DE102021212124A1 - Exchangeable energy store and method for discharging or charging an exchangeable energy store - Google Patents

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DE102021212124A1
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Christoph Klee
Jacek Wiszniewski
Kamil Pogorzelski
Fabiano D'Aquilio
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Robert Bosch GmbH
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    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0013—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries acting upon several batteries simultaneously or sequentially
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B25—HAND TOOLS; PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS; MANIPULATORS
    • B25F—COMBINATION OR MULTI-PURPOSE TOOLS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; DETAILS OR COMPONENTS OF PORTABLE POWER-DRIVEN TOOLS NOT PARTICULARLY RELATED TO THE OPERATIONS PERFORMED AND NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60L58/00—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles
    • B60L58/10—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries
    • B60L58/18—Methods or circuit arrangements for monitoring or controlling batteries or fuel cells, specially adapted for electric vehicles for monitoring or controlling batteries of two or more battery modules
    • B60L58/19—Switching between serial connection and parallel connection of battery modules

Abstract

Die Erfindung betrifft einen wechselbaren Energiespeicher (10), insbesondere einen Wechselakkupack (12), mit einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen (46), wobei der wechselbare Energiespeicher (10) durch einen elektrischen Verbraucher (20) mit einer Entladespannung (UDischarge) entladbar und durch ein Ladegerät (18) mit einer Ladespannung (UCharge) wiederaufladbar ist. Es wird vorgeschlagen, dass der wechselbare Energiespeicher (10) eine Erfassungseinheit (64), eine Steuer- oder Regeleinheit (54) und eine Schalteinheit (48) aufweist, wobei die Erfassungseinheit (64) derart ausgelegt ist, dass sie die Entladespannung (UDischarge) des elektrischen Verbrauchers (20) oder die Ladespannung (UCharge) des Ladegeräts (18) erfasst und die Steuer- oder Regeleinheit (54) anhand der erfassten Entladespannung (UDischarge) oder Ladespannung (UCharge) die Energiespeicherzellen (46) mittels der Schalteinheit (48) derart seriell und/oder parallel verschaltet, dass eine resultierende Batteriespannung (UBatt) des wechselbaren Energiespeichers (10) im Wesentlichen der Entladespannung (UDischarge) des elektrischen Verbrauchers (20) oder der Ladespannung (UCharge) des Ladegeräts (18) entspricht. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entladen oder Laden des wechselbaren Energiespeichers (10).The invention relates to a replaceable energy store (10), in particular a replaceable battery pack (12), with a plurality of energy storage cells (46), the replaceable energy store (10) being dischargeable by an electrical consumer (20) with a discharge voltage (UDischarge) and by a Charger (18) with a charging voltage (UCharge) is rechargeable. It is proposed that the replaceable energy store (10) has a detection unit (64), a control or regulation unit (54) and a switching unit (48), the detection unit (64) being designed in such a way that the discharge voltage (UDischarge) of the electrical consumer (20) or the charging voltage (UCharge) of the charger (18) and the control or regulating unit (54) uses the detected discharge voltage (UDischarge) or charging voltage (UCharge) to charge the energy storage cells (46) by means of the switching unit (48) connected in series and/or in parallel in such a way that a resulting battery voltage (UBatt) of the exchangeable energy store (10) essentially corresponds to the discharge voltage (UDischarge) of the electrical consumer (20) or the charging voltage (UCharge) of the charger (18). The invention also relates to a method for discharging or charging the exchangeable energy store (10).

Description

Die Erfindung betrifft einen wechselbaren Energiespeicher, insbesondere einen Wechselakkupack, mit einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen, wobei der wechselbare Energiespeicher durch einen elektrischen Verbraucher mit einer Entladespannung entladbar und durch ein Ladegerät mit einer Ladespannung wiederaufladbar ist, sowie ein Verfahren zum Entladen oder Laden eines wechselbaren Energiespeichers nach der Gattung der nebengeordneten Ansprüche.The invention relates to a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, with a plurality of energy storage cells, the replaceable energy store being able to be discharged by an electrical consumer with a discharge voltage and recharged by a charger with a charging voltage, and a method for discharging or charging a replaceable energy store the category of the independent claims.

Stand der TechnikState of the art

Eine Vielzahl elektrischer Verbraucher wird mit vom Bediener werkzeuglos wechselbaren Energiespeichern betrieben, die entsprechend durch einen elektrischen Verbraucher bei dessen Betrieb entladen werden und mittels eines Ladegeräts wiederaufladbar sind. In der Regel bestehen derartige Energiespeicher aus einer Mehrzahl in Reihe oder seriell und/oder parallel verschalteter Energiespeicherzellen zur Erzielung einer geforderten Batteriespannung oder -kapazität. Sind die Energiespeicherzellen beispielsweise als Lithium-Ionen-Zellen (Li-Ion) ausgebildet, so lässt sich mit besonderem Vorteil eine hohe Leistungs- und Energiedichte erzielen.A large number of electrical consumers are operated with energy stores which can be exchanged without tools by the operator, which are accordingly discharged by an electrical consumer during its operation and can be recharged using a charging device. As a rule, such energy stores consist of a plurality of energy storage cells connected in series or in series and/or in parallel in order to achieve a required battery voltage or capacity. If the energy storage cells are in the form of lithium-ion cells (Li-ion), for example, a high power and energy density can be achieved with particular advantage.

In modernen als Wechselakkupacks ausgestalteten wechselbaren Energiespeichern insbesondere für Elektrowerkzeuge wird die Zellspannung der parallel geschalteten Energiespeicherzellen eines so genannten Zell-Clusters beispielsweise durch eine im Wechselakkupack integrierte Steuer- oder Regeleinheit ausgewertet. Unter dem Begriff „Zellspannung“ soll demnach nicht ausschließlich die Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle, sondern auch die eines aus parallel verschalteten Energiespeicherzellen bestehenden Zell-Clusters verstanden werden. Ein derartiges so genanntes Single-Cell-Monitoring (SCM) ist beispielsweise aus der WO 2020043386 A1 bekannt.In modern replaceable energy stores configured as replaceable battery packs, particularly for power tools, the cell voltage of the energy storage cells connected in parallel in a so-called cell cluster is evaluated, for example, by a control or regulating unit integrated in the replaceable battery pack. The term “cell voltage” should therefore not only be understood to mean the voltage of an individual energy storage cell, but also that of a cell cluster consisting of energy storage cells connected in parallel. Such a so-called single-cell monitoring (SCM) is, for example, from WO 2020043386 A1 known.

Damit ein Ladegerät oder ein elektrischer Verbraucher weiß, mit welchem Lade- oder Entladestrom ein Wechselakkupack maximal betrieben werden darf, wird dies in der Regel durch eine elektrische Kodierung, beispielsweise durch im Wechselakkupack integrierte Kodierwiderstände, die vom elektrischen Verbraucher oder vom Ladegerät gemessen und mit einer hinterlegten Tabelle verglichen werden, eine mechanische Kodierung oder eine Kommunikationsschnittstelle mitgeteilt.In order for a charger or an electrical consumer to know the maximum charging or discharging current an exchangeable battery pack may be operated with, this is usually done by electrical coding, for example by coding resistors integrated in the exchangeable battery pack, which are measured by the electrical consumer or the charger and with a stored table are compared, communicated a mechanical coding or a communication interface.

Da viele elektrische Verbraucher aufgrund ihrer verschiedenen Einsatzzwecke sehr unterschiedliche Energieanforderungen haben können, sind mitunter nicht nur ihre Betriebs- bzw. Entladeströme, sondern auch ihre Betriebs- bzw. Entladespannungen sehr unterschiedlich. So gibt es beispielsweise akkubetriebene Elektrowerkzeuge, die mit Entladespannungen von 3,6 V (z.B. kleine Akkuschrauber) bis zu 144 V (z.B. große Abbruchhämmer) versorgt werden. Für diese unterschiedlichen Elektrowerkzeuge müssen jeweils entsprechend geeignet Wechselakkupacks zur Verfügung stehen, da die Batteriespannung eines Wechselakkupacks stets im Wesentlichen der nominellen Entladespannung des elektrischen Verbrauchers entsprechen muss. Dies gilt auch für die nominelle Ladespannung eines Ladegeräts zum Laden des Wechselakkupacks. Unter einer nominellen Entlade- oder Ladespannung soll die zum Betrieb des elektrischen Verbrauchers benötigte oder vom Ladegerät bereitgestellte elektrische Spannung verstanden werden, die jeweils vom Hersteller angegeben wird.Since many electrical loads can have very different energy requirements due to their different uses, sometimes not only their operating or discharge currents but also their operating or discharge voltages are very different. For example, there are battery-operated power tools that are supplied with discharge voltages of 3.6 V (e.g. small cordless screwdrivers) up to 144 V (e.g. large demolition hammers). Appropriately suitable replacement battery packs must be available for these different power tools, since the battery voltage of a replacement battery pack must always essentially correspond to the nominal discharge voltage of the electrical consumer. This also applies to the nominal charging voltage of a charger for charging the exchangeable battery pack. A nominal discharging or charging voltage should be understood to mean the electrical voltage required to operate the electrical consumer or provided by the charging device, which is specified by the manufacturer in each case.

Die WO 2015179318 A1 zeigt ein System bestehend aus einem ersten Elektrowerkzeug mit einer ersten Entladespannung, einem zweiten Elektrowerkzeug mit einer zweiten Entladespannung sowie einem Wechselakkupack, der manuell durch einen Bediener zwischen zwei Batteriespannungen zur wahlweisen Energieversorgung des ersten Elektrowerkzeugs mit der ersten Entladespannung und des zweiten Elektrowerkzeugs mit der zweiten Entladespannung umgeschaltet werden kann.The WO 2015179318 A1 shows a system consisting of a first power tool with a first discharge voltage, a second power tool with a second discharge voltage and a replaceable battery pack that can be switched manually by an operator between two battery voltages for the optional power supply of the first power tool with the first discharge voltage and the second power tool with the second discharge voltage can be switched.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen universellen, wechselbaren Energiespeicher, insbesondere einen Wechselakkupack, bereitzustellen, dessen Batteriespannung sich automatisch an eine Entladespannung eines mit dem wechselbaren Energiespeicher verbundenen, elektrischen Verbrauchers und/oder an eine Ladespannung eines mit dem wechselbaren Energiespeicher verbundenen Ladegeräts anpasst.The object of the invention is to provide a universal, exchangeable energy store, in particular an exchangeable battery pack, whose battery voltage automatically adapts to a discharge voltage of an electrical consumer connected to the exchangeable energy store and/or to a charging voltage of a charger connected to the exchangeable energy store.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the Invention

Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass der wechselbare Energiespeicher eine Erfassungseinheit, eine Steuer- oder Regeleinheit und eine Schalteinheit aufweist, wobei die Erfassungseinheit derart ausgelegt ist, dass sie die Entladespannung des elektrischen Verbrauchers oder die Ladespannung des Ladegeräts erfasst und die Steuer- oder Regeleinheit anhand der erfassten Entladespannung oder Ladespannung die Energiespeicherzellen mittels der Schalteinheit derart seriell und/oder parallel verschaltet, dass eine resultierende Batteriespannung des wechselbaren Energiespeichers im Wesentlichen der Entladespannung des elektrischen Verbrauchers oder der Ladespannung des Ladegeräts entspricht. Mit besonderem Vorteil können dadurch der wechselbare Energiespeicher sowie die unterschiedlichen elektrischen Verbraucher und Ladegeräte unabhängig von den Spannungsanforderungen jeweils die gleiche elektromechanische Schnittstelle aufweisen, was zu einer hohen Kompatibilität und Flexibilität eines entsprechendes Systems mit einer Vielzahl unterschiedlicher Spannungen führt. Zudem ist eine hohe Betriebssicherheit gewährleistet, weil der Bediener die Batteriespannung des wechselbaren Energiespeichers nicht manuell an die Entlade- oder Ladespannung anpassen muss. Im Falle eines Ladegeräts ermöglicht ein Laden mit einer niedrigen Ladespannung überdies eine kompaktere Bauweise des Ladegeräts, da die Sicherheitsabstände zwischen den elektronischen Bauteilen und Leitern, die bei höheren Ladespannungen erforderlich sind, geringer ausfallen können. Zudem erlaubt eine automatische Parallelverschaltung einzelner Energiespeicherzellen eine Balancierung der entsprechenden Energiespeicherzellen analog dem eingangs erwähnten Single-Cell-Monitoring. Auf diese Weise können unterschiedliche Kapazitäten der einzelnen Energiespeicherzellen - beispielsweise hervorgerufen durch unterschiedliche Alterungsprozesse - anhand der erfassten Zellspannungen ausgeglichen werden.In order to achieve the object, it is provided that the replaceable energy store has a detection unit, a control or regulation unit and a switching unit, the detection unit being designed in such a way that it detects the discharge voltage of the electrical consumer or the charging voltage of the charging device and the control or regulation unit based on the detected discharge voltage or charge voltage, the energy storage cells are connected in series and/or in parallel using the switching unit such that a resulting battery voltage of the exchangeable energy storage device essentially corresponds to the discharge voltage of the electrical consumer or the charging voltage of the charger. With particular advantage, the replaceable energy store and the different electrical consumers and chargers can each use the same electrome have chanical interface, which leads to a high compatibility and flexibility of a corresponding system with a variety of different voltages. In addition, a high level of operational reliability is guaranteed because the operator does not have to manually adjust the battery voltage of the exchangeable energy storage device to the discharge or charge voltage. In addition, in the case of a charger, charging with a low charging voltage allows for a more compact design of the charger since the safety distances between the electronic components and conductors, which are required at higher charging voltages, can be reduced. In addition, an automatic parallel connection of individual energy storage cells allows the corresponding energy storage cells to be balanced analogously to the single-cell monitoring mentioned at the outset. In this way, different capacities of the individual energy storage cells—caused, for example, by different aging processes—can be compensated for using the cell voltages recorded.

Die Erfindung betrifft überdies ein Verfahren zum Entladen oder Laden eines wechselbaren Energiespeichers, insbesondere eines Wechselakkupacks, mit zumindest den folgenden Schritten:

  • • verbinden des wechselbaren Energiespeichers mit einem elektrischen Verbraucher oder Ladegerät,
  • • erfassen einer Entladespannung des elektrischen Verbrauchers oder einer Ladespannung des Ladegeräts durch den wechselbaren Energiespeicher,
  • • automatisches serielles und/oder paralleles Verschalten einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen des wechselbaren Energiespeicher anhand der erfassten Entladespannung oder Ladespannung derart, dass eine resultierende Batteriespannung des wechselbaren Energiespeichers im Wesentlichen der Entladespannung des elektrischen Verbrauchers oder der Ladespannung des Ladegeräts entspricht.
The invention also relates to a method for discharging or charging a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, with at least the following steps:
  • • connect the exchangeable energy storage with an electrical consumer or charger,
  • • detecting a discharge voltage of the electrical consumer or a charging voltage of the charger through the exchangeable energy store,
  • • Automatic serial and / or parallel connection of a plurality of energy storage cells of the replaceable energy store based on the detected discharge voltage or charging voltage such that a resulting battery voltage of the replaceable energy store essentially corresponds to the discharge voltage of the electrical consumer or the charging voltage of the charger.

Unter „im Wesentlichen entsprechen“ soll insbesondere verstanden werden, dass die üblichen, dem Fachmann bekannten Toleranzen anzunehmen sind. Im Spannungs- und Strombereich können beispielsweise Toleranzen von einigen Prozentpunkten durchaus üblich sein.“Substantially correspond” is to be understood in particular as meaning that the usual tolerances known to those skilled in the art are to be assumed. In the voltage and current range, for example, tolerances of a few percentage points can be quite common.

Die elektromechanischen Schnittstellen des Wechselakkupacks und des elektrischen Verbrauchers oder des Ladegeräts sind derart ausgestaltet, dass sie ein werkzeugloses Verbinden und Lösen zwischen Wechselakkupack und elektrischem Verbraucher oder Ladegerät ermöglichen. Dabei ist jeweils ein erster der elektrischen Kontakte der Schnittstellen als ein mit einem ersten Bezugspotential, vorzugsweise einem Versorgungspotential, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt und jeweils ein zweiter der elektrischen Kontakte der Schnittstellen als ein mit einem zweiten Bezugspotential, vorzugsweise einem Massepotential, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt ausgebildet. Unter einem „werkzeuglosen Verbinden und Lösen“ soll insbesondere ein Verbinden und Lösen durch den Bediener von Hand, also ohne weitere Hilfsmittel, verstanden werden.The electromechanical interfaces of the exchangeable battery pack and the electrical load or the charger are designed in such a way that they enable tool-free connection and disconnection between the exchangeable battery pack and the electrical load or charger. A first of the electrical contacts of the interfaces is designed as a power supply contact that can be charged with a first reference potential, preferably a supply potential, and a second of the electrical contacts of the interfaces is designed as a power supply contact that can be charged with a second reference potential, preferably a ground potential. A "tool-free connection and disconnection" is to be understood in particular as connection and disconnection by the operator by hand, ie without additional aids.

Als elektrische Verbraucher im Kontext der Erfindung sind beispielweise mit einem wechselbaren Energiespeicher, insbesondere einem Wechselakkupack, betriebene Elektrowerkzeuge zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs zu verstehen. Dabei kann das Elektrowerkzeug sowohl als Elektrohandwerkzeug als auch als stationäre Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Elektrowerkzeuge sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Bohrhämmer, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Poliermaschinen, Kreis-, Tisch-, Kapp- und Stichsägen oder dergleichen. Als elektrische Verbraucher kommen aber auch mit einem wechselbaren Energiespeicher, insbesondere einem Wechselakkupack, betriebene Messgeräte, wie Entfernungsmesser, Lasernivelliergeräte, Wallscanner, etc. sowie Garten- und Baugeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Roboter-Breaker und -Bagger oder dergleichen und Haushaltgeräte, wie Staubsauger, Mixer, etc. in Frage. Ebenso ist die Erfindung auf elektrische Verbraucher anwendbar, die zur Erzielung einer hohen Laufzeit und/oder Leistungsfähigkeit gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Wechselakkupacks versorgbar sind.Electrical consumers in the context of the invention are to be understood, for example, as power tools operated with a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, for machining workpieces using an electrically driven insert tool. The power tool can be designed both as a hand-held power tool and as a stationary power tool. Typical power tools in this context are handheld or stationary drills, screwdrivers, percussion drills, hammer drills, planes, angle grinders, orbital sanders, polishing machines, circular saws, table saws, chop saws and jigsaws or the like. Measuring devices operated with a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, such as range finders, laser leveling devices, wall scanners, etc., as well as garden and construction equipment such as lawn mowers, lawn trimmers, pruning saws, motor and trench cutters, robot breakers and excavators also come as electrical consumers or the like and household appliances such as vacuum cleaners, blenders, etc. in question. The invention can also be applied to electrical loads that can be supplied simultaneously with a plurality of exchangeable battery packs in order to achieve a long service life and/or high performance.

Die Batteriespannung eines wechselbaren Energiespeichers ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle und ergibt sich aus der Verschaltung (parallel und/oder seriell) der einzelnen Energiespeicherzellen. Eine Energiespeicherzelle ist typischerweise als eine galvanische Zelle ausgebildet, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an einem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommt. Insbesondere weist die Energiespeicherzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen als lithiumbasierte Energiespeicherzellen, z.B. Li-Ion, Li-Po, Li-Metall oder dergleichen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch für Energiespeicher mit Ni-Cd-, Ni-MH-Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar. Bei gängigen Li-lon-Energiespeicherzellen mit einer Zellspannung von 3,6 V ergeben sich beispielhaft Batteriespannungen von 3,6 V, 7,2 V, 10,8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 72 V, etc. Bevorzugt ist eine Energiespeicherzelle als zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Art und Bauform der verwendeten Energiespeicherzellen abhängig, sondern kann auf beliebige Energiespeicher und Energiespeicherzellen, z.B. neben Rundzellen auch Pouchzellen oder dergleichen, angewendet werden.The battery voltage of a replaceable energy store is usually a multiple of the voltage of an individual energy storage cell and results from the interconnection (in parallel and/or in series) of the individual energy storage cells. An energy storage cell is typically configured as a galvanic cell having a configuration in which one cell pole is at one end and another cell pole is at an opposite end. In particular, the energy storage cell has a positive cell pole at one end and a negative cell pole at an opposite end. The energy storage cells are preferably designed as lithium-based energy storage cells, eg Li-Ion, Li-Po, Li-Metal or the like. However, the invention can also be used for energy stores with Ni-Cd, Ni-MH cells or other suitable cell types. In the case of common Li-ion energy storage cells with a cell voltage of 3.6 V, battery voltages result, for example Gen of 3.6 V, 7.2 V, 10.8 V, 14.4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 72 V, etc. An energy storage cell is preferably designed as at least substantially cylindrical round cell, wherein the Cell poles are arranged at ends of the cylinder shape. However, the invention is not dependent on the type and design of the energy storage cells used, but can be applied to any energy storage and energy storage cells, for example pouch cells or the like in addition to round cells.

Die Steuer- oder Regeleinheit des wechselbaren Energiespeichers kann als ein integrierter Schaltkreis in Form eines Mikroprozessors, ASICs, DSPs oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso ist aber auch denkbar, dass die Steuer- oder Regeleinheit aus mehreren Mikroprozessoren oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen mit entsprechender Transistorlogik besteht. Zudem kann die Steuer- oder Regeleinheit einen Speicher zur Speicherung zumindest eines Betriebsparameters des Wechselakkupacks, wie beispielsweise der Batteriespannung UBatt, der Zellspannungen UCell, des Lade- oder Entladestroms I, eines Stromintegrals, einer Temperatur T oder dergleichen aufweisen.The control or regulation unit of the exchangeable energy store can be designed as an integrated circuit in the form of a microprocessor, ASIC, DSP or the like. However, it is also conceivable that the control or regulation unit consists of a plurality of microprocessors or at least partially of discrete components with appropriate transistor logic. In addition, the control or regulation unit can have a memory for storing at least one operating parameter of the replaceable battery pack, such as the battery voltage U Batt , the cell voltages U Cell , the charging or discharging current I, a current integral, a temperature T or the like.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Erfassungseinheit eine Kommunikationsschnittstelle umfasst zum Austausch einer Information über die Entladespannung mit einer Kommunikationsschnittstelle des elektrischen Verbrauchers und/oder über die Ladespannung mit einer Kommunikationsschnittstelle des Ladegeräts. Dabei können die Kommunikationsschnittstellen die Information analog oder digital austauschen. Ebenso, wie die Steuer- oder Regeleinheit kann die Erfassungseinheit oder die Kommunikationsschnittstelle als ein Mikroprozessor oder dergleichen ausgebildet sein. Auch können die Regel- oder Steuereinheit, die Erfassungseinheit und/oder die Kommunikationsschnittstelle als ein einzelner integrierter Schaltkreis (IC) ausgestaltet sein. Zur kabellosen oder kontaktbehafteten Übertragung der Information über die Entladespannung oder Ladespannung sowie ggf. weiterer Betriebsparameter umfasst die Kommunikationsschnittstelle alle hierfür erforderlichen nachrichtentechnischen Mittel, wie z.B. Modulator, Demodulator, Antennen, etc. Im Falle einer kabellosen Übertragung kommen insbesondere Standards wie WiFi, Bluetooth, NFC, Zigbee oder dergleichen in Frage. Eine entsprechende kabellose Kommunikationsschnittstelle kann mit Vorteil auch für andere Zwecke, wie beispielsweise ein Auslesen oder Steuern per auf einem externem Gerät (Smartphone, Smart Watch, Tablet, Notebook, etc.) installierter App oder Sotware, genutzt werden. Die kontaktbehaftete Übertragung kann über entsprechende elektrische Kontakte der elektromechanischen Schnittstellen erfolgen. Beispielsweise ist eine Powerline Communication über den ersten und/oder den zweiten Energieversorgungskontakt denkbar. Ebenso kann auch zumindest ein weiterer als Signal- oder Datenkontakt ausgebildeter Kontakt der elektromechanischen Schnittstellen vorgesehen sein. Mit besonderem Vorteil kann die kontaktbehaftete Übertragung bereits vorhandene elektrische Kontakte der elektromechanischen Schnittstellen zur Signal- oder Datenübertragung nutzen, so dass diesbezüglich kein zusätzlicher Hardwareaufwand erforderlich ist.In a development of the invention, it is provided that the detection unit includes a communication interface for exchanging information about the discharge voltage with a communication interface of the electrical consumer and/or about the charging voltage with a communication interface of the charging device. The communication interfaces can exchange the information analogously or digitally. Just like the control or regulation unit, the detection unit or the communication interface can be designed as a microprocessor or the like. The regulation or control unit, the detection unit and/or the communication interface can also be designed as a single integrated circuit (IC). For wireless or contact-based transmission of the information about the discharge voltage or charging voltage and, if applicable, other operating parameters, the communication interface includes all the communications technology required for this, such as e.g. modulator, demodulator, antennas, etc. In the case of wireless transmission, standards such as WiFi, Bluetooth, NFC are used in particular , Zigbee or the like in question. A corresponding wireless communication interface can advantageously also be used for other purposes, such as reading out or controlling via an app or software installed on an external device (smartphone, smart watch, tablet, notebook, etc.). The contact-based transmission can take place via corresponding electrical contacts of the electromechanical interfaces. For example, power line communication via the first and/or the second power supply contact is conceivable. Likewise, at least one further contact, designed as a signal or data contact, of the electromechanical interfaces can also be provided. With particular advantage, the contact-based transmission can use existing electrical contacts of the electromechanical interfaces for signal or data transmission, so that no additional hardware is required in this regard.

Alternativ oder ergänzend kann die Erfassungseinheit die Entladespannung oder Ladespannung auch mittels einer elektrischen und/oder mechanischen Kodierung der elektromechanischen Schnittstelle des elektrischen Verbrauchers oder des Ladegeräts erfassen. Eine mechanische Kodierung ist beispielswiese in Form von Vorsprüngen oder Vertiefungen in der elektromechanischen Schnittstelle des elektrischen Verbrauchers oder Ladegeräts denkbar, die über Schaltmittel, optische Sensoren oder dergleichen der elektromechanischen Schnittstelle des wechselbaren Energiespeichers ausgelesen werden kann. Eine elektrische Kodierung kann insbesondere über Kodierwiderstände im elektrischen Verbraucher oder Ladegerät realisiert sein, deren Widerstandswerte mittels der oben beschriebenen kontaktbehafteten Übertragung von der Steuer- oder Regeleinheit des wechselbaren Energiespeichers auslesbar sind. Die Steuer- oder Regeleinheit des wechselbaren Energiespeichers kann dann anhand der empfangenen Werte, beispielsweise über eine im Speicher hinterlegten Look-Up-Tabelle, die Entladespannung oder Ladespannung bestimmen.Alternatively or in addition, the detection unit can also detect the discharge voltage or charging voltage by means of an electrical and/or mechanical coding of the electromechanical interface of the electrical load or the charging device. Mechanical coding is conceivable, for example, in the form of projections or depressions in the electromechanical interface of the electrical consumer or charger, which can be read out via switching means, optical sensors or the like of the electromechanical interface of the exchangeable energy store. Electrical coding can be implemented in particular via coding resistors in the electrical load or charging device, the resistance values of which can be read out by the control or regulating unit of the exchangeable energy store using the contact-type transmission described above. The control or regulating unit of the replaceable energy store can then use the received values, for example using a look-up table stored in the memory, to determine the discharge voltage or charge voltage.

Um die Batteriespannung des wechselbaren Energiespeichers an die erfasste Entladespannung des elektrischen Verbraucher oder die Ladespannung des Ladegeräts automatisch und schnell anpassen zu können, umfasst die Schalteinheit zur Erzeugung einer Mehrzahl n von unterschiedlichen Batteriespannungen zumindest n - 1 erste elektronische Schaltelemente zur seriellen und zumindest 2 · n - 2 zweite elektronische Schaltelemente zur parallelen Verschaltung der n Energiespeicherzellen. Die ersten und zweiten elektronischen Schaltelemente können beispielsweise als MOSFET, IGBT, Bipolar-Transistoren, Relais oder dergleichen ausgebildet sein. Es sei angemerkt, dass auch ein fest aus diversen parallel und/oder seriell verschalteten Energiespeicherzellen bestehendes Zell-Cluster als eine Energiespeicherzelle im Sinne der Erfindung verstanden werden soll.In order to be able to automatically and quickly adapt the battery voltage of the exchangeable energy store to the detected discharge voltage of the electrical consumer or the charging voltage of the charger, the switching unit for generating a plurality n of different battery voltages comprises at least n - 1 first electronic switching elements for serial and at least 2 n - 2 second electronic switching elements for parallel connection of the n energy storage cells. The first and second electronic switching elements can be in the form of MOSFETs, IGBTs, bipolar transistors, relays or the like, for example. It should be noted that a cell cluster consisting of various energy storage cells connected in parallel and/or in series should also be understood as an energy storage cell within the meaning of the invention.

In einer weiteren Ausführungsform ist zur Erhöhung der Betriebssicherheit vorgesehen, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Batteriespannung vor dem Verbinden mit und/oder nach dem Trennen von dem elektrischen Verbraucher oder dem Ladegerät auf eine Initialbatteriespannung setzt. Alternativ oder ergänzend kann zudem vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit die Batteriespannung bei einer Unterbrechung der Kommunikation über die Kommunikationsschnittstellen auf die Initialbatteriespannung setzt. Dabei entspricht die Initialbatteriespannung einer minimalen Entladespannung aller mit dem wechselbaren Energiespeicher verbindbaren elektrischen Verbraucher, insbesondere einer minimalen Spannung zur Sicherstellung einer Kommunikation zwischen dem Wechselakkupack und dem elektrischen Verbraucher oder dem Ladegerät.In a further embodiment, in order to increase the operational safety, it is provided that the control or regulation unit measures the battery voltage before connecting to and/or after disconnecting from the electrical load or the charger device sets to an initial battery voltage. Alternatively or additionally, it can also be provided that the control or regulation unit sets the battery voltage to the initial battery voltage when communication via the communication interfaces is interrupted. The initial battery voltage corresponds to a minimum discharge voltage of all electrical consumers that can be connected to the exchangeable energy store, in particular a minimum voltage to ensure communication between the exchangeable battery pack and the electrical consumer or the charger.

Ausführungsbeispieleexemplary embodiments

Figurenlistecharacter list

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 7 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.The invention is based on the 1 until 7 explained by way of example, with the same reference symbols in the figures indicating the same components with the same functionality.

Es zeigen

  • 1: einen wechselbaren Energiespeicher, der mittels unterschiedlicher elektrischer Verbraucher entladen und mittels eines Ladegeräts geladen werden kann, in einer schematischen Darstellung,
  • 2: ein Blockschaltbild eines mit einem elektrischen Verbraucher oder Ladegerät verbundenen wechselbaren Energiespeichers in einer ersten Ausführungsform,
  • 3: ein vereinfachtes Blockschaltbild einer Schalteinheit des wechselbaren Energiespeichers in einer ersten Schaltvariante,
  • 4: ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schalteinheit des wechselbaren Energiespeichers in einer zweiten Schaltvariante,
  • 5: ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schalteinheit des wechselbaren Energiespeichers in einer dritten Schaltvariante,
  • 6: ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schalteinheit des wechselbaren Energiespeichers in einer vierten Schaltvariante und
  • 7: ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schalteinheit des wechselbaren Energiespeichers in einer fünften Schaltvariante.
Show it
  • 1 : a removable energy storage device that can be discharged using different electrical consumers and charged using a charger, in a schematic representation,
  • 2 : a block diagram of a replaceable energy store connected to an electrical consumer or charger in a first embodiment,
  • 3 : a simplified block diagram of a switching unit of the exchangeable energy store in a first switching variant,
  • 4 : a simplified block diagram of the switching unit of the exchangeable energy storage device in a second switching variant,
  • 5 : a simplified block diagram of the switching unit of the exchangeable energy storage device in a third switching variant,
  • 6 : a simplified block diagram of the switching unit of the exchangeable energy store in a fourth switching variant and
  • 7 : a simplified block diagram of the switching unit of the exchangeable energy store in a fifth switching variant.

Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the exemplary embodiments

1 zeigt einen wechselbaren Energiespeicher 10 in Form eines wiederaufladbaren Wechselakkupacks 12 mit einer, eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 14 aufweisenden elektromechanischen Schnittstelle 16. Der Wechselakkupack 12 kann mittels eines Ladegeräts 18 geladen und durch diverse elektrische Verbraucher 20 entladen werden. Dazu müssen das Ladegerät 18 und die elektrischen Verbraucher 20 jeweils eine weitere, eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 14 aufweisende elektromechanische Schnittstelle 22 aufweisen, die zu der elektromechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupacks 12 sowohl elektrisch als auch mechanisch kompatibel ist. 1 soll veranschaulichen, dass die Erfindung für verschiedenste elektrische Verbraucher 20 geeignet ist. So sind exemplarisch ein Akkustaubsauger 24, ein Akkuschlagschrauber 26 und ein Akkurasentrimmer 28 gezeigt. Im Kontext der Erfindung können jedoch verschiedenste Elektrowerkzeuge, Messgeräte, Gartengerät, Baugeräte, Haushaltsgeräte, Unterhaltungsgeräte oder vergleichbare, mit einem wechselbaren Energiespeicher 10 betreibbare elektrische Verbraucher 20 in Frage kommen.. 1 shows an exchangeable energy store 10 in the form of a rechargeable exchangeable battery pack 12 with an electromechanical interface 16 having a plurality of electrical contacts 14. The exchangeable battery pack 12 can be charged using a charger 18 and discharged by various electrical consumers 20. For this purpose, the charging device 18 and the electrical loads 20 must each have a further electromechanical interface 22 having a plurality of electrical contacts 14 which is both electrically and mechanically compatible with the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 . 1 is intended to illustrate that the invention is suitable for a wide variety of electrical loads 20 . A cordless vacuum cleaner 24, a cordless impact wrench 26 and a cordless lawn trimmer 28 are shown as examples. In the context of the invention, however, a wide variety of power tools, measuring devices, gardening equipment, construction equipment, household appliances, entertainment devices or comparable electrical consumers 20 that can be operated with a replaceable energy store 10 can come into question.

Der Wechselakkupack 12 umfasst ein Gehäuse 30, das an einer Seitenwand oder an seiner Oberseite 32 die elektromechanische Schnittstelle 16 zur werkzeuglos lösbaren Verbindung mit der dazu kompatiblen, weiteren elektromechanischen Schnittstelle 22 des Ladegeräts 18 oder der elektrischen Verbraucher 20 aufweist. In Verbindung mit dem elektrischen Verbraucher 20 dienen die elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 primär dem Entladen des Wechselakkupacks 12 mit einer Entladespannung UDischarge, während sie in Verbindung mit dem Ladegerät 18 dem Aufladen des Wechselakkupacks 10 mit einer Ladespannung UCharge dienen. Die genaue Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise diverser Herstellerspezifikationen der elektrischen Verbraucher 20, des Ladegeräts 18 und des Wechselakkupacks 12. So können z.B. zwei oder mehr elektrische Kontakte 14 zur Energie- und/oder Datenübertragung zwischen dem Wechselakkupack 12 und dem Ladegerät 18 oder dem elektrischen Verbraucher 20 vorgesehen sein. Auch ist eine mechanische Kodierung denkbar, so dass der Wechselakkupack 12 nur mit bestimmten elektrischen Verbrauchern 20 und Ladegeräten 18 koppelbar ist.The exchangeable battery pack 12 comprises a housing 30 which has the electromechanical interface 16 on a side wall or on its upper side 32 for the tool-free, detachable connection to the compatible, further electromechanical interface 22 of the charging device 18 or of the electrical consumers 20 . In conjunction with the electrical consumer 20, the electromechanical interfaces 16, 22 are primarily used to discharge the removable battery pack 12 with a discharge voltage U Discharge , while in conjunction with the charger 18 they are used to charge the removable battery pack 10 with a charging voltage U Charge . The exact design of the electromechanical interfaces 16, 22 depends on various factors, such as various manufacturer specifications of the electrical consumers 20, the charger 18 and the removable battery pack 12. For example, two or more electrical contacts 14 for energy and / or data transmission between the Removable battery pack 12 and the charger 18 or the electrical load 20 may be provided. A mechanical coding is also conceivable, so that the replaceable battery pack 12 can only be coupled to specific electrical loads 20 and charging devices 18 .

Häufig hängt die Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 auch von der nominellen Entladespannung UDischarge des elektrischen Verbrauchers 20, der nominellen Ladespannung UCharge des Ladegeräts 18 und der Batteriespannung UBatt des Wechselakkupacks 12 ab. So sind beispielsweise die elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 von Wechselakkupacks 16 mit einer Batteriespannung UBatt von 36 V und elektrischen Verbrauchern 20 mit einer nominellen Entladespannung UDischarge von 18 V zueiender inkompatibel, um Defekte und Brände infolge von Überspannungen zu vermeiden. Umgekehrt kann eine zu geringe Batteriespannung UBatt zu einer zu geringen umsetzbaren Leistung im elektrischen Verbraucher 20 führen, so dass damit dann beispielsweise gar keine oder zumindest keine effektive Bearbeitung eines Werkstücks möglich ist. Ein reziprokes Verhältnis mit denselben Auswirkungen gilt zwischen den Wechselakkupacks 12 und entsprechend unterschiedlichen Ladegeräten 18. Um jedoch die Variantenvielfalt für den Hersteller auf der einen Seite und den Kunden oder Bediener auf der anderen Seite zu minimieren, ist vorgesehen, dass der Wechselakkupack 12 in Abhängigkeit von der erforderlichen Entladespannung UDischarge oder Ladespannung UCharge mit einer Mehrzahl n unterschiedlicher Batteriespannungen UBatt betreibbar ist. Somit können die Wechselakkupacks 12, die elektrischen Verbraucher 20 sowie die Ladegeräte 18 eines entsprechenden Systems trotz unterschiedlicher Spannungen mit den gleichen elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 ausgestattet werden, was einerseits die Herstellungskosten für den Hersteller reduziert und andererseits die Flexibilität sowie die Sicherheit für den Kunden oder Bediener erhöht.The configuration of the electromechanical interfaces 16, 22 often also depends on the nominal discharge voltage U Discharge of the electrical consumer 20, the nominal charging voltage U Charge of the charger 18 and the battery voltage U Batt of the exchangeable battery pack 12. For example, the electromechanical interfaces 16, 22 of exchangeable battery packs 16 with a battery voltage U Batt of 36 V and electrical consumers 20 with a nominal discharge voltage U Discharge of 18 V are mutually incompatible in order to avoid defects and fires as a result of overvoltages. Conversely, if the battery voltage U Batt is too low, low convertible power lead in the electrical consumer 20, so that then, for example, no or at least no effective processing of a workpiece is possible. A reciprocal relationship with the same effects applies between the exchangeable battery packs 12 and correspondingly different chargers 18. However, in order to minimize the variety of variants for the manufacturer on the one hand and the customer or operator on the other hand, it is provided that the exchangeable battery pack 12 depends on the required discharge voltage U Discharge or charging voltage U Charge can be operated with a plurality of n different battery voltages U Batt . This means that the replaceable battery packs 12, the electrical consumers 20 and the charging devices 18 of a corresponding system can be equipped with the same electromechanical interfaces 16, 22 despite different voltages, which on the one hand reduces the manufacturing costs for the manufacturer and on the other hand increases flexibility and safety for the customer or operator increased.

Der Wechselakkupack 12 verfügt über eine mechanische Arretiervorrichtung 36 zur Arretierung der form- und/oder kraftschlüssig lösbaren Verbindung der elektromechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupack 12 an der entsprechenden Gegenschnittstelle 22 des elektrischen Verbrauchers 20. Dabei ist die Arretiervorrichtung 36 als ein gefederter Drücker 38 ausgebildet, der mit einem Arretierglied 40 des Wechselakkupacks 12 wirkverbunden ist. Aufgrund der Federung des Drückers 38 und/oder des Arretierglieds 40 rastet die Arretiervorrichtung 36 beim Einschieben des Wechselakkupacks 12 in die Gegenschnittstelle 22 elektrischen Verbrauchers 20 automatisch ein. Drückt der Bediener den Drücker 38 in Einschubrichtung, wird die Arretierung gelöst und der Bediener kann den Wechselakkupack 12 entgegen der Einschubrichtung aus dem elektrischen Verbraucher 20 entnehmen oder ausschieben.The replaceable battery pack 12 has a mechanical locking device 36 for locking the positively and/or non-positively releasable connection of the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 to the corresponding mating interface 22 of the electrical load 20. The locking device 36 is designed as a spring-loaded pusher 38, which is operatively connected to a locking member 40 of the removable battery pack 12. Due to the springiness of the pusher 38 and/or the locking member 40, the locking device 36 automatically engages when the replaceable battery pack 12 is inserted into the mating interface 22 of the electrical load 20. If the operator presses the button 38 in the direction of insertion, the lock is released and the operator can remove or push out the replaceable battery pack 12 from the electrical consumer 20 in the opposite direction to the direction of insertion.

In 2 ist ein Blockschaltbild bestehend aus dem als wiederaufladbaren Wechselakkupack 12 ausgebildeten wechselbaren Energiespeicher 10 auf der linken Seite und einem Ladegerät 18 oder einem elektrischen Verbraucher 20 auf der rechten Seite dargestellt. Die elektromechanischen Schnittstellen 16 und 22 sind jeweils mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte 14 versehen, wobei ein erster der elektrischen Kontakte 14 als ein mit einem ersten Bezugspotential V1, vorzugsweise einem Versorgungspotential V+, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 42 und ein zweiter der elektrischen Kontakte 14 als ein mit einem zweiten Bezugspotential V2, vorzugsweise einem Massepotential GND, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 44 dient. Über den ersten und den zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44 kann der Wechselakkupack 12 einerseits durch den elektrischen Verbraucher 20 mit einem Entladestrom IDischarge entladen und anderseits durch das Ladegerät 18 mit einem Ladestrom ICharge geladen werden. Die Stromstärken von Ladestrom ICharge und Entladestrom IDischarge können sich signifikant voneinander unterscheiden. So kann der Entladestrom IDischarge bei entsprechend ausgelegten elektrischen Verbrauchern 20 bis zu 10 Mal höher sein als der Ladestrom ICharge des Ladegeräts 18. Der Begriff „beaufschlagbar“ soll verdeutlichen, dass die Potentiale V, und GND nicht dauerhaft an den Energieversorgungskontakten 42, 44 anliegen, sondern erst nach Verbindung der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 des zumindest teilgeladenen Wechselakkupacks 12 und des elektrischen Verbrauchers 20. Entsprechendes gilt für einen entladenen Wechselakkupack 12 nach Verbindung mit dem Ladegerät 18.In 2 is a block diagram consisting of the designed as a rechargeable exchangeable battery pack 12 replaceable energy storage device 10 on the left and a charger 18 or an electrical consumer 20 on the right side. The electromechanical interfaces 16 and 22 are each provided with a plurality of electrical contacts 14, with a first of the electrical contacts 14 as an energy supply contact 42 that can be charged with a first reference potential V 1 , preferably a supply potential V + , and a second of the electrical contacts 14 as a power supply contact 44 that can be charged with a second reference potential V 2 , preferably a ground potential GND. About the first and the second energy supply contact 42, 44, the removable battery pack 12 can be discharged on the one hand by the electrical load 20 with a discharge current I Discharge and on the other hand charged by the charger 18 with a charging current I Charge . The current strengths of charging current I Charge and discharging current I Discharge can differ significantly from one another. For example, the discharge current I Discharge can be up to 10 times higher than the charging current I Charge of the charger 18 with appropriately designed electrical consumers applied, but only after the connection of the electromechanical interfaces 16, 22 of the at least partially charged replaceable battery pack 12 and the electrical load 20. The same applies to a discharged replaceable battery pack 12 after connection to the charger 18.

Der Wechselakkupack 12 weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 46 auf, die zur Erzielung einer bestimmten Batteriespannung UBatt mittels einer Schalteinheit 48 beliebig seriell oder in Reihe und/oder parallel verschaltbar sind. Wie bereits eingangs erwähnt, kann eine Energiespeicherzelle 46 auch als ein aus mehreren seriell und/oder parallel fest verbundenen Energiespeicherzellen 46 bestehendes Zell-Cluster interpretiert werden. Somit ist es mittels der Schalteinheit 48 ebenso möglich, zur Erzielung einer bestimmten Batteriespannung UBatt die einzelnen Zell-Cluster beliebig seriell und/oder parallel zu verschalten. Im Folgenden sollen daher derartige Zell-Cluster im Sinne der Erfindung auch als Energiespeicherzellen 46 verstanden werden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel mit n = 5 aufgeladenen Li-lon-Energiespeicherzellen 46, die jeweils eine Zellspannung UCell von 3,6 V aufweisen, kann somit eine Batteriespannung UBatt = V1 - V2 von 3,6 V bis 5 - 3,6 V = 18 V erzeugt werden, die über die Energieversorgungskontakte 42, 44 abfällt. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Art, Bauform, Spannung, Stromlieferfähigkeit, etc. der verwendeten Energiespeicherzellen 46 abhängig, sondern kann auf beliebige Wechselakkupacks 12 und Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster angewendet werden.The exchangeable battery pack 12 has a plurality of energy storage cells 46 which can be connected in any desired manner in series or in series and/or in parallel by means of a switching unit 48 in order to achieve a specific battery voltage U Batt . As already mentioned at the outset, an energy storage cell 46 can also be interpreted as a cell cluster consisting of a plurality of energy storage cells 46 permanently connected in series and/or in parallel. It is thus also possible by means of the switching unit 48 to connect the individual cell clusters in any desired series and/or in parallel in order to achieve a specific battery voltage U Batt . In the following, therefore, such cell clusters within the meaning of the invention should also be understood as energy storage cells 46 . In the present exemplary embodiment with n=5 charged Li-ion energy storage cells 46, each of which has a cell voltage U Cell of 3.6 V, a battery voltage U Batt =V 1 - V 2 of 3.6 V to 5 - 3, 6 V = 18 V are generated, which drops across the power supply contacts 42,44. However, the invention is not dependent on the type, design, voltage, current delivery capability, etc. of the energy storage cells 46 used, but can be applied to any exchangeable battery pack 12 and energy storage cells 46 or cell cluster.

Zur Erzeugung der n = 5 unterschiedlichen Batteriespannungen UBatt umfasst die Schalteinheit 48 n - 1 = 4 erste elektronische Schaltelemente 50 zur seriellen und insgesamt 2 · (n - 1) = 8 zweite elektronische Schaltelemente 52 zur parallelen Verschaltung der n = 5 Energiespeicherzellen 46. Dabei dienen die ersten elektronischen Schaltelemente 50 zur seriellen Verschaltung der Energiespeicherzellen 46 jeweils zur Verbindung des negativen Pols einer Energiespeicherzelle 46 mit dem positiven Pol einer weiteren Energiespeicherzelle 46, während eine erste Hälfte der zweiten elektronischen Schaltelemente 52 zur parallelen Verschaltung der Energiespeicherzellen 46 nur die positiven Pole und eine zweite Hälfte nur die negativen Pole der einzelnen Energiespeicherzellen 46 verbindet.To generate the n = 5 different battery voltages U Batt , the switching unit 48 comprises n - 1 = 4 first electronic switching elements 50 for serial and a total of 2 (n - 1) = 8 second electronic switching elements 52 for parallel connection of the n = 5 energy storage cells 46. The first electronic switching elements 50 are used to connect the energy storage cells 46 in series, each connecting the negative pole of one energy storage cell 46 to the positive pole of another energy storage cell 46, while a first half of the second electronic switching elements 52 is used to connect the energy in parallel storage cells 46 connects only the positive poles and a second half connects only the negative poles of the individual energy storage cells 46.

Eine Steuer- oder Regeleinheit 54 des Wechselakkupacks 12 schaltet die ersten und zweiten elektronischen Schaltelemente 50, 52 der Schalteinheit 48 nun derart an oder aus, dass sich die einzelnen Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster beliebig in Reihe und/oder parallel verschalten lassen. Ebenso ist es möglich, dass die Steuer- oder Regeleinheit 54 einzelne Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster, beispielsweise bei einem detektierten Defekt oder zum sequenziellen Entladen oder Aufladen, dauerhaft oder zeitweise deaktiviert. Dies soll anhand der nachfolgenden 3 bis 7 weiter verdeutlich werden.A control or regulating unit 54 of the exchangeable battery pack 12 now switches the first and second electronic switching elements 50, 52 of the switching unit 48 on or off in such a way that the individual energy storage cells 46 or cell clusters can be connected in series and/or in parallel as desired. It is also possible for the control or regulation unit 54 to permanently or temporarily deactivate individual energy storage cells 46 or cell clusters, for example when a defect is detected or for sequential discharging or charging. This should be based on the following 3 until 7 be further clarified.

Die ersten und zweiten elektronischen Schaltelemente 50, 52 können beispielsweise als MOSFET, IGBT, Bipolar-Transistoren, Relais oder dergleichen ausgebildet sein. Zur Vermeidung eines Kurzschlusses dürfen niemals ein erstes elektronisches Schaltelement 50 und ein dazu parallel geschaltetes zweites Schaltelement 52 gleichzeitig geschlossen bzw. angeschaltet sein. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Steuer- oder Regeleinheit 54 die ersten und die zweiten Schaltelemente 50, 52 jeweils mit einer Totzeit von einigen Millisekunden schließt, nachdem sie die jeweils dazu parallel geschalteten ersten oder zweiten elektronischen Schaltelemente 50, 52 geöffnet hat.The first and second electronic switching elements 50, 52 can be designed, for example, as MOSFETs, IGBTs, bipolar transistors, relays or the like. To avoid a short circuit, a first electronic switching element 50 and a second switching element 52 connected in parallel with it must never be closed or switched on at the same time. For this reason it is advantageous if the control or regulating unit 54 closes the first and the second switching elements 50, 52 each with a dead time of a few milliseconds after it has opened the first or second electronic switching elements 50, 52 connected in parallel thereto.

Um die einzelnen, in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster des Wechselakkupacks 12 überwachen zu können, ist eine SCM-Vorstufe 56 (Single-Cell-Monitoring) vorgesehen. Die SCM-Vorstufe 56 weist eine Multiplexer-Messvorrichtung 58 auf, die über Filterwiderstände 60 mit entsprechenden Abgriffen 62 der Pole der Energiespeicherzellen 46 verbindbar ist. Die insbesondere hochohmig ausgestalteten Filterwiderstände 60 können im Fehlerfall eine gefährliche Erwärmung der Messeingänge der Multiplexer-Messvorrichtung 56 verhindern. Gängige SCM-Vorstufen nach dem Stand der Technik weisen oftmals bereits den zweiten Schaltelementen 52 entsprechende Schaltelemente für das Balancing auf. Mit besonderem Vorteil kann somit infolge der Schalteinheit 48 auf diese Schaltmittel in der SCM-Vorstufe 56 verzichtet werden, um Kosten und Bauraum einzusparen.In order to be able to monitor the individual energy storage cells 46 or cell clusters of the exchangeable battery pack 12 connected in series, an SCM preliminary stage 56 (single-cell monitoring) is provided. The SCM preliminary stage 56 has a multiplexer measuring device 58 which can be connected to corresponding taps 62 of the poles of the energy storage cells 46 via filter resistors 60 . In the event of a fault, the filter resistors 60, which are designed in particular to have a high resistance, can prevent dangerous heating of the measuring inputs of the multiplexer measuring device 56. Common SCM preliminary stages according to the prior art often already have switching elements corresponding to the second switching elements 52 for balancing. As a result of the switching unit 48, this switching means can be dispensed with in the SCM preliminary stage 56 with particular advantage in order to save costs and installation space.

Das Umschalten der Multiplexer-Messvorrichtung 58 kann über die Steuer- oder Regeleinheit 54 des Wechselakkupacks 12 oder auch direkt innerhalb der SCM-Vorstufe 56 erfolgen. Durch das Schließen der mit den Abgriffen 62 verbundenen zweiten Schaltelemente 52 kann ein so genanntes Balancing der Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster zur Erzielung einheitlicher Lade- oder Entladezustände der einzelnen Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster bewirkt werden. Es ist ebenfalls denkbar, dass die SCM-Vorstufe 56 die gemessenen Zellspannungen UCell an die Steuer- oder Regeleinheit 54 durchreicht, so dass die eigentliche Messung der Zellspannungen UCell direkt von der Steuer- oder Regeleinheit 54, beispielsweise über entsprechenden Analog-Digital-Umwandler (ADC), durchgeführt wird.The multiplexer measuring device 58 can be switched over via the control or regulating unit 54 of the exchangeable battery pack 12 or also directly within the SCM preliminary stage 56 . By closing the second switching elements 52 connected to the taps 62, so-called balancing of the energy storage cells 46 or cell clusters can be brought about in order to achieve uniform charging or discharging states of the individual energy storage cells 46 or cell clusters. It is also conceivable that the SCM preliminary stage 56 forwards the measured cell voltages U Cell to the control or regulation unit 54, so that the actual measurement of the cell voltages U Cell can be carried out directly by the control or regulation unit 54, for example via a corresponding analog/digital converter (ADC) is performed.

Die Steuer- oder Regeleinheit 54 kann als ein integrierter Schaltkreis in Form eines Mikroprozessors, ASICs, DSPs oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso ist aber auch denkbar, dass die Steuer- oder Regeleinheit 54 aus mehreren Mikroprozessoren oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen mit entsprechender Transistorlogik besteht. Zudem kann die Steuer- oder Regeleinheit 54 einen Speicher zur Speicherung zumindest eines Betriebsparameters des Wechselakkupacks 12, wie beispielsweise der Batteriespannung UBatt, der Zellspannungen UCell, des Lade- oder Entladestroms I, eines Stromintegrals, einer Temperatur T oder dergleichen aufweisen.The control or regulation unit 54 can be designed as an integrated circuit in the form of a microprocessor, ASICs, DSPs or the like. However, it is also conceivable that the control or regulation unit 54 consists of a plurality of microprocessors or at least partially of discrete components with corresponding transistor logic. In addition, the control or regulation unit 54 can have a memory for storing at least one operating parameter of the replaceable battery pack 12, such as the battery voltage U Batt , the cell voltages U Cell , the charging or discharging current I, a current integral, a temperature T or the like.

Zur Messung der Temperatur T des Wechselakkupacks 12 oder der Energiespeicherzellen 46 mittels einer im Wechselakkupack 12 integrierten Erfassungseinheit 64 dient ein im Wechselakkupack 12 angeordneter Temperatursensor 66, der vorzugsweise als NTC ausgebildet ist und im engen thermischen Kontakt mit mindestens einer der Energiespeicherzellen 46 steht. Die derart gemessene Temperatur T kann dann von einer Steuer- oder Regeleinheit 68 des elektrischen Verbrauchers 20 oder des Ladegeräts 18 über einen ersten als Signal- oder Datenkontakt 70 ausgebildeten Kontakt 14 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 ausgewertet werden.A temperature sensor 66 arranged in replaceable battery pack 12, which is preferably embodied as an NTC and is in close thermal contact with at least one of the energy storage cells 46, is used to measure the temperature T of the replaceable battery pack 12 or the energy storage cells 46 using a detection unit 64 integrated in the replaceable battery pack 12. The temperature T measured in this way can then be evaluated by a control or regulating unit 68 of the electrical load 20 or the charging device 18 via a first contact 14 of the electromechanical interfaces 16, 22, which is designed as a signal or data contact 70.

Damit der elektrischer Verbraucher 20 oder das Ladegerät 18 den Wechselakkupack 12 identifizieren und ggf. zum Entladen freigeben kann, weist der Wechselakkupack 12 einen Kodierwiderstand 72 auf, der mit der Erfassungseinheit 64 verbunden ist. Der mit der Erfassungseinheit 64 gemessene Widerstandswert des Kodierwiderstands 72 kann dann über einen weiteren als Signal- oder Datenkontakt 74 ausgebildeten Kontakt 14 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 von der Steuer- oder Regeleinheit 68 des elektrischen Verbrauchers 20 oder des Ladegeräts 18 ausgewertet werden. Stimmt der Widerstandswert des Kodierwiderstands 72 mit einem in einer Look-Up-Tabelle eines Speichers der Steuer- oder Regeleinheit 68 hinterlegen Erwartungswert überein, so wird der Entladevorgang oder Ladevorgang des Wechselakkupacks 12 durch die Steuer- oder Regeleinheit 68 freigegeben. Statt nur eines Kodierwiderstands 72 können auch mehrere Kodierwiderstände im Wechselakkupack 12 jeweils für den Lade- und Entladevorgang vorgesehen sein. Stimmen die gemessenen Widerstandswerte der Kodierwiderstände nicht mit den in der Look-Up-Tabelle des Speichers hinterlegten Erwartungswerten überein, wird der Lade- oder Entladevorgang des Wechselakkupacks 12 abgebrochen oder nicht erlaubt.So that the electrical load 20 or the charging device 18 can identify the replaceable battery pack 12 and, if necessary, release it for discharging, the replaceable battery pack 12 has a coding resistor 72 which is connected to the detection unit 64 . The resistance value of coding resistor 72 measured by detection unit 64 can then be evaluated by control or regulating unit 68 of electrical load 20 or charging device 18 via another contact 14, embodied as a signal or data contact 74, of electromechanical interfaces 16, 22. If the resistance value of the coding resistor 72 matches an expected value stored in a look-up table in a memory of the control or regulation unit 68 , then the discharging or charging process of the replaceable battery pack 12 is enabled by the control or regulation unit 68 . Instead of just one coding resistor 72, several can also be used Coding resistors in the removable battery pack 12 may be provided for the charging and discharging process. If the measured resistance values of the coding resistors do not match the expected values stored in the look-up table of the memory, the charging or discharging process of the replaceable battery pack 12 is aborted or not permitted.

Neben der gemessenen Temperatur T des Temperatursensors 66 oder dem Widerstandswert des Kodierwiderstands 72 können über den ersten und/oder zweiten Signal- oder Datenkontakt 70 oder 74 auch die bereits erwähnten weiteren Betriebsparameter vom Wechselakkupack 12 an den elektrischen Verbraucher 20 oder das Ladegerät 18 zur dortigen Auswertung mittels der Steuer- oder Regeleinheit 68 übertragen werden. Zudem können die Signal- oder Datenkontakte 70 oder 74 zum beiderseitigen Informationsaustausch zwischen Wechselakkupack 12 und elektrischem Verbraucher 20 oder Ladegerät 18 auch bidirektional ausgebildet sein. Auf diese Weise kann der elektrische Verbraucher 20 bzw. das Ladegerät 18 den Wechselakkupack 12 über die dortige Steuer- oder Regeleinheit 54 oder ggf. auch direkt steuern, wenn der zumindest eine Betriebsparameter einen im Speicher der Steuer- oder Regeleinheit 68 des elektrischen Verbrauchers 20 oder Ladegeräts 18 hinterlegten Grenzwert über- oder unterschreitet und/oder von einem in dem Speicher hinterlegten Erwartungswert abweicht. Dabei dient beispielsweise ein Shunt-Widerstand 76 des elektrischen Verbrauchers 20 bzw. des Ladegeräts 18 zur Messung des Entladestroms IDischarge bzw. des Ladestroms ICharge. Auch eine direkte Messung der an den Energieversorgungskontakten 42, 44 des elektrischen Verbrauchers anliegenden Batteriespannung UBatt mittels der Steuer- oder Regeleinheit 68 ist denkbar. Der Grenzwert kann folglich ein mindestens oder höchstens zugelassener Spannungswert, ein mindestens oder höchstens zugelassener Stromwert oder ein höchstens zugelassener Temperaturwert und der Erwartungswert ein Strom-Zeit-Profil, ein Widerstandswert des Temperaturwiderstands 66 oder des Kodierwiderstands 72, ein anderer Identifikationswert des Wechselakkupacks 12 oder eine Information über eine Unterbrechung der Verbindung zum Temperaturwiderstand 66 oder zum Kodierwiderstand 72 sein. Ebenso ist denkbar, dass die Signal- oder Datenübertragung statt über die zusätzlichen Signal- oder Datenkontakte 70, 74 auch über den ersten und/oder den zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44 im Sinne einer Powerline Communication erfolgt.In addition to the measured temperature T of the temperature sensor 66 or the resistance value of the coding resistor 72, the other operating parameters already mentioned can also be transmitted via the first and/or second signal or data contact 70 or 74 from the replaceable battery pack 12 to the electrical consumer 20 or the charger 18 for evaluation there be transmitted by means of the control or regulation unit 68. In addition, the signal or data contacts 70 or 74 can also be bidirectional for the mutual exchange of information between the replaceable battery pack 12 and the electrical consumer 20 or charger 18 . In this way, electrical load 20 or charger 18 can control replaceable battery pack 12 via local control or regulation unit 54 or, if necessary, directly if the at least one operating parameter is stored in the memory of control or regulation unit 68 of electrical load 20 or Charger 18 stored limit exceeds or falls below and / or deviates from an expected value stored in the memory. In this case, for example, a shunt resistor 76 of the electrical load 20 or of the charging device 18 is used to measure the discharge current I Discharge or the charging current I Charge . A direct measurement of the battery voltage U Batt present at the power supply contacts 42, 44 of the electrical consumer by means of the control or regulating unit 68 is also conceivable. The limit value can consequently be a minimum or maximum permissible voltage value, a minimum or maximum permissible current value or a maximum permissible temperature value and the expected value can be a current-time profile, a resistance value of the temperature resistor 66 or the coding resistor 72, another identification value of the replaceable battery pack 12 or a Information about an interruption in the connection to the temperature resistor 66 or to the coding resistor 72 be. It is also conceivable that the signal or data transmission takes place via the first and/or the second energy supply contact 42, 44 in the sense of a power line communication instead of via the additional signal or data contacts 70, 74.

Überschreitet der mittels des Shunt-Widerstands 76 gemessene Entladestrom I beispielsweise einen höchstens zugelassenen Stromwert oder entspricht die von der Steuer- oder Regeleinheit 68 gemessene Batteriespannung UBatt des Wechselakkupacks 12 nicht der nominellen Entladespannung UDischarge des elektrischen Verbrauchers 20 oder der nominellen Ladespannung UCharge des Ladegeräts 18, so kann der Entladestrom IDischarge vom Wechselakkupack 12 zum elektrischen Verbraucher 20 bzw. der Ladestrom ICharge vom Ladegerät 18 zum Wechselakkupack 12 zeitweise oder dauerhaft unterbrochen werden, indem die Steuer- oder Regeleinheit 68 ein Schaltelement 78 im Massepfad (Low-Side) des elektrischen Verbrauchers 20 bzw. des Ladegeräts 18 öffnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein oder mehr Schaltelemente 78 im Versorgungspfad (High-Side) angeordnet sind. Ebenso kann sowohl im Versorgungspfad als auch im Massepfad jeweils zumindest ein elektrisches Schaltelement 78 vorgesehen sein. Bevorzugt ist das elektrische Schaltelement 78 als ein MOSFET ausgebildet, wobei auch andere elektrische Schaltelemente 78, wie beispielsweise ein Relais, ein IGBT, ein Bipolar-Transistor oder dergleichen denkbar sind. Wie in 2 gezeigt, kann auch der Wechselakkupack 12 selbst ein entsprechendes Schaltelement 80 zur Unterbrechung des Entladestroms IDischarge bzw. Ladestroms ICharge aufweisen, das mittels der dortigen Steuer- oder Regeleinheit 54 angesteuert wird. Diese erhält dann über den zumindest einen als Signal- oder Datenkontakt 70, 74 ausbildeten Kontakt 14 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 des Wechselakkupacks 12 und des elektrischen Verbrauchers 20 bzw. Ladegeräts 18 einen entsprechenden Schaltbefehl von der Steuer- oder Regeleinheit 68.If the discharge current I measured using shunt resistor 76 exceeds a maximum permissible current value, for example, or if the battery voltage U Batt of replaceable battery pack 12 measured by control or regulating unit 68 does not correspond to the nominal discharge voltage U Discharge of electrical consumer 20 or the nominal charging voltage U Charge of the charger 18, the discharge current I Discharge from the replaceable battery pack 12 to the electrical consumer 20 or the charging current I Charge from the charger 18 to the replaceable battery pack 12 can be temporarily or permanently interrupted by the control or regulating unit 68 using a switching element 78 in the ground path (low-side ) of the electrical load 20 or the charger 18 opens. However, it is also conceivable for one or more switching elements 78 to be arranged in the supply path (high side). Likewise, at least one electrical switching element 78 can be provided both in the supply path and in the ground path. The electrical switching element 78 is preferably designed as a MOSFET, with other electrical switching elements 78 such as a relay, an IGBT, a bipolar transistor or the like also being conceivable. As in 2 shown, the exchangeable battery pack 12 itself can also have a corresponding switching element 80 for interrupting the discharge current I Discharge or charging current I Charge , which is controlled by means of the control or regulating unit 54 located there. This then receives a corresponding switching command from the control or regulating unit 68 via the at least one contact 14, designed as a signal or data contact 70, 74, of the electromechanical interfaces 16, 22 of the replaceable battery pack 12 and the electrical consumer 20 or charger 18.

Zur Steuerung oder Regelung des elektrischen Verbrauchers 20 ist die Steuer- oder Regeleinheit 68 mit einer Elektronikeinheit 86 verbunden, die ihrerseits einen elektrischen Energiewandler 88 ansteuert. Dabei kann der elektrische Energiewandler 88 beispielsweise als ein nicht näher dargestellter Elektromotor, insbesondere als ein bürstenloser Gleichstrommotor, ausgestaltet sein, der von der als Leistungsendstufe ausgebildeten Elektronikeinheit 86 per Pulsweitenmodulation getaktet angesteuert wird. Die Energieversorgung des elektrischen Energiewandlers 88 mit der nominellen Entladespannung UDischarge erfolgt über den ersten und den zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44. Da dem Fachmann verschiedenste Formen von Elektronikeinheiten und Energiewandlern in entsprechenden elektrischen Verbrauchern hinlänglich bekannt sind, soll hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden.To control or regulate the electrical load 20, the control or regulation unit 68 is connected to an electronics unit 86, which in turn controls an electrical energy converter 88. The electrical energy converter 88 can be designed, for example, as an electric motor (not shown in detail), in particular as a brushless DC motor, which is clocked by the electronic unit 86 designed as a power output stage and controlled by pulse width modulation. The energy supply of the electrical energy converter 88 with the nominal discharge voltage U Discharge takes place via the first and the second energy supply contact 42, 44. Since a wide variety of forms of electronic units and energy converters in corresponding electrical loads are well known to those skilled in the art, this will not be discussed in detail.

Um den elektrischen Verbraucher 20 in Betrieb zu nehmen, betätigt der Bediener nach dem Einschieben des Wechselakkupacks 12 in die elektromechanische Schnittstelle 22 des elektrischen Verbrauchers 20 einen Hauptschalter 90 des elektrischen Verbrauchers 20 (vgl. hierzu auch 1). Dadurch wird die Steuer- oder Regeleinheit 68 des elektrischen Verbrauchers 20 geweckt, um anschließend das bis dahin geöffnete Schaltelement 78 für die Energiezufuhr vom Wechselakkupack 12 zum elektrischen Verbraucher 20 zu schließen. Über den Hauptschalter 90 kann der Bediener zudem die Drehzahl und/oder das Drehmoment eines als Elektromotor ausgestalten elektrischen Energiewandlers 88 beeinflussen.In order to put the electrical load 20 into operation, the operator actuates a main switch 90 of the electrical load 20 after inserting the replaceable battery pack 12 into the electromechanical interface 22 of the electrical load 20 (cf. also 1 ). As a result, the control or regulation unit 68 of the electrical consumer 20 awakened to then open the switching element 78 for the energy supply from the removable battery pack 12 to the electrical consumer 20 to close. The operator can also use the main switch 90 to influence the rotational speed and/or the torque of an electrical energy converter 88 designed as an electric motor.

Im Falle des Ladegeräts 18 ist der elektrische Energiewandler 88 beispielsweise als ein Netzteil ausgebildet, das eine nicht näher gezeigte Netzspannung in die an den beiden Energieversorgungskontakten 42, 44 bereitgestellte, nominelle Ladespannung UCharge umwandelt. Über die Elektronikeinheit 86 kann dann die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Ladegeräts 18 den Ladestrom ICharge entsprechend unterschiedlicher Ladeverfahren, z.B. Constant Current Constant Voltage (CCCV), steuern oder regeln. Auch hier kann der Ladevorgang durch den Bediener über den Hauptschalter 90 gestartet werden. Ebenso ist es denkbar, dass der Ladevorgang automatisch mit dem Einschieben des Wechselakkupacks 12 in die elektromechanische Schnittstelle 22 des Ladegeräts 18 gestartet wird. Da dem Fachmann verschiedenste Formen von Elektronikeinheiten und Energiewandlern in entsprechenden Ladegeräten hinlänglich bekannt sind, soll hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden.In the case of the charger 18, the electrical energy converter 88 is designed, for example, as a power pack that converts a mains voltage (not shown in more detail) into the nominal charging voltage U Charge provided at the two energy supply contacts 42, 44. The control or regulating unit 68 of the charging device 18 can then use the electronics unit 86 to control or regulate the charging current I charge according to different charging methods, eg constant current constant voltage (CCCV). Here, too, the loading process can be started by the operator using the main switch 90 . It is also conceivable that the charging process is started automatically when the exchangeable battery pack 12 is inserted into the electromechanical interface 22 of the charging device 18 . Since a wide variety of forms of electronic units and energy converters in corresponding charging devices are well known to those skilled in the art, they will not be discussed in any more detail.

Wie bereits eingangs erwähnt, haben viele elektrische Verbraucher 20 aufgrund ihrer verschiedenen Einsatzzwecke sehr unterschiedliche Energieanforderungen, so dass nicht nur die jeweiligen Entladeströme IDischarge, sondern auch ihre nominellen Entladespannungen UDischarge sehr unterschiedlich sein können. Es ist daher vorgesehen, dass die Erfassungseinheit 64 des Wechselakkupacks 12 die Entladespannung UDischarge mittels einer elektrischen Kodierung in Form eines Kodierwiderstands 92 des elektrischen Verbrauchers 20 über den ersten oder zweiten Signal- oder Datenkontakt 70, 74 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 erfasst und die Energiespeicherzellen 46 mittels der Schalteinheit 48 derart seriell und/oder parallel verschaltet, dass die resultierende Batteriespannung UBatt des Wechselakkupacks 12 im Wesentlichen der Entladespannung UDischarge des elektrischen Verbrauchers 20 entspricht. Der Widerstandswert des Kodierwiderstands 92 kann dazu über die Steuer- oder Regeleinheit 68 des elektrischen Verbrauchers 20 an den als eine kontaktbehaftete Kommunikationsschnittstelle ausgebildeten, ersten oder zweiten Signal- oder Datenkontakt 70, 74 übergeben werden. Ebenso ist denkbar, dass ein weiterer Signal- oder Datenkontakt direkt mit dem Kodierwiderstand 92 verbunden ist, so dass die Erfassungseinheit 64 des Wechselakkupacks 12 den Widerstandswert direkt erfasst. Auch eine Powerline Communication über den ersten und/oder den zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44 ist denkbar. Die Steuer- oder Regeleinheit 54 des Wechselakkupacks 12 kann dann den Widerstandswert des mittels der Erfassungseinheit 64 erfassten Kodierwiderstands 92 mit einer im Speicher hinterlegten Look-Up-Tabelle vergleichen und anhand des Vergleichs die Entladespannung UDischarge des elektrischen Verbrauchers 20 bestimmen. Es sei angemerkt, dass die Erfassungseinheit 64 auch Teil der Steuer- oder Regeleinheit 54 sein kann. Hierzu können beide Einheiten beispielsweise als ein entsprechender, integrierter Schaltkreis ausgebildet sein.As already mentioned at the outset, many electrical loads 20 have very different energy requirements due to their different purposes, so that not only the respective discharge currents I Discharge but also their nominal discharge voltages U Discharge can be very different. It is therefore provided that the detection unit 64 of the replaceable battery pack 12 detects the discharge voltage U Discharge by means of electrical coding in the form of a coding resistor 92 of the electrical load 20 via the first or second signal or data contact 70, 74 of the electromechanical interfaces 16, 22 and the Energy storage cells 46 are connected in series and/or in parallel by means of the switching unit 48 in such a way that the resulting battery voltage U Batt of the replaceable battery pack 12 essentially corresponds to the discharge voltage U Discharge of the electrical load 20 . For this purpose, the resistance value of the coding resistor 92 can be transferred via the control or regulating unit 68 of the electrical consumer 20 to the first or second signal or data contact 70, 74, which is designed as a communication interface with contacts. It is also conceivable that a further signal or data contact is connected directly to the coding resistor 92, so that the detection unit 64 of the replaceable battery pack 12 detects the resistance value directly. Powerline communication via the first and/or the second power supply contact 42, 44 is also conceivable. The control or regulation unit 54 of the replaceable battery pack 12 can then compare the resistance value of the coding resistor 92 detected by the detection unit 64 with a look-up table stored in the memory and determine the discharge voltage U Discharge of the electrical load 20 based on the comparison. It should be noted that the detection unit 64 can also be part of the control or regulation unit 54 . For this purpose, both units can be designed, for example, as a corresponding integrated circuit.

Eine weitere Möglichkeit zur Erfassung der Entladespannung UDischarge bietet eine mechanische Kodierung der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22. Diese kann beispielswiese in Form von nicht näher gezeigten Vorsprüngen oder Vertiefungen in der elektromechanischen Schnittstelle 22 des elektrischen Verbrauchers 20 realisiert sein und über ebenfalls nicht näher gezeigte Schaltmittel, optische Sensoren oder dergleichen in der mechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupacks 12 durch die Erfassungseinheit 64 ausgelesen oder erfasst werden.Mechanical coding of the electromechanical interfaces 16, 22 is another way of detecting the discharge voltage U Discharge . This can be implemented, for example, in the form of projections or depressions in the electromechanical interface 22 of the electrical load 20, which are not shown in detail, and via switching means, which are also not shown in detail , optical sensors or the like in the mechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 can be read out or detected by the detection unit 64 .

Ergänzend oder alternativ kann der elektrische Verbraucher 20 eine Kommunikationsschnittstelle 94 zum Austausch einer im Speicher seiner Steuer- oder Regeleinheit 68 hinterlegten Information über die Entladespannung UDischarge mit einer Kommunikationsschnittstelle 96 des Wechselakkupacks 12 aufweisen. Dabei können die Kommunikationsschnittstellen 94, 96 die Information analog oder digital austauschen. Die Kommunikationsschnittstelle 96 des Wechselakkupacks 12 kann als ein integraler Bestandteil der Erfassungseinheit 64 oder der Steuer- oder Regeleinheit 54 ausgebildet sein. Ebenso ist es aber auch denkbar, separate Bauelemente zu nutzen. Zur kabellosen oder kontaktbehafteten Übertragung der Information über die Entladespannung UDischarge sowie ggf. weiterer Betriebsparameter umfassen die Kommunikationsschnittstellen 94, 96 alle hierfür erforderlichen nachrichtentechnischen Mittel, wie z.B. Modulator, Demodulator, Antennen, etc. Im Falle einer kabellosen Übertragung kommen insbesondere Standards wie WiFi, Bluetooth, NFC, Zigbee oder dergleichen in Frage. Eine entsprechende kabellose Kommunikationsschnittstelle 94, 96 kann mit Vorteil auch für andere Zwecke, wie beispielsweise ein Auslesen oder Steuern per auf einem externem Gerät (Smartphone, Smart Watch, Tablet, Notebook, Cloud-Server, etc.) installierter App bzw. Software, genutzt werden.Additionally or alternatively, the electrical load 20 can have a communication interface 94 for exchanging information stored in the memory of its control or regulation unit 68 about the discharge voltage U Discharge with a communication interface 96 of the replaceable battery pack 12 . The communication interfaces 94, 96 can exchange the information analogously or digitally. The communication interface 96 of the exchangeable battery pack 12 can be embodied as an integral component of the detection unit 64 or of the control or regulation unit 54 . However, it is also conceivable to use separate components. For the wireless or contact-based transmission of the information about the discharge voltage U Discharge and possibly other operating parameters, the communication interfaces 94, 96 include all communications technology means required for this, such as modulators, demodulators, antennas, etc. In the case of wireless transmission, standards such as WiFi, Bluetooth, NFC, Zigbee or the like in question. A corresponding wireless communication interface 94, 96 can advantageously also be used for other purposes, such as reading out or controlling using an app or software installed on an external device (smartphone, smart watch, tablet, notebook, cloud server, etc.). become.

Im Falle eines Ladegeräts 18 kann auf dieselbe Art und Weise eine Information über die Ladespannung UCharge an den zum Laden in die elektromechanische Schnittstelle 22 des Ladegeräts 18 eingesteckten Wechselakkupack 12 übertragen und im Wechselakkupack 12 ausgewertet werden. Die Steuer- und Regeleinheit 54 des Wechselakkupacks 12 steuert dann in Abhängigkeit von der durch die Erfassungseinheit 64 erfassten Ladespannung UCharge die Schalteinheit 48 an, die ihrerseits die Energiespeicherzellen 46 mittels der ersten und/oder zweiten Schaltmittel 50, 52 derart seriell und/oder parallel verschaltet, dass die resultierende Batteriespannung UBatt des Wechselakkupacks 12 im Wesentlichen der Ladespannung UCharge des Ladegeräts 18 entspricht.In the case of a charger 18 can in the same way information about the charging voltage U charge to the charging in the electro mechanical interface 22 of the charger 18 inserted exchangeable battery pack 12 and evaluated in the exchangeable battery pack 12. The control and regulation unit 54 of the replaceable battery pack 12 then controls the switching unit 48 as a function of the charging voltage U charge detected by the detection unit 64, which in turn switches the energy storage cells 46 by means of the first and/or second switching means 50, 52 in series and/or in parallel connected so that the resulting battery voltage U Batt of the removable battery pack 12 essentially corresponds to the charging voltage U charge of the charger 18 .

Weiterhin ist vorgesehen, dass die Batteriespannung UBatt vor dem Verbinden mit und/oder nach dem Trennen von dem elektrischen Verbraucher 20 oder dem Ladegerät 18 auf eine Initialbatteriespannung UInit gesetzt wird, die einer minimalen Entladespannung UDischarge aller mit dem Wechselakkupack 12 verbindbaren elektrischen Verbraucher 20 entspricht. Alternativ oder ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Batteriespannung UBatt bei einer Unterbrechung einer Kommunikation über die Kommunikationsschnittstelle 96 des Wechselakkupacks 12 auf die Initialbatteriespannung UInit gesetzt wird. Zwar kann die Initialbatteriespannung UInit auch auf die Zellspannung UCell einer Energiespeicherzelle 46 oder eines Zell-Clusters gesetzt werden, doch muss sichergestellt sein, dass sie nicht zu gering ist, damit der Wechselakkupack 12 und der elektrische Verbraucher 20 oder das Ladegerät 18 zum Austausch der erforderlichen Informationen und Betriebsparameter noch miteinander kommunizieren können. Andererseits darf die Initialbatteriespannung UInit auch nicht zu groß gewählt werden, um zu verhindern, dass ein elektrischer Verbraucher 20 mit einer entsprechend geringen nomineller Entladespannung UDischarge infolge einer Überspannung beschädigt wird.Provision is also made for the battery voltage U Batt to be set to an initial battery voltage U Init before it is connected to and/or after it is disconnected from the electrical load 20 or the charger 18, which corresponds to a minimum discharge voltage U Discharge of all electrical loads that can be connected to the replaceable battery pack 12 20 corresponds. Alternatively or additionally, it can be provided that the battery voltage U Batt is set to the initial battery voltage U Init when communication via the communication interface 96 of the replaceable battery pack 12 is interrupted. Although the initial battery voltage U Init can also be set to the cell voltage U Cell of an energy storage cell 46 or a cell cluster, it must be ensured that it is not too low so that the removable battery pack 12 and the electrical consumer 20 or the charger 18 can be exchanged of the required information and operating parameters can still communicate with each other. On the other hand, the initial battery voltage U Init must not be selected too high either, in order to prevent an electrical load 20 with a correspondingly low nominal discharge voltage U Discharge from being damaged as a result of an overvoltage.

Die 3 bis 7 zeigen jeweils ein vereinfachtes Blockschaltbild der Schalteinheit 48 des Wechselakkupacks 12 für unterschiedliche Schaltvarianten in Abhängigkeit von der erfassten Entladespannung UDischarge oder Ladespannung UCharge. Dabei werden die jeweils geschlossenen ersten und zweiten Schaltelemente 50, 52 der Schalteinheit 48 als durchgezogene Verbindungslinien und die jeweils offenen ersten und zweiten Schaltelemente 50, 52 als Unterbrechungen oder nicht vorhandene Verbindunglinien dargestellt. Es wird nachfolgend von einer Zellspannung UCell der einzelnen Energiespeicherzellen oder Zell-Cluster von jeweils 3,6 V ausgegangen. Ohne Einschränkung der Erfindung sind in Abhängigkeit der verwendeten Energiespeicherzellen 46 aber auch abweichende Zellspannungen UCell möglich.The 3 until 7 each show a simplified block diagram of the switching unit 48 of the replaceable battery pack 12 for different switching variants depending on the detected discharge voltage U Discharge or charging voltage U Charge . The respectively closed first and second switching elements 50, 52 of the switching unit 48 are shown as solid connecting lines and the respective open first and second switching elements 50, 52 are shown as interruptions or non-existent connecting lines. A cell voltage U Cell of the individual energy storage cells or cell clusters of 3.6 V is assumed below. Depending on the energy storage cells 46 used, different cell voltages U Cell are also possible without restricting the invention.

In 3 sind beispielsweise für n = 5 Energiespeicherzellen 46 mit Bezug auf 2 sämtliche n - 1 = 4 ersten Schaltelemente 50 geöffnet und sämtliche 2 · (n - 1) = 8 zweiten Schaltelemente 52 geschlossen. Auf diese Weise ergibt sich für alle n = 5 Energiespeicherzellen eine Parallelschaltung mit einer resultierenden Batteriespannung UBatt = UCell = 3,6 V.In 3 are, for example, for n=5 energy storage cells 46 with reference to FIG 2 all n−1=4 first switching elements 50 are opened and all 2×(n−1)=8 second switching elements 52 are closed. This results in a parallel circuit for all n = 5 energy storage cells with a resulting battery voltage U Batt = U Cell = 3.6 V.

In 4 sind fünf der insgesamt 2 · (n - 1) = 8 zweiten Schaltelemente 52 und eines der insgesamt n - 1 = 4 ersten Schaltelemente 50 derart geschlossen, dass sich durch die Parallelschaltung jeweils zweier Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster zwei Zell-Cluster ergeben, die ihrerseits in Reihe geschaltet sind. Eine der insgesamt n = 5 Energiespeicherzellen 46 wird nicht entladen oder geladen (zur Verdeutlichung ist diese Energiespeicherzelle 46 mit einem gestrichelten Kreis umrandet). Die resultierende Batteriespannung UBatt beträgt bei dieser Schaltveriante somit 7,2 V. Die Möglichkeit zum Ausnehmen bestimmter Energiespeicherzellen 46 erlaubt mit Vorteil die Weiternutzung des Wechselakkupacks 12 selbst dann, wenn diese Energiespeicherzellen 46 defekt oder zu stark gealtert sind.In 4 five of the total of 2 (n−1)=8 second switching elements 52 and one of the total of n−1=4 first switching elements 50 are closed in such a way that the parallel connection of two energy storage cells 46 or cell clusters results in two cell clusters, which in turn are connected in series. One of the total of n=5 energy storage cells 46 is not discharged or charged (this energy storage cell 46 is surrounded by a dashed circle for clarification). The resulting battery voltage U Batt is 7.2 V with this switching variant. The possibility of removing certain energy storage cells 46 advantageously allows the exchangeable battery pack 12 to continue to be used even if these energy storage cells 46 are defective or too old.

Auch für die Schaltveriante gemäß 5 wurde entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 durch die Erfassungseinheit 64 des Wechselakkupacks eine Entladespannung UDischarge des mit dem Wechselakkupack 12 verbundenen elektrischen Verbrauchers 20 bzw. eine Ladespannung UCharge des mit dem Wechselakkupack 12 verbundenen Ladegeräts 18 von 7,2 V erfasst. Im Unterschied zu 4 sind hier aber alle Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster nutzbar, so dass die Steuer- oder Regeleinheit 54 die Schalteinheit 48 derart ansteuert, dass ein erstes Zell-Cluster mit den drei oberen parallel geschalteten Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Clustern und ein zweites dazu in Reihe geschaltetes Zell-Cluster mit den beiden unteren parallel geschalteten Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Clustern gebildet ist. In besonders vorteilhafter Weise schaltet die Steuer- oder Regeleinheit 54 jeweils diejenigen Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster mittels der zweiten Schaltelemente 52 parallel zueinander, die die am geringsten voneinander abweichenden Zellspannungen UCell aufweisen. Auf diese Weise können ungewollte Ausgleichsströme zwischen den parallel geschalteten Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster vermieden werden.Also for the switching variant according to 5 was according to the embodiment 4 a discharge voltage U Discharge of the electrical load 20 connected to the replaceable battery pack 12 or a charging voltage U Charge of the charger 18 connected to the replaceable battery pack 12 of 7.2 V is detected by the detection unit 64 of the replaceable battery pack. In contrast to 4 However, all energy storage cells 46 or cell clusters can be used here, so that the control or regulating unit 54 controls the switching unit 48 in such a way that a first cell cluster with the three upper energy storage cells 46 or cell clusters connected in parallel and a second one in series with them connected cell cluster is formed with the two lower parallel-connected energy storage cells 46 or cell clusters. In a particularly advantageous manner, the control or regulating unit 54 uses the second switching elements 52 to connect those energy storage cells 46 or cell clusters in parallel with one another which have the cell voltages U Cell that deviate the least from one another. In this way, undesired equalizing currents between the energy storage cells 46 or cell clusters connected in parallel can be avoided.

In 6 hat die Steuer- oder Regeleinheit 54 die ersten und zweiten Schaltelemente 50, 52 derart an- oder ausgeschaltet, dass sich eine resultierende Batteriespannung UBatt von 14,4 V ergibt. Dazu wurden zwei der Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster parallel zu einem Zell-Cluster mit einer resultierenden ZellSpannung UCell von 3,6 V verschaltet, das in Reihe zu den drei übrigen seriell verschalteten Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster geschaltet wurde. Entsprechend dem vorherigen Ausführungsbeispiel schaltet auch hier die Steuer- oder Regeleinheit 54 diejenigen Energiespeicherzellen 46 oder Zell-Cluster parallel, deren durch die SCM-Vorstufe 56 erfassten Zellspannungen UCell am wenigsten voneinander abweichen. Es ist aber alternativ im Sinne eines Balancings auch möglich, gezielt Energiespeicherzellen 46 mit unterschiedlichen Zellspannungen UCell zeitweise oder dauerhaft parallel zueinander zu schalten.In 6 the control or regulating unit 54 has switched the first and second switching elements 50, 52 on or off in such a way that a resulting battery voltage U Batt of 14.4 V results. For this purpose, two of the energy storage cells 46 or cell clusters were connected in parallel to form a cell cluster with a resulting cell voltage U Cell of 3.6 V. which was connected in series with the three other series-connected energy storage cells 46 or cell cluster. Corresponding to the previous exemplary embodiment, the control or regulating unit 54 here also connects in parallel those energy storage cells 46 or cell clusters whose cell voltages U Cell detected by the SCM preliminary stage 56 deviate the least from one another. As an alternative, however, it is also possible in the sense of balancing to selectively switch energy storage cells 46 with different cell voltages U Cell parallel to one another temporarily or permanently.

In 7 beträgt die resultierende Batteriespannung UBatt = 18 V, da hier alle n = 5 Energiespeicherzellen 46 in Reihe geschaltet wurden, indem alle n - 1 = 4 ersten Schaltelemente 50 der Schalteinheit 48 durch die Steuer- oder Regeleinheit 54 geschlossen und alle 2 · (n - 1) = 8 zweiten Schaltelemente 52 geöffnet wurden.In 7 the resulting battery voltage U Batt = 18 V, since all n = 5 energy storage cells 46 were connected in series here by all n - 1 = 4 first switching elements 50 of the switching unit 48 being closed by the control or regulating unit 54 and all 2 (n - 1) = 8 second switching elements 52 were opened.

Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die in den 1 bis 7 gezeigten Formen und Größenverhältnisse der Ausführungsbeispiele noch auf die in der Beschreibung exemplarisch genannten Werte und Zahlenangaben beschränkt ist. So sind insbesondere abweichende Zellspannungen UCell sowie eine abweichende Anzahl n von Energiespeicherzellen 46 möglich. Auch die Anzahl der ersten und zweiten Schaltelemente 50, 52 muss nicht zwangsläufig von der Anzahl n der Energiespeicherzellen 46 abhängen, da im Wechselakkupack 12 einzelne Energiespeicherzellen 46 bereits zu entsprechenden Zell-Clustern fest verdrahtet sein können.Finally, it should be pointed out that the invention does not relate to the 1 until 7 shown shapes and size ratios of the exemplary embodiments is still limited to the values and numerical data given as examples in the description. In particular, different cell voltages U Cell and a different number n of energy storage cells 46 are possible. The number of first and second switching elements 50, 52 does not necessarily have to depend on the number n of energy storage cells 46 either, since individual energy storage cells 46 can already be hardwired to corresponding cell clusters in the removable battery pack 12.

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Claims (11)

Wechselbarer Energiespeicher (10), insbesondere Wechselakkupack (12), mit einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen (46), wobei der wechselbare Energiespeicher (10) durch einen elektrischen Verbraucher (20) mit einer Entladespannung (UDischarge) entladbar und durch ein Ladegerät (18) mit einer Ladespannung (UCharge) wiederaufladbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der wechselbare Energiespeicher (10) eine Erfassungseinheit (64), eine Steuer- oder Regeleinheit (54) und eine Schalteinheit (48) aufweist, wobei die Erfassungseinheit (64) derart ausgelegt ist, dass sie die Entladespannung (UDischarge) des elektrischen Verbrauchers (20) oder die Ladespannung (UCharge) des Ladegeräts (18) erfasst und die Steuer- oder Regeleinheit (54) anhand der erfassten Entladespannung (UDischarge) oder Ladespannung (UCharge) die Energiespeicherzellen (46) mittels der Schalteinheit (48) derart seriell und/oder parallel verschaltet, dass eine resultierende Batteriespannung (UBatt) des wechselbaren Energiespeichers (10) im Wesentlichen der Entladespannung (UDischarge) des elektrischen Verbrauchers (20) oder der Ladespannung (UCharge) des Ladegeräts (18) entspricht.Removable energy store (10), in particular a replaceable battery pack (12), with a plurality of energy storage cells (46), wherein the replaceable energy store (10) can be discharged by an electrical consumer (20) with a discharge voltage (U Discharge ) and can be discharged by a charger (18) can be recharged with a charging voltage (U Charge ), characterized in that the exchangeable energy store (10) has a detection unit (64), a control or regulating unit (54) and a switching unit (48), the detection unit (64) being designed in such a way is that it detects the discharge voltage (U Discharge ) of the electrical consumer (20) or the charge voltage (U Charge ) of the charging device (18) and the control or regulating unit (54) uses the detected discharge voltage (U Discharge ) or charge voltage (U Charge ) connects the energy storage cells (46) in series and/or in parallel by means of the switching unit (48) in such a way that a resulting battery voltage (U Batt ) of the replaceable energy storage device (10) essentially corresponds to the discharge voltage (U Discharge ) of the electrical consumer (20) or corresponds to the charging voltage (U Charge ) of the charger (18). Wechselbarer Energiespeicher (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (64) eine Kommunikationsschnittstelle (96) umfasst zum Austausch einer Information über die Entladespannung (UDischarge) mit einer Kommunikationsschnittstelle (94) des elektrischen Verbrauchers (20) und/oder über die Ladespannung (UCharge) mit einer Kommunikationsschnittstelle (94) des Ladegeräts (18).Removable energy storage (10) after claim 1 , characterized in that the detection unit (64) comprises a communication interface (96) for exchanging information about the discharge voltage (U Discharge ) with a communication interface (94) of the electrical consumer (20) and/or about the charging voltage (U Charge ). a communication interface (94) of the charger (18). Wechselbarer Energiespeicher (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kommunikationsschnittstellen (94, 96) die Information analog oder digital austauschen.Removable energy storage (10) after claim 2 , characterized in that the communication interfaces (94, 96) exchange the information analogously or digitally. Wechselbarer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Erfassungseinheit (64) die Entladespannung (UDischarge) oder Ladespannung (UCharge) mittels einer elektrischen und/oder mechanischen Kodierung (92) einer elektromechanischen Schnittstelle (22) des elektrischen Verbrauchers (20) oder des Ladegeräts (18) erfasst.Removable energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the detection unit (64) detects the discharge voltage (U Discharge ) or charging voltage (U Charge ) by means of an electrical and/or mechanical coding (92) of an electromechanical interface (22) of the electrical consumer (20) or the charger (18) detected. Wechselbarer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schalteinheit (48) zur Erzeugung einer Mehrzahl n von unterschiedlichen Batteriespannungen (UBatt) zumindest n - 1 erste elektronische Schaltelemente (50) zur seriellen und zumindest 2 · n - 2 zweite elektronische Schaltelemente (52) zur parallelen Verschaltung der Energiespeicherzellen (46) umfasst.Removable energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the switching unit (48) for generating a plurality n of different battery voltages (U Batt ) at least n - 1 first electronic switching elements (50) for serial and at least 2 · n - 2 second electronic switching elements (52) for the parallel connection of the energy storage cells (46). Wechselbarer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (54) die Batteriespannung (UBatt) vor dem Verbinden mit und/oder nach dem Trennen von dem elektrischen Verbraucher (20) oder dem Ladegerät (18) auf eine Initialbatteriespannung (UInit) setzt.Removable energy store (10) according to one of the preceding claims, characterized in that the control or regulating unit (54) the battery voltage (U Batt ) before connecting to and / or after disconnecting from the electrical consumer (20) or the charger ( 18) to an initial battery voltage (U Init ). Wechselbarer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (54) die Batteriespannung (UBatt) bei einer Unterbrechung der Kommunikation über die Kommunikationsschnittstellen (94, 96) auf eine Initialbatteriespannung (UInit) setzt.Removable energy store (10) according to one of the preceding claims 2 or 3 , characterized in that the control or regulating unit (54) sets the battery voltage (U Batt ) to an initial battery voltage (U Init ) when communication via the communication interfaces (94, 96) is interrupted. Wechselbarer Energiespeicher (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Initialbatteriespannung (UInit) einer minimalen Entladespannung (UDischarge) aller mit dem wechselbaren Energiespeicher (10) verbindbaren elektrischen Verbraucher (20), insbesondere einer minimalen Spannung zur Sicherstellung einer Kommunikation zwischen dem Wechselakkupack (12) und dem elektrischen Verbraucher oder dem Ladegerät (18), entspricht.Removable energy store (10) according to one of the preceding Claims 6 or 7 , characterized in that the initial battery voltage (U Init ) is a minimum discharge voltage (U Discharge ) of all electrical consumers (20) that can be connected to the exchangeable energy store (10), in particular a minimum voltage to ensure communication between the exchangeable battery pack (12) and the electrical Consumer or the charger (18) corresponds. Verfahren zum Entladen oder Laden eines wechselbaren Energiespeichers (10), insbesondere eines Wechselakkupacks (12), nach einem der vorherigen Ansprüche mit zumindest den folgenden Schritten: • verbinden des wechselbaren Energiespeichers (10) mit einem elektrischen Verbraucher (20) oder Ladegerät (18), • erfassen einer Entladespannung (UDischarge) des elektrischen Verbrauchers (20) oder einer Ladespannung (UCharge) des Ladegeräts (18) durch den wechselbaren Energiespeicher (10), • automatisches serielles und/oder paralleles Verschalten einer Mehrzahl von Energiespeicherzellen (46) des wechselbaren Energiespeicher (10) anhand der erfassten Entladespannung (UDischarge) oder Ladespannung (UCharge) derart, dass eine resultierende Batteriespannung (UBatt) des wechselbaren Energiespeichers (10) im Wesentlichen der Entladespannung (UDischarge) des elektrischen Verbrauchers (20) oder der Ladespannung (UCharge) des Ladegeräts (18) entspricht.Method for discharging or charging a replaceable energy store (10), in particular a replaceable battery pack (12), according to one of the preceding claims, having at least the following steps: • connecting the replaceable energy store (10) to an electrical consumer (20) or charger (18) , • detecting a discharge voltage (U Discharge ) of the electrical consumer (20) or a charging voltage (U Charge ) of the charger (18) by the exchangeable energy store (10), • automatic serial and/or parallel connection of a plurality of energy storage cells (46) of the exchangeable energy store (10) based on the detected discharge voltage (U Discharge ) or charging voltage (U Charge ) such that a resulting battery voltage (U Batt ) of the exchangeable energy store (10) essentially corresponds to the discharge voltage (U Discharge ) of the electrical consumer (20) or the charging voltage (U charge ) of the charger (18). Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Batteriespannung (UBatt) vor dem Verbinden mit und/oder nach dem Trennen von dem elektrischen Verbraucher (20) oder dem Ladegerät (18) auf eine Initialbatteriespannung (UInit) gesetzt wird.procedure after claim 9 , characterized in that in a further step the battery voltage (U Batt ) is set to an initial battery voltage (U Init ) before connecting to and/or after disconnecting from the electrical consumer (20) or the charger (18). Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Schritt die Batteriespannung (UBatt) bei einer Unterbrechung einer Kommunikation über eine Kommunikationsschnittstelle (96) des wechselbaren Energiespeichers (10) auf eine Initialbatteriespannung (UInit) gesetzt wird.Method according to any of the preceding claims 9 or 10 , characterized in that in a further step, the battery voltage (U Batt ) is set to an initial battery voltage (U Init ) when communication is interrupted via a communication interface (96) of the exchangeable energy store (10).
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