WO2016112416A2 - Lifecycle management- und monitoringsystem mit auslaufschutzüberwachung für batteriezellen - Google Patents

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WO2016112416A2
WO2016112416A2 PCT/AT2015/050008 AT2015050008W WO2016112416A2 WO 2016112416 A2 WO2016112416 A2 WO 2016112416A2 AT 2015050008 W AT2015050008 W AT 2015050008W WO 2016112416 A2 WO2016112416 A2 WO 2016112416A2
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battery
monitoring
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battery cells
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PCT/AT2015/050008
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Michael Walter SCHEIT
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Scheit Michael Walter
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
    • G01R31/3644—Constructional arrangements
    • G01R31/3646—Constructional arrangements for indicating electrical conditions or variables, e.g. visual or audible indicators
    • H—ELECTRICITY
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
    • H02J7/00306—Overdischarge protection

Definitions

  • First solution part via smartphone will be a QRCODE printed on the battery pack or a RFID chip on from the battery pack or directly from the battery is read and the data are using an app stored on a smartphone or further processed.
  • Second solution part additional or Alternatively, the later described Outlet sensor for use or in the app to get integrated.
  • the sensor / transmitter (6) measures Battery voltage / state of charge and responds to leakage of battery acid (3) within the outer (1) and inner protective layer (2) of the battery case.
  • conductive contact plate or foil (8) is a "predetermined breaking point" (4) by a Material rejuvenation provided around here the possible Leave acid leakage take place.
  • a warning message can be sent via the transmission module to a smartphone App can be sent, a warning light can on one Display station, via Bluetooth, Zigbee, etc. can also be compatible bulbs for flashing to be brought.
  • the transponder e.g., an RFID transponder with printed coil on battery
  • the battery can be both active and semi-active the possibility of power supply through to monitoring battery are designed.
  • RFID side UHF decimeter waves
  • SHF microwaves
  • Alarm bit is set in the chip and an alarm occurs in another episode either active or passive through the chip self or passively via reader (for example smartphone NFC chip / app).
  • a Sensor signal via mini transmitter / transmitter (Power supply by battery to be monitored) also a (simple) (proprietary) radio module be controlled; speak a simple radio signal is sent to a receiving station and there accordingly the user request processed (light, sound, SMS, Mail, etc.).
  • a (simple) (proprietary) radio module be controlled; speak a simple radio signal is sent to a receiving station and there accordingly the user request processed (light, sound, SMS, Mail, etc.).
  • An integration in Home automation equipment is e.g. hereby possible.
  • a warning sound output is also by means of an im Battery compartment integrated Piezzo buzzer, etc. possible.
  • the alarm is via a (reusable) mini speaker (e.g., via a so-called piezo Buzzers / piezoelectric transducer), which in the case of use also of the monitored Battery or the battery group powered becomes possible.
  • An automatic reorder of the correct ones Battery types may be triggered by the app when it is empty become. This is based either on a statistical Note, based on the derivation of a Replacement / expiry warning this based on the stored time stamp on the battery and the Battery type or the battery model.
  • rechargeable batteries With rechargeable batteries will be info to charging cycles, running times, time to replacement, etc. collected / displayed.
  • the charging process of replacement batteries will start suitably from the time.
  • Correct disposal is e.g. by means of an incentive point system for the consumer Return in a shop or a Battery disposal center honored; e.g. by means of Free batteries as a bonus.
  • a check / validation of returns takes place on return at the dealer / disposal company, when throwing in collection box, etc. by reading the QRCODES or RFID chips of the batteries (packaging).
  • the Battery identification / metadata storage as Sticker / imprint (5) as well as the sensor / transmitter (6) and the sensor line / Steuerleiterbahn with Contact surfaces (7) between the outermost Leakage protection cover (1) and the inner protective cover (2) shown schematically.
  • the battery acid (3) occurs through the Material rejuvenation / acid penetration point (4) from and closes a circuit via the Contact ends / platelets (8) or the Steuerleiterbahn with contact surface (7), which the Signal to (6) forwards.
  • Via measuring conductors (11) the potential between negative pole (10) and Positive pole (9) of (6) evaluated and, if necessary, also continuously, at certain intervals, or at Falling below a threshold sent.
  • Recycling and / or automatic reordering i.e. Rollout recycling system and reordering system.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)

Description

LIFECYCLE MANAGEMENT- UND MONITORINGSYSTEM MIT AUSLAUFSCHUTZÜBERWACHUNG FÜR BATTERIEZELLEN
Batterietechnik, Batterie-Lifecylemanagement
Aktuell ist nur eine manuelle Prüfung des Ladezustandes und des physischen Zustands einzelner Batterien, speziell im Consumer Bereich durch den Anwender möglich.
Es existiert kein validiertes, rückverfolgbares Recyclingsystem bzw. ist keine Prüfung bei der Abwicklung der Batterienrückgabe vorhanden.
Es ist kein Batterien-Auslaufschutzwarnsystem speziell im Consumerbereich vorhanden.
Kurzbeschreibung der Erfindung
Auslaufs-/Ladezustandssensor für Batterien sowie deren Integration in einen optimierten Batterien-Lifecycle Managementprozess.
Technische Aufgabe
Entwicklung einer technischen Lösung zur Batterien-Auslaufschutzüberwachung, sowie die Entwicklung eines technischen Batterien Lifecyclemanagment-Prozesses und deren Integration.
Technische Lösung
Erster Lösungsteil: Via Smartphone wird ein auf der Batteriepackung aufgedruckter QRCODE oder ein RFID Chip auf von der Batteriepackung oder direkt von der Batterie eingelesen und die Daten werden mittels einer App auf einem Smartphone gespeichert bzw. weiter verarbeitet.
In der App ist eine Zuordnung der Batterie(n) zu einem Gerät bzw. dessen Fernbedienung möglich.
Zweiter Lösungsteil: Zusätzlich oder alternativ kann der in weiterer Folge beschriebene Auslaufsensor zur Anwendung kommen bzw. in die App integriert werden.
Der Sensor/Sender (6) misst Batteriespannung/Ladezustand und reagiert auf Austritt von Batteriesäure (3) innerhalb der äußeren (1) und inneren Schutzschicht (2) der Batteriehülle.
In der Mitte bzw. zwischen den hierfür vorgesehenen leitenden Kontaktplättchen bzw. -folie (8) wird eine “Soll-Bruchstelle” (4) durch eine Materialverjüngung vorgesehen um hier den möglichen Säureaustritt stattfinden zu lassen.
Bei Batteriesäureaustritt wird ein Stromkreis bei Vorhandensein von Flüssigkeit/Säure via Steuerleiterbahnen (7) geschlossen und ein Warnsignal von (6) wird gesendet.
Hierbei sind mehrere Varianten möglich; d.h. eine Warnmeldung kann via Sendemodul an eine Smartphone App gesendet werden, ein Warnlicht kann auf einer Anzeigestation aktiviert werden, via Bluetooth, Zigbee, etc. können auch kompatible Leuchtmittel zum Blinken gebracht werden.
Der Transponder (z.B. ein RFID Transponder mit gedruckter Spule auf Batterie) im Batteriefach oder auf der Batterie kann sowohl aktiv als auch semiaktiv durch die Möglichkeit der Spannungsversorgung durch die zu überwachende Batterie ausgelegt werden.
Je nach gewünschter Reichweite kann RFID-seitig UHF (Dezimeterwellen) oder SHF (Mikrowellen) zur Anwendung kommen.
Am (RFID-)Chip sind die Batterietype, Hersteller, Produktionsdatum fix gespeichert.
Im Falle einer Auslaufwarnung wird ein Alarmbit im Chip gesetzt und eine Alarmierung erfolgt in weitere Folge entweder aktiv oder passiv durch den Chip selbst oder passiv via Lesegerät (z.B. Smartphone NFC-Chip/App).
Alternativ kann nach Auslösung eines Sensorsignals via Minisender/Transmitter (Spannungsversorgung durch zu überwachende Batterie) auch ein (einfaches) (proprietäres) Funkmodul angesteuert werden; sprich ein einfaches Funksignal wird an eine Empfangsstation gesendet und dort entsprechend dem Userwunsch weiterverarbeitet (Licht, Tonsignal, SMS, Mail, etc.). Eine Integration in Heimautomatisierungsanalagen ist z.B. hiermit möglich.
Als Protokolle können neben proprietären auch Zigbee, Bluetooth (low energy) Wi-Fi, etc. zur Anwendung kommen.
Eine Warntonausgabe ist auch mittels eines im Batteriefach integrierten Piezzo Summers, etc. möglich. Hierbei erfolgt die Alarmierung via eines (wiederverwendbaren) Minilautsprechers (z.B. via eines sogenannten Piezo Buzzers/Piezoschallwandler), welcher im Einsatzfall ebenfalls von der zu überwachenden Batterie- bzw. dem Batterieverbund mit Strom versorgt wird, möglich.
Alle Leiterbahnen und Steuerelemente können ggfs. als (kostengünstiger) Leiterplattendruck als innenliegende Schicht auf die Batterie aufgebracht werden.
Eine automatische Nachbestellung der korrekten Batterietypen kann bei Leerwerden von der App ausgelöst werden. Diese basiert entweder auf einem statistischen Hinweis, basierend auf der Ableitung einer Ersatz-/Auslaufwarnung dieser auf Basis des gespeicherten Zeitstempels auf der Batterie und des Batterietyps bzw. des Batteriemodells.
Bei wiederaufladbaren Batterien werden Infos zu Ladezyklen, Laufzeiten, Zeit bis Ersatz, etc. gesammelt/angezeigt. Der Ladevorgang von Ersatzbatterien wird vom Zeitpunkt her passend gestartet.
Eine korrekte Entsorgung wird z.B. mittels eines Anreizpunktesystems für den Konsumenten bei Rückgabe in einem Fachgeschäft bzw. einer Batterieentsorgungsstelle honoriert; z.B. mittels Gratisbatterien als Prämie.
Eine Kontrolle/Validierung der Rückgaben erfolgt bei Rückgabe beim Händler/Entsorgungsbetrieb, bei Einwurf in Sammelbox, etc. durch Einlesen des QRCODES bzw. RFID-Chips der Batterien(-packung).
Vorteilhafte Wirkungen
Das integrierte bzw. modulare Verfahren
Erhöht den Umweltschutz,
Fördert einen nachhaltigeren Ressourcenverbrauch durch Recycling
Erhöhte die User Experience durch Vermeidung von leeren Batterien bei Steuerungsvorgängen, etc.
Führt zu einer Beschädigungsvermeidung durch ausgelaufene Batterien
Ermöglicht eine automatische Nachbeschafften der passenden Batterietypen in passender Stückzahl
Vermeidet die Überlagerung bei Batteriebevorratung
Ist auch für CMOS Batterien auf Computerhauptplatinen vorteilhaft -> z.B. Vermeidung von Störungen/Ausfällen durch falsche BIOS Parameter, Uhrzeit, etc.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Es wird die Batterieidentifikation/Metadatenspeicherung als Aufkleber/Aufdruck (5) sowie der Sensor/Sender (6) und die Sensorleitung/Steuerleiterbahn mit Kontaktflächen (7) zwischen der äußersten Auslaufschutzhülle (1) und der inneren Schutzhülle (2) schematisch dargestellt. Die Batteriesäure (3) tritt durch die Materialverjüngung/Säuredurchbruchstelle (4) aus und schließt einen Stromkreis via der Kontaktenden/-Plättchen (8) bzw. der Steuerleiterbahn mit Kontaktfläche (7), welche das Signal an (6) weiterleitet. Via Meßleiterbahnen (11) wird das Potenzial zwischen Minuspol (10) und Pluspol (9) von (6) ausgewertet und ggfs. ebenfalls fortlaufend, in bestimmten Intervallen, oder bei Unterschreitung eines Schwellwerts gesendet.
Es sind exemplarisch die folgenden Einführungs- bzw. Ausführungsarten möglich:
Zu Beginn kann der QR-Code auf Packung und App mit statistischen/zeitbezogener Ersatzvorhersage realisiert werden.
Im Anschluss dann die Umsetzung hinsichtlich Recycling und/oder automatischer Nachbestellung; d.h. Rollout Recyclingsystem und Nachbestellungssystem.
Parallel oder nachgelagert dann die Sensoraufbringung für Auslaufsicherung und Spannungsüberwachung.
Mehrwert für Batteriehersteller durch mehrere USPs (Unique Selling Points)
Erhöhte Kundenbindung (alle Batterien in einem Haushalt übersichtlich via einer App verwaltbar, Vermeidung von Fehlkäufen und Überlagerung von Reservebatterien, etc.)
Kooperationsmöglichkeit mit Elektrogeräteversicherungen durch Vermeidung von Schadensfällen durch ausgelaufene Batterien
Supply-Chain-Optimierung durch automatische Nachbeschaffung sowie messbarer Rückführung von Rohstoffen im Zuge des Recyclings.
Erhöhung der Ausfallsicherheit von elektronischen, batteriegestützten Geräten.
Echtzeitauswertung und Produktionsbedarfssteuerung auf Grundlage der Batterieladezustände (Übertragung z.B. via Smartphone App oder herstellerspezifischer Station) bei Endanwendern durch einen Batterieproduzenten möglich.
(1) äußerer Batteriemantel / Schutzhülle
(2) innerer Batteriemantel / Schutzhülle
(3) „Batteriesäure“, z.B. Ammoniumchlorid
(4) Materialverjüngung / Säuredurchbruchstelle
(5) QRCODE Aufdruck
(6) Sensor/Sender-/RFID-Chip(-Aufdruck), optional mit Spannungsmessung
(7) Steuerleiterbahn mit Kontaktfläche
(8) Kontaktenden/-Plättchen
(9) Pluspol
(10) Minuspol
(11) Meßleiterbahn für Stromspannung
Keine; nicht zutreffend.
Nicht zutreffend.
patcit1:
nplcit1:

Claims (1)

  1. Anspruch auf den Schutz der exklusiven Rechte auf obige Erfindung wie im Kapitel „Technische Lösung“ und „Beschreibung der Zeichnungen“ dargestellt.
PCT/AT2015/050008 2015-01-12 2015-01-12 Lifecycle management- und monitoringsystem mit auslaufschutzüberwachung für batteriezellen WO2016112416A2 (de)

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