezellen. In diesem Fall werden dann die Messgrößen nicht nur für ein einzelnes Batteriemodul oder eine einzelne Zelle, sondern entsprechend für alle vom Energiespeicher umfassten Batteriemodule beziehungsweise Batteriezellen erfasst. Vor allem Lade- und Entladevorgänge und die dabei vorherrschenden Temperaturen beeinflussen die Alterung des Energiespeichers maßgeblich. Daher ist es sehr vorteilhaft, solche Lade- und Entladevorgänge und die dabei vorherrschenden Temperaturen durch die entsprechenden Messgrößen, wie Temperatur, Strom und Spannung und deren zeitliche Verläufe, zu dokumentieren und als erste Daten zu speichern. Gerade, wenn der Energiespeicher sehr viele Batteriezellen aufweist und auch die einzelnen Zellgrößen messtechnisch erfasst und gespeichert werden, ist es sehr vorteilhaft, die ersten Daten nicht direkt in der Blockchain zu registrieren, sondern daraus zunächst einen reduzierten Datensatz in Form der zweiten Daten bereitzustellen. Es ist also vorteilhaft, dass vor allem die sich zeitlich ständig ändernden Informationen, insbesondere als Teil der ersten Daten, zum Beispiel Temperatur, Ladestrom, ..., durch Sensoren in der Batterie erfasst werden und zunächst in einem temporären Speicher zwischengespeichert werden. In regelmäßigen Abständen können diese durch das die Batterie beinhaltende System, zum Beispiel durch das Fahrzeug oder durch eine Batteriewechselstation, durch eine Datenverbindung, kabelgebunden oder kabellos, ausgelesen und in der Blockchain gespeichert werden. Aus den gemessenen Daten können darüber hinaus aus andere Daten errechnet werden. Zum einen können die ersten Daten dabei solche aus Messwerten errechnete Größen umfassen, zum Beispiel die Kapazität, die typischerweise in Ah angegeben wird, und/oder der Energieinhalt, der typischerweise in kWh angegeben wird. Diese errechneten Daten können aber auch zusätzlich oder alternativ als Teil der zweiten Daten aufgefasst werden.
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Entsprechend stellt es eine weitere sehr vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die zweiten Daten aus den ersten Daten gemäß einer vorbestimmten Formel ermittelt werden, zum Beispiel als ein Mittelwert oder ein Extremalwert der ersten Daten innerhalb des vorbestimmten Zeitraums, und/oder die zweiten Daten ein Überschreiten und/oder ein Unterschreiten eines vorbestimmten Grenzwerts für die ersten Daten oder ein Abweichen zumindest mancher der ersten Daten von einem vorbestimmten Sollbereich angeben. Gerade sich zeitlich ständig ändernde Informationen für bestimmte Zeiträume können somit sinnvoll aggregiert abgespeichert werden. So kann beispielsweise bei einem Ladevorgang in einer Batteriewechselstation statt des Ladestroms für jede Sekunde auch der arithmetische Mittelwert des Ladestroms gespeichert werden, oder es wird in Form der zweiten Daten festgehalten, dass der Ladevorgang nach einer ganz bestimmten standardisierten Ladekurve erfolgt ist. Durch die zweiten Daten kann zum Beispiel auch lediglich festgehalten werden, wenn physikalische Größen des Energiespeichers, zum Beispiel die Temperatur, der Ladestrom oder Laststrom, einen vorbestimmten Sollbereich verlässt. Solange sich diese Größen jedoch im Sollbereich befinden, müssen die einzelnen Messgrößen nicht in der Blockchain gespeichert werden. Denkbar ist es zudem auch, dass aus diesen Messgrößen und/oder anderen erfassten ersten Daten, die einen Lebensabschnitt des Energiespeichers betreffen, als zweite Daten die verbleibende Lebensdauer oder der aktuelle Alterungszustand ermittelt werden und diese als die zweiten Daten in der Blockchain gespeichert werden. Die in der Blockchain zu speichernden Daten können damit auf ein Minimum reduziert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn auch das Berechnungsverfahren bzw. die Rechenvorschrift bzw. oben erwähnte Formel, gemäß welcher zumindest manche der zweiten Daten aus den ersten Daten ermittelt oder aggregiert wurden, in der Blockchain gespeichert werden, insbesondere als Teil der zweiten Daten. Dies kann z.B. nur einmalig der Batterie zugeordnet erfolgen, wenn sich die Rechenvorschrift über Lebenszeit der Batterie nicht ändert, oder bei jeder neuen Aggregation der betreffenden zweiten Daten gemäß dieser Rechenvorschrift, oder nur jedes Mal, wenn sich die Rechenvorschrift ändert bzw. geändert hat. Hintergrund ist, dass sich über die lange Laufzeit einer Batterie hinweg die eingesetzten Berechnungsverfahren zur Aggregation der Daten von den ersten Daten zu den zweiten Daten ändern bzw. ändern können, sodass diese in unterschiedlichen Generationen einer Batterie oder in Batterien derselben Generation, aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten produziert, voneinander abweichen bzw. abweichen können. Die Speicherung des zu einem bestimmten Zeitpunkt eingesetzten Berechnungsverfahrens innerhalb der zweiten Daten kann entsprechen sinnvoll sein, um dies bei der Berechnung des Alterungs-/Zustandsmaßes zu berücksichtigen und so unterschiedliche zweite Daten, denen unterschiedliche Berechnungsverfahren zugrunde liegen, besser vergleichbar zu machen.
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Die ersten Daten können aber nicht nur zeitlich veränderliche Daten, zum Beispiel Messwerte, umfassen, sondern auch andere Informationen, die zumindest einen Lebensabschnitt der Batterie beziehungsweise des Energiespeichers betreffen, sein. Daher stellt es eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung dar, wenn die ersten Daten das Auftreten zumindest eines bestimmten Ereignisses, insbesondere einen Ort des Ereignisses und/oder einen Zeitstempel des Ereignisses, betreffen, insbesondere eine Reparatur des Energiespeichers und/oder einen Austausch eines Teils einer Zelle oder eines Zellmoduls des Energiespeichers, einen Balancingvorgang zum Ladungsausgleich zwischen Speichereinheiten des Energiespeichers, zum Beispiel der Batteriemodule und/oder Batteriezellen, einen Einbau oder Umbau des Energiespeichers in ein Kraftfahrzeug, in ein anderes Kraftfahrzeug oder eine Energiespeicherwechselstation, und/oder eine Produktion des Energiespeichers. Auch die Herkunft der verbauten Zellen, eine Seriennummer des Energiespeichers, die VIN (Vehicle Identification Number, Fahrzeugidentifikationsnummer) des Fahrzeugs, in dem der Energiespeicher aktuell verbaut ist, oder auch eine VIN-Historie bei Fahrzeugwechsel, können als die ersten Daten dokumentiert werden. Beim Erzeugen der zweiten Daten müssen gerade diese zeitlich nicht veränderlichen Informationen, die sich auf bestimmte Ereignisse beziehen, nicht notwendigerweise in reduzierter Form bereitgestellt werden. Mit anderen Worten können derartige Ereignisse ebenso auch als zweite Daten in die Blockchain gespeichert werden. Denkbar ist es aber auch hierbei, dass solche Daten nicht gleich bei Auftreten eines entsprechenden Ereignisses, wie zum Beispiel das Durchführen eines Balancingvorgangs oder das Durchführen einer Reparatur des Energiespeichers, in die Blockchain gespeichert werden, sondern dass solche Ereignisse ebenfalls erst über einen vorbestimmten Zeitraum aggregiert werden und am Ende dieses Zeitraums in gesammelter Form in die Blockchain gespeichert werden. Auch derartige Ereignisse beeinflussen den Alterungszustand des Energiespeichers und sind daher hilfreich, um den Restwert des Energiespeichers und eine Restlebensdauer zu ermitteln.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird aus den ersten Daten und/oder den zweiten Daten eine verbleibende Lebensdauer, ein verbleibender Restenergieinhalt und/oder ein Restwert des Energiespeichers ermittelt und insbesondere in der Blockchain gespeichert, insbesondere auch wiederholt aktualisiert. Somit kann vorteilhafterweise nicht nur das Leben des Energiespeichers protokolliert und in der Blockchain gespeichert werden, sondern auch wiederholt und aktualisiert die verbleibende Lebensdauer beziehungsweise der verbleibende Restenergieinhalt oder Restwert des Energiespeichers. Diese Größen bestimmen allesamt den Wiederverkaufswert eines solchen Energiespeichers und können zudem verwendet werden, um zum Beispiel Energiespeicher in einer Energiespeicherwechselstation gleichmäßig zu beanspruchen und zu belasten. Denkbar ist es auch, aus den zuvor genannten Größen die verbleibende Lebensdauer beziehungsweise den Restenergieinhalt oder Restwert des Energiespeichers zu ermitteln und nur diese Lebensdauer, Restenergieinhalt und/oder Restwert in der Blockchain zu speichern, insbesondere als einzige zweite Daten, die in der Blockchain gespeichert werden. Dadurch können die zu speichernden Daten auf ein Minimum reduziert werden.
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Im Allgemeinen kann zum Beispiel durch ein bereitgestelltes Rechenmodell ein Maß für die Alterung des Energiespeichers berechnet werden. Zu diesem Zweck können die in der Blockchain abgelegten Informationen, nämlich die zweiten Daten, verwendet werden. Dabei ist es vorteilhaft, wenn also nicht nur das Maß für die Alterung des Energiespeichers in der Blockchain gespeichert wird, sondern auch darüber hinausgehende Lebensdauerdaten des Energiespeichers. Dies erlaubt eine deutlich bessere und transparentere Nachvollziehbarkeit der ermittelten Energiespeicheralterung. Da es grundsätzlich ja auch verschiedene Rechenmodelle gibt, um ein Maß für die Alterung der Batterie zu berechnen, ist es sehr vorteilhaft, nicht nur das Ergebnis für ein berechnetes Maß für die Alterung der Batterie in der Blockchain zu speichern, sondern auch die Ausgangsdaten, die zur Berechnung verwendet wurden. Dies erlaubt es zum Beispiel einem Endverbraucher, das Maß für die Alterung der Batterie selbst gemäß seinem Rechenmodell zu ermitteln.
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Bei einer weiteren sehr vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die ersten Daten zumindest temporär in einem vom Energiespeicher umfassten Speicher gespeichert. Denkbar ist es aber auch, hierfür einen Speicher zu nutzen, welcher der Einrichtung zugeordnet ist, die aktuell den Energiespeicher aufweist, zum Beispiel ein Kraftfahrzeugspeicher oder ein Speicher der Energiespeicherwechselstation. Dies erlaubt eine besonders einfache, kostengünstige und zeitsparende Zwischenspeicherung der ersten Daten. So können die ersten Daten besonders effizient temporär zwischengespeichert werden und in regelmäßigen Zeitabständen oder zumindest wiederholt daraus die zweiten Daten ermittelt und auf sichere Weise in der Blockchain registriert werden. Die insgesamt in der Blockchain zu speichernden Daten können hierdurch auf besonders vorteilhafte Weise enorm reduziert werden.
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Bei einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die ersten Daten in einer temporären Hilfs-Blockchain gespeichert. Somit kann auch die Sicherheit bei der Speicherung der ersten Daten deutlich gesteigert werden. Die ersten Daten können also zunächst in eine solche temporäre Hilfs-Blockchain gespeichert werden und dann zu bestimmten Zeitpunkten oder nach bestimmten Zeiträumen aggregiert, das heißt zusammengefasst, in die Haupt-Blockchain gespeichert werden. Danach wird die temporäre Blockchain, das heißt die Hilfs-Blockchain, bereinigt und kann erneut gefüllt werden beziehungsweise die Hilfs-Blockchain kann auslaufen und neue Daten können in eine neue temporäre Hilfs-Blockchain geschrieben werden. So kann die Zeit, in der die Daten im temporären Speicher in der Batterie gespeichert sind und nicht vor Manipulation geschützt sind, sinnvoll verkürzt werden. Entsprechend können die beiden oben beschriebenen Varianten auch miteinander kombiniert werden, das heißt die ersten Daten können zum Beispiel lokal in der Batterie gespeichert werden, nach Ablauf einer bestimmten Zeit aggregiert in die Hilfs-Blockchain gespeichert werden, und nach Ablauf einer weiteren Zeitspanne, die größer ist als die erstgenannte Zeitspanne, in die Haupt-Blockchain geschrieben werden. Ein solches mehrstufiges Verfahren erlaubt die Speicherung sehr vieler Daten auf dennoch besonders effiziente und sichere Weise.
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Für Anwendungsfälle oder Anwendungssituationen, die sich bei dem Verfahren ergeben können und die hier nicht explizit beschrieben sind, kann vorgesehen sein, dass gemäß dem Verfahren eine Fehlermeldung und/oder und/oder eine Standardeinstellung und/oder ein vorbestimmter Initialzustand eingestellt wird.
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Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Vorrichtung zum Protokollieren eines Lebens eines Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug, wobei die Vorrichtung dazu ausgelegt ist, zumindest einen Lebensabschnitt des Energiespeichers betreffende erste Daten zu erfassen und zu speichern. Dabei ist die Vorrichtung dazu ausgelegt, in Abhängigkeit von den gespeicherten ersten Daten zweite Daten zu ermitteln, die hinsichtlich ihrer Datenmenge gegenüber den ersten Daten reduziert sind, und eine Registrierung der zweiten Daten in einer Blockchain zu veranlassen.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren und seine Ausgestaltungen genannten Vorteile gelten in gleicher Weise für die erfindungsgemäße Vorrichtung.
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Die Vorrichtung kann zum Beispiel eine oder mehrere oben bereits genannte Steuereinrichtungen, zum Beispiel des Energiespeichers, des Kraftfahrzeugs, der Energiespeicherwechselstation, umfassen.
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Die Vorrichtung kann eine Datenverarbeitungsvorrichtung oder eine Prozessoreinrichtung aufweisen, die dazu eingerichtet ist, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Die Prozessoreinrichtung kann hierzu zumindest einen Mikroprozessor und/oder zumindest einen Mikrocontroller und/oder zumindest einen FPGA (Field Programmable Gate Array) und/oder zumindest einen DSP (Digital Signal Processor) aufweisen. Des Weiteren kann die Prozessoreinrichtung Programmcode aufweisen, der dazu eingerichtet ist, bei Ausführen durch die Prozessoreinrichtung die Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens durchzuführen. Der Programmcode kann in einem Datenspeicher der Prozessoreinrichtung gespeichert sein.
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Zu der Erfindung gehören auch Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die Merkmale aufweisen, wie sie bereits im Zusammenhang mit den Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben worden sind. Aus diesem Grund sind die entsprechenden Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Vorrichtung hier nicht noch einmal beschrieben.
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Auch ein Kraftfahrzeug und/oder eine Batteriewechselstation mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung soll als zur Erfindung gehörend angesehen werden. Das erfindungsgemäße Kraftfahrzeug ist bevorzugt als Kraftwagen, insbesondere als Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, oder als Personenbus oder Motorrad ausgestaltet.
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Als eine weitere Lösung umfasst die Erfindung auch ein computerlesbares Speichermedium, umfassend Befehle, die bei der Ausführung durch einen Computer oder einen Computerverbund diesen veranlassen, eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens auszuführen. Das Speichermedium kann z.B. zumindest teilweise als ein nicht-flüchtiger Datenspeicher (z.B. als eine Flash-Speicher und/oder als SSD - solid state drive) und/oder zumindest teilweise als ein flüchtiger Datenspeicher (z.B. als ein RAM - random access memory) ausgestaltet sein. Durch den Computer oder Computerverbund kann eine Prozessorschaltung mit zumindest einem Mikroprozessor bereitgestellt sein. Die Befehle können als Binärcode oder Assembler und/oder als Quellcode einer Programmiersprache (z.B. C) bereitgestellt sein.
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Die Erfindung umfasst auch die Kombinationen der Merkmale der beschriebenen Ausführungsformen. Die Erfindung umfasst also auch Realisierungen, die jeweils eine Kombination der Merkmale mehrerer der beschriebenen Ausführungsformen aufweisen, sofern die Ausführungsformen nicht als sich gegenseitig ausschließend beschrieben wurden.
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Im Folgenden sind Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Bei den im Folgenden erläuterten Ausführungsbeispielen handelt es sich um bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung. Bei den Ausführungsbeispielen stellen die beschriebenen Komponenten der Ausführungsformen jeweils einzelne, unabhängig voneinander zu betrachtende Merkmale der Erfindung dar, welche die Erfindung jeweils auch unabhängig voneinander weiterbilden. Daher soll die Offenbarung auch andere als die dargestellten Kombinationen der Merkmale der Ausführungsformen umfassen. Des Weiteren sind die beschriebenen Ausführungsformen auch durch weitere der bereits beschriebenen Merkmale der Erfindung ergänzbar.
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Hierzu zeigt die einzige Fig. eine schematische Darstellung eines Systems 10 zum Protokollieren eines Lebens eines Energiespeichers 12 gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung. In diesem Beispiel ist der Energiespeicher 12, wie beispielsweise eine Hochvolt-Batterie, in einem Kraftfahrzeug 14 verbaut. Dies muss jedoch nicht notwendigerweise der Fall sein. Beispielsweise kann es sich bei dem Energiespeicher 12 auch um einen Energiespeicher handeln, der austauschbar ist, zum Beispiel über eine Batteriewechselstation, sodass sich dieser Energiespeicher 12 von Zeit zu Zeit auch in einer Batteriewechselstation befinden kann und anschließend wiederum in ein weiteres anderes Kraftfahrzeug verbaut wird. Die Zellen eines solchen Energiespeichers 12 altern ab dem Zeitpunkt ihrer Produktion. Die Alterung führt zu mehreren Nachteilen, wie beispielsweise abnehmendem Energieinhalt und so weiter. Die Stärke der Alterung hängt vor allem vom Nutzungsverhalten des Energiespeichers 12 und Umgebungsbedingungen ab. Das betrifft zum Beispiel Lade- und Entladevorgänge und die dabei vorherrschenden Temperaturen. Daher ist beispielsweise beim Kauf eines gebrauchten elektrifizierten Fahrzeugs oder beim Tausch der Traktionsbatterie 12 an einer Batteriewechselstation die Kenntnis des aktuellen Alterungszustands sehr relevant, um vor allem den Restwert eines solchen Energiespeichers 12 möglichst genau abschätzen zu können. Die Erfindung und ihre Ausführungsformen ermöglichen es nun vorteilhafterweise, den aktuellen Alterungszustand des Energiespeichers 12 oder zumindest ein Maß M für einen solchen Alterungszustand auf möglichst manipulationsfreie, sichere und einfache Weise bereitzustellen, indem das Leben des Energiespeichers 12 in einer Blockchain 16 dokumentiert wird. Dabei können zunächst alle möglichen Daten D1, die sich auf den Energiespeicher 12 beziehen und zum Beispiel einen Lebensabschnitt des Energiespeichers 12 betreffen, in Form erster Daten D1 erfasst und abgespeichert werden. Diese ersten Daten D1 können beispielsweise folgende Informationen enthalten beziehungsweise umfassen: Datum der Produktion des Energiespeichers 12, Herkunft der im Energiespeicher 12 verbauten Batteriezellen, Seriennummer des Energiespeichers 12, im Falle eines fest verbauten Energiespeichers 12 die Fahrzeugidentifikationsnummer VIN, und im Falle eines möglichen Fahrzeugwechsels des Energiespeichers 12 die Historie der jeweiligen Fahrzeugidentifikationsnummern VIN, die Temperaturen Ti der einzelnen Batteriezellen beziehungsweise die Temperatur Ti im Batterieinneren des Energiespeichers 12, den Verlauf des Batterielebens, wobei diese Temperaturwerte Ti permanent aufgezeichnet und gespeichert werden können, auch bei längeren Zeiten ohne Betrieb des Kraftfahrzeugs 14, der Zeitpunkt, die Dauer von Ladevorgängen und Entladevorgängen, sowie auch der Stromverlauf Ii und der Spannungsverlauf Ui von Ladevorgängen und Entladevorgängen, diverse definierte Ereignisse E, zum Beispiel das Ausführen von Leveling- und/oder Balancing-Maßnahmen zur Verminderung der Batteriealterung zum Beispiel durch Angleich des Ladezustands der einzelnen Zellen des Energiespeichers 12, Wartungs- und Reparaturarbeiten an der Batterie 12, und bei Betrieb mittels Batteriewechselstation zum Beispiel auch der Ort der Batteriewechselstation, der Zeitpunkt und der Fahrzeugtyp bei Einbau in ein neues Fahrzeug sowie Ort und Zeitpunkt bei Ausbau aus diesem Fahrzeug. Auch der aktuelle Innenwiderstand R des Energiespeichers 12, dessen Kapazität C, dessen Energieinhalt Q und optionale zahlreiche weitere Größen können als solche zumindest einen Lebensabschnitt des Energiespeichers 12 betreffende Daten D1 erfasst und dokumentiert werden. Da gerade bei sich zeitlich ständig ändernden Informationen und Daten, wie beispielsweise den erfassten Strömen Ii, Spannungen Ui und Temperaturen Ti zahlreiche Daten und entsprechend große Datenmengen anfallen, ist es vorteilhaft, wenn diese ersten Daten D1 zunächst zu zweiten Daten D2, zum Beispiel über einen bestimmten Zeitraum hinweg, sinnvoll aggregiert werden und dann diese aggregierten zweiten Daten D2 in der Blockchain 16 abgespeichert werden. So kann beispielsweise bei einem Ladevorgang in einer Batteriewechselstation oder auch im Kraftfahrzeug 14 statt des Ladestroms Ii für jede Sekunde auch der arithmetische Mittelwert I gespeichert werden. Auch statt der zahlreichen einzelnen Messwerte der Batterie oder Zellspannungen Ui können entsprechende Spannungsmittelwerte U̅ als zweite Daten D2 in der Blockchain 16 abgespeichert werden. Denkbar wären auch lediglich die Registrierung von Extremalwerten, wie maximal oder minimal, wie hier für ein Temperaturmaximum Tmax und ein Temperaturminimum Tmin für einen bestimmten Zeitraum illustriert. Andere Werte, wie zum Beispiel in diesem Fall der Innenwiderstand R, die aktuelle Kapazität C, der Energieinhalt Q, die Fahrzeugidentifikationsnummer VIN und das Auftreten bestimmter Ereignisse E können in unmodifizierter Weise als Teil der zweiten Daten D2 in der Blockchain 16 gespeichert werden.
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Besonders vorteilhaft ist es dabei vor allem, wenn auch das Berechnungsverfahren bzw. die Rechenvorschrift, gemäß welcher zumindest manche der zweiten Daten D2 aus den ersten Daten D1 ermittelt oder aggregiert wurden, in der Blockchain gespeichert werden, insbesondere als Teil der zweiten Daten D2. Dies kann z.B. nur einmalig der Batterie 12 zugeordnet erfolgen, wenn sich die Rechenvorschrift über Lebenszeit der Batterie 12 nicht ändert, oder bei jeder neuen Aggregation der betreffenden zweiten Daten D2 gemäß dieser Rechenvorschrift, oder nur jedes Mal, wenn sich die Rechenvorschrift ändert bzw. geändert hat. Hintergrund ist, dass sich über die lange Laufzeit einer Batterie hinweg die eingesetzten Berechnungsverfahren zur Aggregation der Daten von den ersten Daten D1 zu den zweiten Daten D2 ändern bzw. ändern können, sodass diese in unterschiedlichen Generationen einer Batterie 12 oder in Batterien 12 derselben Generation, aber zu unterschiedlichen Zeitpunkten produziert, voneinander abweichen bzw. abweichen können. Die Speicherung des zu einem bestimmten Zeitpunkt eingesetzten Berechnungsverfahrens innerhalb der zweiten Daten D2 kann entsprechen sinnvoll sein, um dies bei der Berechnung des Alterungs-/Zustandsmaßes M zu berücksichtigen und so unterschiedliche zweite Daten D2, denen unterschiedliche Berechnungsverfahren zugrunde liegen, besser vergleichbar zu machen.
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In diesem Beispiel erfasst eine Steuereinrichtung 20 des Kraftfahrzeugs 14 die ersten den Energiespeicher 12 betreffenden Daten D1 und speichern diese zunächst temporär für einen bestimmten Zeitraum in einem Speicher 22 ab. Am Ende des vorbestimmten Zeitraums werden die ersten Daten zu den zweiten Daten D2 aggregiert und in der Blockchain 16 registriert. In regelmäßigen Abständen werden vorzugsweise diese durch das die Batterie 12 beinhaltende System, in diesem Beispiel das Fahrzeug 14, in anderen nicht dargestellten Beispielen zum Beispiel auch die Wechselstation, durch eine Datenverbindung, zum Beispiel kabelgebunden oder wireless, ausgelesen, zu den zweiten Daten D2 aggregiert und in der Blockchain 16 gespeichert. Dies ermöglicht eine besonders effiziente Speicherung dieser Daten. Je nachdem, welche Einrichtungen oder Komponenten am Leben des Energiespeichers 12 teilhaben, können ebenso diese Komponenten direkten oder indirekten Zugang zur Blockchain 16 haben, um entsprechend aktualisierte zweite Daten D2 zu speichern. Solche Beteiligten sind neben dem Fahrzeug 14 zum Beispiel auch die Produktionsstätte, Wartungsbetriebe oder Batteriewechselstationen. Mit Abschluss der Produktion einer solchen Batterie 12 in der Produktionsstätte erhält diese beispielsweise den ersten Eintrag in der dafür vorgesehenen Blockchain 16, an den dann im Laufe des Batterielebens weitere Einträge angehängt werden, insbesondere in Form der jeweils aktualisierten zweiten Daten D2.
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Durch die beschriebene Aggregation der Daten kann die Datenmenge in der Blockchain 16 auf ein notwendiges Minimum beschränkt werden.
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Als Erweiterung wäre ein Zwischenschritt bei der Überführung der Daten D2 in die Blockchain 16 möglich: Die Daten D1 können zusätzlich oder alternativ zur Speicherung im Speicher 22 auch in eine temporäre Blockchain gespeichert werden und zu bestimmten Zeitpunkten und/oder nach bestimmten Zeiträumen ebenso aggregiert als die zweiten Daten D2 in die Haupt-Blockchain 16 gespeichert werden. Danach wird die temporäre Blockchain bereinigt und kann erneut befüllt werden. So kann die Zeit, in der die Daten D1 im temporären Speicher 22 in der Batterie 12 beziehungsweise im Kraftfahrzeug 14 oder der Wechselstation gespeichert sind und nicht vor Manipulation geschützt sind, sinnvoll verkürzt werden.
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Durch Kenntnis der in der Blockchain 16 abgelegten Informationen, das heißt der zweiten Daten D2, kann zum Beispiel durch ein Rechenmodell, welches durch einen beliebigen Server 24 bereitgestellt sein kann, ein Maß M für die Alterung der Batterie 12 berechnet werden. Die Genauigkeit des Ergebnisses hängt dabei beispielsweise von der Genauigkeit aller gespeicherten Informationen D2 und der Genauigkeit des Rechenmodells ab. Mit Kenntnis des Alterungszustands beziehungsweise des Maßes M, insbesondere mit einer bestimmten Genauigkeit, können wiederum weitere Batteriekenngrößen 12 der Batterie 12 ermittelt werden, zum Beispiel die restliche Lebensdauer der Batterie 12 prognostiziert werden, eine Prognose eines bestimmten Restenergieinhalts zu einem bestimmten Zeitpunkt bereitgestellt werden, der insbesondere in der Zukunft liegt, und/oder ein Restwert einer gebrauchten Batterie 12 ermittelt werden. Optional können das berechnete Maß M und/oder daraus abgeleitete Größen, wie die restliche Lebensdauer ebenfalls wieder in der Blockchain gespeichert werden.
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Die Kenntnis der restlichen Lebensdauer der Batterie 12 kann beim Betrieb von Batteriewechselstationen sehr hilfreich sein. So kann man beispielsweise dafür sorgen, dass alle Batterien 12 im Umlauf relativ gleichmäßig altern und keine der Batterien vorzeitig ihr Lebensdauerende erreicht, indem beispielsweise stets die Batterien 12 mit größerer Restlebensdauer bevorzugt verwendet werden. Auch kann eine Batterie 12 mit geringerem Restwert oder geringerem verbleibenden Energieinhalt bei Kauf oder Leasing zu einem günstigeren Preis angeboten werden. Auch kann beispielsweise die Leasingrate auf das Nutzungs- oder Fahrverhalten des Nutzers angepasst werden und zum Beispiel günstiger ausfallen, wenn dieser schonender mit der Batterie 12 umgeht.
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Insgesamt zeigen die Beispiele, wie durch die Erfindung eine Dokumentation des Lebens einer Batterie in einer Blockchain auf effiziente Weise ermöglicht wird. Somit kann jeder, dem Zugriff zu dieser Blockchain gewährt wird, Informationen zum Alterungszustand oder den diesem zugrundeliegenden Daten und gegebenenfalls weitere Informationen zu für ihn relevante Batterien erhalten. Durch die Blockchain sind die Daten dezentral und fälschungssicher gespeichert. Je nach Verschlüsselung und Vertraulichkeitsgrad kann beeinflusst werden, wer zu welchem Zeitpunkt welche Informationen abrufen kann.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102016007472 A1 [0003]
- DE 102019205663 A1 [0004]
