DE102022210477A1

DE102022210477A1 - Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks, Wechselakkupack, System und Computerprogramm

Info

Publication number: DE102022210477A1
Application number: DE102022210477.3A
Authority: DE
Inventors: Andreas Gonser
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2022-10-04
Filing date: 2022-10-04
Publication date: 2024-04-04
Also published as: CN117849641A; US20240110989A1

Abstract

Um eine Bestimmung einer Restlaufzeit eines Wechselakkupacks effizienter zu gestalten, wird ein Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks (26; 26a) vorgeschlagen, umfassend;- einen SoC-Ermittlungsschritt (200), in welchem ein SoC-Wert des Wechselakkupacks (26; 26a) ermittelt wird;- einen SoH-Ermittlungsschritt (202), in welchem ein SoH-Wert des Wechselakkupacks (26; 26a) ermittelt wird; und- einen Restlaufzeit-Berechnungsschritt (204), in welchem eine Restlaufzeit des Wechselakkupacks (26; 26a) unter Berücksichtigung des SoC-Werts und des SoH-Werts berechnet wird.

Description

Stand der Technik
Es ist allgemein bekannt, dass ein Akkupack, und zwar zumindest eine Akkuzelle des Akkupacks durch Lagerung und/oder Nutzung mit der Zeit altert. Ein Kapazitätsverlust des Akkupacks hat zur Folge, dass ein vollständig aufgeladener Akkupack nicht mehr die ursprüngliche Laufzeit bzw. Kapazität zur Verfügung hat und bereitstellen kann. Bei fest in Geräten und/oder Vorrichtungen eingebauten Akkupacks kann ein kontinuierliches Lastprofil, und zwar jegliche Lade- und Entladevorgänge des Akkupacks aufgezeichnet werden, um damit einen Gesundheitszustand des Akkupacks zu überwachen und bevorzugt jederzeit analysieren zu können. Bei als Wechselakkupacks ausgebildeten Akkupacks ist die Aufzeichnung eines kontinuierlichen Lastprofils bislang nicht möglich. Im Stand der Technik ist bereits bekannt, bei Bestimmung einer Restlaufzeit eines Wechselakkupacks lediglich ein SoC-Wert zu berücksichtigen.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks vorgeschlagen, umfassend;

- einen SoC-Ermittlungsschritt, in welchem ein SoC-Wert des Wechselakkupacks ermittelt wird;
- einen SoH-Ermittlungsschritt, in welchem ein SoH-Wert des Wechselakkupacks ermittelt wird; und
- einen Berechnungsschritt, in welchem eine Restlaufzeit des Wechselakkupacks unter Berücksichtigung des SoC-Werts und des SoH-Werts berechnet wird.

Durch ein derartiges Verfahren kann auf effiziente Art und Weise eine Restlaufzeit eines Wechselakkupacks bestimmt werden. Zudem kann gerade für Wechselakkupacks ohne kontinuierliche Aufzeichnung eines Lastprofils ein SoH-Wert und ein SoC-Wert ermittelt und jene Werte bei der Bestimmung der Restlaufzeit berücksichtigt werden. Ferner kann innerhalb von kurzer Zeit, und zwar in höchstens 30 sec, vorteilhaft in höchstens 15 sec und bevorzugt in höchstens 2 sec, die Restlaufzeit bestimmt werden. Außerdem kann eine Berechnung der Restlaufzeit des Wechselakkupacks präzisiert, und zwar genauer ausgeführt werden.
Vorzugsweise ist das vorliegende Verfahren dazu vorgesehen, eine Restlaufzeit des Wechselakkupacks, insbesondere zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks, zu bestimmen und/oder zu analysieren, und zwar unter Berücksichtigung einer Alterung des Wechselakkupacks, insbesondere zumindest der Akkuzelle des Wechselakkupacks. Bevorzugt ist das vorgeschlagene Verfahren ein Verfahren zur Bestimmung der Restlaufzeit des Wechselakkupacks. Insbesondere zeigt sich eine Alterung des Wechselakkupacks durch zumindest einen Anstieg eines Zellwiderstands zumindest der Akkuzelle und/oder in einem irreversiblen Verlust einer Kapazität des Wechselakkupacks. Der allgemein bekannte SoH-Wert (engl. „State of Health“ Wert) gibt die noch verbleibende Laufzeit bzw. nutzbare Kapazität im Verhältnis zu der ursprünglichen Laufzeit/Kapazität in Prozent an. Insbesondere gibt der SoH-Wert den aktuellen Gesundheitszustand des Wechselakkupacks an. Kann beispielsweise mit einem in einem elektrischen Fahrzeug, beispielsweise Elektroauto oder Elektrofahrrad, angeordneter Wechselakkupack nur noch 450 km anstatt ursprünglich 500 km gefahren werden, so beträgt der SoH-Wert jenes Wechselakkupacks noch 90 % und die Kapazität des Wechselakkupacks ist mit der Zeit um 10 % gesunken.
Ferner beschreibt der allgemein bekannte SoC-Wert (engl. „State of Charge“ Wert) einen Kennwert für einen Ladezustand eines Akkupacks, und zwar des Wechselakkupacks. Der SoC-Wert kennzeichnet die noch verfügbare Kapazität des Wechselakkupacks im Verhältnis zum Nominalwert. Der Ladezustand wird in Prozent vom vollgeladenen Zustand des Wechselakkupacks angegeben. Beispielsweise bedeutet ein SoC-Wert von 30 % das der Wechselakkupack noch eine Restladung von 30 % bezogen auf seine Vollladung von 100 % aufweist. Weist ein Wechselakkupack beispielsweise eine Akkukapazität von 50 Ah auf und das elektrische Fahrzeug fährt 100 km/h und benötigt einen Strom von 10 A, so kann bei einer Fahrt von 5 h das elektrische Fahrzeug bei vollgeladenem Akku (SoC-Wert entspricht 100 %) 500 km fahren.
Vorliegend soll bei dem zur Analyse des Zustands des Wechselakkupacks, und zwar zur Bestimmung der Restlaufzeit des Wechselakkupacks neben dem SoC-Wert auch der SoH-Wert berücksichtigt werden. Gemäß dem oben genannten Beispiel zum SoC-Wert würde unter Berücksichtigung des SoH-Werts mit beispielsweise 90 %, das elektrische Fahrzeug anstatt 500 km nur noch 450 km fahren können, da der Wechselakkupack bereits um 10 % gealtert ist und damit die Kapazität des Wechselakkupack nachgelassen hat (SoH-Wert beträgt nur noch 90 %). Folglich kann erst unter Berücksichtigung des SoC-Werts und des SoH-Werts eine genaue und exakte Restlaufzeit angegeben und/oder bestimmt werden.
Der Wechselakkupack kann reversibel in zumindest einen Verbraucher einsetzbar und/oder reversibel mit dem Verbraucher verbindbar. Der Verbraucher ist bevorzugt als elektrisch betreibbarer Verbraucher ausgebildet, welcher mittels zumindest des Wechselakkupacks mit elektrischer Energie versorgbar ist. Insbesondere ist der Verbraucher als ein Elektrogerät ausgebildet. Der Verbraucher kann beispielsweise als eine Handwerkzeugmaschine ausgebildet sein. Unter einer „Handwerkzeugmaschine“ soll hier eine Werkzeugmaschine zu einer Bearbeitung von Werkstücken verstanden werden, die von einem Bediener transportmaschinenlos transportiert und/oder gehalten werden kann. Die Handwerkzeugmaschine kann als eine Gartenhandwerkzeugmaschine, beispielsweise als Rasentrimmer, und zwar als Freischneider und/oder Motorsense, als Heckenschere, als Laubbläser und/oder als Kettensäge usw. ausgebildet sein. Alternativ kann es sich bei dem Verbraucher auch um ein elektrisches Haushaltsgerät, bei beispielsweise ein elektrisches Reinigungsgerät, insbesondere einen Saugroboter, und/oder eine Lampe und/oder eine Fernbedienung handeln. Denkbar wäre auch, dass es sich bei dem Verbraucher um ein zumindest teilweise elektrisch betreibbares Fahrgerät, zum Beispiel ein elektrisches Fahrrad, insbesondere E-Bike, und/oder einen elektrischen Roller und/oder ein elektrisches Auto, handelt. Handelt es sich bei dem Verbraucher um ein elektrisch betreibbares Fahrgerät, wie beispielsweise das E-Bike, so ist die Restlaufzeit bevorzugt als Reichweite ausgebildet. Vorzugsweise ist der Verbraucher ein Verbraucher mit konstanter Stromaufnahme und/oder kontinuierlicher Stromnutzung. Ferner sind jegliche andere, dem Fachmann als sinnvoll erscheinende Ausgestaltungen von Verbrauchern möglich und denkbar.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein System mit zumindest einem Verbraucher, insbesondere dem zuvor genannten Verbraucher, mit einem mit dem Verbraucher lösbar verbindbaren Wechselakkupack, insbesondere dem bereits genannten Wechselakkupack. Vorzugsweise weist das System eine Steuerungsumgebung zur Bestimmung der Restlaufzeit des Wechselakkupacks mittels des genannten Verfahrens auf. Unter einer „Steuerungsumgebung“ soll eine elektronische Einheit, insbesondere eine Steuereinheit, verstanden werden, die dazu vorgesehen ist, zumindest eine Funktion des Wechselakkupacks, des Verbrauchers und/oder eines Lagegeräts für den Wechselakkupack zu steuern und/oder zu regeln. Vorteilhaft umfasst die Steuerungsumgebung zumindest eine Recheneinheit, insbesondere einen Prozessor, und bevorzugt zusätzlich zur Recheneinheit eine zumindest Speichereinheit mit einem darin gespeicherten Steuer- und/oder Regelprogramm, das dazu vorgesehen ist, von der Recheneinheit ausgeführt zu werden. Die Speichereinheit kann als digitales Speichermedium, beispielsweise als eine Festplatte oder dergleichen, ausgebildet sein.
Der Wechselakkupack kann eine Akkupack-Steuereinheit aufweisen, welche zumindest teilweise Teil der Steuerungsumgebung sein oder diese ausbilden kann. Bevorzugt weist der Verbraucher eine Verbraucher-Steuereinheit auf, welche zumindest teilweise Teil der Steuerungsumgebung ist oder diese ausbildet. Insbesondere steuert und/oder regelt die Steuerungsumgebung das Verfahren zur Bestimmung der Restlaufzeit des Wechselakkupacks. Die Akkupack-Steuereinheit und/oder zumindest die Verbraucher-Steuereinheit kann/können zur Durchführung und/oder Ausführung des Verfahrens zur Bestimmung der Restlaufzeit des Wechselakkupacks das Verfahren mit den jeweiligen Verfahrensschritten zumindest teilweise steuern und/oder regeln. Die Akkupack-Steuereinheit und zumindest die Verbraucher-Steuereinheit können miteinander kommunizieren, insbesondere drahtlos. Bevorzugt weist das System ein Ladegerät für zumindest den Wechselakkupack auf. Das Ladegerät kann eine Ladegerät-Steuereinheit aufweisen. Die Ladegerät-Steuereinheit kann Teil der Steuerungsumgebung sein. Die Ladegerät-Steuereinheit kann mit der Akkupack-Steuereinheit und/oder zumindest die Verbraucher-Steuereinheit kommunizieren, vorteilhaft drahtlos.
Besonders bevorzugt weist die Steuerungsumgebung ein Batteriemanagementsystem (BMS) auf. Dadurch kann eine besonders effiziente, genaue und benutzerfreundliche Überwachung und/oder Analyse zumindest eines Zustands einer Batterie, und zwar eines Akkus ermöglicht und/oder bereitgestellt werden. Insbesondere ist das Batteriemanagementsystem eine elektronische Regelschaltung, welche eine Ladung und/oder Entladung von Akkupacks, beispielsweise Wechselakkupacks, überwachen und/oder die optimale Nutzung von Akkuzellen des Akkupacks sicherstellen kann. Die Akkupack-Steuereinheit und/oder zumindest die Verbraucher-Steuereinheit kann das Batteriemanagementsystem zumindest teilweise aufweisen oder ausbilden. Möglicherweise wäre auch denkbar, dass die Ladegerät-Steuereinheit das Batteriemanagementsystem zumindest teilweise aufweist oder ausbildet. Vorzugsweise ist das Batteriemanagementsystem vollständig im Wechselakkupack integriert. Das Batteriemanagementsystem kann dazu vorgesehen sein, zumindest einen Zustand des Wechselakkupacks zu überwachen und/oder Messungen, wie beispielsweise zumindest eine Strom- und/oder Spannungsmessung, insbesondere zur Ermittlung zumindest eines Widerstands , bei einem Lade- und/oder Endladevorgang des Wechselakkupacks, insbesondere zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks, vorzunehmen, um bevorzugt mit den durch die Messung gewonnen und/oder erfassten Kenngrößen, wie beispielsweise Widerstandskenngrößen und/oder Temperaturkenngrößen, eine Restkapazität und/oder eine Kapazität des Wechselakkupacks, den SoC-Wert, den SoH-Wert und/oder die Restlaufzeit zu ermitteln und/oder zu berechnen.
Die Steuerungsumgebung kann das Verfahren zur Analyse des Zustands des Wechselakkupacks starten und/oder beenden. Vorzugsweise kommuniziert die Verbraucher-Steuereinheit zur Analyse des Zustands des Wechselakkupacks, und zwar bei Durchführung des Verfahrens zur Analyse des Zustands mit zumindest der Akkupack- Steuereinheit. Besonders bevorzugt ist die Verbraucher-Steuereinheit dazu vorgesehen, das Verfahren, insbesondere die einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens, zu starten und/oder zu regeln und/oder zu koordinieren und/oder zu beenden. Alternativ und/oder zusätzlich wäre jedoch auch denkbar, dass die Akkupack- Steuereinheit und/oder die Ladegerät- Steuereinheit dazu vorgesehen ist/sind, das Verfahren, insbesondere die einzelnen Verfahrensschritte des Verfahrens, zu starten und/oder zu regeln und/oder zu koordinieren und/oder zu beenden. Denkbar wäre, dass die Akkupack- Steuereinheit und/oder die Ladegerät- Steuereinheit dazu vorgesehen sind, den SoC-Ermittlungsschritt, den SoH-Ermittlungsschritt und/oder den Restlaufzeit-Berechnungsschritt durchzuführen.
Vorteilhaft leitet die Steuerungsumgebung, insbeosndere die Verbraucher-Steuereinheit, den SoC-Ermittlungsschritt zur Ermittlung des SoC-Werts ein. Bevorzugt kommuniziert die Verbraucher- Steuereinheit in dem SoC-Ermittlungsschritt mit der Akkupack- Steuereinheit, insbesondere mit dem Batteriemanagementsystem, um den SoC-Wert zu ermitteln. Mittels des Batteriemanagementsystems kann zumindest der SoC-Wert ermittelt werden. Mittels des Batteriemanagementsystems kann eine Kapazität und/oder Restkapazität des Wechselakkupacks und/oder zumindest können Kenngrößen, beispielsweise Widerstandskenngrößen und/oder Temperaturkenngrößen, vorteilhaft ein Strom und/oder zumindest eine Spannung des Wechselakkupacks, insbesondere zumindest der Akkuzelle des Wechselakkupacks, erfasst werden, auf welchen basierend in dem SoC-Ermittlungsschritt zumindest der SoC-Wert ermittelbar ist. Beispielsweise kann die Verbraucher-Steuereinheit Messungen und/oder Erfassungen von Kenngrößen am Wechselakkupack regeln und/oder einleiten und/oder steuern. Denkbar wäre, dass der Verbraucher Messeinheiten und/oder Sensoren, welche vorteilhaft Teil des Batteriemanagementsystems sind, aufweist, um Messungen und/oder Erfassungen von Kenngrößen am Wechselakkupack, und zwar in einem elektrisch verbunden Zustand des Wechselakkupacks mit dem Verbraucher durchführen zu können, um insbeosndere zumindest den SoC-Wert und/oder den SoH-Wert ermitteln zu können.
Bei der Widerstandskenngröße kann es sich beispielsweise um eine Spannung oder einen Strom oder jede andere erdenkliche Größe handeln, aus der und/oder mit welcher zumindest der Widerstand ermittelbar ist. Eine „Temperaturkenngrö-ße“ ist eine mit zumindest einer Temperatur assoziierte Kenngröße, wobei die Temperaturkenngröße jede erdenkliche Größe sein kann, mit welcher und/oder aus welcher die Temperatur ermittelbar ist. Beispielsweise kann es sich bei der Temperaturkenngröße um die Temperatur an sich, vorteilhaft um eine am bestimmungsgemäßen Einbauort eines Temperatur-Sensors und/oder einer Temperatur-Messvorrichtung gemessene Temperatur der Akkuzelle, einen zeitabhängigen Temperaturverlauf und/oder eine Temperaturdifferenz handeln. Des Weiteren könnte die Temperaturkenngröße eine elektrische Spannung und/oder eine elektrische Stromstärke sein, welche mit einer Temperatur, einem zeitabhängigen Temperaturverlauf und/oder einer Temperaturdifferenz korreliert ist.
Ferner kann in dem SoC-Ermittlungsschritt mit zumindest einer Datenbankumgebung zur Ermittlung des SoC-Werts kommuniziert werden. Die Datenbankumgebung kann Teil der Steuerungsumgebung und zumindest teilweise beispielsweise im Wechselakkupack und/oder in dem Verbraucher integriert sein. Bevorzugt ist die Datenbankumgebung zumindest zu einem Großteil oder vollständig in dem Wechselakkupack, insbesondere in der Akkupack-Steuereinheit integriert. Denkbar wäre auch, dass die Datenbankumgebung zumindest teilweise in dem Ladegerät und/oder dem Verbraucher und/oder einen privaten und/oder öffentlichen Server, beispielsweise einen privaten und/oder öffentlichen Server im Internet, integriert ist. Die Datenbankumgebung kann auch zumindest teilweise eine private und/oder öffentliche Cloud aufweisen oder derartig ausgebildet sein. Vorzugsweise ist die Datenbankumgebung als ein dediziertes Computersystem oder als zumindest ein Teil eines dedizierten Computersystems ausgebildet.
Die Akkupack-Steuereinheit und/oder die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Ladegerät-Steuereinheit kann/können mit der Datenbankumgebung kommunizieren, vorteilhaft drahtlos. Eine Kommunikation zwischen der Akkupack-Steuereinheit, der Verbraucher-Steuereinheit, der Ladegerät- Steuereinheit und/oder zumindest der Datenbankumgebung kann beispielsweise mittels einer LAN-, WLAN-, WPAN-, Infrarot-, NFC-, ZigBee-, BLE- und/oder Bluetooth-Verbindung und/oder über das Internet erfolgen.
Zur Ermittlung des SoC-Werts kann in dem SoC-Ermittlungsschritt kann die Verbraucher-Steuereinheit mit der Akkupack-Steuereinheit, und zwar vorzugsweise mit der in der Akkupack-Steuereinheit zumindest teilweise integrierten Datenbankumgebung, kommunizieren, vorteilhaft drahtlos. Bevorzugt greift die Verbraucher-Steuereinheit auf die zumindest teilweise in der Akkupack-Steuereinheit integrierten Datenbankumgebung zu, vorteilhaft zumindest zur Ermittlung des SoC-Werts. In der Datenbankumgebung können SoC-Werte und/oder mit dem SoC-Wert korrelierte Kenngrößen, wie beispielsweise die Restkapazität und/oder die Kapazität des Wechselakkupacks, insbesondere ein Stromwert und/oder zumindest ein Spannungswert, insbeosndere zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks, gespeichert und/oder hinterlegt sein. Beispielsweise könnten typische und bekannte SoC-Verläufe von Li-Ionen Akkuzellen in der Datenbankumgebung gespeichert und/oder hinterlegt sein. Basierend auf den in der Datenbankumgebung gespeicherten und/oder hinterlegten Daten kann die Verbraucher- Steuereinheit und/oder Akkupack-Steuereinheit in dem SoC-Ermittlungsschritt den SoC-Wert ermitteln.
Vorliegend weist das Verfahren zur Analyse des Zustands des Wechselakkupacks mehrere Verfahrensschritte, und zwar den SoC-Ermittlungsschritt, den SoH-Ermittlungsschritt und zumindest den Restlaufzeit-Berechnungsschritt auf. Denkbar wäre, dass das Verfahren noch weitere Verfahrensschritte und/oder Verfahrensteilschritte aufweist. Möglicherweise können der SoC-Ermittlungsschritt und/oder zumindest der SoH-Ermittlungsschritt zeitgleich, und zwar gleichzeitig parallel zueinander durchgeführt werden. Besonders bevorzugt erfolgt der Restlaufzeit-Berechnungsschritt erst nach Durchführung jeweils des SoC-Ermittlungsschritts und zumindest des SoH-Ermittlungsschritts.
Vorteilhaft leitet die Steuerungsumgebung, insbesondere die Verbraucher- Steuereinheit, den SoH-Ermittlungsschritt zur Ermittlung des SoH-Werts ein. Bevorzugt kommuniziert die Verbraucher- Steuereinheit in dem SoH-Ermittlungsschritt mit der Akkupack- Steuereinheit, insbesondere mit dem Batteriemanagementsystem, um den SoH-Wert zu ermitteln. Mittels des Batteriemanagementsystems kann zumindest der SoH-Wert ermittelt werden. Mittels des Batteriemanagementsystems kann/können ein Widerstand und/oder eine Temperatur und/oder zumindest eine Kenngröße, beispielsweise die Widerstandskenngröße und/oder die Temperaturkenngröße, vorteilhaft ein Strom und/oder zumindest eine Spannung des Wechselakkupacks, insbesondere zumindest der Akkuzelle des Wechselakkupacks, erfasst werden, auf welchen basierend in dem SoH-Ermittlungsschritt zumindest der SoH-Wert ermittelbar ist.
Vorteilhaft leitet die Steuerungsumgebung, insbeosndere die Verbraucher-Steuereinheit, den Restlaufzeit-Berechnungsschritt zur Berechnung der Restlaufzeit ein. Bevorzugt kommuniziert die Verbraucher- Steuereinheit in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt mit zumindest einer Analyseumgebung, insbesondere mit dem Batteriemanagementsystem, um den SoH-Wert zu ermitteln. Mittels des Batteriemanagementsystems kann zumindest der SoH-Wert ermittelt werden. Mittels des Batteriemanagementsystems kann/können ein Widerstand und/oder eine Temperatur und/oder zumindest eine Kenngröße, beispielsweise die Widerstandskenngröße und/oder die Temperaturkenngröße, vorteilhaft ein Strom und/oder zumindest eine Spannung des Wechselakkupacks, insbesondere zumindest der Akkuzelle des Wechselakkupacks, erfasst werden, auf welchen basierend in dem SoH-Ermittlungsschritt zumindest der SoH-Wert ermittelbar ist.
Die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit und/oder die Ladegerät-Steuereinheit könnte den Restlaufzeit-Berechnungsschritt durchführen und die Restlaufzeit basierend auf zumindest dem SoC-Wert und dem SoH-Wert berechnen. Die Restlaufzeit kann beispielsweise eine Zeit, eine Strecke, und zwar eine Reichweite, eine Anzahl an Arbeitsvorgängen oder dergleichen sein. Bevorzugt kommuniziert die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit und/oder die Ladegerät-Steuereinheit in dem restlaufzeit-Berechnungsschritt mit einer Analysevorrichtung zur Durchführung des Restlaufzeit-Berechnungsschritts. Insbesondere ist die Analysevorrichtung Teil des Systems. Die Analysevorrichtung kann zumindest teilweise Teil der Steuerungsumgebung sein. Denkbar wäre, dass die Analysevorrichtung in dem Wechselakkupack, insbesondere der Akkupack-Steuereinheit, dem Verbraucher, insbesondere der Verbraucher-Steuereinheit, und/oder dem Ladegerät, insbesondere der Ladegerät-Steuereinheit, zumindest teilweise oder vollständig integriert ist. Alternativ und/oder zusätzlich wäre auch möglich, dass die Analysevorrichtung zumindest teilweise oder vollständig in einem externen Gerät und/oder einem externen Server integriert ist, wie beispielsweise in einem Handy, einem Smartphone, einem Tablet, einem Laptop und/oder dergleichen. Beispielsweise könnten der SoC-Ermittlungsschritt und/oder der SoH-Ermittlungsschritt mittels der Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit durchgeführt und anschließend der Restlaufzeit-Berechnungsschritt mittels der Analysevorrichtung, beispielsweise von dem Smartphone, durchgeführt werden.
Ferner wird vorgeschlagen, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt ein Verbraucher, insbesondere der zuvor genannte Verbraucher, mit zumindest einer Datenbankumgebung, insbesondere der zuvor genannten Datenbankumgebung, zur Ermittlung des SoH-Werts kommuniziert. Dadurch kann eine Effizienz weiter gesteigert werden. Zudem können Daten in einer Datenbankumgebung gespeichert und/oder hinterlegt werden, um insbesondere schneller und/oder einfacher einen SoH-Wert ermitteln zu können.
Insbesondre kommuniziert die Verbraucher-Steuereinheit mit der Datenbankumgebung. In der Datenbankumgebung können SoH-Werte und/oder mit dem SoH-Wert korrelierte Kenngrößen, wie beispielsweise die Widerstandskenngröße und/oder zumindest die Temperaturkenngröße des Wechselakkupacks, insbesondere ein Stromwert und/oder zumindest ein Spannungswert, und/oder zumindest ein Widerstand und/oder eine Temperatur des Wechselakkupacks, insbeosndere zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks, gespeichert und/oder hinterlegt sein. Denkbar wäre, dass die Ladegerät-Steuereinheit bei dem Ladevorgang des Wechselakkupacks zumindest einen SoH-Wert des Wechselakkupacks in der Datenbankumgebung hinterlegt und/oder dort einspeichert.
Zudem wird vorgeschlagen, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt der SoH-Wert durch einen Verbraucher, insbeosndere den bereits genannten Verbraucher, im mit dem Wechselakkupacks elektrisch verbunden Zustand ermittelt wird, insbesondere basierend auf von dem Wechselakkupack bereitgestellten Daten. Damit kann allein basierend auf einer Verbindung zwischen einem Verbraucher und einem Akkupack ein SoH-Wert ermittelt werden. Dadurch kann wiederum eine Effizienz in einer Ermittlung eines SoH-Werts gesteigert werden.
Insbesondere sind die von dem Wechselakkupack bereitgestellten Daten in der Datenbankumgebung gespeichert. Besonders bevorzugt ist die Datenbankumgebung zumindest zu einem Großteil und insbesondere vollständig in dem Wechselakkupack, insbesondere der Akkupack- Steuereinheit, integriert. Zur Ermittlung des SoH-Werts kann in dem SoH-Ermittlungsschritt kann die Verbraucher-Steuereinheit mit der Akkupack-Steuereinheit, und zwar vorzugsweise mit der in der Akkupack-Steuereinheit zumindest teilweise integrierten Datenbankumgebung, kommunizieren. Bevorzugt greift die Verbraucher-Steuereinheit auf die zumindest teilweise in der Akkupack-Steuereinheit integrierten Datenbankumgebung zu, und zwar zumindest zur Ermittlung des SoH-Werts. In der Datenbankumgebung können SoH-Werte und/oder mit dem SoH-Wert korrelierte Kenngrößen, wie beispielsweise die Widerstandskenngröße und/oder die Temperaturkenngröße des Wechselakkupacks, insbesondere ein Stromwert und/oder zumindest ein Spannungswert, insbeosndere zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks, gespeichert und/oder hinterlegt sein. Basierend auf den in der Datenbankumgebung gespeicherten und/oder hinterlegten Daten kann die Verbraucher- Steuereinheit in dem SoH-Ermittlungsschritt den SoH-Wert ermitteln.
Um eine Ermittlung eines SoH-Werts weiter zu verbessern, insbesondere effizienter, und zwar schneller und/oder unkomplizierter zu gestalten, wird vorgeschlagen, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt der SoH-Wert durch den Wechselakkupacks bereitgestellt wird. Insbesondere ist zumindest ein SoH-Wert, vorteilhaft sind mehrere SoH-Werte in der Datenbankumgebung gespeichert. Der SoH-Wert kann basierend auf einer zeitlich früheren Ermittlung und/oder Berechnung bereits in der Datenbankumgebung gespeichert und/oder hinterlegt sein. Denkbar wäre auch, dass allgemein bekannte SoH-Werte für Akkupacks in Abhängigkeit einer Lebensdauer und/oder Nutzung des Akkupacks in der Datenbankumgebung gespeichert und/oder hinterlegt sind. In dem SoH-Ermittlungsschritt kann auf den gespeicherten SoH-Wert in dem Wechselakkupack zugegriffen und zur weiteren Bearbeitung bereitgestellt werden.
Außerdem wird vorgeschlagen, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt der SoH-Wert basierend auf zumindest einer erfassten Widerstandskenngröße zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks ermittelt wird. Dadurch kann eine Effizienz weiter gesteigert und eine Ermittlung eines SoH-Werts und damit auch einer Restlaufzeit präzisiert werden. Insbesondere ist die Widerstandskenngröße die bereits genannte Widerstandskenngröße. Vorzugsweise zumindest zwei Widerstandskenngrößen der Akkuzelle des Wechselakkupacks erfasst. Bei den zumindest zwei Widerstandskenngrößen kann es sich um zwei unterschiedliche Widerstandskenngrößen handeln, beispielsweise kann eine erste Widerstandskenngröße ein Strom und eine zweite Widerstandskenngröße eine Spannung sein. Alternativ und/oder zusätzlich können die zumindest zwei Widerstandskenngrö-ßen, insbesondere zumindest zwei gleiche oder zwei unterschiedliche Widerstandskenngrößen, zu unterschiedlichen Zeitpunkten innerhalb eines Erfassungsschritts zur Erfassung von Widerstandskenngrößen an der Akkuzelle erfasst werden. Beispielsweise kann zumindest die erste Widerstandskenngröße, insbesondere eine erste Spannung, zu einem ersten Zeitpunkt, beispielsweise bei Ladebeginn eines Lagevorgangs des Akkupacks, und zumindest die zweite Widerstandskenngröße, insbesondere eine zweite Spannung, zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt, beispielsweise während des Ladevorgangs des Akkupacks, in dem Erfassungsschritt erfasst werden. Aus der ersten Widerstandskenngröße und zumindest der zweiten Widerstandskenngrö-ße kann in dem SoH-Ermittlungsschritt zumindest ein Widerstand ermittelt werden, basierend auf welchem der SoH-Wert ermittelbar ist. In dem Ermittlungsschritt könnten beispielsweise auch mehrere Widerstände pro Akkuzellen, beispielsweise zumindest zwei Widerstände, vorteilhaft zumindest vier oder sechs Widerstände, der Akkuzelle ermittelt werden. Bei Ermittlung von mehreren Widerständen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, können in dem Erfassungsschritt eine Vielzahl von Widerstandskenngrößen zu den jeweiligen unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden, um damit wiederum in dem Ermittlungsschritt die die Vielzahl von Widerständen ermitteln zu können.
Ferner kann der SoH-Wert in dem SoH-Ermittlungsschritt basierend auf zumindest einer Widerstandskenngröße und vorteilhaft mehreren erfassten Widerstandskenngrößen von mehreren Akkuzellen des Wechselakkupacks ermittelt werden. Mittels Erfassung von mehreren gleichen und/oder unterschiedlichen Arten von Widerstandskenngrößen pro Akkuzelle zu unterschiedlichen Zeitpunkten, können in dem Ermittlungsschritt mehrere, und zwar zumindest zwei Widerstände pro Akkuzelle zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelt werden, um daraus wiederum den SoH-Wert zu ermitteln. Denkbar wäre, dass die Ermittlung des Widerstands und/oder die Ermittlung der Temperatur für alle Akkuzellen des Wechselakkupacks erfolgt und eine Berechnung des SoH-Werts auf eine geringere Anzahl an Akkuzellen beschränkt ist.
Alternativ wird vorgeschlagen, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt der SoH-Wert basierend auf zumindest einer Änderung einer gemessenen Spannung zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks mit der Zeit bei gleichem Stromfluss abgeschätzt wird. Hierdurch kann ein Verfahren vereinfacht und ein SoH-Ermittlungsschritt zur Ermittlung eines SoH-Werts schneller und/oder unkomplizierter und/oder einfacher gestaltet werden.
Denkbar wäre, dass in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt die Restlaufzeit lediglich anhand des SoH-Werts und des SoC-Werts erfolgt. Zudem wird jedoch vorgeschlagen, dass in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt eine Strommessung zur Erfassung einer Stromkenngröße des Wechselakkupacks durchgeführt und die Stromkenngröße bei Berechnung der Restlaufzeit berücksichtigt wird. Damit kann eine Berechnung einer Restlaufzeit eines Wechselakkupacks weiter optimiert werden. Die Steuerungsumgebung, insbesondere die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit, und/oder die Analysevorrichtung kann in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt die Strommessung veranlassen und/oder steuern und/oder regeln und/oder durchführen. Bevorzugt steuert die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt das Batteriemanagementsystem an, um die Strommessung durchzuführen. Denkbar wäre auch, dass die Stromkenngröße des Wechselakkupacks bereits bekannt ist und die Strommessung bereits in dem SoC-Ermittlungsschritt und/oder dem SoH-Ermittlungsschritt durchgeführt wurde. Die Stromkenngröße könnte in der Datenbankumgebung gespeichert sein. In dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt könnte die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit und/oder die Analysevorrichtung zur Erfassung der Stromkenngröße auf die Datenbankumgebung zugreifen und/oder mit der Datenbankumgebung kommunizieren.
Des Weiteren wird vorgeschlagen, dass in dem Berechnungsschritt eine Spannungsmessung zur Erfassung einer Spannungskenngröße des Wechselakkupacks durchgeführt und die Spannungskenngröße bei Berechnung der Restlaufzeit berücksichtigt wird. Dadurch kann eine Effizienz in einem Ablauf eines Verfahrens zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks gesteigert werden. Die Steuerungsumgebung, insbesondere die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit, und/oder die Analysevorrichtung kann in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt die Spannungsmessung veranlassen und/oder steuern und/oder regeln und/oder durchführen. Bevorzugt steuert die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt das Batteriemanagementsystem an, um die Spannungsmessung durchzuführen. Denkbar wäre auch, dass die Spannungskenngröße des Wechselakkupacks bereits bekannt ist und die Spannungsmessung bereits in dem SoC-Ermittlungsschritt und/oder dem SoH-Ermittlungsschritt durchgeführt wurde. Die Spannungskenngröße könnte in der Datenbankumgebung gespeichert sein. In dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt könnte die Verbraucher-Steuereinheit und/oder die Akkupack-Steuereinheit und/oder die Analysevorrichtung zur Erfassung der Spannungskenngröße auf die Datenbankumgebung zugreifen und/oder mit der Datenbankumgebung kommunizieren.
Wenn das Verfahren einen Ausgabeschritt zur Ausgabe der Restlaufzeit aufweist, kann ein Benutzerkomfort und eine Effizienz weiter gesteigert werden. Zudem kann einem Benutzer eine Restlaufzeit eines Wechselakkupacks mitgeteilt und/oder übermittelt werden. Vorteilhaft erfolgt der Ausgabeschritt hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs des Verfahrens nach dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt. Die Akkupack-Steuereinheit und/oder die Verbraucher-Steuereinheit kann in dem Ausgabeschritt eine akustische und/oder optische Ausgabe der Restlaufzeit veranlassen.
Bevorzugt weist das System eine Restlaufzeitausgabe zur Ausgabe einer Restlaufzeit auf. Die Restlaufzeitausgabe kann beispielsweise an dem Verbraucher angeordnet bzw. zumindest teilweise in dem Verbraucher integriert sein. Ferner wird vorgeschlagen, dass der Wechselakkupack zumindest eine Ausgabeeinheit aufweist, welche dazu vorgesehen ist, in dem Ausgabeschritt die Restlaufzeit auszugeben. Damit kann direkt an einem Wechselakkupack eine Ausgabe einer Restlaufzeit erfolgen und bereitgestellt werden. Damit kann neben einer Effizienz, hinsichtlich einer Produkteffizienz, ein Benutzerkomfort gesteigert werden. Insbesondere ist die Ausgabeeinheit Teil der Restlaufzeitausgabe oder als jene ausgebildet. Bevorzugt steuert und/oder regelt zumindest die Akkupack-Steuereinheit die Ausgabe der Restlaufzeit mittels der Ausgabeeinheit. Ferner kann die Verbraucher-Steuereinheit mit der bestimmten Restlaufzeit korrelierte Daten, insbesondere die Restlaufzeit, der Akkupack-Steuereinheit zur Ausgabe der Restlaufzeit bereitstellen.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Computerprogramm, umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, das beschriebene Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks, insbesondere des genannten Wechselakkupacks, durchzuführen.
Das Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks, der Wechselakkupack, das System und/oder das Computerprogramm soll/sollen hierbei nicht auf die oben beschriebene Anwendung und Ausführungsform beschränkt sein. Insbesondere kann/können Verfahren, der Wechselakkupack, das System und/oder das Computerprogramm zu einer Erfüllung einer hierin beschriebenen Funktionsweise eine von einer hierin genannten Anzahl von einzelnen Elementen, Bauteilen, Einheiten und Verfahrensschritten abweichende Anzahl aufweisen. Zudem sollen bei den in diesem Dokument angegebenen Wertebereichen auch innerhalb der genannten Grenzen liegende Werte als offenbart und als beliebig einsetzbar gelten.
Zeichnung
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele 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.
Es zeigen:

1 ein System aufweisend einen als Wechselakkupack ausgebildeten Akkupack, ein Ladegerät und einen Verbraucher,
2 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Analyse eines Zustands des Akkupacks, und zwar zur Bestimmung einer Restlaufzeit des Akkupacks,
3 ein schematisches Ablaufdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung eines SoH-Werts des Akkupacks und
4 ein System in einem alternativen Ausführungsbeispiel, wobei das System einen Wechselakkupack, ein Ladegerät, einen Verbraucher aufweist und eine Datenbankumgebung eine Cloud umfasst.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
Nachfolgend handelt es sich bei den vorliegenden Figuren um schematische und nicht maßstabsgetreue Darstellungen.
1 zeigt ein System 10 mit einem Ladegerät 14 für einen Akkupack 16. Das System 10 weist vorliegend den Akkupack 16 auf, welcher als ein Wechselakkupack 26 ausgebildet ist. Der Wechselakkupack 26 ist lösbar, und zwar reversibel in zumindest einen Verbraucher 18 einsetzbar und/oder reversibel mit dem Verbraucher 18 verbindbar. Vorliegend ist der Verbraucher 18 Teil des Systems 10. Der Verbraucher 18 ist ein Elektrogerät, beispielsweise eine Handwerkzeugmaschine, elektrisches Haushaltsgerät, wie ein Saugroboter oder eine Lampe, oder ein elektrisch betreibbares Fahrgerät, wie ein Elektrofahrrad oder ein Elektroroller. Ferner ist der Verbraucher 18 ein Verbraucher mit konstanter Stromaufnahme und/oder kontinuierlicher Stromnutzung. Mittels des Akkupacks 16 ist der Verbraucher 18 zumindest teilweise mit elektrischer Energie versorgbar und/oder in zumindest einem Betriebszustand mittels elektrischer Energie des Akkupacks 16 betreibbar.
Das System 10 weist eine Steuerungsumgebung 50 auf. Der Akkupack 16 weist eine Akkupack-Steuereinheit 36 auf. Die Akkupack-Steuereinheit 36 ist Teil der Steuerungsumgebung 50. Das Ladegerät 14 weist eine Ladegerät-Steuereinheit 52 auf. Die Ladegerät-Steuereinheit 52 ist Teil der Steuerungsumgebung 50. Ferner weist der Verbraucher 18 eine Verbraucher-Steuereinheit 56 auf. Die Verbraucher-Steuereinheit 56 ist Teil der Steuerungsumgebung 50. Die Akkupack-Steuereinheit 36, Ladegerät-Steuereinheit 52 und/oder die Verbraucher-Steuereinheit 56 sind dazu vorgesehen, miteinander bzw. untereinander zu kommunizieren, und zwar vorliegend drahtlos.
Die Steuerungsumgebung 50 ist vorliegend dazu vorgesehen, ein Verfahren zur Analyse eines Zustands des Akkupacks 16, und zwar des Wechselakkupacks 26 durchzuführen. Vorliegend ist die Steuerungsumgebung 50 zur Durchführung eines Verfahrens zur Bestimmung einer Restlaufzeit des Akkupacks 16 vorgesehen. Die Restlaufzeit ist beispielsweise eine Zeit, eine Strecke, und zwar eine Reichweite, eine Anzahl an Arbeitsvorgängen oder dergleichen.
Zur zumindest teilweisen Durchführung des Verfahrens zur Analyse des Zustands des Akkupacks 16 weist die Steuerungsumgebung 50 ein Batteriemanagementsystem 60 auf. Das Batteriemanagementsystem 60 ist dazu vorgesehen sein, zumindest einen Zustand des Akkupacks 16 zu überwachen und/oder Messungen, wie beispielsweise zumindest eine Strom- und/oder Spannungsmessung, insbesondere zur Ermittlung zumindest eines Widerstands, bei einem Lade- und/oder Endladevorgang des Akkupacks 16 vorzunehmen, um bevorzugt mit den durch die Messung gewonnen und/oder erfassten Kenngrößen, wie beispielsweise Widerstandskenngrößen und/oder Temperaturkenngrößen, eine Restkapazität und/oder eine Kapazität des Akkupacks 16a, einen SoC-Wert, einen SoH-Wert und/oder die Restlaufzeit zu ermitteln und/oder zu berechnen. In dieser beispielhaften Ausgestaltung ist das Batteriemanagementsystem 60 zumindest teilweise in der Verbraucher-Steuereinheit 56 und zumindest teilweise der Akkupack-Steuereinheit 36 integriert. Denkbar wäre auch, dass das Batteriemanagementsystem 60 vollständig in der Verbraucher-Steuereinheit 56 integriert ist.
Die Steuerungsumgebung 50 kann das Verfahren zur Analyse des Zustands des Akkupacks 16 starten und/oder beenden. Ferner umfasst ein Computerprogram 70 Befehle, die bei einer Ausführung des Computerprogramms 70 durch einen Computer der Steuerungsumgebung 50 diesen veranlassen, das Verfahren zur Analyse des Zustands des Akkupacks 16 durchzuführen. Das Computerprogramms 70 ist zumindest teilweise in der Verbraucher-Steuereinheit 56, der Akkupack-Steuereinheit 36 und/oder der Ladegerät-Steuereinheit 52 integriert.
Vorliegend kommuniziert die Verbraucher-Steuereinheit 56 zur Analyse des Zustands des Akkupacks 16, und zwar bei Durchführung des Verfahrens zur Analyse des Zustands mit zumindest der Akkupack-Steuereinheit 36. Die Verbraucher-Steuereinheit 56 ist dazu vorgesehen, das Verfahren, und zwar zumindest einzelne Verfahrensschritte des Verfahrens, zu starten und/oder zu regeln und/oder zu koordinieren und/oder zu beenden. Alternativ und/oder zusätzlich könnte die Akkupack-Steuereinheit 36 und/oder die Ladegerät-Steuereinheit 52 dazu vorgesehen sein, das Verfahren, und zwar zumindest einzelne Verfahrensschritte des Verfahrens, zu starten und/oder zu regeln und/oder zu koordinieren und/oder zu beenden. Vorliegend ist die Verbraucher-Steuereinheit 56 dazu vorgesehen, Messungen und/oder Erfassungen von Kenngrößen am Akkupack 16 zu regeln und/oder einzuleiten und/oder zu steuern. Der Verbraucher 18 weist Messeinheiten und/oder Sensoren auf, welche Teil des Batteriemanagementsystems 60 sind, um Messungen und/oder Erfassungen von Kenngrößen, beispielswiese von Widerstandskenngrößen und/oder Temperaturkenngrößen, am Akkupack 16und zwar in einem elektrisch verbunden Zustand des Akkupacks 16 mit dem Verbraucher 18 durchführen.
Das Verfahren zur Analyse des Zustands des Akkupacks kann mehrere Verfahrensschritte und/oder Verfahrensteilschritte umfassen. Vorliegend weist das Verfahren einen SoC-Ermittlungsschritt 200 auf, in welchem ein SoC-Wert des Akkupacks 16 ermittelt wird (vgl. 2). Vorliegend kommuniziert die Verbraucher-Steuereinheit 56 in dem SoC-Ermittlungsschritt 200 mit der Akkupack-Steuereinheit 36, um den SoC-Wert zu ermitteln. Mittels des Batteriemanagementsystems 60 ist in dem SoC-Ermittlungsschritt 200 eine Kapazität und/oder Restkapazität des Akkupacks 16 ermittelbar.
Gemäß 2 erfolgt hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs des Verfahrens nach dem SoC-Ermittlungsschritt 200 ein SoH-Ermittlungsschritt 202, in welchem ein SoH-Wert des Akkupacks 16 ermittelt wird. Nachfolgend soll im Detail auf eine Bestimmung des SoH-Werts des Akkupacks 16 bzw. die verschiedenen Möglichkeiten zur Bestimmung des SoH-Werts eingegangen werden. Hierzu ist in 3 ein schematisches Verfahrensflussdiagramm eines Verfahrens zur Bestimmung des SoH-Werts des Akkupacks 16 gezeigt.
Das Verfahren zur Bestimmung des SoH-Werts des Akkupacks 16 weist gemäß 3 einen Erfassungsschritt 100 zur Erfassung zumindest einer Widerstandskenngröße auf. Bei der Widerstandskenngröße handelt es sich beispielsweise um eine Spannung oder einen Strom. In dieser beispielhaften Ausführung wird in dem Erfassungsschritt 100 eine Spannungsänderung zumindest einer Akkuzelle des Akkupacks 16 bei unterschiedlichen Ladeströmen oder Entladeströmen erfasst. Vorliegend werden in dem Erfassungsschritt 100 zumindest zwei Widerstandskenngrößen der Akkuzelle erfasst. Beispielsweise wird in dem Erfassungsschritt 100 zumindest eine erste Widerstandskenngröße eine erste Spannung zu einem ersten Zeitpunkt, beispielsweise bei Ladebeginn eines Lagevorgangs des Akkupacks 16, und die zweite Widerstandskenngröße eine zweite Spannung zu einem von dem ersten Zeitpunkt verschiedenen zweiten Zeitpunkt, beispielsweise während des Ladevorgangs des Akkupacks 16 erfasst. Der Akkupack 16 weist in dieser beispielhaften Ausgestaltung mehrere Akkuzellen auf. Ferner wird in dem Erfassungsschritt 100 jeweils pro Akkuzelle des Akkupacks 16 zumindest eine Widerstandskenngröße erfasst.
Gemäß 3 folgt hinsichtlich eines zeitlichen Verlaufs des Verfahrens zur Bestimmung des SoH-Werts des Akkupacks 16 nach dem Erfassungsschritt 100 ein Ermittlungsschritt 102 zur Ermittlung zumindest eines Widerstands basierend auf der Widerstandskenngröße. Vorliegend handelt es sich bei dem Widerstand um einen Innenwiderstand der Akkuzelle. In dem Ermittlungsschritt 102 könnten mehrere Widerstände der Akkuzelle ermittelt werden. In dieser beispielhaften Ausführung werden in dem Ermittlungsschritt 102 zumindest zwei Widerstände der Akkuzelle zu unterschiedlichen Zeitpunkten ermittelt. Bei Ermittlung von mehreren Widerständen zu unterschiedlichen Zeitpunkten, können in dem Erfassungsschritt 100 eine Vielzahl von Widerstandskenngrößen zu den jeweiligen unterschiedlichen Zeitpunkten erfasst werden, um damit wiederum in dem Ermittlungsschritt 102 die Vielzahl von Widerständen ermitteln zu können. Um ein besonders effizientes Verfahren bereitzustellen, wird in dem Ermittlungsschritt 102 der Widerstand von einer Akkuzelle des Akkupacks 16 ermittelt, welche die geringste Spannung aufweist. Die Bestimmung und/oder Auswahl der schwächsten Akkuzelle des Akkupacks 16 kann aufgrund der in dem Erfassungsschritt 100 erfassten Widerstandskenngrößen, beispielsweise der Spannung, erfolgen. Die Akkupack-Steuereinheit 36 und/oder die Verbraucher-Steuereinheit 56 und/oder die Ladegerät-Steuereinheit 52 ist dazu vorgesehen, die schwächste Akkuzelle des Akkupacks 16 zu bestimmen und/oder zu definieren und/oder zu ermitteln.
Hinsichtlich des zeitlichen Verlaufs des Verfahrens erfolgt nach dem Ermittlungsschritt 102 ein weiterer Erfassungsschritt 104 zur Erfassung zumindest einer Temperaturkenngröße. Die Temperaturkenngröße ist eine mit zumindest einer Temperatur assoziierte Kenngröße, wobei die Temperaturkenngröße jede erdenkliche Größe sein kann, mit welcher und/oder aus welcher die Temperatur ermittelbar ist. Beispielsweise handelt es sich bei der Temperaturkenngröße um die Temperatur an sich, einen zeitabhängigen Temperaturverlauf und/oder eine Temperaturdifferenz. Ferner wird in einem weiteren Ermittlungsschritt 106, welcher auf den weiteren Erfassungsschritt 104 folgt zumindest eine Temperatur basierend auf der Temperaturkenngröße ermittelt. Vorliegend wird pro Akkuzelle des Akkupacks 16 zumindest eine Temperaturkenngröße erfasst und eine Temperatur ermittelt.
Vorliegend ist der Akkupack 16 zur Erfassung der zumindest einen Widerstandskenngröße und zur Erfassung der zumindest einen Temperaturkenngröße ausgebildet. Ferner ist das Batteriemanagementsystem 60, welches zumindest teilweise in der Akkupack-Steuereinheit 36 integriert ist, zur Erfassung der zumindest einen Widerstandskenngröße und zur Erfassung der zumindest einen Temperaturkenngröße ausgebildet. Die Akkupack-Steuereinheit 36 könnte die Schritte zur Erfassung der zumindest einen Widerstandskenngröße und zur Erfassung der zumindest einen Temperaturkenngröße selbstständig durchführen und/oder starten. Alternativ ist die Verbraucher-Steuereinheit 56 dazu vorgesehen, den Erfassungsschritt 100, den Ermittlungsschritt 102, den weiteren Erfassungsschritt 104 und/oder den weiteren Ermittlungsschritt 106 zu starten und/oder zu regeln.
Gemäß 3 erfolgt nach dem weiteren Ermittlungsschritt 106 ein Berechnungsschritt 108, in welchem ein SoH-Wert des Akkupacks 16 unter Berücksichtigung des zumindest einen Widerstands und zumindest der einen Temperatur berechnet wird. Um ein besonders effizientes und schnelles Verfahren bereitzustellen, erfolgt die Ermittlung des Widerstands vorliegend für alle Akkuzellen des Akkupacks 16, wobei der Berechnungsschritt 108 jedoch auf eine geringere Anzahl an Akkuzellen beschränkt ist. Alternativ könnte der Berechnungsschritt 108 auch für alle Akkuzellen des Akkupacks 16 erfolgen, bei welchem zumindest ein Widerstand ermittelt wurde.
Der Berechnungsschritt 108 kann von der Akkupack-Steuereinheit 36, der Ladegerät-Steuereinheit 52 und/oder der Verbraucher-Steuereinheit 56 durchgeführt werden. Vorliegend weist das System 10 eine Analysevorrichtung 12 zur Durchführung zumindest des Berechnungsschritts 108 auf. In dieser beispielhaften Ausgestaltung ist die Analysevorrichtung 12 zumindest teilweise, ferner vollständig in dem Verbraucher 18, und zwar der Verbraucher-Steuereinheit 56 integriert. Alternativ und/oder zusätzlich wäre auch möglich, dass die Analysevorrichtung 12 zumindest teilweise oder vollständig in einem externen Gerät und/oder einem externen Server integriert ist, wie beispielsweise in einem Smartphone, einem Tablet, einem Laptop und/oder dergleichen.
Ferner wird in dem Berechnungsschritt 108 zur Berechnung des SoH-Werts eine Methode des maschinellen Lernens verwendet. Vorliegend verwendet die Analysevorrichtung 12 in dem Berechnungsschritt 108 beispielhaft einen Maschine-Learning-Algorithmus. Zur Steigerung einer Effizienz zumindest des Berechnungsschritts 108 ist die Methode des maschinellen Lernens selbstlernend.
Nach erfolgreicher Berechnung des SoH-Werts ist der SoH-Wert in einer Datenbankumgebung 28 hinterlegbar und/oder speicherbar. Vorliegend ist die Datenbankumgebung 28 zumindest zu einem Großteil oder vollständig in dem Akkupack 16, ferner in der Akkupack-Steuereinheit 36 integriert. Alternativ und/oder zusätzlich könnte die Datenbankumgebung 28 zumindest teilweise auch in dem Verbraucher 18, und zwar der Verbraucher-Steuereinheit 56 und/oder dem Ladegerät 14, und zwar der Ladegerät-Steuereinheit 52 integriert sein.
In dem SoH-Ermittlungsschritt 202 kommuniziert der Verbraucher 18 mit zumindest der Datenbankumgebung 28 zur Ermittlung des SoH-Werts. In dem SoH-Ermittlungsschritt 202 kann der SoH-Wert durch den Akkupack 16 bereitgestellt werden. Der Verbraucher 18, und zwar die Verbraucher-Steuereinheit 56 ruft in dem SoH-Ermittlungsschritt 202 aus der Datenbankumgebung 28 den SoH-Wert ab. Alternativ sind in der Datenbankumgebung 28 zumindest die Widerstandskenngröße, der Widerstand, die Temperaturkenngröße und/oder die Temperatur hinterlegbar und/oder speicherbar, welche beispielsweise durch den Erfassungsschritt 100, den Ermittlungsschritt 102, den weiteren Erfassungsschritt 104 und/oder den weiteren Ermittlungsschritt 106 erfasst und/oder mittelt werden konnten. Ist der Verbraucher 18 mit dem Akkupack 16 elektrisch verbunden oder kommuniziert drahtlos mit dem Akkupack 16, kann der Verbraucher 18, und zwar die Verbraucher-Steuereinheit 56 in dem SoH-Ermittlungsschritt 202 den SoH-Wert basierend auf von dem Akkupack 16 bereitgestellten Daten, und zwar den in der Datenbankumgebung 28 gespeicherten Daten ermitteln.
Gemäß dem soeben beschrieben Verfahren in 3, kann in dem SoH-Ermittlungsschritt 202 der SoH-Wert basierend auf zumindest einer ermittelten Widerstandskenngröße zumindest einer Akkuzelle des Akkupacks 16 ermittelt werden. Alternativ könnte in dem SoH-Ermittlungsschritt 202 der SoH-Wert auch basierend auf zumindest einer Änderung einer gemessenen Spannung zumindest einer Akkuzelle des Akkupacks 16 mit der Zeit bei gleichem Stromfluss abgeschätzt werden. Eine Abschätzung würde den SoH-Ermittlungsschritt 202 vereinfachen, jedoch kann dadurch der ermittelte SoH-Wert etwas ungenauer sein, als nach der bereits beschriebenen Berechnung. Folglich sind mehrere Vorgehensweisen zur Ermittlung des SoH-Werts in dem SoH-Ermittlungsschritt 202 möglich.
Wurde der SoC-Ermittlungsschritt 202 und der SoH-Ermittlungsschritt 202 gemäß dem Verfahren nach 2 durchgeführt, erfolgt anschließend ein Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204, in welchem eine Restlaufzeit des Akkupacks 16 unter Berücksichtigung des SoC-Werts und des SoH-Werts berechnet wird. Ferner wird in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204 eine Strommessung zur Erfassung einer Stromkenngröße des Akkupacks 16 durchgeführt und die Stromkenngröße bei Berechnung der Restlaufzeit berücksichtigt. Alternativ wird in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204 eine Spannungsmessung zur Erfassung einer Spannungskenngröße des Akkupacks 16 durchgeführt und die Spannungskenngröße bei Berechnung der Restlaufzeit berücksichtigt.
Der Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204 kann von der Akkupack-Steuereinheit 36, der Ladegerät-Steuereinheit 52 und/oder der Verbraucher-Steuereinheit 56 durchgeführt werden. Vorliegend wird der Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204 mittels der Analysevorrichtung 12 durchgeführt. Dabei kommuniziert die Akkupack-Steuereinheit 36 mit der Analysevorrichtung 12. Vorliegend kommuniziert die Akkupack-Steuereinheit 36 in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204 mit der Verbraucher-Steuereinheit 56.
Um einem Benutzer die Restlaufzeit auszugeben, weist das System 10 eine Restlaufzeitausgabe 38 zur Ausgabe einer Restlaufzeit auf. Ferner weist das Verfahren gemäß 2 einen Ausgabeschritt 206 zur Ausgabe der Restlaufzeit auf. Der Ausgabeschritt 206 erfolgt nach dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt 204. Die Akkupack-Steuereinheit 36 und/oder die Verbraucher-Steuereinheit 56 kann die Ausgabe der Restlaufzeit veranlassen. In dieser beispielhaften Ausgestaltung weist der Akkupack 16 eine Ausgabeeinheit 30 auf, welche dazu vorgesehen ist, in dem Ausgabeschritt 206 die Restlaufzeit auszugeben. Die Ausgabeeinheit 30 ist Teil der Restlaufzeitausgabe 38. Alternativ und/oder zusätzlich könnte auch der Verbraucher 18 eine Ausgabeeinheit zur Ausgabe der Restlaufzeit aufweisen, welche Teil der Restlaufzeitausgabe 38 ist. Die Ausgabe der Restlaufzeit kann akustisch und/oder optisch an den Benutzer erfolgen.
In der 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Die nachfolgenden Beschreibungen beschränken sich im Wesentlichen auf die Unterschiede zwischen den Ausführungsbeispielen, wobei bezüglich gleichbleibender Bauteile, Merkmale und Funktionen auf die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 3 verwiesen werden kann. Zur Unterscheidung der Ausführungsbeispiele ist der Buchstabe a in den Bezugszeichen des Ausführungsbeispiels in der 4 eingefügt. Bezüglich gleich bezeichneter Bauteile, insbesondere in Bezug auf Bauteile mit gleichen Bezugszeichen, kann grundsätzlich auch auf die Zeichnungen und/oder die Beschreibung des Ausführungsbeispiels der 1 bis 3 verwiesen werden.
4 zeigt ein System 10a in einem alternativen Ausführungsbeispiel. Das System 10a weist ein Akkupack 16a, welcher ebenfalls als Wechselakkupack 26a ausgebildet ist, ein Ladegerät 14 für den Akkupack 16 und einen Verbraucher 18a auf. Ferner weist das System 10a eine Steuerungsumgebung 50a auf. Der Akkupack 16a weist eine Akkupack-Steuereinheit 36a auf. Die Akkupack-Steuereinheit 36a ist Teil der Steuerungsumgebung 50a. Das Ladegerät 14a weist eine Ladegerät-Steuereinheit 52a auf. Die Ladegerät-Steuereinheit 52a ist Teil der Steuerungsumgebung 50a. Ferner weist der Verbraucher 18a eine Verbraucher-Steuereinheit 56a auf. Die Verbraucher-Steuereinheit 56a ist Teil der Steuerungsumgebung 50a. Die Akkupack-Steuereinheit 36a, Ladegerät-Steuereinheit 52a und/oder die Verbraucher-Steuereinheit 56a sind dazu vorgesehen, miteinander bzw. untereinander zu kommunizieren, und zwar vorliegend drahtlos.
Zur zumindest teilweisen Durchführung eines Verfahrens zur Analyse des Zustands des Akkupacks 16a weist die Steuerungsumgebung 50a ein Batteriemanagementsystem 60a auf. Der Unterschied zu dem zuvor beschrieben Ausführungsbeispiel gemäß den 1 bis 3 besteht darin, dass das Batteriemanagementsystem 60a vorliegend vollständig im Akkupack 16a integriert ist. Ferner ist in dieser beispielhaften Ausgestaltung der Akkupack 16a dazu vorgesehen, notwenige Messungen und/oder Erfassungen von Kenngrößen zumindest einer Akkuzelle des Akkupack 16 selbst durchzuführen und/oder zu steuern, und zwar unabhängig von einer Verbraucher-Steuereinheit 56a. Vorliegend managend das in dem Akkupack 16a, und zwar der Akkupack-Steuereinheit 36a integrierte Batteriemanagementsystem 60a eine Überwachung und/oder Analyse des Zustands zumindest einer Zelle, bevorzugt aller Zellen des Akkupacks 16a. Ferner ist in dieser beispielhaften Ausgestaltung das Ladegerät 14 zusätzlich zur Erfassung der zumindest einen Widerstandskenngröße und/oder zur Erfassung der zumindest einen Temperaturkenngröße ausgebildet. Die Ladegerät-Steuereinheit 52 kommuniziert mit der Akkupack-Steuereinheit 36a, und zwar entweder in einem elektrisch verbundenen Zustand, beispielsweise beim Ladevorgang, oder drahtlos.
Zudem unterscheidet sich das vorliegende Ausführungsbeispiel von dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 3 in einer Datenbankumgebung 28a. Während in dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 3 die Datenbankumgebung 28 vollständig im Akkupack 16a integriert war, ist die Datenbankumgebung 28a zumindest teilweise in einen privaten und/oder öffentlichen Server, beispielsweise einen privaten und/oder öffentlichen Server im Internet, integriert. Die Datenbankumgebung 28a weist vorliegend eine private und/oder öffentliche Cloud 24a auf.
Ferner umfasst das System 10a vorliegend ein externes Gerät 20a, welches in dieser beispielhaften Ausgestaltung als ein Handy ausgebildet ist. Eine Analysevorrichtung 12a des Systems 10a ist hierbei zumindest teilweise in dem externen Gerät 20a angeordnet. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel gemäß den 1 und 3 führt das externe Gerät 20a aufgrund der integrierten Analysevorrichtung 12a jeweils einen Berechnungsschritt zur Berechnung eines SoH-Werts des Akkupacks 16a und/oder einen Restlaufzeit-Berechnungsschritt zur Berechnung der Restlaufzeit basierend auf zumindest dem SoH-Wert und einem SoC-Wert des Akkupacks 16a aus und/oder durch. Zur Gewinnung des SoH-Werts und/oder des SoC-Werts und/oder zumindest einer mit dem SoH-Wert und/oder dem SoC-Wert korrelierten Kenngröße kommuniziert das externe Gerät 20a, vorliegend drahtlos mit dem Akkupack 16a, dem Verbraucher 18a, dem Ladegerät 14a und/oder der Datenbankumgebung 28a. Das externe Gerät 20a ist dazu vorgesehen, basierend auf von dem Akkupack 16a, dem Verbraucher 18a, dem Ladegerät 14a und/oder der Datenbankumgebung 28a bereitgestellten Daten den Berechnungsschritt zur Berechnung des SoH-Werts des Akkupacks 16a und/oder den Restlaufzeit-Berechnungsschritt zur Berechnung der Restlaufzeit durchzuführen. Nach Berechnung des SoH-Werts und/oder der Restlaufzeit kann das externe Gerät 20a Daten an den Akkupack 16a und/oder den Verbraucher 18a übermittelt, und zwar beispielsweise zur Anzeige der Restlaufzeit. Alternativ und/oder zusätzlich könnte auch das externe Gerät 20a die Restlaufzeit ausgeben, beispielsweise anzeigen.

Claims

Verfahren zur Analyse eines Zustands eines Wechselakkupacks (26; 26a) umfassend; - einen SoC-Ermittlungsschritt (200), in welchem ein SoC-Wert des Wechselakkupacks (26; 26a) ermittelt wird; - einen SoH-Ermittlungsschritt (202), in welchem ein SoH-Wert des Wechselakkupacks (26; 26a) ermittelt wird; und - einen Restlaufzeit-Berechnungsschritt (204), in welchem eine Restlaufzeit des Wechselakkupacks (26; 26a) unter Berücksichtigung des SoC-Werts und des SoH-Werts berechnet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt (202) ein Verbraucher (18; 18a) mit zumindest einer Datenbankumgebung (28; 28a) zur Ermittlung des SoH-Werts kommuniziert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt (202) der SoH-Wert durch einen Verbraucher (18; 18a) im mit dem Wechselakkupacks (26; 26a) elektrisch verbunden Zustand ermittelt wird, insbesondere basierend auf von dem Wechselakkupack (26; 26a) bereitgestellten Daten.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt (202) der SoH-Wert durch den Wechselakkupacks (26; 26a) bereitgestellt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt (202) der SoH-Wert basierend auf zumindest einer erfassten Widerstandskenngröße zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks (26; 26a) ermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass in dem SoH-Ermittlungsschritt (202) der SoH-Wert basierend auf zumindest einer Änderung einer gemessenen Spannung zumindest einer Akkuzelle des Wechselakkupacks (26; 26a) mit der Zeit bei gleichem Stromfluss abgeschätzt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt (204) eine Strommessung zur Erfassung einer Stromkenngröße des Wechselakkupacks (26; 26a) durchgeführt und die Stromkenngröße bei Berechnung der Restlaufzeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Restlaufzeit-Berechnungsschritt (204) eine Spannungsmessung zur Erfassung einer Spannungskenngröße des Wechselakkupacks (26; 26a) durchgeführt und die Spannungskenngröße bei Berechnung der Restlaufzeit berücksichtigt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Ausgabeschritt (206) zur Ausgabe der Restlaufzeit.
Wechselakkupack (26, 26a) mit zumindest einer Akkupack-Steuereinheit (36; 36a), welche zur Kommunikation mit einer Analysevorrichtung (12; 12a) zur Durchführung eines Restlaufzeit-Berechnungsschritts (204) zumindest nach Anspruch 1 vorgesehen ist.
Wechselakkupack (26; 26a) nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch zumindest eine Ausgabeeinheit (30; 30a), welche dazu vorgesehen ist, in insbesondere dem Ausgabeschritt (206), die Restlaufzeit auszugeben.
System (10; 10a) mit zumindest einem Verbraucher (18; 18a), mit einem mit dem Verbraucher (18; 18a) lösbar verbindbaren Wechselakkupack (26; 26a), insbesondere zumindest nach Anspruch 10, wobei der Verbraucher (18; 18a) eine Restlaufzeitausgabe (38; 38a) zur Ausgabe einer Restlaufzeit aufweist, und mit einer Steuerungsumgebung (50; 50a) zur Bestimmung der Restlaufzeit mittels eines Verfahrens zumindest nach Anspruch 1.
System (10) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbraucher (18) ein Elektrogerät, insbesondere eine Handwerkzeugmaschine oder ein Elektrofahrrad, ist und eine Verbraucher-Steuereinheit (36) aufweist, welche zumindest teilweise die Steuerungsumgebung (50) ausbildet, welche insbesondere ein Batteriemanagementsystem (60) umfasst.
System (10a) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungsumgebung (50a) ein Batteriemanagementsystem (60a) aufweist, wobei das Batteriemanagementsystem (60a) vollständig im Wechselakkupack (26a) integriert ist.
Computerprogramm (70), umfassend Befehle, die bei einer Ausführung des Computerprogramms durch einen Computer diesen veranlassen, ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9 durchzuführen.