Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Energiemanagement von technischen Objekten, deren objektspezifische Funktionalität mit einem elektromotorischen Antrieb realisiert wird, wobei der Antrieb einen Elektromotor und einen elektrischen Akku aufweist und wobei der Akku dafür ausgestaltet ist, die elektrische Energie zum Betrieb des Elektromotors bereitzustellen, durch dessen Betrieb die objektspezifische Funktionalität des technischen Objektes realisiert wird, sowie ein Verfahren zum Betrieb einer derartigen Einrichtung.

Für verschiedenartige technische Objekte wird die jeweilige objektspezifische Funktionalität mit einem elektromotorischen Antrieb realisiert. Dabei war die Nutzung von Elektromotoren als Antriebsquelle viele Jahrzehnte weitgehend auf netzstrombetriebene Objekte begrenzt, beispielsweise für Küchengeräte mit einem Netzkabel, Werkzeugmaschinen mit einer fest installierten Stromversorgung oder Schienenfahrzeuge mit einem Oberleitungszugang.

Die zunehmende Verfügbarkeit von leistungsstarken elektrischen Akkus hat in den letzten Jahren dazu geführt, dass elektromotorische Antriebe nunmehr auch für zahlreiche mobile technische Objekte genutzt werden, bei denen ein Netzstrombetrieb nicht möglich oder aus verschiedenen Aspekten nachteilig ist, beispielsweise für Gartengeräte, Handwerkzeuge und Fahrzeuge. Insbesondere in der letztgenannten Fahrzeugbranche ergeben sich vielfältige Vorteile gegenüber den bisher als Antriebsquelle dominierenden Verbrennungsmotoren, weil ein Elektromotor die Energie sehr effizient nutzt, geräuscharm arbeitet und verschleißarm ist. Weiterhin steht bei einem elektromotorischen Antrieb sofort ab Inbetriebnahme das volle Drehmoment über große Drehzahlbereiche zur Verfügung. Deshalb wird eine Nutzung von akkubetriebenen elektromotorische Antrieben neben dem Einsatz für PKW auch für Busse, Nutzkraftwagen, Schienenfahrzeuge ohne Oberleitungszugang, Binnenschiffe, Drohnen und perspektivisch auch für Überseeschiffe und Flugzeuge relevant.

Allerdings wird trotz intensiver Entwicklungsarbeiten den bisher am Markt verfügbaren Akkus zumindest im Fahrzeugsektor von vielen potentiellen Nutzern noch immer mit Skepsis begegnet. Gründe hierfür sind die weiterhin relativ kleinen Reichweiten mit einer Akkuladung, der Zeitaufwand für das Nachladen der Akkus sowie ökologische Bedenken wegen des infrastrukturellen Aufwandes (Ladesäulen mit Stellplätzen usw.) und der für die Herstellung der Akkus notwendigen Energie und Rohstoffe.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zum Energiemanagement zu schaffen, mit der die Nutzungszeit eines technischen Objektes nach einer einmaligen Aufladung des Akkus, insbesondere die mit einem Fahrzeug erzielbare Reichweite, gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht werden kann.

Die Aufgabe der Erfindung wird vorrichtungstechnisch gelöst, indem die Einrichtung zusätzlich zum Elektromotor und zu einem ersten elektrischen Akku einen weiteren elektrischen Akku und mindestens einen Generator aufweist, wobei der mindestens eine Generator mit dem Elektromotor in Wirkverbindung steht und vom Elektromotor über eine Kupplung zumindest temporär angetrieben ist, wobei der mindestens eine Generator mit dem weiteren elektrischen Akku funktionell verbunden und dafür ausgestaltet ist, diesen weiteren elektrischen Akku aufzuladen und wobei der weitere elektrische Akku mit dem ersten elektrischen Akku funktionell verbunden und dafür ausgestaltet ist, diesen ersten elektrischen Akku temporär aufzuladen.

Somit wird durch die Nutzung eines zusätzlichen sekundären Akkus und dessen Aufladung im normalen Betrieb des jeweiligen technischen Objektes eine zusätzliche Energiequelle verfügbar, die den für die eigentliche objektspezifische Funktionalität notwendigen primären Akku bei Bedarf nachladen kann. Dadurch kann die Kapazität des primären Akkus vorteilhaft auf einem Niveau gehalten werden, das eine sehr lange Nutzungszeit ohne Nachladen ermöglicht. Dies hat enorme infrastrukturelle Vorteile, indem beispielsweise bei einer Anwendung für Straßenfahrzeuge die Anzahl der Ladesäulen reduziert oder auf einem weiterhin niedrigen Stand gehalten werden kann.

Weiterhin ist es möglich, dass der zusätzliche sekundäre Akku auch bei Nichtbetrieb (z.B. Ablage eines Handwerkzeuges zwischen zwei zeitlich versetzten Arbeitsschritten) oder bei Stillstand (z.B. Parken eines Elektroautos) aufgeladen werden kann. Somit erfolgt eine Aufladung des weiteren elektrischen Akkus auch in solchen Zeiträumen, in denen keine elektrische Energie zum Betrieb des Elektromotors benötigt wird, um die objektspezifische Funktionalität des jeweiligen technischen Objektes aufrechtzuerhalten. Hierfür schlägt eine Ausgestaltung vor, dass der erste elektrische Akku auch mit dem mindestens einen Generator funktionell verbunden und dafür ausgestaltet ist, den Generator temporär anzutreiben. Der mindestens eine Generator kann demzufolge auch bei einem Stillstand des Elektromotors betrieben werden, so dass auch in einem derartigen Betriebszustand eine Aufladung des weiteren elektrischen Akkus grundsätzlich möglich ist.

Dem ersten elektrischen Akku ist eine Baueinheit zur Messung der Kapazität zugeordnet, die über eine Auswerte- und Steuereinheit mit dem weiteren elektrischen Akku verbunden ist. Somit kann der für die objektspezifische Funktionalität notwendige Akku bei Bedarf rechtzeitig nachgeladen werden, ohne dass er durch eine Überladung infolge ständiger Weiterladung durch den weiteren Akku beschädigt werden kann.

Außerdem ist dem weiteren elektrischen Akku eine Baueinheit zur Messung der Kapazität zugeordnet, die über eine Auswerte- und Steuereinheit mit dem Generator verbunden ist. Somit wird gewährleistet, dass dieser zusätzliche Akku ebenfalls rechtzeitig nachgeladen wird und somit jederzeit als Reservekapazität zur Nachladung des ersten Akkus verfügbar ist, ohne dass er durch eine Überladung infolge ständigem Generatorbetriebs beschädigt werden kann.

Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass der Generator an einer Stirnseite des Elektromotors angeordnet ist. Somit wird eine sehr kompakte Bauweise realisiert, die insbesondere für Anwendungen an kleinen technischen Objekten vorteilhaft ist.

Eine alternative Ausgestaltung schlägt vor, dass die Einrichtung zwei Generatoren aufweist und dass an jeder Stirnseite des Elektromotors jeweils ein Generator angeordnet ist. Somit wird für technische Objekte mit größeren Baugruppen und/oder mit einem höheren Energiebedarf ebenfalls eine kompakte Bauweise realisiert.

Die Aufgabe der Erfindung wird verfahrenstechnisch gelöst, indem der weitere elektrische Akku dem ersten elektrischen Akku aufgeschaltet wird, sofern die Kapazität des ersten elektrischen Akkus unter einen vorab definierten Wert abgesunken ist. Hierfür ist dem ersten elektrischen Akku die bereits oben erläuterte Baueinheit zur Messung der Kapazität zugeordnet. Somit wird gewährleistet, dass der für die eigentliche objektspezifische Funktionalität notwendige Akku bei Bedarf rechtzeitig nachgeladen wird, ohne dass er durch eine Überladung infolge ständiger Weiterladung durch den weiteren Akku beschädigt werden kann.

Eine Ausgestaltung schlägt vor, dass das Laden des weiteren elektrischen Akkus durch den mindestens einen Generator nur in Zeitintervallen erfolgt, in denen keine Leistung oder nur eine anteilige Leistung vom Elektromotor zur Aufrechterhaltung der objektspezifischen Funktionalität des technischen Objektes benötigt wird. Somit wird gewährleistet, dass die für die eigentliche objektspezifische Funktionalität notwendige Energie bei Bedarf stets verfügbar ist und nicht durch eine vom Generator beanspruchte Antriebsenergie reduziert wird. Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass der weitere elektrische Akku mit einem elektrischen Akku eines anderen technischen Objektes verbunden wird, um den elektrischen Akku des anderen technischen Objektes zumindest teilweise aufzuladen.

Eine weitere Ausgestaltung schlägt vor, dass der weitere elektrische Akku mit einer Baugruppe eines anderen technischen Objektes verbunden wird, um zumindest kurzzeitig die Funktion einer eigenständigen Energiequelle für das jeweils andere technische Objekt zu übernehmen.

Die erfindungsgemäße technische Lösung ist für eine Vielzahl technischer Objekte geeignet, deren Funktionalität unter Nutzung von Akkus mit einem elektromotorischen Antrieb realisiert wird. Dies betrifft sowohl kleine technische Objekte wie beispielsweise Küchengeräte, Staubsauger, Waschmaschinen, Handwerkzeuge, Gartengeräte oder E-Bikes als auch große technische Objekte wie beispielsweise Straßenfahrzeuge unterschiedlicher Gattung, Schienenfahrzeuge, Boote, Schiffe oder Flugzeuge.

Dabei wird unabhängig von der jeweils konkreten Anwendung eine technische Lösung zum Energiemanagement geschaffen, mit der die Nutzungszeit eines technischen Objektes nach einer einmaligen Aufladung des Akkus wesentlich erhöht werden kann. Zum Beispiel kann somit die mit einem Fahrzeug erzielbare Reichweite gegenüber dem Stand der Technik wesentlich erhöht werden, so dass man dem objektiv nicht realisierbaren Wunsch nach „Einmal laden, immer fahren“ zumindest subjektiv gefühlt etwas näher kommt, indem der Generator zur Aufladung des weiteren elektrischen Akkus temporär in Funktion ähnlich einer Ladesäule genutzt wird.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 den grundsätzlichen Aufbau der Einrichtung in perspektivischer Darstellung Fig. 2 die Einrichtung gemäß Fig. 1 als Blockschaltbild

Die in der Zeichnung dargestellte Einrichtung ist zum Energiemanagement von technischen Objekten (nicht dargestellt) konzipiert, für deren Funktion ein elektromotorischer Antrieb vorgesehen ist. Dieser Antrieb umfasst unabhängig vom konkreten technischen Objekt einen Elektromotor 1 und einen ersten elektrischen Akku 2. Der erste Akku 2 und der Elektromotor 1 sind elektrisch miteinander verbunden, wobei diese Verbindung in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils durch unterbrochene Linien stilisiert dargestellt ist. Der erste Akku 2 ist dafür ausgestaltet, die elektrische Energie zum Betrieb des Elektromotors 1 bereitzustellen, durch dessen Betrieb die objektspezifische Funktionalität des jeweiligen technischen Objektes realisiert wird. Beispielsweise wird die objektspezifische Funktionalität bei einem Rasenmäher durch das Rotieren der Schneidmesser, bei einem Staubsauger durch die Saugwirkung vom Gebläse oder bei einem Elektrofahrzeug durch die Rollbewegung der Räder bestimmt.

Aus der Zeichnung ist ersichtlich, dass die Einrichtung zusätzlich zum Elektromotor 1 und zum ersten elektrischen Akku 2 einen weiteren elektrischen Akku 3 und mindestens einen Generator 4 aufweist. Beim dargestellten Ausführungsbeispiel sind zwei Generatoren 4 und 5 vorgesehen. Dabei ist an jeder Stirnseite des Elektromotors 1 jeweils ein Generator 4 bzw. 5 angeordnet.

Beide Generatoren 4 und 5 stehen mit dem Elektromotor 1 in Wirkverbindung und werden vom Elektromotor 1 über eine Kupplung 6 zumindest temporär angetrieben. Außerdem ist vorgesehen, dass der eine Generator 4 zusätzlich direkt mit dem ersten Akku 2 in Wirkverbindung steht, wobei diese Verbindung in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils durch zwei unterbrochene Linien stilisiert dargestellt ist. Somit kann der Generator 4 auch betrieben werden, ohne dass er über die Kupplung 6 mit dem Elektromotor 1 verbunden ist. Dies ist insbesondere in Betriebszuständen vorteilhaft, in denen keine elektrische Energie zum Betrieb des Elektromotors 1 benötigt wird, um die objektspezifische Funktionalität des jeweiligen technischen Objektes aufrechtzuerhalten, wie z.B. bei zeitweiligem Nichtbetrieb eines Handwerkzeuges oder beim Halt eines Elektroautos vor einer Ampel. Auch in solchen Betriebszuständen mit Nichtbetrieb des Elektromotors 1 ist durch die Wirkverbindung des ersten elektrischen Akkus 2 mit dem Generator 4 eine Aufladung des weiteren elektrischen Akkus 3 möglich.

Die beiden Generatoren 4 und 5 sind mit dem weiteren elektrischen Akku 3 funktionell verbunden und dafür ausgestaltet, diesen weiteren elektrischen Akku 3 aufzuladen. Der weitere elektrische Akku 3 ist mit dem ersten elektrischen Akku 2 funktionell verbunden und dafür ausgestaltet, diesen ersten elektrischen Akku 2 temporär aufzuladen. Die elektrischen Verbindungen zwischen dem weiteren elektrischen Akku 3 und dem erstem Akku 2 sowie den beiden Generatoren 4 und 5 sind in Fig. 1 und Fig. 2 jeweils mit strichpunktierten Linien stilisiert dargestellt.

Für die funktionellen Wechselwirkungen zwischen den zwei Akkus 2 und 3 sowie den beiden Generatoren 4 und 5 ist dem ersten elektrischen Akku 2 eine Baueinheit zur Messung der Kapazität (nicht dargestellt) zugeordnet, die über eine Auswerte- und Steuereinheit (nicht dargestellt) mit dem weiteren elektrischen Akku 3 verbunden ist. Außerdem ist auch dem weiteren elektrischen Akku 3 eine Baueinheit zur Messung der Kapazität (nicht dargestellt) zugeordnet, die über eine Auswerte- und Steuereinheit (nicht dargestellt) mit den Generatoren 4 und 5 verbunden ist.

Eine derart aufgebaute Einrichtung kann für verschiedenartige technische Objekte verwendet werden, beispielsweise wird die Einrichtung in einem Fahrzeug baulich integriert.

Beim Betrieb der Einrichtung wird der weitere elektrische Akku 3 dem ersten elektrischen Akku 2 aufgeschaltet, sofern die Kapazität des ersten elektrischen Akkus 2 unter einen vorab definierten Wert abgesunken ist.

Das Laden des weiteren elektrischen Akkus 3 durch die beiden Generatoren 4 und 5 erfolgt vorzugsweise nur in Zeitintervallen, in denen keine Leistung oder nur eine anteilige Leistung vom Elektromotor 1 zur Aufrechterhaltung der objektspezifischen Funktionalität des jeweiligen technischen Objektes benötigt wird.

Eine derart aufgebaute Einrichtung kann für weitere (in der Zeichnung nicht dargestellte) Einsatzfälle benutzt werden. So kann der weitere elektrische Akku 3 mit einem elektrischen Akku eines anderen technischen Objektes verbunden werden, um diesen elektrischen Akku des anderen technischen Objektes zumindest teilweise aufzuladen. Somit kann der weitere elektrische Akku 3 temporär als Ladegerät für einen Akku eines anderen technischen Objektes genutzt werden. Beispielsweise kann der weitere elektrische Akku 3 bei Anwendung für Straßenfahrzeuge die Funktion einer mobilen Ladesäule für andere Fahrzeuge übernehmen.

Ebenso kann der weitere elektrische Akku 3 mit einer Baugruppe eines anderen technischen Objektes verbunden werden, um kurzzeitig die Funktion einer eigenständigen Energiequelle für das jeweils andere technische Objekt zu übernehmen. Beispielsweise kann der weitere elektrische Akku 3 bei einer Anwendung in einer Waschmaschine die Funktion einer kurzzeitigen Notstromversorgung für das zugeordnete Haus übernehmen.

Bezugszeichenliste

1 Elektromotor

2 erster elektrischer Akku

3 weiterer elektrischer Akku

4 Generator

5 Generator

6 Kupplung