EP4548453A1 - Steuern und regeln eines systems unter verwendung eines digitalen zwillings eines akkumulators - Google Patents

Steuern und regeln eines systems unter verwendung eines digitalen zwillings eines akkumulators

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EP4548453A1
EP4548453A1 EP23734160.7A EP23734160A EP4548453A1 EP 4548453 A1 EP4548453 A1 EP 4548453A1 EP 23734160 A EP23734160 A EP 23734160A EP 4548453 A1 EP4548453 A1 EP 4548453A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
accumulator
transceiver
digital twin
system component
parameter
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23734160.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Varnim Goyal
Stefan Mayer
Bilal Riasat Ali
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hilti AG
Original Assignee
Hilti AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hilti AG filed Critical Hilti AG
Publication of EP4548453A1 publication Critical patent/EP4548453A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/80—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries including monitoring or indicating arrangements
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B25F5/00—Details or components of portable power-driven tools not particularly related to the operations performed and not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/40—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries characterised by the exchange of charge or discharge related data
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/855—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries with circuits adapted for supplying loads from the battery
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—ELECTRIC POWER NETWORKS; CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or discharging batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/90—Regulation of charging or discharging current or voltage
    • H02J7/92—Regulation of charging or discharging current or voltage with prioritisation of loads or sources

Definitions

  • the present invention relates to a method for controlling and regulating a system containing at least one accumulator as a first system component with at least one energy storage cell, at least one first transceiver and at least one sensor for detecting at least one characteristic value, and a second system component with at least one second transceiver.
  • the present invention further relates to a system containing an accumulator and a second system component, which can be releasably connected to the accumulator, for carrying out the method.
  • the present invention relates to a loading device for carrying out the method.
  • the accumulator essentially contains a large number of energy storage cells (also called battery cells), which are positioned in a fixed housing. With the help of the energy storage cells, electrical energy can be stored by the accumulator and also made available to a machine tool.
  • energy storage cells also called battery cells
  • An interface is provided on one side of the housing of the accumulator, through which the accumulator can be releasably connected either to a machine tool or a charging device.
  • the battery In order to charge a battery with electrical energy, the battery is releasably connected to the charging device.
  • the charging devices have an interface on one side of the housing of the charging device, through which the accumulator is mechanically and electrically connected to the charging device.
  • Modern accumulators can be used in a variety of ways or almost universally as an energy source with a wide variety of machine tools or other types of devices, such as vacuum cleaners, lamps, measuring devices or the like.
  • an accumulator as an energy source on a specific device, the specific load or stress on the accumulator can be completely different.
  • an accumulator as an energy source for a powerful machine tool (e.g. a battery-operated chisel hammer) must provide a relatively large amount of energy (ie a high current) for a relatively short time (ie a few seconds).
  • a battery that serves as an energy source for a (construction site) lamp has to provide less energy (ie a low current) for a longer period of time (ie several minutes).
  • the number of charging cycles, the charging time, the energy absorbed or released by the accumulator, the mechanical or thermal stress, etc. can be completely different.
  • the object is achieved in particular by a method for controlling and regulating a system containing at least one accumulator as a first system component with at least one energy storage cell, at least one first transceiver and at least one sensor for detecting at least one characteristic value and a second system component with at least one second transceiver.
  • the second characteristic value may be recorded after a predetermined period of time has elapsed from the first characteristic value being recorded.
  • the time duration can be several seconds or several minutes, in particular 10 seconds to 10 minutes.
  • the task is further and in particular solved by a system containing an accumulator and a second system component, which can be releasably connected to the accumulator, in order to carry out the method.
  • the at least one accumulator contains at least one first transceiver and at least one sensor for detecting at least one characteristic value and the second system component contains at least one second transceiver and a computing device with a digital twin of the at least one accumulator is included.
  • the computing device with the digital twin of the at least one accumulator may be a component of the second system component.
  • the computing device may be designed as a separate system component with the digital twin of the at least one accumulator.
  • the second system component may be designed as a loading device or machine tool. Furthermore, the object is achieved in particular by a loading device for carrying out the method according to the invention.
  • the charging device contains at least a second transceiver and a computing device with a digital twin of at least one accumulator.
  • Figure 1 shows a schematic side view of a machine tool according to a first embodiment and an accumulator connected to the machine tool according to a first embodiment
  • Figure 2 is a schematic side view of the loading device according to a first
  • Embodiment and an accumulator connected to the machine tool according to a second embodiment Embodiment and an accumulator connected to the machine tool according to a second embodiment.
  • Figure 1 shows a machine tool 1 and an accumulator 11 according to an exemplary embodiment.
  • the machine tool 1 and the accumulator 11 form a system S according to a first embodiment.
  • the machine tool 1 is designed as a screwdriver in the embodiment shown.
  • the machine tool 1 can also be designed as a drill, a hammer drill, a saw, a grinder or the like.
  • the machine tool 1 designed as a screwdriver essentially contains a machine tool housing 2 with a tool holder 3 and a handle 4.
  • the tool holder 3 is used to hold and hold a tool 5.
  • the tool 5 is a screwdriver bit.
  • the tool 5 can also be designed as a drill.
  • the drive 6 is designed as a brushless electric motor.
  • the control unit 8 regulates and controls the functions and behavior of the machine tool 1 and in particular the drive 6.
  • the handle 4 in turn contains an operating switch 9, an upper end 4a and a lower end 4b.
  • the actuation switch 9 is connected to the control unit 8, so that actuation of the actuation switch 9 leads to an activation of the drive 6 or the machine tool 1.
  • the drive 6, the gear 7 and the tool holder 3 are arranged relative to one another in such a way that a torque generated in the drive 6 can be transmitted via the gear 7 to the tool holder 3 and the tool 5.
  • the machine tool housing 2 further has a top side 2a, a bottom side 2b, a front end 2c and a rear end 2d.
  • the tool holder 3 is positioned at the front end 2c.
  • the upper end 4a of the handle 4 is attached to the underside 2b and near the rear end 2d of the machine tool housing 2.
  • a machine tool interface 10 is positioned at the lower end 4b of the handle 4. The machine tool interface 10 serves to releasably connect the machine tool 1 to the accumulator 11.
  • the accumulator 11 described in the exemplary embodiment can serve in particular as an energy storage device or electrical energy source for the machine tool 1.
  • the accumulator 11 essentially contains a battery housing 12, a number of energy storage cells 13, a first, second and third sensor 14a, 14b, 14c, a first transceiver 15, a storage device 16 and a control device 17.
  • the energy storage cells 13 can also be used as Battery cells are called.
  • the storage device 16 is positioned inside the battery housing 12 and is used to store and provide data and information.
  • the sensors 14a, 14b, 14c generally serve to detect characteristic values of the accumulator 11 or individual components of the accumulator 11.
  • the characteristic value can also be referred to as a parameter or characteristic variable.
  • the characteristics of the accumulator 11 can include, among other things, voltage, current strength, electrical resistance, temperature, humidity or the like.
  • the first sensor 14a is a sensor for detecting a current value, which can also be referred to as a current measuring device, current detection device, ammeter or ammeter.
  • the first sensor 14a is positioned inside the battery housing 12 so that the current values from the energy storage cells 13 can be recorded.
  • the first sensor 14a is connected to the storage device 16 and to the control device 17 so that the recorded values can be stored and/or processed. More than a single sensor can be provided for detecting a current value, so that the current value of each energy storage cell 13 can be detected.
  • the second sensor 14b is a sensor for detecting a current voltage value, which can also be referred to as a voltage measuring device, voltmeter or voltmeter.
  • the second sensor 14b is positioned inside the battery housing 12 so that the current voltage values from the energy storage cells 13 can be detected.
  • the second sensor 14b is connected to the storage device 16 and to the control device 17 so that the recorded values can be stored and/or processed. More than a single sensor can be provided for detecting a current voltage value, so that the current voltage value of each energy storage cell 13 can be detected.
  • the third sensor 14c is a sensor for detecting a temperature value, which can also be referred to as a temperature detection device, temperature meter or thermometer.
  • the third sensor 14c is positioned inside the battery housing 12 so that the temperature values from the energy storage cells 13 can be recorded.
  • the third sensor 14c is connected to the storage device 16 and to the Control device 17 connected so that the recorded values can be stored and / or processed. More than a single sensor can be provided for detecting a temperature value, so that the temperature value of each energy storage cell 13 can be detected.
  • more or fewer than three sensors 14a, 14b, 14c can also be provided.
  • the first transceiver 15 is used to send and receive signals and data.
  • the transceiver 15 can also be referred to as a transceiver.
  • data and information can be sent from the accumulator 11 to or received from another device or device using the first transceiver 15.
  • the first transceiver 15 is designed based on Bluetooth technology.
  • the transceiver 15 is based on another suitable wireless data transmission technology, such as WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX in the radio frequency range.
  • the first transceiver 15 can be part of the control device 17 of the accumulator 11.
  • the first transceiver 15 can also be designed based on wired data transmission technology.
  • the battery housing 12 in turn contains a top 12a, a bottom 12b and four side walls 18.
  • a battery interface 19 is arranged on the top 12a of the battery housing 12.
  • Both the energy storage cells 13 and the control device 17 are positioned inside the battery housing 12.
  • the control device 17 is used to control and regulate the functions and behavior of the accumulator 11.
  • the functions of the accumulator 11 include, among other things, the quantitative absorption and release of electrical energy to and from the energy storage cells 13.
  • Control device 17 connected to the battery interface 19.
  • the control device 17 is connected to the individual energy storage cells 13, so that electrical energy can reach and from the energy storage cells 13.
  • the battery interface 19 arranged on the top 12a of the battery housing 12 serves to releasably connect the battery 11 to the machine tool interface 10 of the machine tool 1, so that when the machine tool 1 and the battery 11 are in a connected state, electrical energy from the energy storage cells 13 of the accumulator 11 can reach the consumers (ie drive and control unit) of the machine tool 1.
  • Figure 2 shows a charging device 20 according to the invention according to an exemplary embodiment and the accumulator 11.
  • the charging device 20 and the accumulator 11 form a system S according to a second embodiment.
  • the charging device 20 is used to charge an accumulator 11 that can be connected to the charging device 20 with electrical energy.
  • the charging device 20 contains a charger housing 21 with a charger interface 22 and a power cable 23.
  • a control device 24 and a second transceiver 25 are positioned inside the charger housing 21.
  • the power cable 23 has a plug 23a with which the charging device can be releasably connected to a mains power source.
  • the mains power source is not shown in the figures.
  • the second transceiver 25 is used to send and receive signals and data. In combination or interaction with the first transceiver 15, data and information can be exchanged between the charging device 20 and the accumulator 11 using the second transceiver 25.
  • the first and second transceivers 15, 25 are designed to correspond to this or in the form of a corresponding data transmission technology.
  • the second transceiver 25 is also designed based on Bluetooth technology.
  • the transceiver 25 is based on another suitable wireless data transmission technology, such as WLAN, ZigBee, NFC, Wibree or WiMAX in the radio frequency range.
  • the second transceiver 25 can be part of the control device 24 of the charging device 20.
  • the second transceiver 25 can also be designed based on wired data transmission technology.
  • the system S contains a first and second system component S1, S2.
  • the first system component S1 is in the form of the accumulator 11 and the second system component S2 is in the form of the charging device 20.
  • the system can also contain more than two system components S1, S2.
  • the second system component S2 is designed as a machine tool 1.
  • characteristic values of the accumulator 11 are recorded with the aid of a sensor 14a, 14b, 14c. At least a first and second characteristic value KW1, KW2 of the accumulator 11 is recorded.
  • the first sensor 14a thus detects a first and second current value SSW1, SSW2 of the energy storage cells 13.
  • the detected current values are transmitted by the sensor 14a, 14b, 14c to the first transceiver 15 of the accumulator 11.
  • the first transceiver 15 then sends the detected current values to the second transceiver 15 of the charging device 20.
  • the second transceiver 25 of the charging device 20 sends the detected current values to a computing device 30.
  • the computing device 30 is designed as an independent device.
  • the computing device 30 it is also possible according to a further exemplary embodiment for the computing device 30 to be designed as a component of the charging device 20, the accumulator 11 or the machine tool 1.
  • the computing device 30 is used, among other things, to receive, store and process data and information.
  • the computing device 30 can also be referred to as a computing machine, computer, data processing system or the like and essentially contains a memory device 31, a controller 32 and a third transceiver 35.
  • the memory device 31 is used to store and provide data and information.
  • the storage device 31 contains a digital twin DZ of the accumulator 11.
  • the digital twin is used in particular to simulate a future behavior and/or course of at least one parameter of the accumulator 11
  • a digital twin DZ is to be understood as a digital representation of the accumulator 11 in a digital environment.
  • the digital twin DZ enables comprehensive data exchange and is to be understood as more than just a collection of data, but rather consists of a model or several models of the represented accumulator 11.
  • the digital twin DZ can also contain simulations, algorithms, functions and services that have properties or describe, influence, or offer services or functions to the behavior of the represented accumulator 11.
  • a threshold value for a parameter of the accumulator 11 is determined.
  • the recorded and transmitted characteristic values of the accumulator 11 are fed into the digital twin DZ.
  • future behavior or a future course of the parameters for the accumulator 11 can then be simulated.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Verfahren zum Steuern und Regeln eines Systems enthaltend wenigstens einen Akkumulator als eine erste Systemkomponente mit wenigstens einer Energiespeicherzelle, wenigstens einem ersten Transceiver und wenigstens einem Sensor zum Erfassen wenigstens eines Kennwertes sowie eine zweite Systemkomponente mit wenigstens einen zweiten Transceiver. Mit den Verfahrensschritten: - Erfassen wenigstens eines ersten und zweiten Kennwertes durch den wenigstens einen Sensor; - Aussenden der erfassten Kennwerte durch den wenigstens ersten Transceiver an eine Rechenvorrichtung mit einem digitalen Zwilling des wenigstens einen Akkumulators; und - Ermitteln eines Schwellwertes für wenigstens einen Parameter des Akkumulators durch Einspeisen der erfassten Kennwerte in den digitalen Zwilling zum Simulieren eines zukünftigen Verhaltens und/oder Verlaufs wenigstens eines Parameters. System zur Durchführung des Verfahrens. Ladevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.

Description

STEUERN UND REGELN EINES SYSTEMS UNTER VERWENDUNG EINES DIGITALEN ZWILLINGS EINES AKKUMULATORS
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Systems enthaltend wenigstens einen Akkumulator als eine erste Systemkomponente mit wenigstens einer Energiespeicherzelle, wenigstens einem ersten Transceiver und wenigstens einem Sensor zum Erfassen wenigstens eines Kennwertes sowie eine zweite Systemkomponente mit wenigstens einen zweiten Transceiver.
Des Weiteren betrifft die vorliegende Erfindung ein System enthaltend einen Akkumulator sowie eine zweite Systemkomponente, welche wiederlösbar mit dem Akkumulator verbindbar ist, zur Durchführung des Verfahrens.
Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung eine Ladevorrichtung zur Durchführung des Verfahrens.
Werkzeugmaschinen, die von einem Akkumulator mit elektrischer Energie versorgt werden können, sind weitestgehend aus dem Stand der Technik bekannt. Der Akkumulator enthält dazu im Wesentlichen eine Vielzahl an Energiespeicherzellen (auch Akku-Zellen genannt), die in einem festen Gehäuse positioniert sind. Mit Hilfe der Energiespeicherzellen kann elektrische Energie von dem Akkumulator gespeichert und für eine Werkzeugmaschine auch bereitgestellt werden.
An einer Seite des Gehäuses des Akkumulators ist dabei eine Schnittstelle vorgesehen, durch die der Akkumulator wiederlösbar entweder mit einer Werkzeugmaschine oder einer Ladevorrichtung verbunden werden kann. Um einen Akkumulator mit elektrischer Energie zu laden, wird der Akkumulator mit der Ladevorrichtung wiederlösbar verbunden. Gemäß dem Stand der Technik weisen die Ladevorrichtungen eine Schnittstelle an einer Seite des Gehäuses der Ladevorrichtung auf, durch welche der Akkumulator mechanisch sowie elektrisch mit der Ladevorrichtung verbunden ist.
Moderne Akkumulator können vielseitig bzw. nahezu universell als Energiequelle mit unterschiedlichsten Werkzeugmaschinen oder andersartigen Vorrichtungen, wie z.B. Staubsauger, Lampen, Messgeräten oder dergleichen, verwendet werden.
Je nach Einsatz eines Akkumulators als Energiequelle an einer bestimmten Vorrichtung kann die spezifische Belastung oder Beanspruchung des Akkumulators dabei gänzlich unterschiedlich sein. So ist es beispielsweise möglich, dass ein Akkumulator als Energiequelle für eine leistungsstarke Werkzeugmaschine (z.B. ein akkubetriebener Meißelhammer) relativ viel Energie (d.h. eine hohe Stromstärke) für relativ kurze Zeit (d.h. wenige Sekunden) zur Verfügung stellen muss. Ein Akkumulator, der jedoch als Energiequelle für eine (Baustellen- )Lampe dient, muss hingegen weniger Energie (d.h. eine niedrige Stromstärke) für einen längeren Zeitraum (d.h. mehrere Minuten) bereitstellen.
Darüber hinaus kann in Abhängigkeit des Einsatzgebietes des jeweiligen Akkumulators als Energiequelle die Anzahl der Ladezyklen, die Ladedauer, die von dem Akkumulator aufgenommene oder abgegebene Energie, die mechanische oder thermische Beanspruchung, etc. gänzlich unterschiedlich sein.
Mögliche Beschädigungen, einzelne Fehlfunktionen oder auch ein Komplettausfall eines Akkumulators sind daher auf ganz unterschiedliche Gründe zurückzuführen. Hierzu ist oftmals eine ausführliche Analyse des jeweils betroffenen Akkumulators notwendig.
Es ist damit Aufgabe der vorliegenden Erfindung das vorstehend beschriebene Problem zu lösen.
Die Aufgabe wird gelöst durch den Gegenstand des unabhängigen Patentanspruchs 1 , 5 und 9. Vorteilhafte Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Gegenstands sind in den abhängigen Patentansprüchen enthalten.
Die Aufgabe wird insbesondere gelöst durch ein Verfahren zum Steuern und Regeln eines Systems enthaltend wenigstens einen Akkumulator als eine erste Systemkomponente mit wenigstens einer Energiespeicherzelle, wenigstens einem ersten Transceiver und wenigstens einem Sensor zum Erfassen wenigstens eines Kennwertes sowie eine zweite Systemkomponente mit wenigstens einen zweiten Transceiver.
Erfindungsgemäß sind die Verfahrensschritte vorgesehen
- Erfassen wenigstens eines ersten und zweiten Kennwertes durch den wenigstens einen Sensor;
- Aussenden der erfassten Kennwerte durch den wenigstens ersten Transceiver an eine Rechenvorrichtung mit einem digitalen Zwilling des wenigstens einen Akkumulators; und
- Ermitteln eines Schwellwertes für wenigstens einen Parameter des Akkumulators durch Einspeisen der erfassten Kennwerte in den digitalen Zwilling zum Simulieren eines zukünftigen Verhaltens und/oder Verlaufs wenigstens eines Parameters. Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann es möglich sein, dass das Erfassen des zweiten Kennwertes nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Erfassen des ersten Kennwertes erfolgt. Die Zeitdauer kann dabei mehrere Sekunden oder aber mehrere Minuten betragen, insbesondere 10 Sekunden bis zu 10 Minuten.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann es möglich sein, dass das Einstellen des wenigstens einen Akkumulators von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand enthalten ist, wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators den ermittelten Schwellwert erreicht.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann es möglich sein, dass das Aussenden wenigstens eines Signals von der Ladevorrichtung an den Akkumulator enthalten ist, wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators den ermittelten Schwellwert erreicht.
Die Aufgabe wird weiterhin und insbesondere gelöst durch ein System enthaltend einen Akkumulator sowie eine zweite Systemkomponente, welche wiederlösbar mit dem Akkumulator verbindbar ist, zur Durchführung des Verfahrens.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass der wenigstens eine Akkumulator wenigstens einen ersten Transceiver sowie wenigstens einen Sensor zum Erfassen wenigstens eines Kennwertes und die zweite Systemkomponente wenigstens einen zweiten Transceiver enthält und eine Rechenvorrichtung mit einem digitalen Zwilling des wenigstens einen Akkumulators enthalten ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann es möglich sein, dass die Rechenvorrichtung mit dem digitalen Zwilling des wenigstens einen Akkumulators ein Bestandteil der zweiten Systemkomponente ist.
Entsprechend einer alternativen Ausführungsform kann es möglich sein, dass die Rechenvorrichtung mit dem digitalen Zwilling des wenigstens einen Akkumulators als separate Systemkomponente ausgestaltet ist.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform kann es möglich sein, dass die zweite Systemkomponente als Ladevorrichtung oder Werkzeugmaschine ausgestaltet ist. Des Weiteren wird die Aufgabe insbesondere gelöst durch eine Ladevorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass die Ladevorrichtung wenigstens einen zweiten Transceiver und eine Rechenvorrichtung mit einem digitalen Zwilling wenigstens eines Akkumulators enthält.
Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Figurenbeschreibung. In den Figuren sind verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung dargestellt.
Die Figuren, 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:
Figur 1 eine schematische Seitenansicht auf eine Werkzeugmaschine gemäß einer ersten Ausführungsform und einen mit der Werkzeugmaschine verbundenen Akkumulator gemäß einer ersten Ausführungsform; und Figur 2 eine schematische Seitenansicht auf die Ladevorrichtung gemäß einer ersten
Ausführungsform und einen mit der Werkzeugmaschine verbundenen Akkumulator gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Ausführungsbeispiele:
Figur 1 zeigt eine Werkzeugmaschine 1 und einen Akkumulator 11 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform. Die Werkzeugmaschine 1 und der Akkumulator 11 bilden ein System S gemäß einer ersten Ausführungsform.
Die Werkzeugmaschine 1 ist in der gezeigten Ausführungsform als Schrauber ausgestaltet. Alternativ kann die Werkzeugmaschine 1 auch als Bohrmaschine, einen Bohrhammer, eine Säge, ein Schleifgerät oder dergleichen ausgestaltet sein.
Wie in Figur 1 angedeutet enthält die als Schrauber ausgestaltete Werkzeugmaschine 1 im Wesentlichen ein Werkzeugmaschinengehäuse 2 mit einer Werkzeugaufnahme 3 und einem Handgriff 4. Die Werkzeugaufnahme 3 dient zum Aufnehmen und Halten eines Werkzeugs 5. Bei dem Werkzeug 5 handelt es sich in dem vorliegenden Beispiel um einen Schrauber-Bit. Alternativ kann das Werkzeug 5 auch als Bohrer ausgestaltet sein.
Im Inneren des Werkzeugmaschinengehäuses 2 ist unter anderem ein Antrieb 6, ein Getriebe 7 und eine Steuereinheit 8 vorgesehen. Der Antrieb 6 ist dabei als bürstenloser Elektromotor ausgestaltet.
Die Steuereinheit 8 regelt und steuert die Funktionen und das Verhalten der Werkzeugmaschine 1 und insbesondere des Antriebs 6.
Der Handgriff 4 enthält wiederum einen Betätigungsschalter 9, ein oberes Ende 4a und ein unteres Ende 4b. Der Betätigungsschalter 9 ist mit der Steuereinheit 8 verbunden, sodass ein Betätigen des Betätigungsschalters 9 zu einer Aktivierung des Antriebs 6 bzw. der Werkzeugmaschine 1 führt. Wie ebenfalls in Figur 1 gezeigt, ist der Antrieb 6, das Getriebe 7 und die Werkzeugaufnahme 3 so zueinander angeordnet, dass ein in dem Antrieb 6 erzeugtes Drehmoment über das Getriebe 7 auf die Werkzeugaufnahme 3 und das Werkzeug 5 übertragen werden kann.
Das Werkzeugmaschinengehäuse 2 weist des Weiteren eine Oberseite 2a, eine Unterseite 2b, ein vorderes Ende 2c und ein hinteres Ende 2d auf. An dem vorderen Ende 2c ist die Werkzeugaufnahme 3 positioniert. An der Unterseite 2b und in der Nähe des hinteren Endes 2d des Werkzeugmaschinengehäuses 2 ist das obere Ende 4a des Handgriffs 4 befestigt. An dem unteren Ende 4b des Handgriffs 4 ist eine Werkzeugmaschinenschnittstelle 10 positioniert. Die Werkzeugmaschinenschnittstelle 10 dient zum wiederlösbaren Verbinden der Werkzeugmaschine 1 mit dem Akkumulator 11 .
Der in dem Ausführungsbeispiel beschriebene Akkumulator 11 kann insbesondere als Energiespeichervorrichtung bzw. elektrische Energiequelle für die Werkzeugmaschine 1 dienen. Der Akkumulator 11 enthält dabei im Wesentlichen ein Akku-Gehäuse 12, eine Anzahl an Energiespeicherzellen 13, einen ersten, zweiten und dritten Sensor 14a, 14b, 14c einen ersten Transceiver 15, eine Speichervorrichtung 16 sowie eine Steuerungseinrichtung 17. Die Energiespeicherzellen 13 können auch als Akku-Zellen bezeichnet werden.
Die Speichervorrichtung 16 ist im Inneren des Akku-Gehäuses 12 positioniert und dient zu Speichern und Bereitstellen von Daten und Informationen.
Die Sensoren 14a, 14b, 14c dienen generell zum Erfassen von Kennwerten des Akkumulators 11 oder einzelner Bestandteile des Akkumulators 11 . Der Kennwert kann auch als Parameter oder Kenngröße bezeichnet werden. Zu den Kennwerten des Akkumulators 11 kann unter anderem Stromspannung, Stromstärke, elektrischer Widerstand, Temperatur, Luftfeuchtigkeit oder dergleichen zählen.
Bei dem ersten Sensor 14a handelt es sich um einen Sensor zum Erfassen eines Stromstärkewertes, welcher auch als Strommessvorrichtung, Stromerfassungsvorrichtung, Strommesser oder Amperemeter bezeichnet werden kann. Der erste Sensor 14a ist dabei so im Inneren des Akku-Gehäuses 12 positioniert, dass die Stromstärkewerte von den Energiespeicherzellen 13 erfasst werden können. Der erste Sensor 14a ist mit der Speichervorrichtung 16 sowie mit der Steuerungseinrichtung 17 verbunden, damit die erfassten Werte gespeichert und/oder verarbeitet werden können. Es können mehr als ein einziger Sensor zum Erfassen eines Stromstärkewertes vorgesehen sein, sodass der Stromstärkewert einer jeden Energiespeicherzelle 13 erfasst werden kann.
Bei dem zweiten Sensor 14b handelt es sich um einen Sensor zum Erfassen eines Stromspannungswertes, welcher auch als Spannungsmessvorrichtung, Spannungsmesser oder Voltmeter bezeichnet werden kann. Der zweite Sensor 14b ist dabei so im Inneren des Akku- Gehäuses 12 positioniert, dass die Stromspannungswerte von den Energiespeicherzellen 13 erfasst werden können. Der zweite Sensor 14b ist mit der Speichervorrichtung 16 sowie mit der Steuerungseinrichtung 17 verbunden, damit die erfassten Werte gespeichert und/oder verarbeitet werden können. Es können mehr als ein einziger Sensor zum Erfassen eines Stromspannungswertes vorgesehen sein, sodass der Stromspannungswert einer jeden Energiespeicherzelle 13 erfasst werden kann.
Bei dem dritten Sensor 14c handelt es sich um einen Sensor zum Erfassen eines Temperaturwertes, welcher auch als Temperaturerfassungsvorrichtung, Temperaturmesser oder Thermometer bezeichnet werden kann. Der dritte Sensor 14c ist dabei so im Inneren des Akku- Gehäuses 12 positioniert, dass die Temperaturwerte von den Energiespeicherzellen 13 erfasst werden können. Der dritte Sensor 14c ist mit der Speichervorrichtung 16 sowie mit der Steuerungseinrichtung 17 verbunden, damit die erfassten Werte gespeichert und/oder verarbeitet werden können. Es können mehr als ein einziger Sensor zum Erfassen eines Temperaturwertes vorgesehen sein, sodass der Temperaturwert einer jeden Energiespeicherzelle 13 erfasst werden kann.
Gemäß einer alternativen Ausführungsform des Akkumulators 11 können auch mehr oder weniger als drei Sensoren 14a, 14b, 14c vorgesehen sein.
Der erste Transceiver 15 dient zum Aussenden und Empfangen von Signalen und Daten. Der Transceiver 15 kann auch als Sendeempfänger bezeichnet werden. In Kombination bzw. Zusammenspiel mit einem weiteren Transceiver können mit Hilfe des ersten Transceivers 15 Daten und Informationen von dem Akkumulator 11 zu einer anderen Vorrichtung bzw. Gerät gesendet oder auch von diesem empfangen werden. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist der erste Transceiver 15 auf Basis der Bluetooth-Technologie ausgestaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Transceiver 15 auf einer anderen geeigneten drahtlosen Datenübertragungstechnologie, wie z.B. WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX im Radiofrequenzbereich, basiert. Der erste Transceiver 15 kann dabei Bestandteil der Steuerungseinrichtung 17 des Akkumulators 11 sein. Gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels kann der erste Transceiver 15 auch auf Basis einer drahtgebundenen Datenübertragungstechnologie ausgestaltet sein.
Das Akku-Gehäuse 12 enthält wiederum eine Oberseite 12a, eine Unterseite 12b sowie vier Seitenwände 18. Wie in Figur 1 ersichtlich ist an der Oberseite 12a des Akku-Gehäuses 12 eine Akku-Schnittstelle 19 angeordnet. Sowohl die Energiespeicherzellen 13 als auch die Steuerungseinrichtung 17 ist im Inneren des Akku-Gehäuses 12 positioniert. Die Steuerungseinrichtung 17 dient zum Steuern und Regeln der Funktionen und des Verhaltens des Akkumulators 11. Zu den Funktionen des Akkumulators 11 zählt unter anderen die quantitative Aufnahme sowie Abgabe an elektrischer Energie zu bzw. von den Energiespeicherzellen 13. Wie ebenfalls in Figur 1 angedeutet ist die Steuerungseinrichtung 17 mit der Akku-Schnittstelle 19 verbunden. Des Weiteren ist die Steuerungseinrichtung 17 mit den einzelnen Energiespeicherzellen 13 verbunden, sodass elektrische Energie von und zu den Energiespeicherzellen 13 gelangen kann. Die an der Oberseite 12a des Akku-Gehäuses 12 angeordnete Akku-Schnittstelle 19 dient zum wiederlösbaren Verbinden des Akkumulators 11 mit der Werkzeugmaschinenschnittstelle 10 der Werkzeugmaschine 1 , sodass, wenn sich die Werkzeugmaschine 1 und der Akkumulator 11 in einem verbundenen Zustand befinden, elektrische Energie von den Energiespeicherzellen 13 des Akkumulators 11 zu den Verbrauchern (d.h. Antrieb und Steuereinheit) der Werkzeugmaschine 1 gelangen kann. Figur 2 zeigt eine erfindungsgemäße Ladevorrichtung 20 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform und den Akkumulator 11 . Die Ladevorrichtung 20 und der Akkumulator 11 bilden ein System S gemäß einer zweiten Ausführungsform.
Die Ladevorrichtung 20 dient zum Laden eines mit der Ladevorrichtung 20 verbindbaren Akkumulators 11 mit elektrischer Energie.
Wie ebenfalls in Figur 1 gezeigt enthält die Ladevorrichtung 20 ein Lader-Gehäuse 21 mit einer Lader-Schnittstelle 22 und ein Stromkabel 23. Im Inneren des Lader-Gehäuses 21 ist eine Steuervorrichtung 24 und ein zweiter Transceiver 25 positioniert.
Das Stromkabel 23 weist einen Stecker auf 23a, mit dem die Ladevorrichtung wiederlösbar mit einer Netzstromquelle verbindbar ist. Die Netzstromquelle ist in den Figuren nicht gezeigt.
Der zweite Transceiver 25 dient zum Aussenden und Empfangen von Signalen und Daten. In Kombination bzw. Zusammenspiel mit dem ersten Transceiver 15 können mit Hilfe des zweiten Transceivers 25 Daten und Informationen zwischen der Ladevorrichtung 20 und dem Akkumulator 11 ausgetauscht werden. Der erste und zweite Transceiver 15, 25 ist hierzu korrespondierend bzw. in Form einer korrespondierenden Datenübertragungstechnologie ausgestaltet. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist auch der zweite Transceiver 25 auf Basis der Bluetooth-Technologie ausgestaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass der Transceiver 25 auf einer anderen geeigneten drahtlosen Datenübertragungstechnologie, wie z.B. WLAN, ZigBee, NFC, Wibree oder WiMAX im Radiofrequenzbereich, basiert. Der zweite Transceiver 25 kann dabei Bestandteil der Steuervorrichtung 24 der Ladevorrichtung 20 sein. Gemäß eines alternativen Ausführungsbeispiels kann auch der zweite Transceiver 25 auch auf Basis einer drahtgebundenen Datenübertragungstechnologie ausgestaltet sein.
Nachfolgend wird das Verfahren zum Steuern und Regeln des erfindungsgemäßen Systems S beschrieben. Entsprechend einer ersten beispielhaften Ausführungsform enthält das System S eine erste und zweite Systemkomponente S1 , S2. Die erste Systemkomponente S1 ist in Form des Akkumulators 11 und die zweite Systemkomponente S2 ist in Form der Ladevorrichtung 20 ausgestaltet. Alternativ kann das System auch mehr als zwei Systemkomponenten S1 , S2 enthalten. Des Weiteren ist auch möglich, dass gemäß eines weiteren Ausführungsbeispiels die zweite Systemkomponente S2 als Werkzeugmaschine 1 ausgestaltet ist.
Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Steuern und Regeln des beispielhaften Systems S bestehend aus der Ladevorrichtung 20 und dem Akkumulator 11 werden mit Hilfe eines Sensors 14a, 14b, 14c Kennwerte des Akkumulators 11 erfasst. Es wird dabei wenigstens ein erster und zweiter Kennwert KW1 , KW2 des Akkumulators 11 erfasst. Der erste Sensor 14a erfasst somit einen ersten und zweiten Stromstärkewert SSW1 , SSW2 der Energiespeicherzellen 13. Die erfassten Stromstärkewerte werden von dem Sensor 14a, 14b, 14c an den ersten Transceiver 15 des Akkumulators 11 übermittelt. Der erste Transceiver 15 sendet anschließend die erfassten Stromstärkewerte an den zweiten Transceiver 15 der Ladevorrichtung 20. Der zweite Transceiver 25 der Ladevorrichtung 20 sendet die erfassten Stromstärkewerte an eine Rechenvorrichtung 30. Die Rechenvorrichtung 30 ist in einem ersten Ausführungsbeispiel als eigenständige Vorrichtung ausgestaltet. Wie nachfolgend noch beschrieben ist es jedoch auch gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel möglich, dass die Rechenvorrichtung 30 als Bestandteil der Ladevorrichtung 20, des Akkumulators 11 oder der Werkzeugmaschine 1 ausgestaltet ist.
Die Rechenvorrichtung 30 dient unter anderem zum Empfangen, Speichern und Bearbeiten von Daten und Informationen. Die Rechenvorrichtung 30 kann auch als Rechenautomat, Computer, Datenverarbeitungsanlage oder dergleichen bezeichnet werden und enthält im Wesentlichen eine Speichereinrichtung 31 , eine Steuerung 32 und einen dritten Transceiver 35. Die Speichereinrichtung 31 dient zum Speichern sowie zum Bereitstellen von Daten und Informationen.
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel enthält die Speichereinrichtung 31 einen digitalen Zwilling DZ des Akkumulators 11. Der digitale Zwilling dient insbesondere zum Simulieren eines zukünftigen Verhaltens und/oder Verlaufs wenigstens eines Parameters des Akkumulators 11
Als digitaler Zwilling DZ ist in diesem Zusammenhang eine digitale Repräsentanz des Akkumulators 11 in einer digitalen Umgebung zu verstehen. Der digitale Zwilling DZ ermöglichen dabei einen übergreifenden Datenaustausch und ist mehr als eine reine Datensammlung zu verstehen, sondern bestehen aus einem Modell oder auch mehreren Modellen des repräsentierten Akkumulators 11. Der digitale Zwilling DZ kann zusätzlich Simulationen, Algorithmen, Funktionen und Services enthalten, die Eigenschaften oder Verhalten des repräsentierten Akkumulators 11 beschreiben, beeinflussen, oder Dienste bzw. Funktionen darüber anbieten.
Mit Hilfe des in der Steuerung 32 der Rechenvorrichtung 30 gespeicherten Algorithmus wird ein Schwellwert für einen Parameter des Akkumulators 11 ermittelt. Hierzu werden die erfassten und übermittelten Kennwerte des Akkumulators 11 in den digitalen Zwilling DZ eingespeist. Durch die Verwendung des digitalen Zwillings DZ kann dann ein zukünftiges Verhalten bzw. ein zukünftiger Verlauf der Parameter für den Akkumulator 11 simuliert werden. Bezugszeichen
1 Werkzeugmaschine
2 Werkzeugmaschinengehäuse
2a Oberseite des Werkzeugmaschinengehäuses
2b Unterseite des Werkzeugmaschinengehäuses
2c vorderes Ende des Werkzeugmaschinengehäuses
2d hinteres Ende des Werkzeugmaschinengehäuses
3 Werkzeugaufnahme
4 Handgriff
4a oberes Ende des Handgriffs
4b unteres Ende des Handgriffs
5 Werkzeug
6 Antrieb
7 Getriebe
8 Steuereinheit der Werkzeugmaschine
9 Betätigungsschalter
10 Werkzeugmaschinenschnittstelle
11 Akkumulator
12 Akku-Gehäuse
12a Oberseite des Akku-Gehäuses
12b Unterseite des Akku-Gehäuses
13 Energiespeicherzelle
14a erster Sensor
14b zweiter Sensor
14c dritter Sensor
15 erster T ransceiver
16 Speichervorrichtung
17 Steuerungseinrichtung
18 Seitenwände des Akkumulators
19 Akku-Schnittstelle 20 Ladevorrichtung
21 Lader-Gehäuse
22 Lader-Schnittstelle
23 Strom kabel 24 Steuervorrichtung der Ladevorrichtung
25 zweiter Transceiver
30 Rechenvorrichtung
31 Speichereinrichtung der Rechenvorrichtung
32 Steuerung der Rechenvorrichtung 35 dritter Transceiver
S System
51 erste Systemkomponente
52 zweite Systemkomponente DZ digitaler Zwilling
KW1 erster Kennwert
KW2 zweiter Kennwert

Claims

Patentansprüche Verfahren zum Steuern und Regeln eines Systems (S) enthaltend wenigstens einen Akkumulator (11 ) als eine erste Systemkomponente (S1) mit wenigstens einer Energiespeicherzelle (13), wenigstens einem ersten Transceiver (15) und wenigstens einem Sensor (14a, 14b, 14c) zum Erfassen wenigstens eines Kennwertes (KW) sowie eine zweite Systemkomponente (S2) mit wenigstens einen zweiten Transceiver (25) gekennzeichnet durch die Verfahrensschritte
- Erfassen wenigstens eines ersten und zweiten Kennwertes (KW1 , KW2) durch den wenigstens einen Sensor (14a, 14b, 14c);
- Aussenden der erfassten Kennwerte durch den wenigstens ersten Transceiver (15) an eine Rechenvorrichtung (30) mit einem digitalen Zwilling (DZ) des wenigstens einen Akkumulators (11); und
- Ermitteln eines Schwellwertes für wenigstens einen Parameter des Akkumulators (11 ) durch Einspeisen der erfassten Kennwerte (KW1 , KW2) in den digitalen Zwilling (DZ) zum Simulieren eines zukünftigen Verhaltens und/oder Verlaufs wenigstens eines Parameters. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Erfassen des zweiten Kennwertes (KW2) nach Ablauf einer vorbestimmten Zeitdauer ab dem Erfassen des ersten Kennwertes (KW1 ) erfolgt. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt
- Einstellen des wenigstens einen Akkumulators (11) von einem ersten Betriebszustand in einen zweiten Betriebszustand, wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators (11 ) einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators (11) den ermittelten Schwellwert erreicht. Verfahren nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch den Verfahrensschritt - Aussenden wenigstens eines Signals von der zweiten Systemkomponente (S2) an den Akkumulator (11), wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators (11) einen vorbestimmten Schwellwert erreicht oder wenn wenigstens ein Parameter des Akkumulators (11) den ermittelten Schwellwert erreicht.
5. System (S) enthaltend einen Akkumulator (11) sowie eine zweite Systemkomponente (S2), welche wiederlösbar mit dem Akkumulator (11 ) verbindbar ist, zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Akkumulator (11) wenigstens einen ersten Transceiver (15) sowie wenigstens einen Sensor (14a, 14b, 14c) zum Erfassen wenigstens eines Kennwertes (KW1 , KW2) und die zweite Systemkomponente (S2) wenigstens einen zweiten Transceiver (25) enthält und eine Rechenvorrichtung (30) mit einem digitalen Zwilling (DZ) des wenigstens einen Akkumulators (11) enthalten ist.
6. System (S) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorrichtung (30) mit dem digitalen Zwilling (DZ) des wenigstens einen Akkumulators (11) ein Bestandteil der zweiten Systemkomponente (S2) ist.
7. System (S) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Rechenvorrichtung (30) mit dem digitalen Zwilling (DZ) des wenigstens einen Akkumulators (11) als separate Systemkomponente ist.
8. System (S) nach wenigsten einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Systemkomponente (S2) als Ladevorrichtung (20) oder Werkzeugmaschine (1 ) ausgestaltet ist.
9. Ladevorrichtung (20) zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Ladevorrichtung (20) wenigstens einen zweiten Transceiver (25) und eine Rechenvorrichtung (30) mit einem digitalen Zwilling (DZ) wenigstens eines Akkumulators (11) enthält.
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