Login| Sign Up| Help| Contact|

Patent Searching and Data


Title:
METHOD FOR OPERATING A FLYING OBJECT, AND FLYING OBJECT
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2021/213733
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for operating a flying object (10), more particularly a battery-operated flying object (10), and to a corresponding flying object (10), comprising at least one battery system (12) and at least one at least partially electric drive unit (14). According to the invention, in an emergency a first power limit of the battery system (12) can be increased to a second power limit of the battery system (12) such that a safe emergency landing of the flying object (10) is possible.

Inventors:
SCHNEIDER DIMITRI (DE)
SCHRÖDER HENDRIK (DE)
KÄPPNER CHRISTOPH (DE)
Application Number:
PCT/EP2021/056325
Publication Date:
October 28, 2021
Filing Date:
March 12, 2021
Export Citation:
Click for automatic bibliography generation   Help
Assignee:
VOLKSWAGEN AG (DE)
International Classes:
B60L3/00; B60L58/10; B60L58/13; B64C1/00; B64D27/24
Domestic Patent References:
WO2019140617A12019-07-25
Foreign References:
US20140097290A12014-04-10
DE102013225748A12015-06-18
DE102011010585A12012-08-09
US20050187677A12005-08-25
DE102014106538A12015-11-12
US20130320756A12013-12-05
DE102011120439A12013-06-13
Download PDF:
Claims:
Patentansprüche

1. Verfahren zum Betreiben eines Flugobjekts (10), insbesondere batterieelektrisch betriebenen Flugobjekts (10), mit mindestens einem Batteriesystem (12) und mit mindestens einer zumindest teilweise elektrischen Antriebseinheit (14), wobei das Batteriesystem (12) eine erste Leistungsgrenze aufweist, wobei Zustandsdaten der Antriebseinheit (14) und/oder des Flugobjekts (10) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass den Zustandsdaten Soll-Zustandsdaten zugeordnet werden und dass beim Unter- oder Überschreiten der Soll-Zustandsdaten die erste Leistungsgrenze auf eine zweite Leistungsgrenze erweitert werden kann

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unter- beziehungsweise Überschreiten der Soll-Zustandsdaten um einen ersten Grenzwert eine Empfehlung zur Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze ausgegeben wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bestätigung der Empfehlung durch einen Piloten die erste Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze erweitert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei Bestätigung der Empfehlung durch eine mit dem Flugobjekt (10) in Verbindung stehende Kontrolleinrichtung (16) die erste Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze erweitert wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unter beziehungsweise Überschreiten der Soll-Zustandsdaten um einen zweiten Grenzwert die Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze automatisch durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Pilot die Erweiterung von der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze jederzeit manuell durchgeführt werden kann.

7. Flugobjekt (10), insbesondere batterieelektrisch betriebenes Flugobjekt (10), mit mindestens einem Batteriesystem (12), mit mindestens einer zumindest teilweise elektrischen Antriebseinheit (14) und mit mindestens einer Steuereinheit (18), wobei das Batteriesystem (12) eine erste Leistungsgrenze aufweist, wobei von der Steuereinheit (18) Zustandsdaten der Antriebseinheit (14) und/oder des Flugobjekts (10) aufgenommen werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (18) den Zustandsdaten Soll-Zustandsdaten zuordnet und dass beim Unter- oder Überschreiten der Soll-Zustandsdaten die erste Leistungsgrenze auf eine zweite Leistungsgrenze erweiterbar ist.

8. Flugobjekt (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Batteriesystem (12) eine Batteriesteuereinheit (20) aufweist und dass nach Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze die Batteriesteuereinheit (20) den Zustand des Batteriesystems (12) ermittelt und/oder signalisiert.

9. Flugobjekt (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriesteuereinheit (20) den Zustand des Batteriesystems (12) in Abhängigkeit der geringsten auftretenden Zellspannung des Batteriesystems (12) ermittelt.

10. Flugobjekt (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Steuereinheit (18) ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist.

Description:
Beschreibung

Verfahren zum Betreiben eines Flugobjekts und Flugobjekt

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Flugobjekts, insbesondere eines batterieelektrisch betriebenen Flugobjektes, mit mindestens einem Batteriesystem und mit mindestens einer zumindest teilweise elektrischen Antriebseinheit, wobei das Batteriesystem eine erste Leistungsgrenze aufweist, wobei Zustandsdaten der Antriebseinheit und/oder des Flugobjekts aufgenommen werden.

Daneben betrifft die Erfindung ein Flugobjekt, insbesondere batterieelektrisch betriebenes Flugobjekt, mit mindestens einem Batteriesystem, mit mindestens einer zumindest teilweise elektrischen Antriebseinheit und mit mindestens einer Steuereinheit, wobei das Batteriesystem eine erste Leistungsgrenze aufweist, wobei von der Steuereinheit Zustandsdaten der Antriebseinheit und/oder des Flugobjekts aufgenommen werden.

Flugobjekte unterliegen im Gegensatz zu Fahrzeugen deutlich höheren Anforderungen hinsichtlich eines sicheren Betriebs. Ursächlich hierfür ist die erhöhte Schwierigkeit bei der Erreichung eines sicheren Zustands im Falle eines technischen Fehlers des Flugobjekts. Bei einem Fahrzeug können im Falle eines technischen Fehlers die technischen Komponenten in der Regel sofort abgeschaltet, das Fahrzeug angehalten und somit in einen sicheren Zustand gebracht werden. Ein Flugobjekt, insbesondere eines ohne klassische Tragflächen wie zum Beispiel ein Multikopter, muss hierfür hingegen eine Landung durchführen, welche je nach Flugkonzept häufig mit einem hohen Leistungsbedarf verbunden ist.

Nach Auftreten eines technischen Fehlers wird bis zur Einnahme eines sicheren Zustands weiterhin für eine vergleichsweise lange Zeitdauer eine Antriebsleistung benötigt, die im Bereich der maximalen Leistung des Antriebs im Normalbetrieb liegt.

Die US 20050187677 A1 zeigt beispielsweise ein Verfahren zum Fernsteuern von Fahrzeugen und insbesondere Flugzeugen. Dabei sind separate elektrische Notstromspeicher vorgesehen, wodurch im Notfall redundante Energiespeicher für den sicheren Betrieb des Flugzeugs vorhanden sind. Die DE 102014 106538 A1 offenbart ein Verfahren zum Betrieb eines Flugförderzeugs mit einem batteriegespeisten Antrieb und einer Batterie zur Versorgung des Antriebs. Bei einer Ausgestaltung ist eine Minimalspannung für die Batterie vorgesehen, deren Wert so gewählt ist, dass unterhalb der Minimalspannung eine Tiefenentladung stattfindet. Die Minimalspannung darf gemäß dem Verfahren nicht unterschritten werden, da ansonsten die Batterie beschädigt werden kann.

Die US 20130320756 A1 zeigt ein Verfahren zur Überwachung von elektrischen Energiespeichern in einem elektrisch betriebenen Fahrzeug. Dabei ist vorgesehen, dass bei dem elektrischen Energiespeicher zeitweise eine Tiefenentladung möglich ist. Die Häufigkeit der Tiefenentladung wird aufgezeichnet und beim Überschreiten einer bestimmten Anzahl an Tiefenentladungen wird die Möglichkeit der Tiefenentladung blockiert oder es wird eine Warnung ausgegeben.

Die DE 102011 120439 A1 offenbart eine Stromversorgungsvorrichtung und ein Verfahren zum Steuern des Betriebs einer Stromversorgungsvorrichtung. Bei der Stromversorgungsvorrichtung ist es möglich, dass eine Entladeschlussspannung unterschritten werden kann, wodurch eine Tiefenentladung eines Energiespeichers der Stromversorgungsvorrichtung möglich ist. Um den Energiespeicher nicht zu beschädigen, wird während des Tiefenentladens der Ausgangsstrom der Stromversorgungsvorrichtung begrenzt.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Flugobjekts sowie ein Flugobjekt anzugeben, bei denen Komponenten des Antriebsstrangs so betrieben werden können, dass ein sicherer Betrieb bei gleichzeitiger Kosten- und/oder Gewichtsreduzierung möglich ist.

Diese Aufgabe ist bei der vorliegenden Erfindung zunächst durch die Merkmale des Kennzeichnungsteils des Patentanspruchs 1 dadurch gelöst, dass den Zustandsdaten Soll- Zustandsdaten zugeordnet werden und dass beim Unter- oder Überschreiten der Soll- Zustandsdaten die erste Leistungsgrenze auf eine zweite Leistungsgrenze erweitert werden kann. Das Flugkonzept des Flugobjekts kann beliebig ausgestaltet sein. Bevorzugt ist jedoch ein Flugkonzept mit einer geringen oder keinen Gleitflugfähigkeit.

Bei dem Batteriesystem kann es sich dabei um ein System aus verschalteten Batteriezellen handeln. Denkbar sind beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen. Das Batteriesystem weist Stromgrenzen auf, die so definiert sind, dass aus der Zelle potentiell noch mehr Strom gezogen werden könnte. Dies würde allerdings zu einer schnelleren Schädigung in der Zelle führen.

Diese führen wiederum zu einer Unbrauchbarkeit oder einer Reduzierung der Lebensdauer oder einer anderweitigen funktionellen Einschränkung der Zelle.

Die Antriebseinheit kann rein batterieelektrisch ausgestaltet sein, das heißt, eine elektrische Maschine als Drehmomentquelle aufweisen. Denkbar ist auch, dass eine hybridelektrische Antriebseinheit genutzt wird. Diese kann ein Batterie- und Brennstoffzellensystem in Zusammenhang mit einer elektrischen Maschine als Drehmomentquelle aufweisen. Denkbar ist auch, dass eine auf gasförmigen oder flüssigen Brennstoffen basierende Antriebseinheit zusätzlich verwendet wird, beispielsweise ein Strahltriebwerk oder ein Kolbenmotor.

Die Anzahl von Antriebssträngen innerhalb der Antriebseinheit kann bei einem oder bei mehreren liegen. Die Verbindung der Antriebsstränge mit den schuberzeugenden Komponenten, wie einem Propeller, kann beliebig ausgestaltet sein. Denkbar wäre beispielsweise ein Antriebsstrang für einen Propeller oder vier separate Antriebsstränge für acht Propeller, wobei jeweils ein Antriebsstrang für zwei Propeller ausgestaltet ist.

Bei den Zustandsdaten kann es sich um verschiedene Daten des Flugobjekts handeln. Beispielsweise wären Propellerdrehzahlen, Temperaturen sowohl im Innen- als auch im Außenbereich des Flugobjekts oder die Leistungsfähigkeit des Batteriesystems zu nennen.

Sinkt beispielsweise die Propellerdrehzahl, wird dies als Abweichung vom Soll-Zustand registriert. Dann ist es möglich, dass dem Batteriesystem die zweite Leistungsgrenze freigegeben wird, bei der beispielsweise eine Tiefenentladung des Batteriesystems möglich ist.

Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine technische beziehungsweise betriebliche Lösung vorgesehen ist, die es ermöglicht, Komponenten des Antriebsstrangs so zu betreiben, dass sie den eigentlich freigegebenen Leistungsbereich überschreiten und unter Inkaufnahme eines nachträglichen Komponentenschadens und/oder einer Verringerung der Komponentenlebensdauer, im Notfall, eine sichere Landung des Flugobjekts ermöglichen. Ein solches Notfallszenario kann insbesondere von Batterien batterieelektrisch angetriebener Flugobjekte bedient werden.

Die Betriebsapplikation von Batterien stellt in der Regel einen Kompromiss zwischen den freigegebenen Leistungs- beziehungsweise Stromgrenzen und der mit dem Betrieb verbundenen Lebensdauerverringerung dar. Höhere Leistungsfreigaben führen zu einer geringeren Lebensdauer. Da sie jedoch prinzipiell möglich sind, kann für eine kurze Zeit eine außerordentliche Leistungserhöhung durchgeführt werden. Diese führt zu einer Schädigung der Batterie, sichert jedoch die Landung des Flugobjekts, falls beispielsweise ein weiteres Batteriesystem, das für den Normalbetrieb benötigt wird, vollständig ausfällt. Im Rahmen der Auslegung des Antriebsstrangs können mit Hilfe dieser Maßnahme Anforderungen an die Redundanzen der eingesetzten Technologien reduziert und der Antriebsstrang weniger komplex und umfangreich gestaltet werden. Dadurch ist die Konstruktion kostengünstiger und weist eine geringere Masse auf, wodurch das Konzept energetisch effizienter wird. Beispielsweise müssen einzelne Batteriesysteme hinsichtlich ihrer Leistung für den Fall eines Ausfalls eines der Systeme nicht über den eigentlichen Leistungsbedarf überdimensioniert werden.

Die zweite Leistungsgrenze muss nicht zwingend statisch festgelegt sein. Die zweite Leistungsgrenze kann beispielsweise so ausgelegt sein, dass eine Tiefenentladung des Batteriesystems noch nicht oder nur teilweise möglich ist.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist vorgesehen, dass bei Unter- beziehungsweise Überschreiten der Soll-Zustandsdaten um einen ersten Grenzwert eine Empfehlung zur Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze ausgegeben wird. Auf diese Weise kann einem Piloten oder beispielsweise einer Steuereinheit vermittelt werden, dass es möglicherweise ratsam ist, die Leistungsgrenze des Batteriesystems auf die zweite Leistungsgrenze zu erweitern.

Zusätzlich kann bei einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen sein, dass bei Bestätigung der Empfehlung durch einen Piloten die erste Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze erweitert wird. Der Pilot hat folglich die Wahl und kann die Situation selbst beurteilen. Sollten beispielsweise Sensoren des Flugobjekts fehlerhaft funktionieren, der Pilot selbst ist aber der Meinung, dass eine Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze nicht notwendig ist, muss die Empfehlung zur Leistungserweiterung nicht wahrgenommen werden.

Alternativ oder zusätzlich ist bei einerweiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass bei Bestätigung der Empfehlung durch eine mit dem Flugobjekt in Verbindung stehende Kontrolleinrichtung die erste Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze erweitert wird. Bei der Kontrolleinrichtung kann es sich beispielsweise um ein Ground Control Center handeln, also eine externe Kontrolleinrichtung, die mit dem Flugobjekt drahtlos in Verbindung steht. Die Verbindung kann beispielsweise über eine Kommunikationsschnittstelle realisiert werden, über die in regelmäßigen Zeitabständen das Senden aller in die Überwachungseinheit des Flugobjekts eingehenden Signalgrößen, vorzugsweise gebündelt, erfolgt. Die Kontrolleinrichtung kann eine Überwachungseinheit umfassen, die über einen bestimmten Funktionsumfang verfügt, um die Zustandsdaten auszuwerten.

Optional kann weiteres Personal die Kontrolleinrichtung betreuen. Die Kommunikation zwischen dem Personal und der Kontrolleinrichtung gestaltet sich analog zu derjenigen zwischen einem Piloten und der Überwachung der Zustandsdaten im Flugobjekt. Die Kontrolleinrichtung kann im Falle eines Notfallszenarios eine Steuerungsempfehlung an das Flugobjekt senden. Diese fließt in den Funktionsblock der Entscheidungsfindung im Flugobjekt ein. Darüber hinaus sendet die Kontrolleinrichtung analog zum Flugobjekt eine Situationsbewertung und Handlungsempfehlung an den Piloten, sollte das Flugobjekt einen Piloten benötigen.

Im Notfall kann bei einerweiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass bei Unter- beziehungsweise Überschreiten der Soll-Zustandsdaten um einen zweiten Grenzwert die Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze automatisch durchgeführt wird. Es wird folglich automatsch erkannt, dass eine Leistungsreserve benötigt wird, weil der Leistungsbedarf zum Beispiel aufgrund schlechten Wetters deutlich höher als erwartet ist oder der Leistungsbedarf aufgrund des Ausfalls einer Antriebseinheit und der damit verbundenen sinkenden Effizienz deutlich höher als erwartet ist oder beispielsweise eine zweite Energiequelle bei einem Hybridantrieb aufgrund eines Fehlers ausgefallen ist. Der zweite Grenzwert indiziert einen Notfall, wohingegen der erste Grenzwert darauf aufmerksam macht, dass möglicherweise eine Funktionsstörung vorliegt.

Darüber hinaus ist bei einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen, dass ein Pilot die Erweiterung von der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze jederzeit manuell durchführen kann.

Insgesamt ist dabei vorgesehen, dass eine Priorisierung der unterschiedlich möglichen Handlungen erfolgt. Auf diese Weise können mehrere, möglicherweise widersprüchliche Anweisungen, konsolidiert werden. Beispielsweise könnte der Pilot eine Handlungsempfehlung freigeben und gleichzeitig selbst ein Notfall programm auslösen oder es liegt darüber hinaus eine Anweisung der Kontrolleinrichtung vor. Entsprechende Konflikte werden nach fest definierten Regeln der Priorisierung gelöst.

Die vorgenannte Aufgabe wird außerdem gelöst von einem vorgenannten Flugobjekt, insbesondere batterieelektrisch betriebenen Flugobjekt, mit mindestens einem Batteriesystem, mit mindestens einer zumindest teilweise elektrischen Antriebseinheit und mit mindestens einer Steuereinheit, wobei das Batteriesystem eine erste Leistungsgrenze aufweist, wobei von der Steuereinheit Zustandsdaten der Antriebseinheit und/oder des Flugobjekts aufgenommen werden. Das Flugobjekt ist dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit den Zustandsdaten Soll-Zustandsdaten zuordnet und dass beim Unter- oder Überschreiten der Soll-Zustandsdaten die erste Leistungsgrenze auf eine zweite Leistungsgrenze erweiterbar ist. Die Steuereinheit kann mit Datenschnittstellen des Flugobjekts Zusammenarbeiten. Das Flugobjekt kann dazu eine Sensorik aufweisen, die durch die Steuereinheit ansprechbar ist.

Das Flugobjekt kann von einem Piloten betrieben werden. Denkbar ist aber auch, dass das Flugobjekt ferngesteuert wird. Dabei kann das Flugobjekt auch autonom, beispielsweise mittels künstlicher Intelligenz gesteuert werden.

Bei einer ersten bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flugobjekts ist vorgesehen, dass das Batteriesystem eine Batteriesteuereinheit aufweist und dass nach Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze die Batteriesteuereinheit den Zustand des Batteriesystems ermittelt und/oder signalisiert. In Abhängigkeit vom ermittelten Zustand beziehungsweise des sogenannten „State-Of-Health“ des Batteriesystems kann signalisiert werden, ob aufgrund der Nutzung des Batteriesystems, möglicherweise über die erste Leistungsgrenze hinaus, ein Batteriewechsel erforderlich ist.

Die Batteriesteuereinheit kann zusätzlich bestimmen, ob ein Neustart des Batteriesystems nach Landung des Flugobjekts unterbunden wird oder ob alternativ eine Freigabe des Batteriesystems mit gegebenenfalls reduzierter Nutzungskapazität erfolgt.

In einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flugobjekts ist vorgesehen, dass die Batteriesteuereinheit den Zustand des Batteriesystems in Abhängigkeit der geringsten auftretenden Zellspannung des Batteriesystems ermittelt. Zusätzlich kann als Einflussgröße das Integral der Zellspannung über die Zeit unterhalb der regulären Entlade- Ende-Spannung als zweite Leistungsgrenze genutzt werden. Darüber hinaus ist bei einerweiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Flugobjekts vorgesehen, dass durch die Steuereinheit ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 durchführbar ist.

Alle vorherigen Ausführungen zum erfindungsgemäßen Verfahren gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Flugobjekt.

Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Flugobjekts,

Figur 2 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens und

Figur 3 eine schematische Darstellung der nutzbaren Zellkapazität eines

Batteriesystems gemäß einem Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Figur 1 zeigt ein Flugobjekt 10 mit einem Batteriesystem 12 und einer elektrischen Antriebseinheit 14 in Form von vier Propellern. Das Flugobjekt 10 ist drahtlos mit einer Kontrolleinrichtung 16 verbunden. Darüber hinaus weist das Flugobjekt eine Steuereinheit 18 und eine Batteriesteuereinheit 20 auf. Das Batteriesystem 12 weist eine erste Leistungsgrenze und eine zweite Leistungsgrenze auf. Im Normalbetrieb wird das Batteriesystem 12 und entsprechend das Flugobjekt 10 mit in der ersten Leistungsgrenze betrieben. Während des Betriebs des Flugobjekts 10 werden Zustandsdaten des Flugobjekts 10, insbesondere der Antriebseinheit 14 von der Steuereinheit 18 aufgenommen. Diese Zustandsdaten werden mit Soll-Zustandsdaten verglichen. Wenn diese Zustandsdaten um einen ersten Grenzwert von den Soll-Zustandsdaten abweichen, wird von der Steuereinheit 18 eine Empfehlung zur Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze ausgegeben. Auf diese Weise kann der volle Entladehub bis zum Erreichen einer Entladeschlussspannung in Form der zweiten Leistungsgrenze als regulär nutzbarer Energieinhalt vollständig zur Verfügung gestellt werden. Ein Erreichen der regulären Entladeschlussspannung als zweite Leistungsgrenze wird einem Piloten in der Batteriesteuereinheit 20 und/oder der Kontrolleinrichtung 16 als 0% SOC, also 0% State-Of-Charge, visualisiert. Gleichzeitig wird eine nicht anzutastende Reserve von zum Beispiel circa 15% zusätzlich von der Batteriesteuereinheit 20 visualisiert. Diese kann angesteuert werden, indem, im Falle einer Ausnahme- oder Notsituation, zum Beispiel bei der Belegung oder Sperrung eines geplanten Landehubs über den 0% SOC Stand hinaus geflogen werden kann. Als Notsituation wäre auch denkbar, dass die Wetterlage eine ungeplante Routenabweichung erfordert oder der Landeanflug am geplanten Hub unerwartet mehrfach wiederholt werden muss.

Die Batteriesteuereinheit 20 erkennt, dass die Zellspannung des Batteriesystems eine zum Beispiel 3 V Grenze unterschreitet und gibt einen Hinweis aus. Es erfolgt aber weder eine Abschaltung noch eine Einschnürung der Leistungsgrenzen. Das Tiefentladen um weitere 0,5 bis 1 V stellt eine Energiereserve von bis zu 20% des Gesamtenergieinhalts bereit. Nach erfolgreicher Notlandung unterbindet die Batteriesteuereinheit 20 einen Lade- oder weiteren Entladezugriff auf das Batteriesystem 12. An geeigneter stelle, zum Beispiel in einem Fehlerspeicher, wird von der Batteriesteuereinheit der Hinweis abgelegt, dass eine zellschädigende Not-Tiefentladung erfolgt ist und ein Austausch des Batteriesystems 12 erforderlich ist. Alternativ kann mittels eines Alterungsmodells der State-Of-Health (SOH) herabgesetzt und im Falle eines noch ausreichenden Rest-SOH das Batteriesystem 12 weitergenutzt werden.

Figur 2 zeigt eine schematische, schrittweise Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Verfahrens zum Betreiben des Flugobjekts 10 gemäß Figur 1. In Schritt 100 wird erkannt, dass Zustandsdaten des Flugobjekts 10 oder der Antriebseinheit 14 nicht den zuvor festgelegten Soll-Zustandsdaten entsprechen. Schritt 120 zeigt den Fall, wenn die Zustandsdaten um einen höheren, zweiten Grenzwert von den Soll-Zustandsdaten abweichen.

In diesem Fall ist von einem Notfall auszugehen. Daher wird in Schritt 120 automatisch die erste Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze erweitert, sodass das Flugobjekt 10 eine Notlandung durchführen kann.

Schritt 160 zeigt den Fall, wenn die Zustandsdaten um einen ersten Grenzwert von den Soll- Zustandsdaten abweichen. In diesem Fall besteht noch kein Notfall. Die Steuereinheit 18 gibt daher in Schritt 180 lediglich eine Empfehlung aus, dass es möglicherweise angebracht ist, die erste Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze zu erweitern. Diese Empfehlung kann von einem Piloten in Schritt 200 angenommen oder abgelehnt werden. Denkbar ist auch, dass das Flugobjekt 10 autonom ohne Piloten betrieben wird. Alternativ oder zusätzlich kann diese Empfehlung durch die Kontrolleinrichtung 16 beziehungsweise einem in der Kontrolleinrichtung 16 beschäftigten Personal angenommen oder abgelehnt werden.

Schritt 240 verdeutlicht, dass ein sich im Flugobjekt 10 befindlicher Pilot jederzeit die Möglichkeit hat, die erste Leistungsgrenze manuell auf die zweite Leistungsgrenze zu erweitern. Genauso kann das Personal in der Kontrolleinrichtung 16 die erste Leistungsgrenze manuell auf die zweite Leistungsgrenze erweitern. Diese Handlungsoptionen, die durch die gestrichelte Linie zusammengefasst sind, können teilweise parallel ausgeführt werden. Dazu ist in Schritt 260 eine Priorisierung der Handlungen vorgesehen. Sollte beispielsweise in Schritt 200 die Empfehlung der Steuereinheit 18 zur Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze aus Schritt 180 abgelehnt worden sein, mittlerweile ist aber aus der Situation ein Notfall entstanden, so wird trotzdem die automatische Erweiterung der ersten Leistungsgrenze auf die zweite Leistungsgrenze gemäß Schritt 140 letztlich in Schritt 280 durchgeführt. Dem Piloten wird diese Entscheidung signalisiert.

Figur 3 zeigt zum einen die regulär nutzbare Zellkapazität 22, die beispielsweise bei einem erwarteten Strombelastungsprofil von 19 Ah liegt. Außerdem ist die zusätzliche Zellkapazität 24 erkennbar. Dabei kann eine Freigabe der abgesenkten Entlade-Ende-Spannung auf die zweite Leistungsgrenze bei 6 Ah liegen. Bei einer Tiefentladung dieses Ausmaßes ist die Zelle im Anschluss zu tauschen. Die zu erwartenden Effekte, die durch die Tiefentladung resultieren, können auf der Anodenseite beispielsweise eine Kupferauslösung aus dem Kollektor und eine Kupferdendritenbildung auf der Kohlenstoffanode sein. Die Anode kann durch Risse beschädigt werden. Auch auf der Kathodenseite können Risse entstehen. Außerdem ist mit einer Aluminiumkorrosion am Kollektor der Kathodenseite und ein damit verbundener Kontaktverlust zu erwarten. Bezugszeichenliste Flugobjekt Batteriesystem Antriebseinheit Kontrolleinrichtung Steuereinheit Batteriesteuereinheit Regulär nutzbare Zellkapazität zusätzliche Zellkapazität




 
Previous Patent: TOOL

Next Patent: TRANSPORT SYSTEM