Wechselakkus

Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung des Gesundheitszustands eines Wechselakkus, insbesondere eines Wechselakkupacks für Elektrowerk zeuge, sowie ein Ladegerät und einen Wechselakku zur Durchführung des Ver fahrens nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.

Stand der Technik

Wiederaufladbare Batterien - oder im folgenden auch Akkus genannt - werden in vielen Bereichen eingesetzt; entweder fest im Gerät integriert oder als Wech selakku bzw. Wechselakkupack. Wechselakkus werden in der Regel vom Her steller für eine spezifische Anwendung angeboten. Ebenso kommt es aber auch sehr häufig vor, dass Wechselakkus derselben Leistungs- oder Spannungsklasse für eine Vielfalt verschiedener Geräte anwendbar sind. Dies ist besonders im Be reich der Elektrowerkzeuge, Haushalts- und Gartengeräte der Fall. Im Folgenden sollen die Begriffe Batterie, Akku, Wechselakku oder Wechselakkupack hinsicht lich ihrer Technologie und im Rahmen der vorliegenden Erfindung als Synonom verstanden werden.

Charakteristisch für Akkus sind die folgenden Parameter:

• Die verwendete Zellentechnologie (Chemie), wie z.B. Li-Ion, Li-Polymer, Li- Metal, Ni-Cd, Ni-MH, usw.

• Die Spannung (maximale/nominelle/minimale Spannung). Sie ergibt sich aus der Zellentechnologie und aus der Anzahl an Akkuzellen, die im Akku in Reihe geschaltet sind.

• Die Kapazität. Diese wird typischerweise in Ampere-Stunden (Ah) angege ben und bezeichnet die Ladung, die der Akku enthalten kann. Sie berechnet sich aus der Kapazität einer einzelnen Akkuzelle und aus der Anzahl an Ak kuzellen, die im Akku parallel geschaltet sind. Bei gegebener Akkuspannung bedeutet eine höhere Kapazität, dass die Batterie mehr Energie speichern kann.

• Die Leistungsfähigkeit. Sie wird zum Beispiel als maximaler Strom, den der Akku liefern kann, angegeben. Da die Akkuzellen sich bei hohen Strömen erwärmen und nur in einem bestimmten Temperaturbereich betrieben wer den dürfen, kann die Leistungsfähigkeit des Akkus auch durch einen Strom, den der Akku für eine bestimmte Zeit oder bis zur kompletten Entladung lie fern kann, beschrieben werden. Die Leistungsfähigkeit ist sehr stark abhän gige von der Impedanz (Innenwiderstand) des Akkus.

Kapazität und Leistungsfähigkeit können sich über die Lebensdauer des Akkus durch verschiedene Alterungsmechanismen ändern. Typischerweise verliert ein Akku im Laufe seines Lebenszyklus an Kapazität und Leistungsfähigkeit, was di rekten Einfluss auf seinen„Gesundheitszustand“ hat. Der akute Gesundheitszu stand eines Akkus wird oft auch als„State of Health“ (SOH) bezeichnet.

Aus der US 2018/0097370 Al, der WO 2014/196933 Al und der US

2018/0088181 A2 sind verschiedene Verfahren zur SOH-Abschätzung bekannt. Die Abschätzung des Gesundheitszustands von Wechselakkus ist jedoch mit weiteren Schwierigkeiten verbunden, da sich ihre jeweiligen Belastun gen und Leistungsanforderungen für unterschiedliche Geräte und Anwen dungen zum Teil massiv unterscheiden. Zwar ist es möglich, den Entlade strom im Gerät und den Ladestrom im Ladegerät zu messen, aber der genaue Ladezustand mit dem der Wechselakku in das Gerät oder in das Ladegerät eingesteckt wird, ist in der Regel nicht bekannt. Daher ist eine präzise Messung der restlichen Kapazität nicht möglich. Die Messung des Stromes direkt im Wechselakku wäre zwar eine Alternative, aber mit einem hohen Platzbedarf und mit hohen Kosten verbunden, wenn die zu messenden Ströme hoch sind, was insbesondere bei Hochleistungselektrowerkzeugen der Fall ist. Soll ein Wech selakku zudem für eine Vielzahl unterschiedlicher Geräte geeignet sein, er schwert dies die Abschätzung des SOH erheblich. Durch die unterschiedlichen Leistungsbedürfnisse der Geräte kann die Alterung eines Wechselakkus mehrere Auswirkungen haben:

• Reduzierte Restkapazität. In diesem Fall kann die erwartete Laufzeit eines Gerätes nicht mehr erreicht werden.

• Reduzierte restliche Leistungsfähigkeit durch Erhöhung des Innenwider standes. In diesem Fall funktionieren manche Geräte (z.B. Hochleistung werkzeuge wie Winkelschleifer) nur noch mit reduzierter Leistung oder gar nicht mehr.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine präzise Abschätzung des Ge sundheitszustands von Wechselakkus während eines Ladevorgangs zu ermögli chen. Gegenstand der vorliegenden Anmeldung sind zudem ein Ladegerät und ein Wechselakku, insbesondere ein Wechselackkupack für Elektrowerk zeuge, zur Durchführung der erfindungsgemäßen SOH-Abschätzung.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Abschätzung des Gesundheitszustands eines Wechselakkus, insbesondere eines Wechselakkupacks für Elektrowerk zeuge. Erfindungsgemäß sind zumindest die folgenden Verfahrensschritte vorge sehen:

i. Bestimmung einer Restkapazität des Wechselakkus während eines Auflade vorgangs derart, dass

^■ ein erster Ladewert durch Messung einer Leerlaufspannung ermittelt wird, solange noch kein oder nur ein minimaler Ladestrom fließt,

^■ zumindest ein weiterer Ladewert durch Messung des Ladestroms in defi nierten Zeitabständen ermittelt wird, bis der Aufladevorgang abgeschlossen ist und

^■ eine Summe der ermittelten Ladewerte berechnet wird;

ii. Bestimmung einer restlichen Leistungsfähigkeit des Wechselakkus während des Aufladevorgangs derart, dass

^■ nach Erreichen einer vordefinierten Akkuspannung kurzzeitig der Lade strom verändert und die jeweilige Akkuspannung gemessen wird und ^■ eine Impedanz des Wechselakkus aus dem Quotienten der Differenz der gemessenen Ladeströme und Akkuspannungen berechnet wird.

Da die Anschaffung neuer Wechselakkus in der Regel mit hohen Kosten für den Anwender verbunden ist, ist es für ihn besonders vorteilhaft, wenn ihm das erfin dungsgemäße Verfahren eine möglichst kontiniuierliche Information über die Al terung eines Wechselakkus liefert, um somit besser dessen Austausch einplanen zu können. Ferner ist es ebenso vorteilhaft für den Anwender, wenn er die jewei lige Kapazität und Leistungsfähigkeit seiner Wechselakkus kennt. So kann er die einzelnen Wechselakkus je nach Leistungsbedarf oder Laufzeit der verschiede nen Geräte einer entsprechend geeigneten Anwendung zuordnen. Besonders vorteilhaft ist dies für Konzerne und Handwerker, die eine große Anzahl an Elekt rowerkzeugen und Wechselakkupacks einsetzen.

Heutige Wechselakkupacks für Elektrowerkzeuge enthalten typischerweise Li- tium-lonen-Zellen (Li-Ion), die mit gängigen Ladegeräten in der Regel in einem sogenannten CCCV-Verfahren (Constant Current Constant Voltage) aufgeladen werden. Dabei generiert eine Ladeelektronik des Ladegeräts einen konstanten Ladestrom durch den Akkupack (Constant Current - CC), so dass die Akkuspan nung steigt. Sobald die maximale Akkuspannung erreicht ist, wird diese von der Ladeelektronik konstant gehalten (Constant Voltage - CV) und der Ladestrom re duziert. Ist ein vordefinierter Minimalwert des Ladestroms erreicht, beendet die Ladeelektronik den Ladevorgang und die Akkuzellen sind vollgeladen. Der Über gang von der CC- zur CV-Phase erfolgt typischerweise bei einem Ladezustand von ca. 80 %. Da das CCCV-Verfahren dem Fachmann als solches bekannt ist, soll hierauf im Folgenden nicht weiter eingegangen werden.

Als akkubetriebenes„Elektrowerkzeug“ soll zum einen jedes Gerät zur Bearbei tung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Somit kann das Elektrowerkzeug als Elektrohandwerkzeug oder als stationäre Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Elekt rowerkzeuge sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Po- liermaschinen oder dergleichen. Aber auch Gartengeräte wie Rasentrimmer, Ast sägen oder dergleichen lassen sich im Rahmen der Erfindung unter dem Begriff Elektrowerkzeug subsumieren. Weiterhin sollen Geräte als Elektrowerkzeuge verstanden werden, die typischerweise auf Baustellen zum Einsatz kommen. Bei spiele hierfür sind Gebläse, Pumpen, Mischmaschinen, etc. Ebenso kann die Er findung für Wechselakkus von akkubetriebenen Haushaltgeräten, wie Staubsau ger, Mobilkochplatten, Mixer, etc. angewendet werden.

Die hier beschriebenen Wechselakkupacks weisen typischerweie ein Gehäuse auf, das über eine mechanische Schnittstelle kraft- und/oder formschlüssig lösbar mit dem Elektrowerkzeug oder dem Ladegerät verbindbar ist. Des Weiteren um fasst der Wechselakkupack zumindest eine Akkuzelle und eine elektrische Schnittstelle, über die die zumindest eine Akkuzelle mit dem Elektrowerkzeug o- der dem Ladegerät elektrisch verbindbar ist. Die Akkuzelle kann als eine galvani sche Zelle ausgebildet sein, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an ei nem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommen. Insbesondere weist die Akkuzelle an einem Ende einen positiven Zell pol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevor zugt sind die Akkuzellen als lithiumbasierte Akkuzellen, z.B. Li-Ion, Li-Po, Li-Me- tall oder dergleichen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch auf Ni-Cd-, Ni-MH- Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar.

Die Akkuspannung des Wechselakkupacks ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Akkuzelle und ergibt sich aus der Verschaltung (paral lel oder seriell) der Akkuzellen. Bei gängigen Li-Ion-Akkuzellen mit einer

Zellspannung von 3,6 V ergeben sich somit beispielhafte Akkuspannungen von 3,6 V, 7,2 V, 10, 8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V etc. Bevorzugt ist die Akkuzelle als zu mindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zell pole an Enden der Zylinderform angeordnet sind. Die elektrische Schnittstelle umfasst insbesondere zumindest zwei elektrische Kontaktelemente, die zur Über tragung von Energie ausgebildet sind. Alternativ kann die elektrische Schnittstelle aber auch ein sekundäres Ladespulenelement zur induktiven Ladung aufweisen. Zusätzlich kann die elektrische Schnittstelle weitere Kontaktelemente aufweisen, die dazu ausgebildet sind, Informationen, die vorzugsweise über eine in den Wechselakkupack integrierte Elektronik ermittelt werden, an das Elektrowerkzeug und/oder das Ladegerät zu übertragen. Dabei kann es sich neben dem Gesund heitszustand beispielsweise auch um einen Ladezustand des Wechselakku packs, eine Temperatur innerhalb des Wechselakkupacks, eine Codierung oder einer Restkapazität des Wechselakkupacks handeln.

In einer besonderen Ausgestaltung der Erfindung wird der Aufladevorgang mit dem CCCV-Verfahren durchgeführt, wobei zur Bestimmung der Restkapazität der erste Ladewert vor der CC-Phase und die weiteren Ladewerte während der CC-Phase und der CV-Phase ermittelt werden. Somit wird vor der CC-Phase die Leerlaufspannung gemessen und im Anschluss ein so genanntes„Coulumb Counting“ durchgeführt, das zur Bestimmung der Ladung im Akku die Anzahl der Elektronen erfasst.

Die Bestimmung der restlichen Leistungsfähigkeit des Wechselakkus erfolgt vor zugsweise nur während der CC-Phase, indem der Ladestrom nach Erreichen der vordefinierten Akkuspannung für eine bestimmte Zeitspanne von einem ersten Wert auf einen zweiten Wert reduziert wird. Zudem kann zur Bestimmung der restlichen Leistungsfähigkeit des Wechselakkus jeweils eine Wartezeit nach Ver änderung des Ladestroms verstreichen, bis die Akkuspannung gemessen wird. Weiterhin ist vorgesehen, dass die Bestimmung der restlichen Leistungsfähigkeit in regelmäßigen Zeitabständen während des Aufladevorgangs, insbesondere während der CC-Phase, wiederholt wird.

Ergänzend ist in einem weiteren Verfahrensschritt vorgesehen, eine Temperatur des Wechselakkus zu messen. Anhand der gemessenen Temperatur kann dann die berechnete Impedanz des Wechselakkus korrigiert werden. Dies ist beson ders vorteilhaft, da die Temperatur großen Einfluss auf die Impedanz des Wech selakkus und damit auch unmittelbar auf dessen aktuellen Gesundheitszustand hat.

Die Erhöhung der Impedanz im Laufe der Zeit ist ein Effekt der Alterung der Ak kuzellen. Die Impedanz der stromführenden Elemente (Kontakte, Leiterbahnen, Kabel, usw.) im Wechselakku oder im Ladegerät verändert sich dagegen nur ver nachlässigbar. Es ist also besonders vorteilhaft, die Spannungsmessungen direkt im Wechselakku zu realisieren, um die Impedanzen der stromführenden Ele mente zu ignorieren. Es können entweder die einzelnen Zellspannungen oder die gesamte Akkuspannung gemessen werden. Diese Impedanz-Messung kann ent weder einmal oder mehrmals während des Ladevorgangs stattfinden. Mehrere Messungen erlauben eine Plausibilisierung und damit eine Vermeidung von Messfehlern, aber auch eine präzisere und detailliertere Abschätzung.

Die Restkapazität, die restliche Leistungsfähigkeit und/oder der Gesundheitszu stand des Wechselakkus können mit besonderem Vorteil auf einer Anzeigeein heit ausgegeben werden. Dabei kann als Anzeigeeinheit sowohl ein Display (LCD, OLED, ePaper oder dergleichen) als auch eine LED-Anzeige des Wech- selackkus, des Ladegeräts oder alternativ bzw. ergänzend ein Smartphone, Tab- let, PC oder dergleichen dienen. Die Kommunikation zwischen dem Wechselakku und den genannten Anzeigegeräten erfolgt über eine entsprechende Kommuni kationsschnittstelle. Dabei kann ein proprietärer BUS ebenso zum Einsatz kom men, wie eine Übertragung per Standard- Protokolle per Kabel oder Funk.

Die Erfindung betrifft auch ein Ladegerät sowie einen Wechselakku, insbeson dere einen Wechselackkupack für Elektrowerkzeuge, zur Durchführung des erfin dungsgemäßen Verfahrens.

Zeichnung

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 beispielhaft erläu tert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit ei ner gleichen Funktionsweise hindeuten.

Es zeigen

Fig. 1: ein System bestehend aus einem Wechselakkupack für ein nicht gezeigtes Elektrowerkzeug, einem Ladegerät zum Aufladen des Wechselackupacks sowie einem externen Gerät in Form eines Smartphones, wobei insbesondere Ladegerät und Wechselakku pack zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens die nen.

Fig. 2: ein Diagramm zur Veranschaulichung des erfindungsgemäßen

Verfahrens anhand eines CCCV-Ladeverfahrens,

Fig. 3: ein Diagramm zur Veranschaulichung der Impedanz-Messung im

Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4: ein weiteres Diagramm zur Veranschaulichung der Impedanz- Messungen im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Figur 1 zeigt ein Ladegerät 10 zum Aufladen eines Wechselakkupacks 12 für eine nicht gezeigtes Elektrowerkzeug. Dem Fachmann ist die Verwendung von Wechselakkupacks für unterschiedliche Elektrowerkzeuge hinlänglich bekannt, so dass hier nicht näher darauf eingegangen werden soll.

Zum Aufladen des Wechselakkupacks 12 wird dieser mit seiner elektromechani schen Schnittstelle 14 in eine entsprechende elektromechanische Schnittstelle 14 des Ladegeräts 10 eingesteckt, so dass eine Energieübertragung vom Ladegerät 10 zum Wechselakkupack 12 erfolgt. Gleichzeitig können über die elektromecha nischen Schnittstellen 14 Daten bzgl. der Ladeparamenter, wie Temperatur, La dezustand, Restkapazität und dergeleichen, und/oder des Gesundheitszustands des Wechselakkupacks 12 übertragen werden. Dem Fachmann ist die Auslegung der elektromechanischen Schnittstellen 14 von Akkupack, Ladegerät und Elekt rowerkzeug zur elektrischen Versorgung des Elektrowerkzeugs einerseits und zum Aufladen des Wechselakkupacks 12 mittels des Ladegeräts 10 andererseits bekannt, so dass hierauf nicht weiter eingegangen werden soll, zumal dies für die Erfindung als solche ohne weitere Bedeutung ist. Weiterhin sei angemerkt, dass die Erfindung ohne Einschränkung auch auf kabellos, insbesondere induktiv, ar beitende Ladegeräte und Wechselakkus anwendbar ist. Mitels einer Bedieneinheit 16 lassen sich durch einen Anwender beispielsweise unterschiedliche Lademodi am Ladegerät 10 einstellen. Dabei kann zwischen ei nem„Standard“- Modus (in der Regel das CCCV-Ladeverfahren), einem„Boost“- Modus mit erhöhtem Ladestrom und sehr kurzer Ladezeit, einem„Long- Life“- Mo dus mit besonders geringem Ladestrom und sehr langer Ladezeit, einem„Sto- rage“-Modus mit einem geringen Ladestrom und verlängerter Ladezeit sowie ei nem„Flight“-Modus mit einem Ladestroum und einer Ladezeit entsprechend dem „Storage“- Modus aber demgegenüber verringerter Ladegrenze unterschieden werden. Die einzelnen Lademodi seien hier nur exemplarisch genannt und schränken die Erfindung nicht ein. Weiterhin dient die Bedieneinheit 16 als An zeige 18 des aktuell eingestellten Lademodus über eine oder mehrere LEDs und/oder ein Display mit unterschiedlichen Farben und/oder Blinkfrequenzen.

Über eine Schnitstelle 20, die - wie bereits erwähnt - als Funkschnitstelle 22 (z.B. Bluetooth, WLAN, NFC, Zigbee, LoRa, GSM, UMTS oder dergleichen) aber auch als kabelgebundene Schnitstelle (z.B. USB, Ethernet, Thunderbolt, Light- ning, RS232 oder dergleichen) der elektromechanischen Schnitstelle 14 ausge bildet sein kann, ist es dem Anwender alternativ oder ergänzend möglich, den Lademodus mitels eines externen Geräts 24 (z.B. Smartphone, Tablet, PC, Fernbedienung, etc.) mit entsprechender Gegenschnitstelle 26 umzuschalten. Ferner erhält der Anwender mitels der Schnitstellen 20, 22, 26 eine Rückmel dung auf das externe Gerät 24 über den aktuell eingestellten Lademodus, die oben erwähnten Ladeparameter und/oder den Gesundheitszustand des Wech selakkupacks 12.

Das Ladegerät 10 verfügt des weiteren über eine Ladezustandsanzeige 28, die in mehrere Anzeigesegmente für unterschiedliche Ladezustandsbereiche (z.B. <= 20 %, <= 40 %, <= 60 %, <= 80 %, <= 100 %) aufgeteilt ist. Somit kann der An wender schnell und einfach den Ladezustand des eingesteckten Wechselakku packs 12 erkennen. Die Ladezustandsanzeige 28 kann derart ausgebildet sein, dass jeweils sämtliche Segmente zur Anzeige des aktuell eingestellten Lademo dus herangezogen werden. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass sich die Segmente immer auf den Vollladezustand des zu ladenden Wechselakkupacks 12 beziehen, wobei das Ende eines Ladevorgangs des aktuell eingestellten La demodus dann beispielsweise durch ein Blinken oder eine andere Farbe einzel ner oder mehrerer Segmente bis zur aktuellen Ladegrenze angezeigt wird. Mit einer Statusanzeige 30 kann das Ladegerät 10 dem Anwender etwaige Fehler im Ladegerät 10 und/oder im Wechselakkupack 12, wie zum Beispiel eine Übertem peratur oder einen kritischen Abbruch des Ladevorgangs, aber auch einen kriti schen Gesundheitszustand des Wechselakkupacks 12 signalisieren. Die Anzei gen 18, 28, 30 können durch ein- oder mehrfarbige LED, durch LCD- bzw.

OLED-Elemente, durch ePaper oder dergleichen realisiert sein. Ergänzend oder alternativ können einzelne oder alle Anzeigen 18, 28, 30 auch als akustische und/oder haptische Signalgeber umgesetzt sein. Dabei kommt als akustischer Signalgeber beispielsweise ein Lautsprecher, insbesondere Piezo- Lautsprecher, und als haptischer Signalgeber ein Vibrationsgeber in Gestalt eines Elektromo tors mit durch diesen angetriebener Unwuchtscheibe, in Frage.

Ist ein Wechselakkupack 12 mit seiner elektromechanischen Schnittstelle 14 in die elektromechanische Schnittstelle 14 des Ladegeräts 10 eingesteckt, startet das Ladegerät 10 den Aufladevorgang automatisch mit dem Einstecken eines Netzsteckers 32 des Ladegeräts 10 in eine Steckdose. Ebenso kann der Lade vorgang bei eingesteckten Netzstecker 32 durch das Einstecken des Wech selakkupacks 12 in das Ladegerät 10 und/oder nach Betätigung der Bedienein- eheit 16 gestartet werden. Der Ladevorgang wird regulär beendet, wenn der Wechselakkupack 12 vollgeladen ist und/oder der Anwender den Wechselakku pack 12 aus dem Ladegerät 10 entnimmt. Zudem beendet das Ladegerät 10 den Aufladevorgang im Falle eines detektierten Fehlers oder bei Erreichen ei nes kritischen Gesundheitszustands des Wechselakkupacks 12.

Weiterhin ist ein Zurücksetzen des Ladegeräts 10 in einen Werkszustand mit tels der Schnittstelle 20 und/oder der Bedieneinheit 16 möglich. Dazu umfasst das Ladegerät 10 eine Kontrolleinheit 34, beispielsweise in Gestalt eines nicht gezeigten aber dem Fachmann bekannten Microprozessors, mit einer entspre chenden Zurücksetz- bzw. Reset- Funktion, die auf ein Betätigen der Bedienein heit 16 reagiert. Anhand von Figur 2 soll nun das erfindungsgemäße Verfahren zur Abschätzung des Gesundheitszustands auf Basis der Restkapazität und der Leistungsfähigkeit des Wechselakkupacks 12 erläutert werden. In Figur 2 ist der Verlauf des Lade stroms lc über die Zeit t aufgetragen.

In einem ersten Verfahrensschritt I erfolgt eine Bestimmung der Restkapazität des Wechselakkupacks 12 während des Aufladevorgangs derart, dass ein erster Ladewert Ci durch Messung einer Leerlaufspannung Ui (auch Open Circuit Vol- tage genannt) ermittelt wird, solange noch kein oder nur ein minimaler Ladestrom lc fließt. Nachdem der Wechselackupack 12 in das Ladegerät 10 eingesteckt wurde, erfolgt zum Zeitpunkt ti eine Messung der Leerlaufspannung Ui. Diese Messung kann im Ladegerät 10 (direkte Messung der Akkuspannung) und/oder im Wechselakkupack 12 erfolgen, wobei entweder die gesamte Akkuspannung oder die Zellspannungen der einzelnen Akkuzellen erfasst werden. Anhand der Leerlaufspannung Ui lässt sich der Ladezustand des Wechselakkupacks 12 (zum Beispiel die Ladung in Ah) vor dem eigentlichen Ladevorgang durch eine hinter legte Ladezustands-/Leerlaufspannungskurve bzw. mittels einer entsprechenden Look-Up-Tabelle ermitteln. Das Verhältnis zwischen Ladezustand und Leer laufspannung kann je nach Akku sehr unterschiedlich sein, weshalb individuelle Kurven und/oder Tabellen für jeden Wechselakkupack 12 sinnvoll sind.

In definierten Zeitabständen wird dann zumindest ein weiterer Ladewert C _n durch Messung des entsprechenden Ladestroms le _n ermittelt, bis der Aufladevorgang abgeschlossen ist. Dazu startet das Ladeverfahren zum Zeitpunkt t2 nach Mes sung der Leerlaufspannung Ui. Das Ladegerät 10 erzeugt einen Ladestrom lc, der bis zu einer maximalen Akkuspannung konstant ist (CC-Phase) und bei Errei chen der maximaler Akkuspannung zum Zeitpunkt h herunter geregelt wird, da mit die Akkuspannung konstant bleibt (CV-Phase).

Während des gesamten Ladevorgangs wird der Ladestrom le _n in definierten Inter vallen vom Ladegerät 10 gemessen. Diese Werte werden von dem Mikrocontrol ler der Kontrolleinheit 34 in einem Zähler summiert. Am Ende des Ladevorgangs zum Zeitpunkt t4 schaltet sich das Ladegerät 10 ab, sobald während der CV- Phase der Ladestrom lc einen vordefinierten Minimalwert ICT erreicht hat. Dann ergibt die Summe der erfassten Ladestromwerte le _n die komplette Ladung £ _n C _n (zum Beispiel in Ah) des Wechselakkupacks 12. Dieses Verfahren wird auch "Coulomb Counting" genannt, da es die Anzahl der Elektronen erfasst. Zum Ab schluss des ersten Verfahrensschritts I wird schließlich eine Summe der ermittel ten Ladewerte Ci + £ _n C _n berechnet, anhand der sich die restliche Gesamtkapa zität, die noch in dem Wechselakkupack 12 eingeladen werden kann, ergibt.

In einem weiteren Verfahrensschritt II erfolgt die Bestimmung einer restlichen Leistungsfähigkeit des Wechselakkupacks 12 während des Aufladevorgangs der art, dass zunächst nach Erreichen einer vordefinierten Akkuspannung UCT kurz zeitig der Ladestrom lc verändert und die jeweilige Akkuspannung Uc gemessen wird. Danach erfolgt die Berechnung einer Impedanz Z des Wechselakkupacks 12 aus dem Quotienten der Differenz der gemessenen Akkuspannungen und La deströme.

Wenn die vordefinierte Akkuspannung UCT erreicht ist, wird gemäß Figur 3 der Ladestrom lc während der CC-Phase (vgl. Figur 2) zu einem Zeitpunkt t _a für eine bestimmte Zeitspanne At von einem ersten Wert ICH auf einen zweiten, vordefi nierten Wert I CL reduziert. Nach Ablauf einer kurzen Wartezeit Ato zur Relaxation der Akkuspannung (zum Beispiel ein paar Sekunden) wird die Akkuspannung Uci zu einem Zeitpunkt t _b ein erstes Mal gemessen. Nach Ablauf der Zeitspanne At wird der Ladestrom lc wieder auf den ersten Wert ICH erhöht und nach der glei chen Wartezeit At _ü die Akkuspannung Uc2 zu einem Zeitpunkt t _c erneut gemes sen. Alternativ kann die erste Messung auch bei dem ersten Ladestromwert ICH und die zweite Messung bei dem reduzierten Ladestromwert ICL erfolgen. Zudem ist es nicht zwingend notwendig, dass die Wartezeiten At _ü vor den Zeitpunkten t _b und t2 _c gleich lang sind.

Da beide Messungen nur wenige Sekunden auseinander liegen, verändert sich der Ladezustand nicht bzw. nur unwesentlich. Durch Bildung des Quotienten aus der Differenz beider Akkuspannungwerte Uc2 - Uci und der zugehörigen Lade stromwerte ICH - ICL lässt sich schließlich näherungsweise die Impedanz Z (genau genommen die Gleichstromimpedanz bzw. der Innenwiderstand) des Wechselak- kupacks 12 ermitteln. Dabei gilt, dass sich die Leistungsfähigkeit des Wech- selackkupacks 12 reziprok zur ermittelten Impedanz Z verhält. Sprich, je höher die ermittelte Impedanz Z ist, desto geringer ist die Leistungsfähigkeit des Wechselakkupacks 12. Darüber hinaus gilt zu berücksichtigen, dass die Impedanz Z des Wechselackkupacks 12 mit seinem Alter zunimmt.

Bei der Ermittlung der Impedanz Z im Ladegerät 10 können zudem folgende Aspekte von Bedeutung sein:

• Die Impedanz Z eines Akkus ist sehr temperaturabhängig. Es ist daher sinnvoll, die Temperatur T des Wechselakkupacks 12 während der Impedanzermittlung zu erfassen und die Leistungsfähigkeit auf Basis der Impedanz Z in Abhängigkeit von dieser Temperatur T zu bestimmen.

• Die Erhöhung der Impedanz Z mit zunehmendem Alter eines Akkus ist ein Effekt der Alterung der Akkuzellen. Die Impedanz der stromführenden Elemente (Kontakte, Leiterbahnen, Kabeln, usw.) im Wechselakkupack 12 oder im Ladegerät 10 ändert sich dagegen kaum. Es ist also besonders vorteilhaft, die Spannungsmessungen direkt im Wechselakkupack 12 zu realisieren, um Einflüsse der Impedanzen der stromführenden Elemente auszuschließen. Dabei können entweder die einzelnen Zellspannungen oder die gesamte Akkuspannung des Wechselakkupacks 12 gemessen werden.

• Die oben erläuterte Impedanz-Messung kann gemäß Figur 4 auch mehrmals während des Ladevorgangs innerhalb der CC-Phase stattfinden. Mehrere Messungen zu den Zeitpunkten tbi, t2b2, ... t2bn und td, t2 _C 2, ... t2 _Cn erlauben eine Plausibilisierung und damit ein Vermeiden von Messfehlern sowie die Realisierung einer präziseren und detaillierteren Abschätzung des Gesundheitszustands des Wechselakkupacks 12.

Die Messungen, die für die SOH-Abschätzung nötig sind (z.B. Spannungen, Temperaturwerte, etc.), können im Ladegerät 10 oder im zu ladenden Wechselakkupack 12 erfolgen. Werden sie im Wechselakkupack 12 durchgeführt, können die ermittelten Werte über die bereits in Verbindung mit Figur 1 erläuterten Schnittstellen 14 per Kontakverbindung (z.B. kabelgebunden) und/oder 20 bzw. 22 per kontakt- bzw. kabelloser Verbindung an das Ladegerät 10 gesendet wer den. Die Auswertung der Messungen ist dann entweder im Ladegerät 10 oder er gänzend bzw. alternativ über die Funkschnittstellen 22 und 26 in dem externen Gerät 24 möglich. Erfolgt die Auswertung im Ladegerät 10, können die Ergeb nisse direkt über die Ladezustandsanzeige 28 und/oder die Statusanzeige 30 ausgegeben werden. Erfolgt sie im externen Gerät 24, ist eine Anzeige über des sen Display mit mehr Details und Erläuterungen möglich. Selbstverständlich ist es ebenso möglich, die Berechnung und Auswertung im Ladegerät 10, im Wech selakkupack 12 oder im externen Gerät 24 und die Anzeige der Ergebnisse im jeweils anderen Gerät 10, 12 oder 24 durchführen zu lassen. Da die Auswertung in der Regel komplex ist und eine große Menge an Daten (hinterlegte Kurven und Tabelle für unterschiedliche Wechselakkupacks) und Ressourcen (komplexe For meln) benötigt, ist es besonders vorteilhaft wenn sie direkt im externen Gerät 24 erfolgt. So werden Kosten für Prozessoren und ggf. Bauraum im Ladegerät 10 gespart, und es können kostengünstigere Microprozessoren als Kontrolleinheit 34 zum Einsatz kommen. Zusätzlich erlaubt eine Auswertung im externen Gerät 24 eine nachträgliche Optimierung anhand von Datensammlungen, beispiels weise über Updates der Applikation, die auf dem externen Gerät 24 installiert sind. Des Weiteren können Daten von Wechselakkupacks 12, die zu dem Zeit punkt, als das Ladegerät 10 verkauft wurde, noch nicht existierten, nachträglich im externen Geräte 24 hinterlegt werden. Erfolgt die Auswertung im Ladegerät 10 mit einer entsprechend leistungsstarken Kontrolleinheit 34, ist selbstverständlich auch ein Datenupdate über dessen Schnittstellen 20, 22 möglich.

Es sei abschließend darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungsbei spiele weder auf die Figuren 1 bis 4 noch auf das beschriebene CCCV- Ladeverfahren beschränkt sind. So kann die Erfindung auch für ein anderes, ge eignetes Ladeverfahren mit abweichenden Ladekurven zum Einsatz kommen. Ebenso ist es möglich, mehr als nur zwei unterschiedliche Ladeströme ICH, ICL und Akkuspannungen Uci, Uc2 für die Bestimmung der Impedanz Z bzw. der restlichen Leistungsfähigkeit des Wechselakkupacks 12 zu entsprechend geeig neten Abtastzeitpunkten heranzuziehen.