DE102009054641A1

DE102009054641A1 - Elektrogerät mit einem Akkupack

Info

Publication number: DE102009054641A1
Application number: DE102009054641A
Authority: DE
Inventors: Jochen Bertsch; Alexander Osswald; Cornelius Liebenow
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2009-09-29
Filing date: 2009-12-15
Publication date: 2011-03-31

Abstract

Bei einem Elektrogerät (300) mit einem Stromverbraucher (392) und einem mit mindestens einem ersten Energiespeicher (160) versehenen Akkupack (150) zur netzunabhängigen Stromversorgung des Stromverbrauchers (392), wobei dem Stromverbraucher (392) eine Steuerelektronik (394) zur Steuerung eines vom Akkupack (394) zugeführten Betriebsstroms (IE) zugeordnet ist, ist mindestens ein zweiter Energiespeicher (130, 330) zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (UB2) zum Betrieb der Steuerelektronik (394) vorgesehen.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrogerät mit einem Stromverbraucher und einem mit mindestens einem ersten Energiespeicher versehenen Akkupack zur netzunabhängigen Stromversorgung des Stromverbrauchers, wobei dem Stromverbraucher eine Steuerelektronik zur Steuerung eines vom Akkupack zugeführten Betriebsstroms zugeordnet ist.
Aus dem Stand der Technik sind derartige Elektrogeräte bekannt, bei denen eine geeignete Steuerelektronik einen dem Elektrogerät von einem zugeordneten Akkupack zugeführten Betriebsstrom in Abhängigkeit von vorgegebenen bzw. gemessenen Betriebswerten bzw. -parametern steuert. Beispielsweise kann der Betriebsstrom in Abhängigkeit von vorgegebenen Spannungs- und/oder Stromschwellwerten und/oder einer Betriebstemperatur des Akkupacks gesteuert werden. Hierbei können Akkupacks Anwendung finden, bei denen eine zugeordnete Elektronikschaltung zur Bereitstellung z. B. von Betriebsparametern eines dem Akkupack zugeordneten Energiespeichers vorgesehen ist.
Diese von dem Akkupack bereitgestellten Betriebsparameter können darüber hinaus verwendet werden, um bei einem Ladevorgang zum Aufladen des dem Akkupack zugeordneten Energiespeichers für eine geeignete Ladevorrichtung die Temperatur des Energiespeichers und/oder eine von diesem bereit gestellte Ausgangsspannung, zu erfassen, auszuwerten und über ein geeignetes Bussystem zur Ladevorrichtung zu übertragen. Die Ladevorrichtung kann dann den Ladevorgang in Abhängigkeit von den bereitgestellten Betriebsparametern initiieren, fortsetzen oder beenden. Darüber hinaus kann die Elektronikschaltung des Akkupacks zur Erfassung, Auswertung und/oder Bereitstellung weiterer Betriebsparameter und/oder -zustände verwendet werden, z. B. zur Erkennung einer zur Aufladung des Akkupacks erforderlichen Ladevorrichtung, wobei eine Aufladung des Akkupacks nur für den Fall zugelassen wird, dass dieser mit einer zugelassenen Ladevorrichtung verbunden ist.
Nachteilig am Stand der Technik ist, dass sowohl die Steuerelektronik des Elektrogeräts als auch ein dem Elektrogerät zugeordneter Stromverbraucher, z. B. ein Antriebsmotor, und die Elektronikschaltung des Akkupacks im Betrieb mit einer Betriebsspannung betrieben werden, die von dem Energiespeicher des Akkupacks bereitgestellt wird. Für den Fall, dass ein vergleichsweise großer Betriebsstrom von dem Stromverbraucher aus diesem Energiespeicher gezogen wird, z. B. bei einem Kurzschluss des Elektrogeräts, kann dies zu einem Einbrechen der Betriebsspannung und somit zu einem Ausfallen der Steuerelektronik führen. Dies kann zur Folge haben, dass die Steuerelektronik insbesondere bei kritischen Betriebszuständen nicht mehr steuernd eingreifen kann, z. B. zur Unterbrechung eines auftretenden Blockierstroms, und somit ein sicherer und zuverlässiger Betrieb des Elektrogeräts nicht mehr gewährleistet ist.
Darüber hinaus kann die Elektronikschaltung des Akkupacks insbesondere bei tiefentladenem Energiespeicher ausfallen. Dies kann für den Fall zu Problemen führen, dass die Elektronikschaltung zur Erkennung einer zur Aufladung des Akkupacks erforderlichen Ladevorrichtung ausgebildet ist, da das Ausfallen der Elektronikschaltung die Erkennung der Ladevorrichtung und somit die Zulassung eines entsprechenden Ladevorgangs zum Aufladen des Akkupacks unmöglich macht. Somit ist ein zuverlässiger Betrieb des Akkupacks bei tiefentladenem Energiespeicher nicht gewährleistet.
Offenbarung der Erfindung
Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein neues Elektrogerät mit einem Akkupack bereit zu stellen, das auch in kritischen Betriebszuständen sicher und zuverlässig betrieben werden kann. Eine weitere Aufgabe der Erfindung ist es, einen neuen Akkupack mit einem Energiespeicher und einer Elektronikschaltung bereit zu stellen, bei dem eine sichere und zuverlässige Funktionalität der Elektronikschaltung auch bei einer Tiefentladung des Energiespeichers gewährleistet werden kann.
Dieses Problem wird gelöst durch ein Elektrogerät mit einem Stromverbraucher und einem mit mindestens einem ersten Energiespeicher versehenen Akkupack zur netzunabhängigen Stromversorgung des Stromverbrauchers. Dem Stromverbraucher ist eine Steuerelektronik zur Steuerung eines vom Akkupack zugeführten Betriebsstroms zugeordnet. Mindestens ein zweiter Energiespeicher ist zur Bereitstellung einer Betriebsspannung zum Betrieb der Steuerelektronik vorgesehen.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Elektrogeräts, das auch bei einer vergleichsweise großen Stromentnahme des Stromverbrauchers aus dem Akkupack sicher und zuverlässig betrieben werden kann, und bei dem auch temporär, z. B. in einem flüchtigen Speicher gespeicherte Informationen aufrecht erhalten werden können.
Gemäß einer Ausführungsform sind der Stromverbraucher, die Steuerelektronik und der zweite Energiespeicher in einem dem Elektrogerät zugeordneten Gehäuse angeordnet.
Somit kann auf einfache und kostengünstige Art und Weise ein separater Energiespeicher zum Betrieb der Steuerelektronik in dem Elektrogerät bereitgestellt werden.
Der erste Energiespeicher ist bevorzugt in einem dem Akkupack zugeordneten Akkupack-Gehäuse angeordnet, das mit dem Elektrogerät mechanisch verbindbar ist.
Somit kann der Akkupack kostengünstig als Wechselakkupack ausgebildet werden.
Bevorzugt weist der Akkupack eine Elektronikschaltung auf, die dazu ausgebildet ist, Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Akkupacks zu erkennen, auszuwerten und/oder der Steuerelektronik über eine zugeordnete Schnittstelle bereitzustellen.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer kostengünstigen Schutz- und Funktionselektronik für den Akkupack.
Die Elektronikschaltung ist vorzugsweise in dem Akkupack-Gehäuse angeordnet.
Somit kann die Elektronikschaltung auf einfache Art und Weise in einen den Akkupack ausbildenden Wechselakkupack integriert werden.
Der zweite Energiespeicher ist bevorzugt zur Bereitstellung einer Betriebsspannung zum Betrieb der Elektronikschaltung ausgebildet.
Somit kann ein sicherer und zuverlässiger Betrieb der Elektronikschaltung erreicht werden.
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Energiespeicher und der zweite Energiespeicher in einem dem Akkupack zugeordneten Akkupack-Gehäuse angeordnet, das mit dem Elektrogerät mechanisch verbindbar ist.
Die Erfindung ermöglicht somit einen kompakten und kostengünstigen Aufbau eines bei einer Vielzahl von Elektrogeräten verwendbaren Akkupacks.
Der zweite Energiespeicher weist bevorzugt eine Batterie, mindestens eine Akkumulatorzelle und/oder einen Supercap auf.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines kostengünstigen und zuverlässigen zweiten Energiespeichers zum Betrieb der Steuerelektronik und/oder der Elektronikschaltung.
Gemäß einer Ausführungsform weist der zweite Energiespeicher mindestens eine Akkumulatorzelle auf, und eine Steuereinheit zur Steuerung eines Ladevorgangs ist zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle vorgesehen.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine dauerhafte Betriebsbereitschaft des zweiten Energiespeichers gewährleistet werden.
Die Steuerelektronik ist bevorzugt dazu ausgebildet, im Betrieb nur für den Fall einen Betriebsstrom von dem zweiten Energiespeicher aufzunehmen, dass eine von dem ersten Energiespeicher der Steuerelektronik bereitgestellte Versorgungsspannung einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Somit kann eine dauerhafte Einsatzbereitschaft des zweiten Energiespeichers auf einfache Art und Weise gewährleistet werden.
Das Eingangs genannte Problem wird auch gelöst durch einen Akkupack mit mindestens einem ersten Energiespeicher, der mindestens eine Akkumulatorzelle aufweist, und mit einer Elektronikschaltung zur Bereitstellung von Betriebsparametern des ersten Energiespeichers. Mindestens ein zweiter Energiespeicher ist zur Bereitstellung einer Betriebsspannung zum Betrieb der Elektronikschaltung vorgesehen.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines Akkupacks, bei dem eine zugeordnete Elektronikschaltung unabhängig vom Ladezustand des ersten Energiespeichers sicher und zuverlässig betreibbar ist.
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste Energiespeicher, die Elektronikschaltung und der zweite Energiespeicher in einem zugeordneten Akkupack-Gehäuse befestigt.
Somit kann der Akkupack kostengünstig als Wechselakkupack ausgebildet werden.
Der erste Energiespeicher, die Elektronikschaltung und der zweite Energiespeicher können in einem Gehäuse eines zugeordneten Elektrogeräts befestigt sein.
Somit kann der Akkupack auf einfache Art und Weise mit einem zugeordneten Elektrogerät Anwendung finden.
Der zweite Energiespeicher weist bevorzugt eine Batterie, mindestens eine Akkumulatorzelle und/oder einen Supercap auf.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung eines kostengünstigen und zuverlässigen zweiten Energiespeichers zum Betrieb der Elektronikschaltung.
Gemäß einer Ausführungsform weist der zweite Energiespeicher mindestens eine Akkumulatorzelle auf, und eine Steuereinheit ist zur Steuerung eines Ladevorgangs zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle vorgesehen.
Somit kann auf einfache Art und Weise eine dauerhafte Betriebsbereitschaft des zweiten Energiespeichers gewährleistet werden.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle auf eine von dem ersten Energiespeicher bereitgestellte Ausgangsspannung zuzugreifen.
Die Erfindung ermöglicht somit ein einfaches und unkompliziertes Aufladen des zweiten Energiespeichers.
Der Steuereinheit ist bevorzugt ein Spannungswandler zugeordnet, der dazu ausgebildet ist, die von dem ersten Energiespeicher bereitgestellte Ausgangsspannung in eine zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle erforderliche Ladespannung umzuwandeln.
Somit kann ein sicheres und zuverlässiges Aufladen der Akkumulatorzelle des zweiten Energiespeichers erreicht werden.
Die Steuereinheit ist bevorzugt dazu ausgebildet, den Ladevorgang nur dann zu initiieren, wenn die von dem ersten Energiespeicher bereitgestellte Ausgangsspannung einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Somit kann eine Initiierung eines Aufladevorgangs zum Aufladen des zweiten Energiespeichers bei tiefentladenem erstem Energiespeicher auf einfache Art und Weise verhindert werden.
Die Steuereinheit ist vorzugsweise dazu ausgebildet, eine vollständige Aufladung des zweiten Energiespeichers zu erkennen und den Ladevorgang bei vollständig geladenem zweitem Energiespeicher zu beenden.
Somit kann eine präzise und vollständige Aufladung des zweiten Energiespeichers gewährleistet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Elektronikschaltung dazu ausgebildet, die Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Akkupacks zu erkennen, auszuwerten und/oder über eine zugeordnete Schnittstelle bereitzustellen. Die Betriebsparameter umfassen zumindest Informationen über eine Temperatur des ersten Energiespeichers, eine von diesem bereit gestellte Ausgangsspannung, eine zugeordnete Speichertechnologie und/oder zur Erkennung einer zur Aufladung erforderlichen Ladevorrichtung. Die Betriebszustände umfassen zumindest Informationen über einen Ladezustand des ersten Energiespeichers, Zell-Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse im ersten Energiespeicher.
Die Erfindung ermöglicht somit die Bereitstellung einer kostengünstigen Schutz- und Funktionselektronik für den Akkupack.
Die Elektronikschaltung ist bevorzugt dazu ausgebildet, einen Ladevorgang zum Aufladen des Akkupacks und/oder einen Entladevorgang im Betrieb des Akkupacks zu unterbrechen, falls ein vorgegebenes Unterbrechungskriterium erfüllt ist.
Somit kann ein sicheres Auf- bzw. Entladen des Akkupacks gewährleistet werden.
Das Eingangs genannte Problem wird darüber hinaus auch gelöst durch ein Elektrogerät, das einen Akkupack aufweist, der mit mindestens einem ersten Energiespeicher versehen ist, der mindestens eine Akkumulatorzelle aufweist. Der Akkupack ist mit einer Elektronikschaltung zur Bereitstellung von Betriebsparametern des ersten Energiespeichers versehen. Mindestens ein zweiter Energiespeicher ist zur Bereitstellung einer Betriebsspannung zum Betrieb der Elektronikschaltung vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung ist anhand von in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
1 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild einer Anordnung mit einem Akkupack und einer Ladevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Elektrogeräts mit dem Akkupack von 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform,
3 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Elektrogeräts mit dem Akkupack von 2 gemäß einer dritten Ausführungsform, und
4 ein vereinfachtes Prinzipschaltbild eines Elektrogeräts mit dem Akkupack von 1 gemäß einer vierten Ausführungsform.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt schematisch eine Anordnung 100 mit einem Akkupack 150 und einer Ladevorrichtung 190. Der Akkupack 150 hat illustrativ zugeordnete Anschlüsse 172, 174, 176 und ist über diese mit der Ladevorrichtung 190 zum Aufladen verbindbar, wie beispielhaft mit gestrichelten Linien 182, 184, 186 angedeutet. Hierbei ist zwischen den Anschlüssen 172, 174 z. B. eine Ladespannung UL anlegbar und am Anschluss 176 sind gemäß einer Ausführungsform zumindest Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Akkupacks 150 vorgebbar und/oder abfragbar. Der Akkupack 150 ist beispielhaft nach Art eines Wechselakkupacks ausgebildet und hat illustrativ ein Gehäuse 152, an dem die Anschlüsse 172, 174, 176 vorgesehen sind.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Begriff „Akkupack” im Kontext der vorliegenden Erfindung eine Zusammenschaltung von zumindest den in dem Gehäuse 152 angeordneten, nachfolgend beschriebenen Komponenten, soweit diese nicht optional sind, mit den Anschlüssen 172, 174, 176 bezeichnet. Diese Komponenten können durch zusätzliche Komponenten ergänzt werden, wie beispielhaft bei 2 beschrieben. Somit ist das Gehäuse 152 optional, falls der Akkupack 150 bzw. seine Einzelkomponenten wie z. B. bei 2 beschrieben fest in ein zugeordnetes Elektrogerät eingebaut wird bzw. werden.
In dem Akkupack-Gehäuse 152 sind mindestens ein erster Energiespeicher 160, eine diesem zugeordnete Elektronikschaltung 140, die mit einem optionalen Unterbrechungsglied 120 gekoppelt ist, und mindestens ein zweiter Energiespeicher 130 angeordnet bzw. befestigt. Der erste Energiespeicher 160 weist mindestens eine Akkumulatorzelle auf und ist in 1 beispielhaft mit einer einzelnen Akkumulatorzelle 161 versehen. Diese kann von einem beliebigen Akkumulatortyp sein, wie z. B. NiCd, NiMh und Li-Ion, und hat illustrativ einen über das Unterbrechungsglied 120 mit dem Anschluss 172 verbundenen Pluspol 162 und einen mit dem Anschluss 174 verbundenen Minuspol 163. Der Pluspol 162 ist darüber hinaus mit einem Eingang 142 und der Minuspol 163 mit einem Eingang 144 der Elektronikschaltung 140 verbunden. Diese hat darüber hinaus einen Ausgang 149, der mit dem Unterbrechungsglied 120 verbunden ist, und eine Schnittstelle 145, die mit dem Anschluss 176 des Akkupacks 150 verbunden ist. Der Elektronikschaltung 140 wird eine zum Betrieb erforderliche Betriebsspannung UB von dem zweiten Energiespeicher 130 über eine Leitung 135 zugeführt.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Elektronikschaltung 140 wie eine beliebige, auch aus dem Stand der Technik bekannte, dem ersten Energiespeicher 160 zugeordnete Schutz- und/oder Funktionselektronik ausgebildet sein kann. Des Weiteren ist das Unterbrechungsglied 120 lediglich beispielhaft zwischen dem Anschluss 172 und dem Pluspol 162 der Akkumulatorzelle 161 angeordnet und nicht zur Einschränkung der Erfindung auf diese Ausbildung. Vielmehr kann das Unterbrechungsglied 120 auch anders verschaltet sein und auch beliebig wie dem Fachmann bekannt ausgeführt sein, solange es dazu geeignet ist, einen Ladevorgang zum Aufladen des Akkupacks 150 zu unterbrechen, falls ein vorgegebenes Unterbrechungskriterium, wie z. B. eine überhöhte Temperatur des Akkupacks 150, erfüllt ist. Hierbei kann das Unterbrechungsglied 120 z. B. auch zwischen dem Anschluss 174 und dem Minuspol 163 der Akkumulatorzelle 161 vorgesehen sein. Darüber hinaus kann das Unterbrechungsglied 120 auch zur Unterbrechung eines Entladevorgangs im Betrieb des Akkupacks 150 vorgesehen sein, falls ein vorgegebenes Unterbrechungskriterium, wie z. B. ein Kurzschluss in der Akkumulatorzelle 161, erfüllt ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Elektronikschaltung 140 zumindest zur Bereitstellung von Betriebsparametern des ersten Energiespeichers 160 über die Schnittstelle 145 ausgebildet. Diese Bereitstellung umfasst bevorzugt eine Erkennung, Auswertung und/oder Erfassung von Informationen, die z. B. eine Temperatur des ersten Energiespeichers 160, eine von diesem bereitgestellte Ausgangsspannung UE1 (2) und/oder eine zugeordnete Speichertechnologie beschreiben und/oder zur Erkennung einer zur Aufladung erforderlichen Ladevorrichtung, d. h. der Ladevorrichtung 190, dienen. Darüber hinaus umfassen die Betriebsparameter gemäß einer Ausführungsform Betriebszustände des Akkupacks 150, die mit der Elektronikschaltung 140 erkannt, ausgewertet und/oder bereitgestellt werden können. Diese Betriebszustände können z. B. Informationen über einen Ladezustand des ersten Energiespeichers 160, Zell-Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse im ersten Energiespeicher 160 umfassen.
Der zweite Energiespeicher 130 ist gemäß einer Ausführungsform eine Batterie, die z. B. über einen an dem Gehäuse 152 vorgesehenen Batterieschacht in den Akkupack 150 einführbar sein kann. Darüber hinaus, oder alternativ hierzu, kann der zweite Energiespeicher 130 ein oder mehrere Akkumulatorzellen, z. B. NiCd, NiMH, Li-Ion oder sonstige Akkumulatorzellen, oder einen Supercap aufweisen. Insbesondere können somit auch Mischformen dieser Energiespeicherarten sowie beliebige andere geeignete Energiespeicher Anwendung finden.
Im Betrieb des Akkupacks 150 wird dieser zur Durchführung eines Ladevorgangs über die Anschlüsse 172, 174, 176 wie oben beschrieben mit der Ladevorrichtung 190 verbunden. Gemäß einer Ausführungsform ist hierbei das Unterbrechungsglied 120 zunächst aktiviert, sodass zwischen dem Anschluss 172 und dem Pluspol 162 des ersten Energiespeichers 160 keine elektrisch leitende Verbindung besteht. Die Elektronikschaltung 140 bestimmt nun, ob die Ladevorrichtung 190 zum Aufladen des ersten Energiespeichers 160 geeignet ist. Z. B. bestimmt die Elektronikschaltung 140, ob die von der Ladevorrichtung 190 bereit gestellte Ladespannung UL einer zum Aufladen der Akkumulatorzelle 161 erforderlichen Nennspannung entspricht bzw. diese nicht überschreitet, und leitet einen Ladevorgang für den Fall ein, dass die Ladespannung UL zum Aufladen der Akkumulatorzelle 161 geeignet bzw. zulässig ist. Hierzu deaktiviert die Elektronikschaltung 140 das Unterbrechungsglied 120, sodass eine elektrisch leitende Verbindung zwischen dem Anschluss 172 und dem Pluspol 162 der Akkumulatorzelle 161 hergestellt wird, und ein Aufladen somit möglich ist.
Während des Ladevorgangs stellt die Elektronikschaltung 140 über ihre Schnittstelle 145 Betriebsparameter bereit. Hierbei erkennt oder erfasst die Elektronikschaltung 140 z. B. die oben beschriebenen Informationen, auch bzgl. vorliegender Betriebszustände, und wertet diese soweit erforderlich aus. In Abhängigkeit von diesen Informationen können die Ladevorrichtung 190 und/oder die Elektronikschaltung 140 den Ladevorgang fortsetzen oder unterbrechen. Z. B. kann die Elektronikschaltung 140 das Unterbrechungsglied 120 aktivieren, falls wie oben beschrieben ein vorgegebenes Unterbrechungskriterium erfüllt ist. Darüber hinaus kann die Elektronikschaltung 140 über die Schnittstelle 145 und den Anschluss 176 einen entsprechenden Befehl an die Ladevorrichtung 190 ausgeben, sodass die Ladevorrichtung 190 den Ladevorgang unterbricht. Die Elektronikschaltung 140 ist bevorzugt dazu ausgebildet, eine vollständige Aufladung des ersten Energiespeichers 160 zu erkennen und den Ladevorgang bei vollständig geladenem erstem Energiespeicher 160 zu beenden.
Für den Fall, dass die Ladespannung UL nicht zum Aufladen der Akkumulatorzelle 161 geeignet bzw. unzulässig ist, deaktiviert die Elektronikschaltung 140 das Unterbrechungsglied 120 nicht, sodass die Verbindung zwischen dem Anschluss 172 und dem Pluspol 162 der Akkumulatorzelle 161 unterbrochen bleibt und somit ein Ladevorgang verhindert wird, der zu einer Beschädigung oder Zerstörung der Zelle 161 führen könnte. Dies kann auch in Abhängigkeit von weiteren erkannten, erfassten und/oder ausgewerteten Betriebsparametern bzw. -zuständen erfolgen, z. B. falls eine von der Elektronikschaltung 140 bestimmte Temperatur des ersten Energiespeichers 160 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
2 zeigt den in oder an einem Gehäuse 202 eines Elektrogeräts 200 angeordneten Akkupack 150 von 1, der illustrativ ohne das optionale Unterbrechungsglied 120 abgebildet ist. Hierbei kann der Akkupack 150 sowohl mit seinem Akkupack-Gehäuse 152, als auch ohne dieses in dem Elektrogerät-Gehäuse 202 befestigt bzw. an diesem angeordnet sein. In diesem Fall werden die innerhalb des Akkupack-Gehäuses 152 gezeigten Komponenten des Akkupacks 150 z. B. unmittelbar im oder am Elektrogerät-Gehäuse 202 angeordnet, wobei bevorzugt zumindest der erste Energiespeicher 160, die Elektronikschaltung 140 und der zweite Energiespeicher 130 in dem Elektrogerät-Gehäuse 202 befestigt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Elektrogerät 200 eine Elektrowerkzeugmaschine mit einer zugeordneten Geräteelektronik 290, die über Leitungen 282, 284, 286 mit den Anschlüssen 172, 174 bzw. 176 des Akkupacks 150 verbunden ist. Somit kann der Akkupack 150 der Geräteelektronik 290 über die Anschlüsse 172, 174 z. B. eine Versorgungsspannung UA zuführen und am Anschluss 176 z. B. wie oben beschrieben Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des ersten Energiespeichers 160 bereitstellen.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass das Elektrogerät 200 in 2 lediglich beispielhaft als Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet ist, die Erfindung jedoch nicht auf eine derartige Verwendung des Akkupacks 150 beschränkt ist. Dieser kann vielmehr mit aller Art Akku-betriebener Elektrogeräte verwendet werden, z. B. mit Akku-betriebenen Gartengeräten, Küchengeräten, tragbaren Computern bzw. Notebooks, Taschenlampen usw.
Der erste Energiespeicher 160 weist in 2 zusätzlich zur Akkumulatorzelle 161 beispielhaft noch zwei weitere Akkumulatorzellen 264, 267 auf. Hierbei ist der Minuspol 163 der Akkumulatorzelle 161 mit einem Pluspol 265 der Zelle 264 verbunden, deren Minuspol 266 mit einem Pluspol 268 der Zelle 267 verbunden ist, deren Minuspol 269 wiederum mit dem Anschluss 174 des Akkupacks 150 verbunden ist. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass der erste Energiespeicher 160 eine beliebige Anzahl von Akkumulatorzellen aufweisen kann, die wie oben beschrieben von einem beliebigen Akkumulatortyp sein können, wie z. B. NiCd, NiMh und Li-Ion, sodass die Darstellung der drei Akkumulatorzellen 161, 264, 267 in 2 bzw. der einzelnen Akkumulatorzelle 161 in 1 lediglich beispielhaften Charakter hat.
Gemäß einer Ausführungsform weist der zweite Energiespeicher 130 mindestens eine Akkumulatorzelle 231 auf. Diese ist bevorzugt über eine Leitung 132 mit einer dem Akkupack 150 zugeordneten bzw. im Akkupack-Gehäuse 152 angeordneten Steuereinheit 250 verbunden, die ihrerseits eingangsseitig sowohl mit einem Ausgang 147 der Elektronikschaltung 140 als auch dem Pluspol 162 der Akkumulatorzelle 161 des ersten Energiespeichers 160 verbunden ist.
Die Steuereinheit 250 ist beispielhaft als Ladekontroller zum Aufladen der Akkumulatorzelle 231 des zweiten Energiespeichers 130 ausgebildet. Der Ladekontroller 250 erzeugt aus einer von dem ersten Energiespeicher 160 bereitgestellten Ausgangsspannung UE1 eine Ladespannung UL2 zum Aufladen der Akkumulatorzelle 231. Hierbei kann dem Ladekontroller 250 optional ein Spannungswandler 240 zugeordnet sein. Dieser kann dazu ausgebildet sein, die von dem ersten Energiespeicher 160 bereitgestellte Ausgangsspannung UE1 in die Ladespannung UL2 umzuwandeln, z. B. falls die Ausgangsspannung UE1 kleiner als eine entsprechende Nennspannung der Akkumulatorzelle 231 ist.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Ladekontroller 250 dazu ausgebildet, einen Ladevorgang zum Aufladen der Akkumulatorzelle 231 des zweiten Energiespeichers 130 nur dann zu initiieren, wenn die von dem ersten Energiespeicher 160 bereitgestellte Ausgangsspannung UE1 einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet. Hierbei kann der Ladekontroller 250 z. B. von der Elektronikschaltung 140 angesteuert werden, die wie oben beschrieben zur Messung und Auswertung der Ausgangsspannung UE1 ausgebildet sein kann. Damit soll erreicht werden, dass insbesondere bei tiefentladenem erstem Energiespeicher 160 dieser zumindest bis auf eine entsprechende Minimalladung aufgeladen wird, bevor seine Ausgangsspannung UE1 zum Aufladen des zweiten Energiespeichers 130 verwendet wird. Darüber hinaus ist der Ladekontroller 250 bevorzugt dazu ausgebildet, eine vollständige Aufladung des zweiten Energiespeichers 130 zu erkennen und den Ladevorgang bei vollständig geladenem zweitem Energiespeicher 130 zu beenden.
3 zeigt ein Elektrogerät 300 mit einem Gehäuse 302, in oder an dem der Akkupack 150 gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform angeordnet ist. Dieser kann sowohl über sein Akkupack-Gehäuse 152 mechanisch mit dem Gehäuse 302 verbunden sein, als auch ohne dieses in dem Elektrogerät-Gehäuse 302 befestigt bzw. an diesem angeordnet sein. Bei einer Anordnung im Elektrogerät-Gehäuse 302 ohne das Akkupack-Gehäuse 152 werden die innerhalb des Akkupack-Gehäuses 152 gezeigten Komponenten des Akkupacks 150 z. B. unmittelbar im oder am Elektrogerät-Gehäuse 302 angeordnet, wobei bevorzugt zumindest der erste Energiespeicher 160, die Elektronikschaltung 140 und der zweite Energiespeicher 130 in dem Elektrogerät-Gehäuse 302 befestigt werden.
Es wird darauf hingewiesen, dass die Verwendung des Akkupacks 150 gemäß der in 2 gezeigten Ausführungsform in dem Elektrogerät 300 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu verstehen ist. Vielmehr kann in dem Elektrogerät 300 ein beliebiger geeigneter Akkupack Anwendung finden, z. B. ein gemäß der in 1 gezeigten Ausführungsform ausgebildeter Akkupack oder ein aus dem Stand der Technik bekannter Akkupack, wie unten stehend bei 4 beschrieben.
Das Elektrogerät 300 hat illustrativ die über die Leitungen 282, 284, 286 mit den Anschlüssen 172, 174 bzw. 176 des Akkupacks 150 verbundene Geräteelektronik 290 von 2. Diese Geräteelektronik 290 weist beispielhaft einen Stromverbraucher 392 und eine mit einem Energiespeicher 330 verbundene Steuerelektronik 394 auf. Gemäß einer Ausführungsform ist das Elektrogerät 300 eine Elektrowerkzeugmaschine. Die Erfindung ist jedoch nicht auf eine derartige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr kann das Elektrogerät 300 ein beliebiges Akku-betriebenes Elektrogerät sein, bei dem ein zugeordneter Stromverbraucher mit einem von einem Akkupack bereitgestellten Betriebsstrom betrieben wird, z. B. ein Akku-betriebenes Gartengerät, ein Küchengerät, ein tragbarer Computer bzw. ein Notebook, eine Taschenlampe usw.
Der Stromverbraucher 392 ist z. B. ein Antriebsmotor zum Antrieb eines zugeordneten Werkzeugs. Über die Anschlüsse 172, 174 wird dem Stromverbraucher 392 von dem Akkupack 150 die Versorgungsspannung UA bzw. ein entsprechender Betriebsstrom IE zugeführt.
Die Steuerelektronik 394 dient zur Steuerung des dem Stromverbraucher 392 zugeführten Betriebsstroms IE, z. B. in Abhängigkeit von vorgegebenen und/oder gemessenen Betriebswerten bzw. -parametern. Beispielsweise kann der Betriebsstrom IE in Abhängigkeit von vorgegebenen Spannungs- und/oder Stromschwellwerten und/oder einer Betriebstemperatur des Akkupacks 150 gesteuert werden. Darüber hinaus kann die Steuerelektronik 394 bevorzugt dazu ausgebildet sein, bei kritischen Betriebszuständen des Elektrogeräts 300 steuernd einzugreifen, z. B. zur Unterbrechung eines auftretenden Blockierstroms im Kurzschlussfall. Des Weiteren kann die Steuerelektronik 394 dazu ausgebildet sein, beliebige Steuer- und Schutzfunktionen im Betrieb des Elektrogeräts 300 zu implementieren. Z. B. kann die Steuerelektronik 394 dazu ausgebildet sein, die von der Elektronikschaltung 140 bereitgestellten, oben beschriebenen Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Akkupacks 150 über die Leitung 286 am Anschluss 176 abzufragen und auszuwerten.
Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die in 3 gezeigte Ausführungsform mit der Steuerelektronik 394 und der separaten Elektronikschaltung 140 lediglich beispielhaften Charakter hat und nicht als Einschränkung der Erfindung zu sehen ist. Vielmehr ist es ebenso möglich, die Elektronikschaltung 140 als integralen Bestandteil der Steuerelektronik 394 auszubilden, sodass die oben beschriebene Funktionalität der Elektronikschaltung 140 von der Steuerelektronik 394 implementiert wird. Alternativ hierzu kann die Steuerelektronik 394 als integraler Bestandteil der Elektronikschaltung 140 ausgebildet werden. Dies könnte beispielsweise mit dem in 2 gezeigten Elektrogerät 200 realisiert werden.
Der Energiespeicher 330 ist zur Bereitstellung einer Betriebsspannung UB2 zum Betrieb der Steuerelektronik 394 ausgebildet und illustrativ mit dem Stromverbraucher 392 und der Steuerelektronik 394 im Gehäuse 302 des Elektrogeräts 300 angeordnet. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die Betriebsspannung UB2 der Steuerelektronik 394 lediglich beispielhaft von dem dem Elektrogerät 300 zugeordneten Energiespeicher 330 zugeführt wird. In der in 3 gezeigten Ausführungsform, in der der Akkupack 150 bereits einen zusätzlichen Energiespeicher aufweist, d. h. den zweiten Energiespeicher 130, kann auch dieser zur Stromversorgung der Steuerelektronik 394 verwendet werden, wie beispielhaft mit einer gestrichelten Linie 389 angedeutet. In diesem Fall kann auf eine Verwendung des Energiespeichers 330 verzichtet werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die Steuerelektronik 394 dazu ausgebildet, im Betrieb des Elektrogeräts 300 nur für den Fall einen Betriebsstrom IE2 von dem Energiespeicher 330 aufzunehmen, dass die von dem Akkupack 150 bereitgestellte Versorgungsspannung UA einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet. Der Energiespeicher 330 kann eine Batterie sein, die z. B. über einen an dem Gehäuse 302 vorgesehenen Batterieschacht in das Elektrogerät 300 einführbar ist. Diese Batterie kann ein oder mehrere Primär-Zellen, d. h. nicht wiederaufladbare Zellen, z. B. alkalische Zink- und/oder Li-MnO₂-Zellen aufweisen. Darüber hinaus, oder alternativ hierzu, kann der Energiespeicher 330 ein oder mehrere Akkumulatorzellen, z. B. NiCd, NiMH, Li-Ion oder sonstige Akkumulatorzellen, und/oder einen Supercap aufweisen. Diese können wie oben unter Bezugnahme auf den zweiten Energiespeicher 130 des Akkupacks 150 beschrieben aufgeladen werden, z. B. bei einem Aufladevorgang des Akkupacks 150. Des Weiteren können auch Mischformen dieser Energiespeicherarten sowie beliebige andere geeignete Energiespeicher Anwendung finden. Beispielsweise kann ein zusätzliches Akkupack mit einem ähnlichen Aufbau wie der Akkupack 150 als Energiespeicher 330 Anwendung finden.
4 zeigt ein Elektrogerät 400 mit einem Gehäuse 402, in oder an dem ein Akkupack 550 angeordnet ist. Diese Anordnung entspricht der Anordnung des Akkupacks 150 von 3 in oder am Gehäuse 302 des Elektrogeräts 300 von 3, sodass zwecks Knappheit der Beschreibung auf eine eingehende Erläuterung verzichtet wird. Das Elektrogerät 400 kann ähnlich wie das Elektrogerät 300 von 3 als Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet sein.
Der Akkupack 550 weist beispielhaft ein Akkupack-Gehäuse 552 auf, an dem die Anschlüsse 172, 174, 176 des Akkupacks 150 von 3 vorgesehen sind und in dem der erste Energiespeicher 160 des Akkupacks 150 von 3 angeordnet ist. Dieser ist mit Eingängen 541, 542 einer zugeordneten Elektronikschaltung 540 verbunden, die über eine Schnittstelle 545 mit dem Anschluss 176 verbunden ist. Die Elektronikschaltung 540 kann wie die Elektronikschaltung 140 von 1 ausgebildet sein oder wie eine beliebige, auch aus dem Stand der Technik bekannte, dem ersten Energiespeicher 160 zugeordnete Schutz- und/oder Funktionselektronik. Der Akkupack 550 hat jedoch weder den zweiten Energiespeicher 130, noch die Steuereinheit 250 des Akkupacks 150 von 3.
In dem in 4 gezeigten Ausführungsbeispiel kann der erste Energiespeicher 160 zur Stromversorgung der Elektronikschaltung 540 verwendet werden. Alternativ hierzu kann der Energiespeicher 330 zur Zuführung der Betriebsspannung UB zur Elektronikschaltung 540 Anwendung finden, wie mit einer gestrichelten Linie 489 angedeutet, sowie zur Zuführung der Betriebsspannung UB2 zur Steuerelektronik 394.

Claims

Elektrogerät (300) mit einem Stromverbraucher (392) und einem mit mindestens einem ersten Energiespeicher (160) versehenen Akkupack (150) zur netzunabhängigen Stromversorgung des Stromverbrauchers (392), wobei dem Stromverbraucher (392) eine Steuerelektronik (394) zur Steuerung eines vom Akkupack (394) zugeführten Betriebsstroms (IE) zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Energiespeicher (130, 330) zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (UB2) zum Betrieb der Steuerelektronik (394) vorgesehen ist.
Elektrogerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromverbraucher (392), die Steuerelektronik (394) und der zweite Energiespeicher (330) in einem dem Elektrogerät (300) zugeordneten Gehäuse (302) angeordnet sind.
Elektrogerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (160) in einem dem Akkupack (150) zugeordneten Akkupack-Gehäuse (152) angeordnet ist, das mit dem Elektrogerät (300) mechanisch verbindbar ist.
Elektrogerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkupack (150) eine Elektronikschaltung (140) aufweist, die dazu ausgebildet ist, Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Akkupacks (150) zu erkennen, auszuwerten und/oder der Steuerelektronik (394) über eine zugeordnete Schnittstelle (145) bereitzustellen.
Elektrogerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikschaltung (140) in dem Akkupack-Gehäuse (152) angeordnet ist.
Elektrogerät nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (130) zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (UB) zum Betrieb der Elektronikschaltung (140) ausgebildet ist.
Elektrogerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (160) und der zweite Energiespeicher (130) in einem dem Akkupack (150) zugeordneten Akkupack-Gehäuse (152) angeordnet sind, das mit dem Elektrogerät (300) mechanisch verbindbar ist.
Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (130, 330) eine Batterie, mindestens eine Akkumulatorzelle (231) und/oder einen Supercap aufweist.
Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (130) mindestens eine Akkumulatorzelle (231) aufweist, und eine Steuereinheit (250) zur Steuerung eines Ladevorgangs zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle (231) vorgesehen ist.
Elektrogerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerelektronik (394) dazu ausgebildet ist, im Betrieb nur für den Fall einen Betriebsstrom (IE2) von dem zweiten Energiespeicher (130, 330) aufzunehmen, dass eine von dem ersten Energiespeicher (160) der Steuerelektronik (394) bereitgestellte Versorgungsspannung (UA) einen vorgegebenen Schwellwert unterschreitet.
Akkupack (150) mit mindestens einem ersten Energiespeicher (160), der mindestens eine Akkumulatorzelle (161) aufweist, und mit einer Elektronikschaltung (140) zur Bereitstellung von Betriebsparametern des ersten Energiespeichers (160), dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Energiespeicher (130) zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (UB) zum Betrieb der Elektronikschaltung (140) vorgesehen ist.
Akkupack nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (160), die Elektronikschaltung (140) und der zweite Energiespeicher (130) in einem zugeordneten Akkupack-Gehäuse (152) befestigt sind.
Akkupack nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Energiespeicher (160), die Elektronikschaltung (140) und der zweite Energiespeicher (130) in einem Gehäuse (202) eines zugeordneten Elektrogeräts (200) befestigt sind.
Akkupack nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (130) eine Batterie, mindestens eine Akkumulatorzelle (231) und/oder einen Supercap aufweist.
Akkupack nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Energiespeicher (130) mindestens eine Akkumulatorzelle (231) aufweist, und eine Steuereinheit (250) zur Steuerung eines Ladevorgangs zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle (231) vorgesehen ist.
Akkupack nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (250) dazu ausgebildet ist, zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle (231) auf eine von dem ersten Energiespeicher (160) bereitgestellte Ausgangsspannung (UE1) zuzugreifen.
Akkupack nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuereinheit (250) ein Spannungswandler (240) zugeordnet ist, der dazu ausgebildet ist, die von dem ersten Energiespeicher (160) bereitgestellte Ausgangsspannung (UE1) in eine zum Aufladen der mindestens einen Akkumulatorzelle (231) erforderliche Ladespannung (UL2) umzuwandeln.
Akkupack nach Anspruch 16 oder 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (250) dazu ausgebildet ist, den Ladevorgang nur dann zu initiieren, wenn die von dem ersten Energiespeicher (160) bereitgestellte Ausgangsspannung (UE1) einen vorgegebenen Schwellwert überschreitet.
Akkupack nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (250) dazu ausgebildet ist, eine vollständige Aufladung des zweiten Energiespeichers (130) zu erkennen und den Ladevorgang bei vollständig geladenem zweitem Energiespeicher (130) zu beenden.
Akkupack nach einem der Ansprüche 11 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikschaltung (140) dazu ausgebildet ist, die Betriebsparameter und/oder Betriebszustände des Akkupacks (150) zu erkennen, auszuwerten und/oder über eine zugeordnete Schnittstelle (145) bereitzustellen.
Akkupack nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Betriebsparameter zumindest Informationen über eine Temperatur des ersten Energiespeichers (160), eine von diesem bereit gestellte Ausgangsspannung (UE1), eine zugeordnete Speichertechnologie und/oder zur Erkennung einer zur Aufladung erforderlichen Ladevorrichtung (190) umfassen, und dass die Betriebszustände zumindest Informationen über einen Ladezustand des ersten Energiespeichers (160), Zell-Unterbrechungen und/oder Kurzschlüsse im ersten Energiespeicher (160) umfassen.
Akkupack nach einem der Ansprüche 11 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikschaltung (140) dazu ausgebildet ist, einen Ladevorgang zum Aufladen des Akkupacks (150) und/oder einen Entladevorgang im Betrieb des Akkupacks (150) zu unterbrechen, falls ein vorgegebenes Unterbrechungskriterium erfüllt ist.
Elektrogerät (200), das einen Akkupack (150) aufweist, der mit mindestens einem ersten Energiespeicher (160) versehen ist, der mindestens eine Akkumulatorzelle (161) aufweist, wobei der Akkupack (150) mit einer Elektronikschaltung (140) zur Bereitstellung von Betriebsparametern des ersten Energiespeichers (160) versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein zweiter Energiespeicher (130) zur Bereitstellung einer Betriebsspannung (UB) zum Betrieb der Elektronikschaltung (140) vorgesehen ist.