Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufladen von Akkumulatoren in einer Ladestation sowie einen Akkumulator und eine Ladestation zur Durchführung des Verfahrens.

Akkumulatoren sind Vorrichtungen zur Speicherung von elektrischer Energie in Form von chemischer Energie, die nach einiger Zeit wieder als elektrische Energie entnommen werden kann. Akkumulatoren (im folgenden kurz Akkus genannt) sind galvanische Elemente zur Erzeugung elekirischer Energie, die nach Entladung durch einen dem Entladungsstrom entgegengesetzt gerichteten Strom wieder voll aufgeladen werden können. Alle bei der Entladung ablaufenden Reaktionen lassen sich durch Umpolung der Elektroden wieder rückgängig machen, daß heißt also, daß Akkus in der Praxis in der Regel eine Lebensdauer von mehr als 1.000 Ladezyklen aufweisen.

In der Praxis werden unterschiedliche Akkutypen eingesetzt. So gibt es Blei- Säure-, Nickel-Cadmium-, Nickel-Metallhydrid-, Lithium-lonen-Akkus und noch weitere Akkutypen. Für elektrisch betriebene Geräte wie beispielsweise Bohrmaschinen werden heute überwiegend Nickel-Cadmium oder Nickel- Metallhydrid-Akkus eingesetzt. Die theoretisch nicht beschränkte Wiederaufladbarkeit eines Akkus ist allerdings in der Praxis durchaus begrenzt, da nach einer Reihe von Ladungszyklen chemische Veränderungen oder Elektrolytverluste eintreten, insbesondere, wenn die Ladevorgänge häufiger vor vollständiger Wiederaufladung abgebrochen oder die Zellen überladen werden.

Neben unterschiedlicher Akkutechnologie unterscheiden sich die Akkutypen auch durch die Zellenzahl, ihre Kapazität, die Leistungsdichte und weitere Parameter, die beim Aufladen berücksichtigt werden müssen.

Ladegeräte für Akkus werden in den verschiedensten Ausführungen angeboten, insbesondere auch als Schnelladegeräte. Problematisch bei den bisher bekannten Geräten ist allerdings, daß der Ladevorgang häufig unzureichend auf den zu ladenden Akkutyp abgestimmt ist, und der Ladezustand der Akkus bei Ladebeginn unterschiedlich sein kann. Häufig werden akkubetriebene Geräte unter Bedingungen eingesetzt, die eine sorgfältige Einstellung und Beachtung der Ladebedingungen nicht ermöglichen, wie beispielsweise auf Baustellen etc.. Außerdem ist häufig problematisch, daß entweder für jeden im Einsatz befindlichen Akkutyp ein anderes Ladegerät verwendet werden muß, oder ein Universalladegerät für mehrere Akkutypen unterschiedlicher Technologie, Zellenzahl und Kapazität eingesetzt wird, das jedoch keine optimale Ladung der unterschiedlichen Akkutypen gewährleisten kann.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Aufladen von Akkumulatoren vorzustellen, das auch unter ungünstigen Bedingungen optimale Ladevoraussetzungen für Akkumulatoren unterschiedlicher Technologie ermöglicht. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist die Vorstellung eines bei diesem Verfahren einsetzbaren Akkus sowie einer entsprechenden Ladestation.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren zum Aufladen von Akkumulatoren mit einer Ladestation vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß vor, während und/oder nach dem Ladevorgang ein Datenaustausch zwischen Ladestation und Akkumulator erfolgt, bei dem ein Schreib-/Lesegerät der Ladestation Daten mit einem schreib-/lesbaren Datenträger des Akkumulators austauscht.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird vorzugsweise vor Beginn des Ladevorgangs von der Ladestation ein schreib-/lesbarer Datenträger des Akkumulators gelesen, der der Ladestation Informationen über die Technologie, die Zellenzahl, die Kapazität sowie die Restladung des Akkus liefert. Die Ladestation kann die für die optimale Ladung des Akkumulators erforderlichen Parameter aus diesen Informationen ermitteln und den Ladevorgang entsprechend steuern. Außerdem können im beschreibbaren Bereich des schreib-/lesbaren Datenträgers des Akkus Informationen über beispielsweise die Anzahl der Ladevorgänge abgespeichert werden.

Vorzugsweise erfolgt der Datenaustausch bei dem erfindungsgemäßen Verfahren berührungslos. Damit ist sichergestellt, daß sich unter schwierigen Einsatzbedingungen, wie beispielsweise auf Baustellen, bei denen sich eine starke Verschmutzung der verwendeten Werkzeuge oft nicht vermeiden ! äßt, dennoch eine problemlose Verbindung zwischen Ladestation und Akku herstet ten täßt.

Die zur Übermittlung der Daten vom les-/schreibbaren Datenträger zur Ladestation notwendige Energie kann dem Datenträger extern zugeführt werden, vorzugsweise von der Ladestation und berührungslos. Dadurch wird der Akku nicht mit dem Energiebedarf für die Datenübermittlung belastet und es werden nur dann Daten gesendet, wenn sie auch von der Ladestation gelesen werden können.

In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Energiefluß zwischen Ladestation und Datenträger des Akkus durch elektromagnetische Wellen im Radiofrequenzbereich, vorzugsweise bei etwa 125 kHz, durchgeführt. Der Datenaustausch erfolgt durch eine Modulation der Frequenz der elektromagnetischen Welfen, die für den Energiefluß verwendet werden. Der Datenaustausch kann bidirektional erfolgen, so daß sowohl Daten von der Ladestation an den Akku übermittelt werden können, als auch die Akkumulatordaten an die Ladestation.

Die vom Akkumulator an die Ladestation übermittelten Daten beziehen sich vorzugsweise auf die Zellenzahl des Akkus, die Kapazität des Akkus, die Anzahl der vollendeten sowie die Anzahl der vor Erreichen der vollständigen Ladung abgebrochenen Ladezyklen. Außerdem können noch weitere akkumulatorspezifische Daten übermittelt werden, wie beispielsweise die Seriennummer des Akkus, sein Herstellungsdatum usw.. Damit wird es möglich, bei der Ladung statistische Daten auszuwerten. Alte und damit möglicherweise ausfattgefährdete Akkus können rechtzeitig erkannt und ausgetauscht werden. Alle im Umtauf befindlichen Akkus können gleichmäßig eingesetzt oder im Garantiefall fundierte Aussagen über den bisherigen Einsatz des Akkus gemacht werden.

In einer bevorzugten Weiterentwicklung des Verfahrens werden die nachfolgenden Verfahrensschritte ausgeführt. Wird ein Akku einer Ladestation zugeführt, so daß diese mit dem Akku in Wechselwirkung treten kann, sei dies durch elektrische Kontakte oder auf berührungslosem Weg durch elektromagnetische Wellen, so liest das Lese-/Schreibgerät der Ladestation zunächst die für den Ladevorgang relevanten Informationen, insbesondere über die Akkutechnologie, die Zellenanzahl und die Kapazität des Akkus aus dem les-/schreibbaren Datenträger des Akkus aus. Außerdem können noch weitere Informationen aus dem Datenträger gelesen werden, beispielsweise die Anzahl der bisher abgeschlossenen Ladezyklen sowie die Anzahl der bisher vorzeitig abgebrochenen Ladezyklen. Außerdem kann auf dem Datenträger eine Information darüber gespeichert sein, ob der vorangegangene Ladezyklus vollständig abgeschlossen wurde oder nicht.

Dies kann durch einen Marker geschehen. Im Falle, daß die Lesevorrichtung der Ladestation einen gesetzten Marker auf dem Datenträger liest, wird die Anzahl der nicht vollständig abgeschlossenen Ladezyklen um 1 erhöht und der Marker gelöscht. Nach Abschluß dieses Datenaustausches wird erneut ein Marker für nicht vollständig abgeschlossenen Ladevorgang gesetzt. Dem Akku wird dann Energie zugeführt, und zwar entsprechend der aus den ausgelesenen Daten ermittelten optimalen Ladungsparameter. Wird der Ladevorgang vollständig abgeschlossen, wird der zuvor gesetzte Marker gelöscht und der Zähler der abgeschlossenen Ladevorgänge um eins erhöht.

Wird der Ladevorgang vorzeitig abgebrochen, bleibt der Marker gesetzt, der Zähler der vollständig abgeschlossenen Ladevorgänge wird nicht erhöht. Der gesetzte Marker wird beim nächsten Ladezyklus erkannt und somit die Anzahl der unvollständig abgeschlossenen Ladezyklen um eins erhöht.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem bisherigen Verfahren vielfältige Vorteile. Zunächst wird die optimale Ladung verschiedener Akkutypen mit ein und demselben Ladegerät ermöglicht. Außerdem besteht die Möglichkeit, statistische Daten über Ladehäufigkeit, Betriebsdauer, Restladung, Lebensdauer usw. eines jeden Akkus zu ermitteln und über ein zur Ladestation gehöriges Interface auszulesen und weiterzuverarbeiten.

Erfolgt die Energie-und Informationsübertragung berührungslos, so entfallen alle Probleme mit unterschiedlich geformten Kontakten. Unterschiedliche Akkus können mit ein und demselben Ladegerät ohne Adapter geladen werden. Außerdem spielen Verschmutzungen des Akkus oder des Ladegerätes unter ungünstigen Bedingungen keine Rolle. Die Kontakte können nicht durch unvorsichtiges Einführen in die Ladestation beschädigt werden.

Außerdem wird erfindungsgemäß ein Akkumulator zum Durchführen des oben beschriebenen Verfahrens vorgestellt. Der Akkumulator ist dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem schreib-/lesbaren Datenträger verbunden ist. Vorzugsweise ist dieser Datenträger berührungslos von einer Schreib-/ Lesevorrichtung schreib-/lesbar. Um dies zu ermöglichen ist der Datenträger vorzugsweise mit einer Antenne verbunden.

Der erfindungsgemäße Akku kann deshalb alle für die Durchführung des Verfahrens notwendigen Daten an eine Schreib-/Lesevorrichtung, die vorzugsweise im Ladegerät angeordnet ist, übermitteln. Der Datenträger des Akkus bezieht seine zur Speicherung und Übertragung von Daten notwendige Energie vorzugsweise nicht aus dem Akku sondern aus der Verbindung mit dem Ladegerät, beispielsweise aus der empfangenen elektromagnetischen Strahlung im Falle der berührungslosen Kommunikation. Der Datenträger belastet daher den Akku nicht durch seinen Energiebedarf.

In einer bevorzugten Ausführungsform verfügt der schreib-/lesbare Datenträger über nicht veränderbare, lediglich lesbare Daten, über während des Ladevorgangs veränderbare Daten, also über Speicherbereiche, die während des Ladevorgangs beschreibbar sind, und über solche Datenbereiche, die zwar beschreibbar sind, nicht jedoch während des Ladevorgangs. Damit kann erreicht werden, daß bestimmte Grunddaten, die sich nicht verändern, geschützt sind. Dies können beispielsweise Informationen über die Akkutechnologie, die Zellenzahl, die Kapazität, aber auch über die Seriennummer oder das Herstelldatum des Akkus sein. Die während des Ladevorgangs veränderbaren Daten können beispielsweise die Anzahl der vollständig und die Anzahl der nicht vollständig abgeschlossenen Ladezyklen betreffen oder auch eine Markerfunktion haben, mit der bei späteren Ladevorgängen Informationen über den vorher durchgeführten Ladevorgang entnommen werden können. Es kann auch sinnvoll sein, das letzte Ladedatum abzuspeichern, damit vor dem Einsatz eine Kontrolle möglich ist, wann der Akku zuletzt geladen wurde. Darüber hinaus besteht die Mögiichkeit, beispielsweise eine betriebsinterne Seriennummer oder eine Werkzeugnummer abzuspeichern, so daß der Anwender eigene Ordnungskriterien für die Vielzahl von Akkus, die im Einsatz sind, anwenden kann. Beispielsweise könnte auf einer Baustelle jedem Arbeiter oder jedem akkubetriebenen Gerät eine bestimmte Anzahl an Akkus zugeordnet sein, deren Kennung im Speicherchip abgespeichert ist. Dies sind Daten, die während des Ladevorgangs nicht verändert werden können, jedoch grundsätzlich vom Anwender frei wählbar sind.

Schreib-/lesbare Datenträger sind als Chips an sich bekannt und werden beispielsweise als Identifizierungskarten, elektronische Schlüssel usw. eingesetzt. Die erfindungsgemäßen Akkus werden mit einem entsprechenden Chip versehen, der in an sich bekannter Weise am oder im Gerät angebracht werden kann, beispielsweise durch Verklebung, Verschweißung oder ähnliche Maßnahmen. Werden die Daten aus dem Speicher berührungslos übertragen, kann der Chip vorzugsweise in einen Kunststoffträger integriert werden, der im Geräteinnern an einer sicheren Stelle angeordnet und mit einer Antenne verbunden ist.

Weiter wird erfindungsgemäß auch eine Ladestation zur Durchführung des oben beschriebenen Verfahrens vorgestellt, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Ladestation über eine Schreib-/Lesevorrichtung zum Lesen und Schreiben von Daten auf schreib-/lesbaren Datenträgern verfügt. Mit dieser Ladestation können die Informationen auf dem erfindungsgemäßen Akku ausgelesen und die veränderbaren Informationen verändert werden.

Vorzugsweise geschieht dies berührungslos, wobei außerdem der Energiebedarf des Datenträgers des Akkus berührungslos gedeckt werden kann. Dies geschieht insbesondere durch einen Sender, der elektromagnetische Wellen aussendet, insbesondere im Radiowellenbereich, bevorzugt bei einer Frequenz um 125 kHz.

In der Ladestation befindet sich eine Lese-/Schreibvorrichtung, in der sich Filter, Antenne und ein Interface befinden, das mit einer äußeren Energieversorgung verbunden ist. Das Interface ist außerdem mit dem Mikrokontroller des Ladegerätes verbunden, über das außerdem Informationen aus dem Ladegerät zur weiteren Verarbeitung ausgelesen werden können. Alle Bestandteile des Ladegerätes sind in der Regel fest auf einer Unterlage montiert und ganz oder teilweise mit einem Gehäuse versehen.

Im Falle der berührungslosen Übertragung von Energie und Daten erfolgt die Energieübertragung vorzugsweise durch Radiowellen, wobei die Informationsübertragung durch Modulation der Trägerfrequenz der Radiowellen erfolgt. Die Reichweite der elektromagnetischen Wellen sollte unterhalb von 5 cm liegen. Die Informationsflußrichtung ist bidirektrional.

Wird ein Akku in das Ladegerät eingesetzt, kann dieses die ladungsrelevanten Daten aus dem Datenträger des Akkus ablesen und den Ladevorgang entsprechend steuern.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der beigefügten Abbildung näher erläutert : Fig. 1 zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Ladestation und einen erfindungsgemäßen Akkumulator.

Die erfindungsgemäße Ladestation 1 verfügt über eine Schreib- /Lesevorrichtung 2, die mit einer Antenne 3 verbunden ist. Die Ladestation 1 ist über das Kabel 4 mit dem Stromnetz verbunden. Ein Akkumulator 5 verfügt über Akkumulatorzellen 6 sowie einen les-/schreibbaren Datenträger 7. Der Datenträger 7 ist mit der Antenne 8 verbunden.

Die Ladestation 1 sendet über die Sende-und Empfangsantenne 3 Radiowellen mit einer Frequenz von 125 kHz aus. Die Reichweite der elektromagnetischen Strahlung beträgt etwa 5 cm. Wird der Akkumulator 5 mit seiner Sende-und Empfangsantenne 8 in den Bereich der von der Ladestation ausgesendeten Radiowellen gebracht, wird zunächst der Datenspeicher 7 durch die Radiowellen mit Energie versorgt. Er sendet Kenndaten über die Antenne 8 an die Lese-/Schreibvorrichtung der Ladestation 1. Es werden u. a. Daten übermittelt, die die Akkumulator- technologie, die Zellenzahl des Akkumulators, die Kapazität, die Seriennummer, das Herstelldatum, die Restspannung und die Anzahl der bisher vollständig oder unvollständig abgeschlossenen Ladevorgänge betreffen. Die Daten, die von der Lesevorrichtung 2 gelesen werden, werden im Mikroprozessor 9 der Ladestation 1 verarbeitet. Sie können über den Interfaceanschluß 10 ausgelesen und mit externen Datenverarbeitungs- geräten weiterbearbeitet, werden. Beispielsweise kann eine statistische Analyse über die Anzahl der abgeschlossenen und vorzeitig abgebrochenen Ladevorgänge, Herstellungsdaten usw. durchgeführt werden. Auf diesem Wege kann beispielsweise die noch zu erwartende Restlebensdauer der Akkumulatoren bestimmt werden.

Der Mikroprozessor 9 der Ladestation 1 ermittelt aus vorgegebenen Kenndaten die optimalen Ladeparameter des betreffenden Akkumulators. Der Akku wird sodann entsprechend der ermittelten Ladungsparameter geladen.

Falls aus dem vorherigen'Ladevorgang im Datenspeicher 7 des Akkumulators 5 noch ein Marker gesetzt ist, wir der Zähler für vorzeitig abgebrochene Ladevorgänge um eins erhöht und der Marker zu Beginn des Ladevorgangs gelöscht. Ein neuer Marker wird gesetzt, der bei Erreichen der vollen Ladung wiederrum gelöscht wird. Wird der Ladevorgang vor Erreichen der vollständigen Ladung abgebrochen, bleibt der Marker gesetzt. Zu Beginn des nächsten Ladevorgangs wird der gesetzte Marker erkannt, die Anzahl der abgebrochenen Ladezyklen um eins erhöht und der Marker gelöscht.

Der Datenspeicher 7 des Akkumulators 5 enthält drei verschiedene Speicherbereiche. In einem Speicherbereich werden Daten gespeichert, die während der ganzen Lebensdauer des Akkumulators nicht verändert werden können. Dabei handelt es sich insbesondere um Daten, die die Akkumulatortechnologie, die Zellenanzahl des Akkumulators und die Kapazität betreffen. Ein weiterer Speicherbereich des Akkumulators kann während des Ladevorgangs durch die Schreib-/Lesevorrichtung des Ladegeräts 1 verändert werden. Dabei handelt es sich insbesondere um Informationen über die Anzahl der vollständig abgeschlossenen und der vorzeitig abgebrochenen Ladevorgänge sowie um einen Speicherplatz, in dem ein Marker gesetzt werden kann.

Ein weiterer Speicherbereich des Datenspeichers 7 kann während des Ladevorganges nicht verändert werden. Er kann jedoch vom Benutzer des Akkus verändert werden, beispielsweise um eine betriebsinterne Numerierung der Akkumulatoren durchzuführen. Die Veränderung dieses Speicherbereichs geschieht über Datenübertragungsgeräte, die an einen Computer angeschlossen sein können. Die Daten können auch direkt über das Ladegerät verändert werden, das zu diesem Zweck über ein Interface mit einem Computer verbunden wird, der mit einem speziellen Serviceprogramm ausgerüstet ist.