DE102005015620A1 - Elektrische Energiespeichereinheit, ggf. Akkumulator-Einheit, mit integrierter Spannungskonditionierung, insbesondere Spannungsregelung, oder/und Ladezustandsüberwachung, und elektrisches Gerät mit wenigstens einer derartigen Energiespeichereinheit - Google Patents

Elektrische Energiespeichereinheit, ggf. Akkumulator-Einheit, mit integrierter Spannungskonditionierung, insbesondere Spannungsregelung, oder/und Ladezustandsüberwachung, und elektrisches Gerät mit wenigstens einer derartigen Energiespeichereinheit Download PDF

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Abstract

Für eine elektronische Energiespeichereinheit (210), umfassend ein Gehäuse (211) und wenigstens eine im Gehäuse angeordnete Energiespeicherzellenanordnung (212), umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; eine für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugängliche elektrische Kontaktanordnung (214, 214'), umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt (214) und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt (214'), zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung (212) elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie entladbar ist; wird nach einem Aspekt vorgeschlagen, dass eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Spannungsgeneratorschaltung (230) vorgesehen ist, die derart zwischen wenigstens einem Kontakt von Plus-Kontakt (214) und Minus-Kontakt (214') einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung (212) andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt ist, dass die Spannungsgeneratorschaltung auf Grundlage einer von der Energiespeicherzellenanordnung bereitgestellten internen Versorgungsspannung eine vom Verbraucher (100) benötigte, gegenüber der internen Versorgungsspannung modifizierte Versorgungsspannung an der Kontaktanordnung (214, 214') oder an zugeordneten Kontakten des angeschlossenen Verbrauchers bereitstellt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrische Energiespeichereinheit, mit einem Gehäuse, wenigstens einer im Gehäuse angeordneten Energiespeicherzellenanordnung, umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; und einer für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugänglichen elektrischen Kontaktanordnung, umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt, zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie entladbar ist.
  • Es wird vor allem, aber nicht ausschließlich, an eine solche elektrische Energiespeichereinheit gedacht, bei der die Energiespeicherzellenanordnung von wenigstens einer im Gehäuse angeordneten Gruppe von elektrochemischen oder elektrophysikalischen Energiespeicherzellen gebildet ist, die derart elektrisch verschaltet sind, dass die Energiespeicherzellen oder Untergruppen von zueinander parallel geschalteten der Energiespeicherzellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, um auf Grundlage der Nennspannungen (NU) der einzelnen Energiespeicherzellen für die Gruppe von Energiespeicherzellen eine resultierende Nennspannung (RNU) zu erhalten, die der Summe der Nennspannungen (NU) der elektrisch in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen oder Untergruppen von Energiespeicherzellen entspricht und als Nennspannung (NU) der Energiespeicherzellenanordnung anzusehen ist.
  • Es soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass die Energiespeicherzellenanordnung nur eine Energiespeicherzelle aufweist, je nach auf Grundlage der verwendeten Batterie- bzw. Akku- bzw. Energiespeicher-Technologie zur Verfügung stehenden Zellenspannung und Spannungsbedarf auf Seiten des elektrischen Verbrauchers.
  • Üblicherweise erfolgt in Bezug auf derartige elektrische Energiespeichereinheiten, etwa Akkumulator-Einheiten, Batterieeinheiten und dergleichen, eine Ladezustandsüberwachung von Seiten eines von der Energiespeichereinheit mit elektrischer Energie versorgten elektrischen Verbrauchers, etwa eines elektrischen Geräts, insbesondere eines mobilen schnurlosen Geräts. Beispiele sind etwa Funkfernsteuerungen für industrielle Anwendungen. Derartige Geräte werden in der Regel mit im üblichen Sprachgebrauch als Akkus bezeichneten Akkumulator-Energiespeichereinheiten ausgeführt, beispielsweise Nickel-Cadmium-Akkus und Nickel-Metallhydrid-Akkus.
  • Die geräteseitige Lagezustandserkennung erfolgt in der Regel auf Grundlage einer Erfassung der von der elektrischen Energiespeichereinheit abgegebenen Spannung, auf Grundlage der Prämisse, dass von dieser Spannung auf die Zellenspannung und von dieser auf die verbleibende Zellenkapazität zurückgeschlossen werden kann. Der Verbraucher bzw. das elektrische Gerät ist hierzu mit einer Spannungsüberwachungsschaltung ausgestattet, die über die Kontakte, an denen die Energiespeichereinheit mit dem Verbraucher verbunden ist, um diesen mit elektrischer Energie zu versorgen, die dort anliegende Spannung erfasst und auswertet, beispielsweise durch Vergleich mit Referenzspannungen. Auf Grundlage dieser Auswertung werden dann typischerweise Signale zur Ansteuerung von optischen oder/und akustischen Signalgebern einschließlich Anzeigen zur Anzeige von graphischer oder textlicher/zahlenmäßiger Information erzeugt, um über den momentanen Ladezustand der Energiespeichereinheit zu informieren und eine in Kürze drohende vollständige Entladung vorab zu signalisieren, damit die elektrische Energiespeichereinheit ggf. rechtzeitig ausgewechselt oder – im Falle einer wiederaufladbaren Energiespeichereinheit – wieder aufgeladen werden kann. In der Regel steuert die Spannungsüberwachungsschaltung auch noch einen Schalter an, um im Falle des Erfassens einer zu tiefen Spannung den gesamten Verbraucher (etwa einen Funksteuersender) abzuschalten, um einerseits (insbesondere im Falle von Akkus) eine schädliche Tiefentladung der Zellen der elektrischen Energiespeichereinheit und andererseits aufgrund zu geringer Spannung möglicherweise auftretende undefinierbare und daher unerwünschte Zustände des Verbrauchers zu vermeiden.
  • Es hat sich nun allerdings gezeigt, dass in der Praxis, insbesondere im langfristigen Einsatz derartiger Geräte, über die Zeit zunehmend fehlerhafte Ladezustandsqualifizierungen stattfinden. Vorgesehene Vorwarn- und Abschaltschwellen werden früher erreicht, als dies nach dem Verbrauch an elektrischer Energie und der Kapazität der Energiespeichereinheit eigentlich der Fall sein sollte. Nähere Untersuchungen haben ergeben, dass derartige elektrische Energiespeichereinheiten, etwa Akkus, in der Tat fehlerhaft zu früh als entladen bzw. als defekt identifiziert werden, weil die von der Spannungsüberwachungsschaltung erfasste Spannung zwischen den geräteseitigen Energieversorgungskontakten zu früh die Vorwarn- bzw. Abschaltschwellen erreicht. Wie eine nähere Analyse ergeben hat, ist die Ursache für diese fehlerhafte Ladezustandsqualifizierung der Kontaktübergang zwischen den energiespeichereinheitsseitigen Kontakten und den geräteseitigen Kontakten. Insbesondere im Falle eines Einsatzes des Verbrauchers bzw. Geräts im Freien verschlechtert sich der Kontaktübergang durch Schmutz, Feuchtigkeit, Alterung und speziell Oxidation/Korrosion der Kontaktoberfläche. Dies führt zu signifikanten Erhöhungen der maßgeblichen Kontaktübergangswiderstände, was vor allem bei leistungsintensiven Verbrauchern infolge eines entsprechenden Stromflusses zu einem merklichen Spannungsabfall führt, der die Ergebnisse der spannungsgebundenen Ladezustandsüberwachung verfälscht, teilweise bis zur völligen Unbrauchbarkeit. Die Folge ist, dass die Kapazität der Energiespeichereinheit bzw. des Akkus nicht voll ausgeschöpft wird und es vielfach auch zum sehr frühen Einsatz von Ersatz-Energiespeichereinheiten kommt, die allerdings häufig dann schon nach recht kurzer Zeit wieder das gleiche Verhalten zeigen, soweit es zu Erhöhungen der Kontaktübergangswiderstände durch Korrosion und dergleichen an den maßgeblichen Kontaktübergängen zwischen Energiespeichereinheit und Gerät kommt. Für den Hersteller derartiger Geräte und den Handel ist dies wegen der dann auftretenden Reklamationen und der resultierenden Kundenunzufriedenheit sehr ärgerlich.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die angesprochenen Probleme zumindest hinsichtlich deren unerwünschten Auswirkungen zu mildern.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe wird nach einem ersten Aspekt erfindungsgemäß vorgeschlagen, dass die eingangs angesprochene elektrische Energiespeichereinheit eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Spannungsgeneratorschaltung umfasst, die derart zwischen wenigstens einen Kontakt von Plus-Kontakt und Minus-Kontakt einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt ist, dass die Spannungsgeneratorschaltung auf Grundlage einer von der Energiespeicherzellenanordnung bereitgestellten internen Versorgungsspannung eine von Verbraucher benötigte, gegenüber der internen Versorgungsspannung in Bezug auf den Verbraucher konditionierte Versorgungsspannung an der Kontaktanordnung oder an zugeordneten Kontakten des angeschlossenen Verbrauchers bereitstellt.
  • Auf Grundlage des Erfindungsvorschlags können die angesprochenen Probleme zumindest gemildert werden, indem durch die erfindungsgemäße Spannungsgeneratorschaltung die zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung so weit als möglich auf einem Niveau gehalten wird, das fehlerhafte Ladezustandsqualifizierungen durch eine Ladezustandsüberwachung auf Seiten des elektrischen Verbrauchers vermeidet. Es wird in diesem Zusammenhang insbesondere daran gedacht, dass die von der Spannungsgeneratorschaltung bereitgestellte Versorgungsspannung gegenüber der internen Versorgungsspannung auf ein vom Verbraucher benötigtes Spannungsniveau reduziert oder/und auf einem vom Verbraucher benötigten Spannungsniveau stabilisiert ist.
  • Die elektronische Spannungsgeneratorschaltung kann vorteilhaft wenigstens eine elektronische Spannungsregelschaltung umfassen. Die elektronische Spannungsregelschaltung kann derart zwischen wenigstens einem Kontakt von Plus-Kontakt und Minus-Kontakt einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt sein, dass durch die Spannungsregelschaltung auf Grundlage einer vorgegebenen oder vorgebbaren Sollspannung und einer rückgekoppelten Istspannung eine zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung einstellbar ist, indem die Istspannung zumindest näherungsweise auf der Sollspannung gehalten oder dieser zumindest angenähert wird.
  • Insbesondere die Weiterbildung mit der Spannungsregelung ist besonders gut geeignet, die Probleme des Standes der Technik zumindest zu mildern. So lässt sich eine deutliche Verbesserung alleine schon dadurch erreichen, dass die Spannungsregelschaltung derart mit dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt verschaltet ist, dass die zwischen diesen auftretende Spannung oder eine dieser im Wesentlichen entsprechende Spannung als Ist-Spannung zur Spannungsregelschaltung zurückgekoppelt wird, also die zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung durch die Spannungsregelschaltung geregelt wird. Man kann so erreichen, dass diese Spannung so lange wie angesichts der Auslegung der Energiespeicherzellenanordnung möglich auf einem Spannungsniveau gehalten wird, das einer vollständig geladenen bzw. im Wesentlichen noch nicht entladenen Energiespeichereinheit entspricht.
  • Im Falle einer derartigen Spannungsregelung werden Kontaktübergangswiderstände zwischen den energiespeichereinheitseitigen Kontakten und den verbraucherseitigen Kontakten aber immer noch eine Rolle spielen und ggf. zu fehlerhaften Ladezustandsqualifizierungen durch die verbraucherseitige Ladezustandsüberwachung führen, insbesondere wenn größere Ströme fließen. Um den Einfluss derartiger Kontaktübergangswiderstände weiter zu vermindern oder auszuschalten, kommt es in Betracht, nicht die zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt der Energiespeichereinheit auftretende Spannung als Ist-Spannung zurückzukoppeln, sondern eine andere Spannung, die die von der verbraucherseitigen Ladezustandsüberwachung gesehene Spannung besser widerspiegelt oder dieser sogar entspricht. Auf diese Weise kann die Spannungsregelschaltung den je nach Laststrom auftretenden Spannungsabfall an den Kontaktübergangwiderständen teilweise oder sogar vollständig herausregeln.
  • Die Erfindung stellt nach dem ersten Aspekt insbesondere auch bereit eine elektrische Energiespeichereinheit, umfassend: wenigstens eine im Gehäuse angeordnete Energiespeicherzellenanordnung, umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; und eine für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugängliche elektrische Kontaktanordnung, umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt, zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie entladbar ist. Erfindungsgemäß weist die Energiespeichereinheit eine in die Energiespeichereinheit integrierte Spannungsregelschaltung auf, die derart zwischen wenigstens ein Kontakt von Plus-Kontakt und Minus-Kontakt einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt ist, dass durch die Spannungsregelschaltung auf Grundlage einer vorgegebenen oder vorgebbaren Sollspannung und einer rückgekoppelten Istspannung eine zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung einstellbar ist, indem die Istspannung zumindest näherungsweise auf der Sollspannung gehalten oder dieser zumindest angenähert wird. In der Regel wird zumindest die Sollspannung, ggf. auch die zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung, kleiner als eine von der Energiespeicherzellenanordnung, ggf. der Gruppe von Energiespeicherzellen, bereitgestellte interne Versorgungsspannung der Energiespeichereinheit sein.
  • Es ergeben sich die schon mit der erstgenannten, etwas allgemeineren Formulierung des Erfindungsvorschlags nach dem ersten Aspekt angesprochenen Vorteile.
  • Die in die Energiespeichereinheit integrierte Spannungsregelschaltung kann analog-elektronisch oder digital-elektronisch oder analog- und digital-elektronisch aufgeführt sein.
  • Es sollen im Folgenden einige Begriffe von grundsätzlicher Bedeutung geklärt werden. Die Nennspannung einer Energiespeicherzelle, beispielsweise einer Akku-Zelle, bezeichnet die mittlere Höhe der Entladespannung der Zelle bei geringer Belastung und wird somit in der Regel als Richtwert für die Dimensionierung von Batterien und Akkus verwendet. Ihre nominale Festlegung ist zum Teil Konventionssache. So beträgt laut der europäischen Norm EN 60285 die Nennspannung einer Nickel-Cadmium(NiCd)-Zelle 1,2 Volt. Ein Gerät, das beispielsweise eine Versorgungsspannung von 12 Volt benötigt, müsste somit aus einem 10-zelligen NiCd-Akku gespeist werden, in dem die 10 Zellen in Reihe geschaltet sind. Dieser zehnzellige NiCd-Akku bzw. eine zehn NiCd-Zellen aufweisende Energiespeicherzellenanordnung hat dann insgesamt eine Nennspannung von 12 Volt bzw. – zur Unterscheidung von der Nennspannung der einzelnen Zellen gemäß der Nomenklatur hier – eine resultierende Nennspannung von 12 Volt. Eine frisch/vollständig geladene NiCd-Akkuzelle gibt sogar eine die Nennspannung deutlich übersteigende Spannung von typischerweise etwa 1,3 bis etwa 1,4 oder sogar noch größerer ab, und erst im Zuge der Entladung stellt sich die dann über einen längeren Zeitraum gehaltene Nennspannung ein.
  • Die Ruhespannung bezeichnet jene Spannung, die zwischen den Klemmen des Akkus bzw. der Batterie bzw. einer einzelnen Zelle gemessen werden kann, wenn kein Strom fließt. Ihre Höhe hängt unter anderem vom Ladezustand und ggf. auch noch anderen Faktoren, etwa der Temperatur, ab. Beim Entladen sinkt die an den Akkuklemmen bzw. Batterieklemmen bzw. Zellenklemmen gemessene Spannung (Klemmenspannung) mehr oder minder stark unter dem Wert der Ruhespannung ab, was mit dem Innenwiderstand der Energiespeichereinheit bzw. der Energiespeicherzellenanordnung bzw. der einzelnen Zelle zusammenhängt. Diese beim Entladen, also während der Entnahme von Energie aus der Batterie auftretende Klemmenspannung ist die so genannte Entladespannung (auch als Lastspannung bezeichnet).
  • Von Bedeutung ist ferner die so genannte Entladeschlussspannung, die dem Minimum der Entladespannung entspricht, bei dem eine Batterie, ein Akku bzw. eine Energiespeicherzelle als entladen zu betrachten ist. Weitere Entladung kann im Falle von Akkus zu Beschädigungen der Akkuzellen führen. Demgegenüber verallgemeinert kann man im Hinblick auf eine ordnungsgemäße Versorgung eines elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie mittels einer Batterie oder eines Akkus auch jenes Minimum der Entladespannung als Entladeschlussspannung definieren, bei der die von der Batterie bzw. dem Akku bereitgestellte Versorgungsspannung gerade noch oder gerade nicht mehr ausreicht, den Verbraucher (das elektrische Gerät) ordnungsgemäß mit elektrischer Energie zu versorgen, um definierte Betriebs- und Bedienzustände des Verbrauchers (Geräts) zu gewährleisten. Im Falle von Akkus bietet es sich an, die niedrigere dieser beiden „Entladeschlussspannungen" als maßgebliche Entladeschlussspannungen zu definieren. Die im Folgenden verwendete Terminologie folgt diesem nicht unbedingt der üblichen Fachterminologie entsprechenden Ansatz.
  • Bei manchen Akkus bzw. Akkuzellen spielt im Zusammenhang mit dem Laden bzw. Wiederaufladen ferner eine so genannte Ladeschlussspannung eine Rolle, etwa bei Blei- und Lithium-Akkus. Als Ladeschlussspannung kann jene Spannung definiert werden, bei deren Erreichung die Ladung beendet werden muss, um Beschädigungen des Akkus bzw. der Akkuzelle zu vermeiden. Manche Ladetechniken basieren hinsichtlich der Beendigung des Ladens auf der Erfassung der Ladeschlussspannung. Im Falle von in Reihe geschalteten Akkuzellen kann für die Zellenreihe bzw. den die Zellenreihe aufweisenden Akku eine Gesamt-Ladeschlussspannung bzw. resultierende Ladeschlussspannung definiert werden, die der Summe der einzelnen Ladeschlussspannungen der Zellen entspricht.
  • Es macht Sinn, jeweils diese Spannungen einerseits auf die einzelne Zelle und andererseits auf die die Zellen aufweisende Energiespeicheranordnung bzw. die übergeordnete Energiespeichereinheit (den Akku bzw. die Batterie) zu beziehen, wobei in Bezug auf eine eine Gruppe von Energiespeicherzellen aufweisende Energiespeichereinheit zweckmäßig von einer „resultierenden" Spannung gesprochen werden kann, zur Unterscheidung von der sich auf die einzelne Energiespeicherzelle beziehenden Spannung (ohne den Begriffsteil „resultierend"). Diese nicht unbedingt völlig der üblichen Fachterminologie entsprechende Terminologie wird im Folgenden verwendet im Zusammenhang mit der in Betracht zu ziehenden Möglichkeit, dass die Energiespeicherzellenanordnung mehrere die angesprochene Gruppe bildende Energiespeicherzellen aufweist.
  • Im zuletzt angesprochenen Fall bilden bevorzugt gleichartige elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzellen, denen jeweils die gleiche Nennspannung und die gleiche Entladeschlussspannung zuzuordnen ist, die Gruppe, so dass der der Gruppe als resultierende Nennspannung (RNU) die Spannung RNU = Z × NU und als resultierende Entladeschlussspannung (RUE) die Spannung RUE = Z × UE zuzuordnen ist, wobei Z die Anzahl von elektrisch in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen oder Untergruppen von Energiespeicherzellen ist, und x für den Multiplikationsoperator steht. Die Energiespeicherzellen oder Untergruppen von Energiespeicherzellen sind vorzugsweise gleichmäßig entladbar, so dass diesen in Abhängigkeit von ihrem momentanen Ladezustand in der Regel jeweils die gleiche Ruhespannung (UO) zuzuordnen ist und der Gruppe als resultierende Ruhespannung (RUO) die Spannung RUO = Z × UO zuzuordnen ist. Sind die Energiespeicherzellen oder Untergruppen von Energiespeicherzellen gleichmäßig entladbar, so ist ihnen in Abhängigkeit von ihrem momentanen Ladezustand und ggf. in Abhängigkeit von einem fließenden Laststrom in der Regel jeweils die gleiche Entladespannung (Ulast) zuzuordnen und der Gruppe ist als resultierende Entladespannung (RUlast) die Spannung RUlast = Z × Ulast zuzuordnen.
  • Es wurde schon die durchaus zweckmäßige Möglichkeit angesprochen, dass die Spannungsregelschaltung derart mit dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt verschaltet ist, dass die zwischen diesen auftretende Spannung oder eine dieser im wesentlichen entsprechende Spannung als Istspannung zur Spannungsregelschaltung zurückkoppelbar ist. Alternativ oder zusätzlich kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass die Spannungsregelschaltung derart mit wenigstens einem weiteren Kontakt der Kontaktanordnung, vorzugsweise mit wenigstens einem Plus-Rückkoppelkontakt und mit wenigstens einem Minus-Rückkoppelkontakt der Kontaktanordnung, verschaltet ist, dass vermittels dieses Kontakts bzw. dieser Kontakte eine gegenüber der Energiespeichereinheit externe Spannung als Istspannung zur Spannungsregelschaltung zurückkoppelbar ist. Insbesondere die oben schon angesprochene Rückkopplung einer gegenüber der Energiespeichereinheit externen Spannung als Istspannung, etwa der Rückkopplung einer Spannung aus dem angeschlossenen Verbraucher, kann fehlerhafte Ladezustandsqualifizierungen in Folge überhöhter Kontaktübergangswiderstände zuverlässig vermeiden.
  • Vorzugsweise weist die elektrische Energiespeichereinheit eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung auf, die mit der Spannungsregelschaltung verschaltet und dafür ausgeführt ist, die Sollspannung der Spannungsregelschaltung vorzugeben. Hierzu wird weiterbildend vorgeschlagen, dass die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung dafür ausgeführt ist, in wenigstens einem ersten Betriebszustand eine erste Sollspannung vorzugeben, die kleiner als die Nennspannung (NU) der Energiespeicherzellenanordnung, ggf. die resultierende Nennspannung (RNU) der Gruppe von Energiespeicherzellen, ist, vorzugsweise um ein vorgegebenes erstes Spannungsintervall (UDa), welches im Falle der Gruppe höchstvorzugsweise der Nennspannung (NU) einer einzelnen Energiespeicherzelle im Wesentlichen entspricht. In der Regel wird die erste Sollspannung kleiner als die Ruhespannung (UO) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Ruhespannung (RUO) der Gruppe von Energiespeicherzellen für deren momentanen Entladezustand sein bzw. wird die erste Sollspannung kleiner als Entladespannung (Ulast) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Entladespannung (RUlast) der Gruppe von Energiespeicherzellen für deren momentanen Entladezustand und ggf. einen momentan fließenden Ladestrom sein.
  • Betreffend die erste Sollspannung wird vor allem daran gedacht, dass diese einer nominellen Nennspannung (NNU) der elektrischen Energiespeichereinheit entspricht, auf deren Grundlage der elektrische Verbraucher mit elektrischer Energie versorgt wird. Aus Sicht des elektrischen Verbrauchers ist die elektrische Energiespeichereinheit vollständig oder noch hinreichend geladen, wenn der elektrische Verbraucher auf einem der ersten Sollspannung entsprechenden Spannungsniveau mit elektrischer Energie versorgt wird.
  • Vorteilhaft kann die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung dafür ausgeführt sein, in wenigstens einem zweiten Betriebszustand eine zweite Sollspannung vorzugeben, die kleiner als die erste Sollspannung ist, vorzugsweise um eine vorgegebene erste Spannungsdifferenz (Udiff1). Es wird daran gedacht, dass die zweite Sollspannung größer als eine nominelle Entladeschlussspannung (NUE) der Energiespeichereinheit ist, vorzugsweise um eine vorgegebene zweite Spannungsdifferenz (Udiff2), wobei die nominelle Entladeschlussspannung (NUE) kleiner als eine tatsächliche Entladeschlussspannung (UE) der Energiespeicherzellenanordnung, ggf. die resultierende Entladeschlussspannung (RUE) der Gruppe von Energiespeicherzellen, ist, vorzugsweise um ein vorgegebenes zweites Spannungsintervall (Udb), welches im Falle der Gruppe gewünschtenfalls der Entladeschlusspannung (NU) einer einzelnen Energiespeicherzelle im Wesentlichen entspricht.
  • In der Regel wird die zweite Sollspannung kleiner als die Ruhespannung (UO) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Ruhespannung (RUO) der Gruppe von Energiespeicherzellen für deren momentanen Entladezustand sein bzw. wird die zweite Sollspannung kleiner als die Entladespannung (Ulast) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Entladespannung (RUlast) der Gruppe von Energiespeicherzellen für deren momentanen Entladezustand und ggf. einen momentan fließenden Laststrom sein.
  • Betreffend die zweite Sollspannung wird vor allem daran gedacht, dass diese eine gegenüber der nominellen Nennspannung (NNU) der Energiespeichereinheit reduzierte Spannung ist, die von Seiten des elektrischen Verbrauchers bzw. einer darin enthaltenen Ladezustandsüberwachungseinrichtung als Indiz für eine schon weitgehende Entladung der Energiespeichereinheit erfasst wird, um beispielsweise eine akustische oder/und optische Warnung auszugeben, dass die Energiespeichereinheit in Kürze gewechselt oder wieder aufgeladen werden muss. Eine gewisse weitere Entladung bzw. Energieversorgung des Verbrauchers ist aber noch möglich, ohne etwa im Falle einer Akkuzelle bzw. von Akkuzellen eine schädliche Tiefstentladung befürchten zu müssen bzw. ohne dass undefinierte Zustände des Verbrauchers auftreten.
  • Man kann vorsehen, dass die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung dafür ausgeführt ist, in wenigstens einem dritten Betriebszustand eine dritte Sollspannung vorzugeben, die kleiner als die zweite Sollspannung ist, vorzugsweise um eine vorgegebene dritte Spannungsdifferenz (Udiff3). Höchstvorzugsweise entspricht die dritte Sollspannung der nominellen Entladeschlussspannung (NUE) der Energiespeichereinheit im Wesentlichen oder ist geringfügig größer als diese. Betreffend die dritte Sollspannung wird vor allem daran gedacht, dass diese von Seiten des elektrischen Verbrauchers bzw. einer darin enthaltenen Ladezustandsüberwachungseinrichtung als Indiz für eine schon vollständige Entladung der Energiespeichereinheit erfasst wird, um zum sofortigen Auswechseln bzw. Wiederaufladen der Energiespeichereinheit aufzufordern und ggf. den Verbraucher abzuschalten, um im Falle einer Akkuzelle bzw. von Akkuzellen eine schädliche Tiefstentladung zu verhindern oder/und um undefinierte Zustände des Verbrauchers zu vermeiden.
  • In der Regel wird die dritte Sollspannung kleiner als die Ruhespannung (UO) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Ruhespannung (RUO) der Gruppe von Energiespeicherzellen für deren momentanen Entladezustand sein oder/und wird die dritte Sollspannung kleiner als die Entladespannung (Ulast) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Entladespannung (RUlast) der Gruppe von Energiespeicherzellen für deren momentanen Entladezustand und ggf. einen momentan fließenden Laststrom sein. Die dritte Sollspannung kann kleiner als die Entladeschlussspannung (UE) der Energiespeicherzellenanordnung bzw. die resultierende Entladeschlussspannung (RUE) der Gruppe von Energiespeicherzellen sein.
  • Alternativ oder zusätzlich zur Ausführung der elektronischen Sollspannungsvorgabeeinrichtung für die Vorgabe der dritten Sollspannung kann vorteilhaft vorgesehen sein, dass eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Abschalteinrichtung vorgesehen ist, die dafür ausgeführt ist, in einem Unterbrechungszustand wenigstens eine elektrische Verbindung zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und der Kontaktanordnung zu unterbrechen und in einem Leitungszustand diese Verbindung zu schließen bzw. nicht zu unterbrechen. Es kann so beispielsweise eine schädliche Tiefentladung der Energiespeicherzellenanordnung zuverlässig vermieden werden, indem die Unterbrechungseinrichtung nach weitgehender oder vollständiger Entladung der Energiespeicherzellenanordnung eine weitere Entladung durch Unterbrechung der Verbindung zu der Kontaktanordnung, insbesondere zum Plus-Kontakt oder/und Minus-Kontakt, unterbindet.
  • Eine besonders zweckmäßiger Ausgestaltung der elektrischen Energiespeichereinheit zeichnet sich dadurch aus, dass diese eine in die Energiespeichereinheit integrierte, mit der elektronischen Spannungsvorgabeeinrichtung sowie – wenn vorgesehen – ggf. mit der elektronischen Abschalteinrichtung verschaltete elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung aufweist, die den momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung überwacht und in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung die Sollspannungsvorgabeeinrichtung zwischen mehreren Betriebszuständen umschaltet, in denen sie verschiedene Sollspannungen an die Spannungsregelschaltung vorgibt. Hierzu wird weiterbildend vorgeschlagen, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung die Sollspannungsvorgabeeinrichtung in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand bzw. zwischen dem ersten, zweiten und dritten Betriebszustand umschaltet. Ist die elektronische Abschalteinrichtung vorgesehen, so wird ferner weiterbildend vorgeschlagen, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung die Abschalteinrichtung in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung zwischen dem Leitungszustand und dem Unterbrechungszustand umschaltet.
  • Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Ladezustandüberwachungseinrichtung dafür ausgeführt ist, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines ersten Ladezustands der Gruppe von Energiespeicherzellenanordnung zu bestimmen, und in dem Falle, dass der erste Ladezustand vorliegt, die Sollspannungsvorgabeeinrichtung derart anzusteuern, dass diese die erste Sollspannung an die Spannungsregelschaltung vorgibt, bzw. die Spannungsgeneratorschaltung derart anzusteuern, dass diese eine erste Versorgungsspannung bereitstellt. Der erste Ladezustand kann ein Ladezustand der Eergiespeicherzellenanordnung sein, in der diese hinreichend geladen ist. Konkreter wird daran gedacht, dass der erste Ladezustand ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung ist, in dem die Ruhespannung (UO) (ggf. die resultierende Ruhespannung (RUO)), oder/und die Entladespannung (Ulast) (ggf. die resultierende Entladespannung (RUlast)) der Energiespeicherzellenanordnung um mindestens eine vorgegebene erste Differenzspannung (DU1) größer als die Entladeschlussspannung (UE) (ggf. die resultierende Entladeschlussspannung (RUE)) der Energiespeicherzellenanordnung ist. Ferner wird im Falle einer Gruppe von Energiespeicherzellen daran gedacht, dass der erste Ladezustand ein Ladezustand der Gruppe von Energiespeicherzellen ist, in dem die Ruhespannung (UO) der einzelnen Energiespeicherzellen oder/und in dem die Entladespannungen (Ulast) der einzelnen Energiespeicherzellen jeweils um mindestens einen vorgegebenen ersten Spannungsabstand (UA1) größer als die Entladeschlussspannung (UE) der jeweiligen Energiespeicherzelle sind. Im Falle von Z gleichartigen, gleichmäßig entladbaren und in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen kann die erste Differenzspannung (DU1) das Z-fache des ersten Spannungsabstands (UA1) sein.
  • Weiterbildend wird vorgeschlagen, dass die Ladezustandüberwachungseinrichtung dafür ausgeführt ist, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines zweiten Ladezustands der Gruppe von Energiespeicherzellen zu bestimmen, und in dem Falle, dass der zweite Ladezustand vorliegt, die Sollspannungsvorgabeeinrichtung derart anzusteuern, dass diese die zweite Sollspannung an die Spannungsregelschaltung vorgibt, bzw. die Spannungsgeneratorschaltung derart anzusteuern, dass diese eine gegenüber der ersten Versorgungsspannung kleinere zweite Versorgungsspannung bereitstellt. Der zweite Ladezustand kann ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung sein, in der diese weitgehend entladen ist, aber bezogen auf einen zugrunde gelegten Entladestrom ohne Gefahr einer schädlichen Tiefentladung noch für eine gewisse Zeit weiter entladen werden kann. Der zweite Ladezustand kann auch einfach nur ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung, ggf. der Gruppe von Energiespeicherzellen, sein, in dem die vollständige Entladung kurz bevorsteht, so dass die Energiespeichereinheit auszuwechseln oder wieder aufzuladen ist, um eine ununterbrochene Energieversorgung des Verbrauchers zu ermöglichen. Konkreter wird daran gedacht, dass der zweite Ladezustand ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung ist, in dem die Ruhespannung (UO) (ggf. die resultierende Ruhespannung (RUO)) oder/und in dem die Entladespannung (Ulast) (ggf. die resultierende Entladespannung (RUlast)) der Energiespeicherzellenanordnung eine vorgegebene erste Spannungsschwelle unterschreitet, die um die erste Differenzspannung (DU1) größer als die Entladespannung (UE) (ggf. die resultierende Entladeschlussspannung (RUE)) der Energiespeicherzellenanordnung ist. Ferner wird im Falle einer Gruppe von Energiespeicherzellen daran gedacht, dass der zweite Ladezustand ein Ladezustand der Gruppe von Energiespeicherzellen ist, in dem die Ruhespannungen (UO) der einzelnen Energiespeicherzellen oder/und in dem die Entladespannungen (Ulast) der einzelnen Energiespeicherzellen jeweils ein vorgegebenes erstes Spannungsniveau unterschreiten, das um den ersten Spannungsabstand (UA1) größer als die Entladeschlussspannung (UE) der jeweiligen Energiespeicherzelle ist.
  • Ferner wird vorgeschlagen, dass die Ladezustandüberwachungseinrichtung dafür ausgeführt ist, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines dritten Ladezustands der Gruppe von Energiespeicherzellen zu bestimmen, und in dem Falle, dass der dritte Ladezustand vorliegt, die Sollspannungsvorgabeeinrichtung derart anzusteuern, dass diese die dritte Sollspannung an die Spannungsregelschaltung vorgibt, bzw. die Spannungsgeneratorschaltung derart anzusteuern, dass diese eine gegenüber der zweiten Versorgungsspannung kleinere dritte Versorgungsspannung bereitstellt, oder – wenn vorgesehen – die Abschalteinrichtung derart anzusteuern, dass diese die elektrische Verbindung zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und der Kontaktanordnung unterbricht. Der dritte Ladezustand kann ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung sein, in der diese vollständig oder fast vollständig entladen ist, so dass die Energiespeicherzellenanordnung zur Vermeidung einer schädlichen Tiefentladung nicht noch weiter entladen werden sollte. Konkret wird daran gedacht, dass der dritte Ladezustand ein Ladezustand der Gruppe von Energiespeicherzellen ist, in dem die Ruhespannung (UO) (ggf. die resultierende Ruhespannung (RUO)) oder/und die Entladespannung (Ulast) (ggf. die resultierende Entladespannung (RUlast)) der Energiespeicherzellenanordnung eine gegenüber der ersten Spannungsschwelle niedrigere zweite Spannungsschwelle erreicht oder unterschreitet, die vorzugsweise der Entladesschlussspannung (UE) (ggf. der resultierenden Entladeschlussspannung (RUE)) der Energiespeicherzellenanordnung im Wesentlichen entspricht oder geringfügig größer als diese ist. Ferner wird im Falle einer Gruppe von Energiespeicherzellen daran gedacht, dass der dritte Ladezustand ein Ladezustand der Gruppe von Energiespeicherzellen ist, in dem die Ruhespannungen (UO) der einzelnen Energiespeicherzellen oder/und in dem die Entladespannungen (Ulast) der einzelnen Energiespeicherzellen ein gegenüber dem ersten Spannungsniveau niedrigeres zweites Spannungsniveau erreichen oder unterschreiten, das vorzugsweise der Entladeschlussspannung (UE) einer einzelnen Energiespeicherzelle im Wesentlichen entspricht oder geringfügig größer als diese ist.
  • Wird im Falle des dritten Ladezustands die Sollspannungsvorgabeeinrichtung dafür angesteuert, die dritte Sollspannung an die Spannungsregelschaltung vorzugeben, bzw. wird die Spannungsgeneratorschaltung dafür angesteuert, die dritte Versorgungsspannung bereitzustellen, so kann, wenn die Abschalteinrichtung vorgesehen ist, die Ladezustandsüberwachungseinrichtung zweckmäßig ferner dafür ausgeführt sein, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines vierten Ladezustands der Energiespeicherzellenanordnung zu bestimmen, und in dem Falle, dass der vierte Ladezustand vorliegt, die Abschalteinrichtung derart anzusteuern, dass diese die elektrische Verbindung zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und der Kontaktanordnung unterbricht. Der vierte Ladezustand kann ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung sein, in dem diese schon so vollständig entladen ist, dass zur Vermeidung einer schädlichen Tiefstentladung die Energiespeicherzellenanordnung keinesfalls noch weiter entladen werden darf. Die elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung und die Abschalteinrichtung wirken insoweit dann als Schutzschaltung zum Schutz der Energiespeichereinheit gegen übermäßige, eine schädliche Tiefentladung bedeutende Entladung.
  • Die Funktionsweise der Ladezustandsüberwachungseinrichtung als solches ist nicht auf bestimmte Prinzipien beschränkt. Es können alle im Fachgebiet bekannte Methoden der Diagnose bzw. Erfassung von Ladezuständen von elektrischen Energiespeichern realisiert sein. Beispielsweise kann die elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung dafür ausgeführt sein, die momentan von der Energiespeicherzellenanordnung abgegebene Spannung mit einer oder mehreren Referenzspannungen zu vergleichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung bzw. die elektronische Spannungsgeneratorschaltung zwischen ihren Betriebszuständen umzuschalten. Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung dafür ausgeführt ist, Entladungströme sowie ggf. Ladungsströme zu erfassen, um in Abhängigkeit von einer Ladungsbilanz die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung bzw. die elektronische Spannungsgeneratorschaltung zwischen ihren Betriebszuständen umzuschalten.
  • In den vorangehenden Ausführungen, speziell auch in der einleitenden Diskussion, wurde mehrfach die Ausführung der Energiespeichereinheit als wiederaufladbare Energiespeichereinheit in Betracht gezogen. Es kommt durchaus aber auch in Betracht, dass die Energiespeichereinheit nicht wiederaufladbar ist, zumindest nicht auf elektrischem Wege. Die Energiespeicherzellenanordnung kann als auf elektrischem Wege nicht wiederaufladbare Energiespeicherzellenanordnung ausgeführt sein, insbesondere als nur irreversibel entladbare Primärzelle bzw. Primärzellen oder Batterie-Speicherzelle bzw. Batterie-Speicherzellen. Demgegenüber ist es aber eindeutig bevorzugt, dass die Energiespeichereinheit wiederaufladbar ist, insbesondere auch auf elektrischem Wege. Hierzu kann die Energiespeicherzellenanordnung als auf elektrischem Wege wiederaufladbare Energiespeicherzellenanordnung ausgeführt sein, insbesondere als wiederaufladbare Sekundärzelle bzw. Sekundärzellen oder Akkumulator-Speicherzelle bzw. Akkumulator-Speicherzellen, beispielsweise als Bleiakkumulator-Speicherzelle(n), Nickel-Cadmium-Akkumulator-Speicherzelle(n), Nickel-Metallhydrid-Akkumulator-Speicherzelle(n), Lithium-Ionen-Akkumulator-Speicherzelle(n), Lithium-Polymer-Akkumulator-Speicherzelle(n) oder Alkali-Mangan-Speicherzelle(n).
  • Es soll aber nicht ausgeschlossen werden, dass die Energiespeicherzellenanordnung bzw. die Energiespeicherzelle oder Energiespeicherzellen von völlig anderer Art sind als bisher explizit oder implizit angesprochen. So kommt es durchaus in Betracht, dass die Erfindung und verschiedene Weiterbildungsvorschläge hierzu auf Brennstoffzellen als Energiespeicher anwendbar sind. Dementsprechend kann die Energiespeicherzellenanordnung von einer oder mehreren Brennstoffzellen gebildet sein, speziell von wenigstens einer miniaturisierten Brennstoffzelle, wie schon verschiedenlich als Energiespeicher der Zukunft vorgeschlagen.
  • Man kann zweckmäßig vorsehen, dass das Gehäuse und die Art und Anordnung der elektrischen Kontaktanordnung einer vorbekannten Bauform oder einem Industriestandard entspricht. Die Energiespeichereinheit kann so dafür eingesetzt werden, für derartige Bauformen ausgelegte, schon im Markt befindliche bzw. weit verbreitete elektrische Verbraucher zu deren Energieversorgung eingesetzt zu werden. Es wird hierzu speziell daran gedacht, dass das Gehäuse und die Art und Anordnung der elektrischen Kontaktanordnung einer vorbekannten elektrischen Energiespeichereinheit entspricht, die eine der ersten Sollspannung zumindest näherungsweise entsprechende Nennspannung bzw. resultierende Nennspannung oder/und die eine der nominellen Entladeschlussspannung (NUE) zumindest näherungsweise entsprechende Entladeschlussspannung bzw. resultierende Entladeschlußspannung aufweist. Obwohl die Energiespeicherzellenanordnung, ggf. die Gruppe von Energiespeicherzellen, intern eine größere Nennspannung bzw. resultierende Nennspannung aufweist, entspricht die elektrische Energiespeichereinheit in einer Betrachtung von außen hinsichtlich den für das Betriebsverhalten und die Kompatibilität wichtigen Spannungen dann identisch oder fast identisch der vorbekannten elektrischen Energiespeichereinheit. Die erste Sollspannung ist dann als eine Art nominelle Nennspannung (NNU) anzusehen, die aus Benutzersicht bzw. im Hinblick auf anzuschließende elektrische Verbraucher die in erster Linie maßgebliche Nennspannung der Energiespeichereinheit darstellt.
  • Vorteilhaft kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Spannungsgeneratorschaltung bzw. die Sollspannungsvorgabeeinrichtung dafür ausgeführt ist, beim Umschalten zwischen ihren Betriebszuständen die bereitgestellte Versorgungsspannung bzw. die Sollspannung derart kontinuierlich oder stückweise kontinuierlich zu verändern, dass der Gang der Versorgungsspannung bzw. der Sollspannung zumindest näherungsweise dem Gang der Entladespannung der vorbekannten Energiespeichereinheit bei deren Entladung entspricht, wenigsten in Bezug auf die Annäherung der Entladespannung, (ggf. der resultierenden Entladespannung im Falle einer Gruppe von Energiespeicherzellen) der vorbekannten Energiespeichereinheit an deren Entladeschlussspannung (ggf. deren resultierende Entladeschlussspannung im Falle einer Gruppe von Energiespeicherzellen). Hinsichtlich ihrer elektrischen Eigenschaften beim Entladen kann die elektrische Energiespeichereinheit dann nicht oder kaum von der vorbekannten elektrischen Energiespeichereinheit unterschieden werden. Die elektrische Energiespeichereinheit kann dann für jeden vorbekannten bzw. schon im Markt befindlichen Verbraucher verwendet werden, der für die vorbekannte elektrische Energiespeichereinheit ausgelegt ist.
  • Es sei angemerkt, dass es durchaus in Betracht kommt, dass ein elektrischer Verbraucher durch mehrere in Reihe geschaltete oder/und parallel geschaltete Energiespeichereinheiten mit Energie zu versorgen ist.
  • Nach einem zweiten Aspekt stellt die Erfindung ferner bereit eine elektrische Energiespeichereinheit, umfassend: ein Gehäuse; wenigstens eine im Gehäuse angeordnete Energiespeicherzellenanordnung, umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; und eine für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugängliche elektrische Kontaktanordnung, umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt, zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers mit elektrischer Energie entladbar ist.
  • Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass die Energiespeichereinheit mit einer in die Energiespeichereinheit integrierten elektronischen Ladezustandsüberwachungseinrichtung ausgeführt ist, die den momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (ggf. einer Gruppe von Energiespeicherzellen wie vorangehend mehrfach angesprochen) überwacht und in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung eine weitere in die Energiespeichereinheit integrierte Einrichtung zwischen Betriebszuständen umschaltet oder/und vermittels einer in die Energiespeichereinheit integrierten Signalabgabevorrichtung optische oder/und visuelle Signale gibt oder/und Steuersignale über wenigstens einen Kontakt der Kontaktanordnung ausgibt. Die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit nach dem zweiten Aspekt der Erfindung kann entsprechend der Energiespeichereinheit nach dem ersten Aspekt der Erfindung bzw. der verschiedenen vorangehend angesprochenen Weiterbildungsmöglichkeiten hierzu ausgeführt sein, ohne dass zwingend eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Spannungsregelschaltung vorgesehen sein muss und ohne dass zwingend eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Spannungsgeneratorschaltung vorgesehen sein muss.
  • Der Erfindungsvorschlag nach dem zweiten Aspekt eröffnet vielfältige, über die Erfindungslösung nach dem ersten Aspekt hinausgehende Möglichkeiten, wie die eingangs angesprochenen Probleme bewältigt bzw. deren unerwünschten Auswirkungen zumindest gemildert werden können. So kann die in die Energiespeichereinheit integrierte Ladezustandsüberwachungseinrichtung über Steuersignale mit einer übergeordneten Steuereinheit eines durch die Energiespeichereinheit mit elektrischer Energie versorgten elektrischen Verbrauchers kommunizieren und insoweit fehlerhafte Ladezustandsquantifizierungen auf Seiten des Verbrauchers vermeiden. Den Ladezustand der Gruppe von Energiespeicherzellen angebende Signale, beispielsweise eine Ladezustandsanzeige auf LCD- oder LED-Basis, ermöglicht dem Benutzer eine Überprüfung von Ladezustandsquantifizierungen auf Seiten des elektrischen Verbrauchers, so dass ggf. auf überhöhte Kontaktübergangswiderstände zurückgeschlossen werden kann und ggf. Gegenmaßnahmen getroffen werden können.
  • Nach einem dritten Aspekt stellt die Erfindung ein elektrisches Gerät bereit, das eine für den Anschluss wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit zugängliche elektrische Kontaktanordnung aufweist, umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt, zwischen die die elektrische Energiespeichereinheit zur Versorgung des elektrischen Geräts mit elektrischer Energie schaltbar oder geschaltet ist, unter Anschluss des Plus-Kontakts des Geräts an einem zugeordneten Plus-Kontakt der Energiespeichereinheit und des Minus-Kontakts des Geräts an einem zugeordneten Minus-Kontakt der Energiespeichereinheit. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, dass das elektrische Gerät mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit nach dem ersten Aspekt oder/und dem zweiten Aspekt ausgestattet ist, die unter Anschluss des Plus-Kontakts des Geräts an dem zugeordneten Plus-Kontakt der Energiespeichereinheit und des Minus-Kontakts des Geräts an dem zugeordneten Minus-Kontakt der Energiespeichereinheit an dem elektrischen Gerät angeschlossen oder anschließbar ist, um das elektrische Gerät als elektrischer Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen unter Entladung der Energiespeicherzellenanordnung der Energiespeichereinheit.
  • Im Falle einer Energiespeichereinheit mit integrierter Spannungsregelschaltung, der eine externe Spannung als Istspannung zurückkoppelbar ist, wird weiterbildend vorgeschlagen, dass in dem Fall, dass die elektrische Kontaktverbindung zumindest zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem zugeordneten Plus-Kontakt der Energiespeichereinheit und dem Minus-Kontakt des Geräts und dem zugeordneten Minus-Kontakt der Energiespeichereinheit hergestellt ist, auf Seiten des elektrischen Geräts der Plus-Rückkoppelkontakt der Energiespeichereinheit an dem Plus-Kontakt des Geräts und der Minus- Rückkoppelkontakt der Energiespeichereinheit an dem Minus-Kontakt des Geräts angeschlossen ist, um eine zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretenden Spannung als Istspannung zur Spannungsregelschaltung der Energiespeicherschaltung zurückzukoppeln. Es kann so die auf Seiten des elektrischen Verbrauchers auftretende Versorgungsspannung auf die Sollspannung geregelt werden, insbesondere auch um Spannungsabfälle an Kontaktübergangswiderständen zu kompensieren.
  • Das elektrische Gerät kann mit einer elektronischen Ladezustandsüberwachungseinrichtung ausgeführt sein, die den momentanen Ladezustand der am Gerät angeschlossenen Energiespeichereinheit überwacht. Es wird in diesem Zusammenhang vor allem (aber nicht ausschließlich) daran gedacht, dass die Ladezustandsübennrachungseinrichtung auf zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretende Spannungen anspricht.
  • Bezug nehmend auf oben angesprochene Ausgestaltungsmöglichkeiten betreffend die Vorgabe der ersten Sollspannung bzw. Bereitstellung der ersten Versorgungsspannung wird weiterbildend vorgeschlagen, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung auf eine zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretende Spannung im Wesentlichen entsprechend der ersten Sollspannung bzw. der ersten Versorgungsspannung einen Geladen-Zustand der Energiespeichereinheit bestimmt.
  • Bezug nehmend auf die Ausgestaltungen betreffend die Vorgabe der zweiten Sollspannung bzw. Bereitstellung der zweiten Versorgungsspannung wird weiterbildend vorgeschlagen, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung auf eine zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretende Spannung im Wesentlichen entsprechend der zweiten Sollspannung bzw. der zweiten Versorgungsspannung einen Fast-Entladen-Zustand der Energiespeichereinheit bestimmt und ein optisches oder/und akustisches Warnsignale ausgibt.
  • Bezug nehmend auf die Ausgestaltung mit der Vorgabe der dritten Sollspannung bzw. Bereitstellung der dritten Versorgungsspannung wird weiterbildend vorgeschlagen, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung auf eine zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretende Spannung im Wesentlichen entsprechend der dritten Sollspannung bzw. der dritten Versorgungsspannung oder kleiner als diese einen Entladen-Zustand der Energiespeichereinheit bestimmt und durch Öffnen wenigstens eines Schalters das elektrische Gerät oder zumindest wenigstens eine elektrische Energie verbrauchende elektrische Komponente des Geräts abschaltet, um eine weitere Entladung der angeschlossenen Energiespeichereinheit zu unterbinden oder zumindest auf ein Mindestmaß zu reduzieren.
  • Im Falle einer wiederaufladbaren Energiespeichereinheit mit einer auf elektrischem Wege wiederaufladbaren Energiespeicherzellenanordnung wird weiterbildend vorgeschlagen, dass das elektrische Gerät eine elektronische Ladeschaltung aufweist, die dafür ausgeführt ist, die angeschlossene Energiespeichereinheit (oder Energiespeichereinheiten) über deren Kontaktanordnung zu laden, vorzugsweise definiert zu laden. Soweit es dabei auf eine Ladeschlussspannung der Energiespeicherzellenanordnung der Energiespeichereinheit ankommt, etwa um eine Beschädigung durch Überladung zu vermeiden, sollte diese von Seiten der Ladeschaltung berücksichtigt werden, insbesondere auch wenn eine Diskrepanz zwischen der Ladeschlussspannung der Energiespeicherzellenanordnung und einer nominellen Nennspannung der Energiespeichereinheit, die kleiner ist als die Nennspannung der Energiespeicherzellenanordnung, besteht.
  • Nach einem vierten Aspekt stellt die Erfindung eine Ladestation für eine erfindungsgemäße elektrische Energiespeichereinheit nach dem ersten oder/und zweiten Aspekt bereit. Die erfindungsgemäße Ladestation weist eine elektronische Ladeschaltung auf, die dafür ausgeführt ist, die angeschlossene Energiespeichereinheit über deren Kontaktanordnung zu laden, vorzugsweise definiert zu laden. Wenn es bei dem Laden auf eine Ladeschlussspannung der Energiespeicherzellenanordnung der Energiespeichereinheit ankommt, etwa um eine Beschädigung durch Überladung zu vermeiden, so sollte die Ladeschaltung die Entladeschlussspannung berücksichtigen, insbesondere auch dann, wenn die zuvor im Zusammenhang mit dem die Ladeschaltung aufweisenden elektrischen Gerät angesprochene Diskrepanz zur nominellen Nennspannung der Energiespeichereinheit besteht. Die Erfindung nach dem vierten Aspekt stellt speziell auch eine Kombination aus einer erfindungsgemäßen Ladestation mit wenigstens einer erfindungsgemäßen elektrischen Energiespeichereinheit nach dem ersten oder/und zweiten Aspekt bereit.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand von in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiel näher erläutert.
  • 1 repräsentiert eine Lösung des Stand der Technik und zeigt ein tragbares Gerät mit einem zugeordnete Akku, der fünf in Reihe geschaltete Akkuzellen aufweist. Das Gerät weist eine auf Spannungen ansprechende Ladezustandsüberwachungsschaltung zur Überwachung des Ladezustands des Akkus auf.
  • 2 repräsentiert ein Ausführungsbeispiel der Erfindung und zeigt das Gerät der 1 mit einem zugeordneten erfindungsgemäßen Akku, der sechs in Reihe geschaltete Akkuzellen aufweist und mit einer Spannungsgeneratorschaltung und einer Ladezustandsüberwachungsschaltung ausgestattet ist, die in den Akku integriert sind.
  • 3 zeigt als Weiterbildung der Anordnung der 2 ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Akkus mit einem zugeordneten Gerät. Der Akku weist darin integriert eine Ladezustandsüberwachungsschaltung und eine Spannungsregelschaltung und eine von der Ladezustandsüberwachungsschaltung angesteuerte Sollspannungsvorgabeschaltung für die Vorgabe von Sollspannungen an die Spannungsregelschaltung auf.
  • 4 zeigt sich auf ein Ausführungsbeispiel mit einem sechs in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Zellen aufweisenden Akku und einer gegenüber dem Akku externen Ladezustandsüberwachung, die von einem Akku mit fünf in Reihe geschalteten Nickel-Cadmium-Zellen ausgeht, beziehende Spannungen, Spannungsniveaus, Spannungsschwellen und Spannungsintervalle, die beispielsweise im Zusammenhang mit einer entsprechend ausgelegten erfindungsgemäßen Anordnung gemäß 3 von Bedeutung sind.
  • 5 zeigt ein konkretes Ausführungsbeispiel für einen Akku entsprechend 3.
  • In verschiedener Hinsicht ist es bei tragbaren elektrischen Geräten, wie beispielsweise bei Funkfernsteuerungen für industrielle Anwendungen, wichtig, den Ladezustand einer das Gerät versorgenden Energiespeichereinheit (wiederaufladbare Akkumulator-Einheit oder kurz Akku bzw. nicht wiederaufladbare Batterieeinheit oder nur kurz Batterie) zu überwachen. So wird es häufig wichtig sein, undefinierte Betriebs- und Steuerzustände des betreffenden tragbaren Geräts zu vermeiden, die auf eine zu niedrige Versorgungsspannung zurückzuführen sein können. Ferner ist es bei manchen Akkus bzw. bei manchen Akku-Zellen von Akkus wichtig, eine Tiefstentladung zu vermeiden, um die grundsätzliche Speicherkapazität des Akkus bzw. der Akkuzellen zu erhalten und diesen also wieder entsprechend dieser Kapazität aufladen zu können.
  • 1 zeigt eine typische Ladezustandsüberwachung des Standes der Technik. Eine Akkumulator-Speichereinheit 10 (im Folgenden kurz als Akku 10 bezeichnet) weist in einem Gehäuse 11 fünf in Reihe geschaltete Akku-Zellen, beispielsweise Nickel-Cadmium-Zellen 12 auf, die unmittelbar mit Klemmen 14, 14' des Akkus verbunden sind. Ein zugeordnetes elektrisches Gerät 100 weist Klemmen 114, 114' auf, die zur Energieversorgung des elektrischen Geräts durch den Akku 10 paarweise mit den Klemmen 14, 14' verbunden werden, auf an sich bekannte Art und Weise. Das elektrische Gerät weist eine zum eigentlichen elektrischen Verbrauch 120, in 1 als Lastwiderstand RL symbolisiert, parallel geschaltete elektronische Ladezustandsüberwachungsschaltung 122 auf, die auf an den Klemmen 114, 114' anliegende Spannungen anspricht. Diese Ladezustandsüberwachungsschaltung generiert z. B. durch Vergleich mit Referenzspannungen Signale zur Ansteuerung wenigstens eines optischen Signalgebers 124 oder/und wenigstens eines akustischen Signalgebers 126, um einen sich abzeichnenden Entladezustand als Warnung vorab zu signalisieren, so dass der Benutzer des Geräts eine Ersatz-Energiespeichereinheit anschließen oder die Energiespeichereinheit 10 wieder aufladen kann. Die als Spannungsüberwachungsschaltung ausgeführte Ladezustandsüberwachungsschaltung 122 steuert ferner einen Schalter 128 an, um im Falle einer zu tiefen Akkuspannung das gesamte elektrische Gerät 100 und damit auch sich selbst abzuschalten, bevor es im Gerät zu undefinierten und damit unerwünschten, ggf. betreffend eine Steuerung externer Einrichtungen gefahrenträchtigen Zuständen kommt.
  • Als dringend verbesserungswürdige Schwachstelle hat sich der Kontaktübergang 14, 114 und 14', 114' herausgestellt. Insbesondere bei einem Einsatz im Freien kommt es durch Schmutz, Feuchtigkeit und Alterung zu Oxidation/Korrosion der Kontaktoberflächen. Dies kann zu signifikanten Erhöhungen der Kontaktübergangswiderstände von 14 zu 114 bzw. 14' zu 114' führen. Insbesondere bei leistungsintensiven Verbrauchern RL (120) kommt es durch entsprechend große Lastströme zu einem nennenswerten Spannungsabfall über 14, 114 bzw. 14', 114', der die Ergebnisse der spannungsgebundenen Ladezustandsüberwachung durch die Ladezustandsüberwachungsschaltung 122 des Geräts 100 bis zur Unbrauchbarkeit verfälschen kann.
  • Insbesondere im langfristigen Einsatz kommt es deswegen bei derartigen Geräten zu fehlerhaften Akkuzustandsqualifizierungen. Die Vorwarn- bzw. Abschaltschwellen werden viel zu früh erreicht, so dass der Akku fälschlicherweise viel zu früh als entladen bzw. ggf. sogar als defekt dem Benutzer signalisiert wird. Dies hat zur Folge, dass die Kapazität einer jeweiligen Akkumulator-Einheit nicht voll ausgeschöpft wird. Es kommt vielfach zum Ersatz von neuen Ersatzakkus, die teilweise aber schon wieder nach recht kurzer Zeit das gleiche Verhalten zeigen, so weit Korrosion bzw. Übergangswiderstandserhöhung zwischen Gerät und Akku auftritt.
  • Die erfindungsgemäße Energiespeichereinheit 210 des Ausführungsbeispiels gemäß 2, die wiederum als Akkumulator-Einheit (kurz Akku) ausgeführt ist, weist mehr in Reihe geschaltete Akkuzellen 212 auf, als für die Versorgung des zugeordneten Geräts 100 hinsichtlich dessen Versorgungsspannungsniveau eigentlich benötigt werden. Das Gerät 100 kann einem herkömmlichen Gerät entsprechen, das beispielsweise dafür ausgelegt ist, von einem Akku mit elektrischer Energie auf einem Spannungsniveau entsprechend fünf in Reihe geschalteten Nickel-Cadmium-Zellen versorgt zu werden, also etwa durch den Akku 10 gemäß 1. Gemäß 1 sind im hier angenommenen Beispielsfall fünf in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Zellen 12 vorhanden, die bei einer Nennspannung von jeweils 1,2 Volt eine resultierende Nennspannung des Akkus von 6 Volt liefern, bei frisch vollgeladenen Akkuzellen sogar eine anfänglich die resultierende Nennspannung deutlich übersteigende Spannung beispielsweise von 6,8 Volt.
  • Demgegenüber ist der ein Gehäuse 211 aufweisende Akku 210 erfindungsgemäß mit einer größeren Anzahl von Akkuzellen 212 ausgestattet, beispielsweise sechs Nickel-Cadmium-Zellen anstelle von fünf Nickel-Cadmium-Zellen, die an sich für die Bereitstellung des vom Verbraucher benötigten Spannungsniveaus ausreichen würden.
  • Der Akku 210 weist eine darin integrierte elektronische Ladezustandsüberwachungsschaltung 222 auf, die zu den in Reihe geschalteten NiCd-Zellen parallelgeschaltet ist und auf von den Zellen insgesamt abgegebene Spannungen anspricht. Die Ladezustandsüberwachung kann entweder alleine auf Grundlage der Zellenspannung oder unter Berücksichtigung der Zellenspannung erfolgen.
  • Die Ladezustandsüberwachungseinrichtung steuert einen aktiven Spannungsgenerator 230 an, der das von den Zellen 212 bereitgestellte, in Bezug auf den Verbraucher überhöhte Spannungsniveau auf das vom Verbraucher benötigte Spannungsniveau absenkt. Bevorzugt ist die Spannungsgeneratorschaltung als elektronische Regelschaltung ausgeführt, die die vom Verbraucher benötigte Versorgungsspannung auf Grundlage eines Sollwert-Istwert-Vergleichs bereitstellt.
  • Nach der Erfindung in der Realisierung gemäß 2 findet die Ladezustandsüberwachung der Akkuzellen über deren Spannung unabhängig von dem über die Kontakte 214, 114 und 214', 114' fließenden Lastströmen im Akku 210 selbst statt, durch die Ladezustandsüberwachungsschaltung 222. Die technische Ausführung der in den Akku integrierten Ladezustandsüberwachungsschaltung 222 kann im Wesentlichen einer an sich bekannter Ladezustandsüberwachungsschaltung, etwa der Schaltung 122 des elektrischen Geräts, entsprechen.
  • Die Erhöhung der Gesamtzellenspannung (der resultierenden Zellenspannung) der in Reihe geschalteten Gruppe von Akkuzellen ermöglicht, dass der von der Ladezustandsüberwachungsschaltung 222 aktiv angesteuerte Spannungsgenerator 230 auf dem nach außen zum Verbraucher tiefer zu erzeugenden Spannungsniveau eine Spannungs-/Zeit-Charakteristik durchfahren kann, die zumindest näherungsweise, insbesondere bei zunehmender Entladung der Akkuzellen, der Spannungs-/Zeit-Charakteristik eines normalen Akkus 10 des Standes der Technik, der nur die für eine Bereitstellung einer resultierenden Nennspannung entsprechend der vom Verbraucher benötigten Versorgungsspannung erforderliche Anzahl von in Reihe geschalteter Akku-Zellen aufweist, entspricht, bezogen auf die Beispiele der 1 und 2 also der Spannungs-/Zeit-Charakteristik des Akkus 10 mit nur fünf NiCd-Zellen, d. h. ohne Spannungserhöhung über die vom Verbraucher benötigte Versorgungsspannung.
  • Durch die aktive elektronische Spannungseinstellung, ggf. Spannungsregelung, kann so ausgehend von einem höheren Niveau der interne Versorgungsspannung der Gruppe von Akkuzellen 212 die vom Akku bereitgestellte Abgabespannung (entsprechend der nominellen Arbeitsspannung des Akkus) lange auf dem Arbeitsspannungsniveau stabil gehalten werden, das vom Verbraucher benötigt wird. Die vom Verbraucher benötigte Versorgungsspannung kann so lange bereitgestellt werden, bis die integrierte Ladezustandsüberwachungsschaltung 222 auf Grundlage eines Abfallens der internen Versorgungsspannung der Gruppe von Zellen mangelnde Restkapazität der überwachten Zellen erkennt. Beim Ausführungsbeispiel der 2 steuert dann die Ladezustandsüberwachungsschaltung 222 den Spannungsgenerator 230 so an, dass dieser das Spannungs-Zeit-Diagramm eines normalen, keine interne Überspannung aufweisenden, sich zunehmend entleerenden Akkus, etwa des Akkus 10 gemäß 1, nachbildet.
  • Der Übergangswiderstand zwischen den Kontakten 114, 214 und den Kontakten 114', 214' spielt insoweit nur noch eine reduzierte Rolle, als dass das vom Verbraucher benötigte Spannungsniveau an den Klemmen 214, 214' aufgrund der Ableitung aus einem internen überhöhten Spannungsniveau über einen längeren Zeitraum auf dem Sollwert gehalten werden kann, so dass auftretende, sich noch in einem gewissen Rahmen haltende Kontaktübergangswiderstände erst später für die Ladezustandsüberwachungsüberwachung durch die geräteinterne Schaltung 122 eine Rolle spielen, nämlich wenn der Generator 230 das Spannungs-/Zeit-Diagramm eines herkömmlichen Akkus 10 bei deren Entleerung nachbildet. Fehlerhafte Qualifizierungen/Quantifizierungen des Akkus 210 durch die Ladezustandsüberwachungseinrichtng 122 können aber immer noch auftreten, so lange nicht eine Rückmeldung der an den Geräteklemmen 114, 114' auftretenden Versorgungsspannung zum Spannungsgenerator 230 und auf Grundlage dieser Rückmeldung eine Regelung der an den Klemmen 114, 114' anliegenden Spannung realisiert ist. 3 zeigt ein entsprechendes Ausführungsbeispiel, bei dem eine derartige Regelung der geräteseitigen Versorgungsspannung vorgesehen ist.
  • 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit einer weiteren erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 210a, beispielsweise einem Nickel-Cadmium-Akku, der wiederum sechs Akkuzellen, beispielsweise NiCd-Zellen 212 aufweist. Der Ladezustand der Gruppe von in Reihe geschalteten Akkuzellen 212 wird von einer in den Akku 212a integrierten elektronischen Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 erfasst, auf Grundlage der an den Anschlussklemmen der Zellengruppe anliegenden internen Versorgungsspannung.
  • Der Spannungsgenerator 230 ist im Falle des Ausführungsbeispiels der 3 gebildet von einer Sollwertvorgabeeinrichtung 232, die von der Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 angesteuert wird, und einem Spannungsregler 234, der an einem Sollwerteingang eine Sollwertvorgabe der Sollwertvorgabeeinrichtung 232 empfängt. Eine vom Regler 234 eingestellte Ausgabespannung liegt an einem Klemmenpaar 214, 214' an, das einem Eingangsklemmenpaar 114, 114' des zugeordneten elektrischen Geräts 100a zugeordnet ist. Die an den Klemmen 114, 114' anliegende Versorgungsspannung wird über zu den Klemmen parallel geschaltete Rückkoppelklemmen 115, 115' des Gerätes und daran angeschlossene Rückkoppelklemmen 215, 215' des Akkus als Istwert zum Regler 234 zurückgekoppelt, so dass der Regler 234 die an den Klemmen 114, 114' anliegende Versorgungsspannung entsprechend der Sollwertvorgabe auf den Sollwert regeln kann. Ein zwischen den Klemmen 214, 114 und 214', 114' möglicherweise auftretender, eventuell überhöhter Übergangswiderstand spielt dann nur noch eine geringe oder keine Rolle, da der Spannungsabfall hieran herausgeregelt werden kann. Es ist anzumerken, dass auch zwischen den Kontakten 215, 115 und 215', 115' ein erhöhter Kontaktübergangswiderstand auftreten kann. Dieser spielt aber eine geringe und ggf. sogar untergeordnete Rolle, so lange überhaupt noch ein elektrischer Kontakt zwischen den geräteseitigen und den akkuseitigen Rückkopplungskontakten hergestellt ist, da für die Rückkopplung der an den Klemmen 114, 114' auftretenden Spannung keine wesentlichen Ströme fließen müssen, so dass dementsprechend nur ein sehr geringer, in der Regel vernachlässigbarer Spannungsabfall zwischen den Kontakten 115, 215 und 115', 215' auftreten wird.
  • Das Gerät 100a kann ähnlich wie im Falle der 1 und 2 mit einer geräteseitigen Ladezustandsüberwachung 122 ausgeführt sein, so dass undefinierte Betriebs- und Steuerzustände des Geräts aufgrund zu geringer Spannung vermieden werden können und auf eine bevorstehende vollständige Entladung des Akkus 210a akustisch oder/und optisch aufmerksam gemacht werden kann.
  • Ein wichtiger Gesichtspunkt ist, dass der Akku 210 und der Akku 210a hinsichtlich seiner Gehäuseform und der Art und Ausführung und Anordnung seiner Kontakte identisch dem bekannten Akku 10 entsprechen kann, so dass der Akku 210 bzw. 210a zur Energieversorgung jedes für den Akku 10 ausgeführten elektrischen Geräts eingesetzt werden kann. Es können also alle Geräte einschließlich ihrer Funktionalitäten betreffend die Signalisierung eines sich abzeichnenden Entladezustands und der Sicherheitsabschaltung für zu niedrige Versorgungsspannung auf Geräteseite unverändert benutzt werden. Für den Einsatz einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit ist es also nicht nötig, den betreffenden elektrischen Verbraucher (das betreffende elektrische Gerät) zu ändern. Es soll aber nicht ausgeschlossen sein, dass auch geräteseitige Änderungen vorgesehen werden, beispielsweise eine Signalverbindung zwischen der akkuinternen Ladezustandsüberwachung und der geräteinternen Ladezustandsüberwachung und vor allem eine Rückkopplung der an den geräteseitigen Anschlussklemmen anliegenden Versorgungsspannung zum Spannungsgenerator 230 bzw. einer in den den erfindungsgemäßen Akku integrierten Spannungsregelschaltung, etwa wie dies beim Ausführungsbeispiel der 3 realisiert ist.
  • Es ist noch darauf hinzuweisen, dass die akkuinterne Zellenüberwachung zweckmäßig und einfach auf Grundlage der bisher angesprochenen Spannungsüberwachung erfolgen kann. Es bieten sich aber auch die Implementierung genauerer, teilweise aufwendigerer Techniken der Akkuqualifikation bzw. Energiespeicherqualifikation in einem erfindungsgemäßen Akku oder allgemein in einer erfindungsgemäße Energiespeichereinheit an. So kann beispielsweise durch Rückmeldung bzw. Bilanzierung sowohl ladender als auch entladender Ströme durch ein geeignetes, im Fachgebiet an sich bekanntes Längselement 240 (vgl. 2) eine Ladungsbilanzierung realisiert werden, die in Verbindung der dann primär der Auswertung und Speicherung der Ladungsbilanz dienenden Einrichtung 222 (2) den Spannungsgenerator 230 entsprechend ansteuert, um das Spannungs-Zeit-Diagramm eines herkömmlichen, sich entladenden Akkus zumindest näherungsweise, insbesondere wenigstens in einer Phase zunehmender Entladung in Annäherung zum entladenen Zustand, nachzubilden. Im hier in Betracht gezogenen Beispielsfall ist bezogen auf 2 die bilanzierende Ladezustandsüberwachungseinrichtung vom Längselement 240 und der darin angeschlossenen, einen Langzeitspeicher aufweisenden Steuereinrichtung 222 gebildet. Die Steuereinrichtung 222 steuert den Spannungsgenerator 230 an. Um über die Zeit Fehlbilanzierungen zu vermeiden, kann eine periodische Auf-Null-Setzung der Bilanz durch definierte Entladung des Akkus auf einen definierten Entladezustand vorgesehen sein.
  • Ein Beispiel für im Falle eines sechszelligen Nickel-Cadmium-Akkus auftretenden bzw. für im Zusammenhang mit der Regelung auf ein Spannungsniveau entsprechend fünf Nickel-Cadmium-Zellen im Falle einer entsprechenden Auslegung zweckmäßig auftretenden Spannungen, Spannungsschwellen und Spannungsintervalle ist in 4 schematisch gezeigt. Im Falle von sechs in Reihe geschalteten Nickel-Cadmium-Zellen können diese anfänglich beispielsweise eine resultierende Spannung (Gesamtspannung) von 8,16 Volt abgeben. Nur fünf in Reihe geschaltete NiCd-Zellen würden dementsprechend anfänglich nach Vollladung beispielsweise eine Spannung von 6,8 Volt abgeben (8,16 = 6,8 × 6/5). Die Nennspannung (RNU) einer einzelnen Nickel-Cadmium-Zelle beträgt 1,2 Volt, woraus sich eine resultierende Nennspannung (RNU) von 7,2 Volt für sechs in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Zellen und eine resultierende Nennspannung (RNU) von 6 Volt für fünf in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Zellen ergibt. Diese resultierende Nennspannung von 6 Volt bzw. 7,2 Volt stellt die Nennspannung einer von den betreffenden fünf bzw. sechs Zellen gebildeten Zellenanordnung dar.
  • Im Falle einer elektrischen Energieversorgung durch eine intern eine überhöhte Versorgungsspannung aufweisende Energiespeichereinheit mit sechs in Reihe geschalteten Nickel-Cadmium-Zellen (etwa im Falle der Energiespeichereinheit 200 der 2 oder 210a der 3) für ein elektrisches Gerät, das für eine Energieversorgung durch nur fünf in Reihe geschaltete Nickel-Cadmium-Zellen ausgelegt ist (beispielsweise das Gerät 100 der 2 oder 100a der 3) ist bevorzugt eine Sollwertvorgabe und Regelung durch den energiespeichereinheitsinternen Spannungsgenerator derart vorgesehen, dass die Abgabespannung der Energiespeichereinheit, vorzugsweise die geräteseitige Versorgungsspannung, auf eine Spannung von 6 Volt geregelt wird, die als nominelle Nennspannung (NNU) der Energiespeichereinheit anzusehen ist. Dies erfolgt zweckmäßig dadurch, dass die Sollwertvorgabeeinrichtung 232 eine Spannung von 6 Volt als erste Sollspannung dem Regler 234 vorgibt. Diese Regelung auf die nominelle Nennspannung von 6 Volt (die der resultierenden Nennspannung der Zellenanordnung einer herkömmlichen Energiespeichereinheit mit nur fünf in Reihe geschalteten Nickel-Cadmium-Zellen entspricht), erfolgt bevorzugt so lange, wie die Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 noch eine hinreichende Ladung der Akkuzellen 212 bestimmt, aus der von den Akkuzellen abgegebenen Spannung, die im Laufe der Zeit, je nach abfließender elektrischer Energie und Selbstentladung, von der anfänglichen Spannung von 8,16 Volt zuerst auf die resultierende Nennspannung (RNU) von 7,2 Volt abfällt, auf diesem Spannungsniveau länger verbleibt und dann bei zunehmender Entladung weiter abfällt. Bevorzugt kann die Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 die von den Zellen abgegebene Spannung mit einer ersten Spannungsschwelle von beispielsweise 6,96 Volt vergleichen. Fällt die Spannung unter diese Schwelle ab, so bedeutet dies, dass die Akkuzellen schon weitgehend entladen sind und dass die Energiespeichereinheit so schnell wie möglich wieder aufgeladen werden sollte oder durch eine Ersatz-Energiespeichereinheit ersetzt werden sollte. Um eine solche Vorwarnung vermittels der in das elektrische Gerät 100a integrierten Ladezustandsüberwachungseinrichtung 122 zu geben, reagiert die Sollwertvorgabeeinrichtung 232 auf eine entsprechende, den Abfall der resultierenden Zellenspannung unter die erste Spannungsschwelle anzeigende Ansteuerung durch die Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 dadurch, dass nun anstelle der ersten Sollspannung eine zweite, um die Spannungsdifferenz Udiff1 reduzierte zweite Sollspannung von beispielsweise 5,8 Volt dem Regler 234 vorgibt. Die geräteinterne Ladungszustandsüberwachungseinrichtung 122 interpretiert eine Klemmenspannung von 5,8 Volt als Vorwarnschwelle und gibt über einen optischen Signalgeber 124 oder/und einen akustischen Signalgeber 126 (vgl. 2) eine entsprechende Vorwarnung aus.
  • Um schädliche Tiefentladungen der Akkuzellen der Energiespeichereinheit zu vermeiden, überwacht die Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 die resultierende Zellenspannung bevorzugt noch auf das Erreichen bzw. Unterschreiten einer zweiten Spannungswelle von beispielsweise 6,72 Volt. Diese um die Spannungsdifferenz DU1 gegenüber der ersten Spannungsschwelle kleinere zweite Spannungsschwelle kann einer resultierenden Entladeschlussspannung (RUE) der sechs in Reihe geschalteten Nickel-Cadmium-Zellen entsprechen. Sinkt die resultierende Zellenspannung unter diese Schwelle ab, so erkennt die Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 die im Wesentlichen vollständige Entladung der Akkuzellen und steuert die Sollwertvorgabeeinrichtung 232 derart an, dass diese eine gegenüber der zweiten Sollspannung um eine Spannungsdifferenz Udift2 (= Udiff3) reduzierte dritte Sollspannung von beispielsweise 5,6 Volt dem Regler 234 als Sollwert vorgibt, so dass dieser entsprechend die von Energiespeichereinheit an das Gerät abgegebene Spannung, bevorzugt auf Seiten des Geräts an den Klemmen 114, 114', regelt. Eine derartige, der dritten Sollspannung entsprechende oder demgegenüber noch kleinere Versorgungsspannung wird von der geräteinternen Ladezustandsüberwachungseinrichtung 122 als eine Spannung gleich bzw. unterhalb der Abschaltschwelle zum Abschalten des Geräts vermittels des Schalters 128 (vgl. 2) interpretiert. Bevorzugt entspricht die dritte Sollspannung und damit die in diesem Zustand der Energiespeichereinheit geräteseitig eingeregelte Spannung einer nominellen Entladeschlussspannung (NUE) der Energiespeichereinheit.
  • Zweckmäßigerweise kann die erste Sollspannung um ein definiertes Spannungsintervall UDa kleiner als die resultierende Nennspannung (RNU) und kann die dritte Sollspannung um ein definiertes Spannungsintervall UDb kleiner als die resultierende Entladeschlussspannung (RUE) der sechs Akkuzellen der Energiespeichereinheit sein.
  • 5 zeigt ein konkretes Beispiel für die Realisierung einer Energiespeichereinheit entsprechend 3. Zur Akku-Ladezustandsmessung und Sollwertvorgabe sind zwei auf Grundlage von Operationsverstärkern aufgebaute Schmitt-Trigger 240 und 242 vorgesehen, die jeweils auf ein durch eine Spannungsteileranordnung eingestelltes Spannungsniveau ansprechen, so dass die die beiden Schmitt-Trigger 240 und 242 aufweisende Ladezustandsüberwachungseinrichtung 222 eine Überwachung auf ein Erreichen bzw. Unterschreiten einer ersten Spannungsschwelle und einer zweiten Spannungsschwelle, etwa die Spannungsschwellen gemäß 4, implementiert und die die Schmitt-Trigger 240, 242 aufweisende bzw. – je nach Betrachtung – auf Grundlage deren Ausgangsspannungen arbeitende Sollwertvorgabeeinrichtung 232 eine erste Sollspannung (etwa die erste Sollspannung gemäß 4) an den einen Standard-Reglerbaustein 244 aufweisenden Regler 234 als Sollspannung vorgibt, so lange die Gesamtzellenspannung größer als die erste Spannungsschwelle ist und die Sollspannung dann beim Unterschreiten der ersten Spannungsschwelle auf eine zweite Sollspannung (etwa die zweite Sollspannung gemäß 4) und beim Unterschreiten der zweiten Spannungsschwelle auf eine dritte Sollspannung (etwa die dritte Sollspannung gemäß 4) reduziert. Es ist hier nur der Einfachheit halber angenommen, dass die sich aus den gemäß 5 verwendeten Bauteilen und Bauteildimensionierungen ergebenden Spannungsschwellen und Sollspannungen den Spannungsschwellen und Sollspannungen gemäß 4 entsprechen. 4 ist nur ein schematisches Beispiel und kann hinsichtlich der angegebenen Spannungen von einer konkreten Realisierung, etwa gemäß 5, abweichen.

Claims (38)

  1. Elektrische Energiespeichereinheit, umfassend: – ein Gehäuse (211); – wenigstens eine im Gehäuse angeordnete Energiespeicherzellenanordnung (212), umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; – eine für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugängliche elektrische Kontaktanordnung (214, 214'; 214, 214', 215, 215'), umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt (214) und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt (214'), zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung (212) elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers (100; 100a) mit elektrischer Energie entladbar ist; gekennzeichnet durch eine in die Energiespeichereinheit (210; 210a) integrierte elektronische Spannungsgeneratorschaltung (230), die derart zwischen wenigstens einen Kontakt von Plus-Kontakt (214) und Minus-Kontakt (214') einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung (212) andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt ist, dass die Spannungsgeneratorschaltung auf Grundlage einer von der Energiespeicherzellenanordnung bereitgestellten internen Versorgungsspannung eine von Verbraucher (100; 100a) benötigte, gegenüber der internen Versorgungsspannung in Bezug auf den Verbraucher konditionierte Versorgungsspannung an der Kontaktanordnung (214, 214') oder an zugeordneten Kontakten (114, 114') des angeschlossenen Verbrauchers (100a) bereitstellt.
  2. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die von der Spannungsgeneratorschaltung (230) bereitgestellte Versorgungsspannung gegenüber der internen Versorgungsspannung auf ein vom Verbraucher benötigtes Spannungsniveau reduziert oder/und auf einem vom Verbraucher benötigten Spannungsniveau stabilisiert ist.
  3. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Spannungsgeneratorschaltung (230) wenigstens eine elektronische Spannungsregelschaltung (234) umfasst.
  4. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Spannungsregelschaltung (234) derart zwischen wenigstens einen Kontakt von Plus-Kontakt (214) und Minus-Kontakt (214') einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung (212) andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt ist, dass durch die Spannungsregelschaltung auf Grundlage einer vorgegebenen oder vorgebbaren Sollspannung und einer rückgekoppelten Istspannung eine zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung einstellbar ist, indem die Istspannung zumindest näherungsweise auf der Sollspannung gehalten oder dieser zumindest angenähert wird.
  5. Elektrische Energiespeichereinheit, umfassend: – ein Gehäuse (211); – wenigstens eine im Gehäuse angeordnete Energiespeicherzellenanordnung (212), umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; – eine für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugängliche elektrische Kontaktanordnung (214, 214'; 214, 214', 215, 215'), umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt (214) und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt (214'), zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung (212) elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers (100; 100a) mit elektrischer Energie entladbar ist; gekennzeichnet durch eine in die Energiespeichereinheit (210; 210a) integrierte elektronische Spannungsregelschaltung (230; 234), die derart zwischen wenigstens einen Kontakt von Plus-Kontakt (214) und Minus-Kontakt (214') einerseits und die Energiespeicherzellenanordnung (212) andererseits elektrisch geschaltet und ausgelegt ist, dass durch die Spannungsregelschaltung auf Grundlage einer vorgegebenen oder vorgebbaren Sollspannung und einer rückgekoppelten Istspannung eine zwischen dem Plus-Kontakt und dem Minus-Kontakt auftretende Spannung einstellbar ist, indem die Istspannung zumindest näherungsweise auf der Sollspannung gehalten oder dieser zumindest angenähert wird.
  6. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollspannung kleiner als eine von der Energiespeicherzellenanordnung (212) bereitgestellte interne Versorgungsspannung der Energiespeichereinheit ist.
  7. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelschaltung (230) derart mit dem Plus-Kontakt (214) und dem Minus-Kontakt (214') verschaltet ist, dass die zwischen diesen auftretende Spannung oder eine dieser im wesentlichen entsprechende Spannung als Istspannung zur Spannungsregelschaltung zurückkoppelbar ist.
  8. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Spannungsregelschaltung (234) derart mit wenigstens einem weiteren Kontakt der Kontaktanordnung, vorzugsweise mit wenigstens einem Plus-Rückkoppelkontakt (215) und mit wenigstens einem Minus-Rückkoppelkontakt (215') der Kontaktanordnung, verschaltet ist, dass vermittels dieses Kontakts bzw. dieser Kontakte eine gegenüber der Energiespeichereinheit (210a) externe Spannung als Istspannung zur Spannungsregelschaltung (230) zurückkoppelbar ist.
  9. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, gekennzeichnet durch eine in die Energiespeichereinheit (210a) integrierte elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232), die mit der Spannungsregelschaltung (234) verschaltet und dafür ausgeführt ist, die Sollspannung der Spannungsregelschaltung vorzugeben.
  10. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) dafür ausgeführt ist, in wenigstens einem ersten Betriebszustand eine erste Sollspannung vorzugeben, die kleiner als eine Nennspannung (NU) der Energiespeicherzellenanordnung (212) ist, vorzugsweise um ein vorgegebenes erstes Spannungsintervall (UDa).
  11. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) dafür ausgeführt ist, in wenigstens einem zweiten Betriebszustand eine zweite Sollspannung vorzugeben, die kleiner als die erste Sollspannung ist, vorzugsweise um eine vorgegebene erste Spannungsdifferenz (Udiff1).
  12. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) dafür ausgeführt ist, in wenigstens einem dritten Betriebszustand eine dritte Sollspannung vorzugeben, die kleiner als die zweite Sollspannung ist, vorzugsweise um eine vorgegebene dritte Spannungsdifferenz (Udiff3).
  13. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Abschalteinrichtung, die dafür ausgeführt ist, in einem Unterbrechungszustand wenigstens eine elektrische Verbindung zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und der Kontaktanordnung zu unterbrechen und in einem Leitungszustand diese Verbindung zu schließen bzw. nicht zu unterbrechen.
  14. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch eine in die Energiespeichereinheit (210; 210a) integrierte, mit der elektronischen Spannungsgeneratorschaltung (230) bzw. der elektronischen Sollspannungsvorgabeeinrichtung (234) sowie – wenn vorgesehen – ggf. mit der elektronischen Abschalteinrichtung verschaltete elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung (222; 222, 240), die den momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (212) überwacht und in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung die Spannungsgeneratorschaltung (230) bzw. Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) zwischen mehreren Betriebszuständen umschaltet, in denen die Spannungsgeneratorschaltung (230) verschiedene Versorgungspannungen bereitstellt bzw. in denen die Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) verschiedene Sollspannungen an die Spannungsregelschaltung (234) vorgibt.
  15. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 13 und 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung die Abschalteinrichtung in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung zwischen dem Leitungszustand und dem Unterbrechungszustand umschaltet.
  16. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 14 oder 15, zumindest ferner rückbezogen auf die Ansprüche 10 und 11 bzw. auf die Ansprüche 10, 11 und 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung (222; 222, 240) die Sollspannungsvorgabeeinrichtung in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (212) zwischen dem ersten und dem zweiten Betriebszustand bzw. zwischen dem ersten, zweiten und dritten Betriebszustand umschaltet.
  17. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandüberwachungseinrichtung (222; 222, 240) dafür ausgeführt ist, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines ersten Ladezustands der Energiespeicherzellenanordnung (212) zu bestimmen, und in dem Falle, dass der erste Ladezustand vorliegt, die Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) derart anzusteuern, dass diese die erste Sollspannung an die Spannungsregelschaltung (234) vorgibt, bzw. die Spannungsgeneratorschaltung (230) derart anzusteuern, dass diese eine erste Versorgungsspannung bereitstellt.
  18. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Ladezustand ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (212) ist, in dem diese hinreichend geladen ist.
  19. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandüberwachungseinrichtung (222; 222, 240) dafür ausgeführt ist, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines zweiten Ladezustands der Energiespeicherzellenanordnung (212) zu bestimmen, und in dem Falle, dass der zweite Ladezustand vorliegt, die Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) derart anzusteuern, dass diese die zweite Sollspannung an die Spannungsregelschaltung (234) vorgibt, bzw. die Spannungsgeneratorschaltung (230) derart anzusteuern, dass diese eine gegenüber der ersten Versorgungsspannung kleinere zweite Versorgungsspannung bereitstellt.
  20. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Ladezustand ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (212) ist, in dem diese weitgehend entladen ist, aber bezogen auf einen zugrundegelegten Entladestrom ohne Gefahr einer schädlichen Tiefentladung noch für eine gewisse Zeit weiter entladen werden kann.
  21. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandüberwachungseinrichtung (222; 222, 240) dafür ausgeführt ist, das Vorliegen oder Nichtvorliegen wenigstens eines dritten Ladezustands der Energiespeicherzellenanordnung (212) zu bestimmen, und in dem Falle, dass der dritte Ladezustand vorliegt, die Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) derart anzusteuern, dass diese die dritte Sollspannung an die Spannungsregelschaltung (234) vorgibt, bzw. die Spannungsgeneratorschaltung (230) derart anzusteuern, dass diese eine gegenüber der zweiten Versorgungsspannung kleinere dritte Versorgungsspannung bereitstellt, oder – wenn vorgesehen – die Abschalteinrichtung derart anzusteuern, dass diese die elektrische Verbindung zwischen der Energiespeicherzellenanordnung und der Kontaktanordnung unterbricht.
  22. Elektrische Energiespeichereinheit nach Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass der dritte Ladezustand ein Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (212) ist, in dem diese vollständig oder fast vollständig entladen ist, so dass die Energiespeicherzellenanordnung zur Vermeidung einer schädlichen Tiefentladung nicht noch weiter entladen werden sollte.
  23. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung (222) dafür ausgeführt ist, die momentan von der Energiespeicherzellenanordnung (212) abgegebene Spannung mit einer oder mehreren Referenzspannungen zu vergleichen und in Abhängigkeit von diesem Vergleich die elektronische Spannungsgeneratorschaltung (230) bzw. die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung (232) zwischen ihren Betriebszuständen umzuschalten.
  24. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 14 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung (222, 240) dafür ausgeführt ist, Entladungströme sowie ggf. Ladungsströme zu erfassen, um in Abhängigkeit von einer Ladungsbilanz die elektronische Spannungsgereratorschaltung (230) bzw. die elektronische Sollspannungsvorgabeeinrichtung zwischen ihren Betriebszuständen umzuschalten.
  25. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzellenanordnung als auf elektrischem Wege nicht wiederaufladbare Energiespeicherzellenanordnung ausgeführt ist, insbesondere gebildet von einer oder mehreren nur irreversibel entladbaren Primärzelle(n) oder Batterie-Speicherzelle(n).
  26. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzellenanordnung (212) als auf elektrischem Wege wiederaufladbare Energiespeicherzellenanordnung ausgeführt ist, insbesondere gebildet von einer oder mehreren wiederaufladbaren Sekundärzelle(n) oder Akkumulator-Speicherzelle(n), beispielsweise Bleiakkumulator-Speicherzelle(n), Nickel-Cadmium-Akkumulator-Speicherzelle(n), Nickel-Metallhydrid-Akkumulator-Speicherzelle(n), Lithium-Ionen-Akkumulator-Speicherzelle(n), Lithium-Polymer-Akkumulator-Speicherzelle(n) oder Alkali-Mangan-Speicherzelle(n).
  27. Elektrische Energiespeichereinheit, umfassend: – ein Gehäuse (211); – wenigstens eine im Gehäuse angeordnete Energiespeicherzellenanordnung (212), umfassend wenigstens eine elektrochemische oder elektrophysikalische Energiespeicherzelle; – eine für den Anschluss eines elektrischen Verbrauchers zugängliche elektrische Kontaktanordnung (214, 214'; 214, 214 215, 215'), umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt (214) und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt (214'), zwischen die die Energiespeicherzellenanordnung (212) elektrisch geschaltet ist und über die die Energiespeicherzellenanordnung unter Versorgung eines angeschlossenen elektrischen Verbrauchers (100; 100a) mit elektrischer Energie entladbar ist; gekennzeichnet durch eine in die Energiespeichereinheit (210; 210a) integrierte elektronische Ladezustandsüberwachungseinrichtung (222), die den momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung (212) überwacht und in Abhängigkeit vom momentanen Ladezustand der Energiespeicherzellenanordnung eine weitere in die Energiespeichereinheit integrierte Einrichtung (230; 232) zwischen Betriebszuständen umschaltet oder/und vermittels einer in die Energiespeichereinheit integrierten Signalabgabevorrichtung optische oder/und visuelle Signale gibt oder/und Steuersignale über wenigstens einen Kontakt der Kontaktanordnung ausgibt.
  28. Elektrische Energiespeiereinheit nach Anspruch 27, gekennzeichnet durch die Merkmale eines oder mehrerer der vorangehenden Ansprüche 1 bis 26, ggf. auch ohne eine in die Energiespeichereinheit integrierte elektronische Spannungsregelschaltung bzw. elektronische Spannungsgeneratorschaltung.
  29. Elektrische Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzellenanordnung (212) von wenigstens einer im Gehäuse angeordneten Gruppe von elektrochemischen oder elektrophysikalischen Energiespeicherzellengebildet ist, die derart elektrisch verschaltet sind, dass die Energiespeicherzellen oder Untergruppen von zueinander parallel geschalteten der Energiespeicherzellen elektrisch in Reihe geschaltet sind, um auf Grundlage der Nennspannungen (NU) der einzelnen Energiespeicherzellen für die Gruppe von Energiespeicherzellen eine resultierende Nennspannung (RNU) zu erhalten, die der Summe der Nennspannungen (NU) der elektrisch in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen oder Untergruppen von Energiespeicherzellen entspricht und als Nennspannung (NU) der Energiespeicherzellenanordnung anzusehen ist.
  30. Elektrisches Gerät, das eine für den Anschluss wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit zugängliche elektrische Kontaktanordnung (114, 114'; 114, 114', 115, 115') aufweist, umfassend wenigstens einen elektrischen Plus-Kontakt (114) und wenigstens einen elektrischen Minus-Kontakt (114'), zwischen die die elektrische Energiespeichereinheit (100; 100a) zur Versorgung des elektrischen Geräts mit elektrischer Energie schaltbar oder geschaltet ist, unter Anschluss des Plus-Kontakts des Geräts an einem zugeordneten Plus-Kontakt der Energiespeichereinheit und des Minus-Kontakts des Geräts an einem zugeordneten Minus-Kontakt der Energiespeichereinheit, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (100; 100a) mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit (210; 210a) nach einem der Ansprüche 1 bis 29 ausgestattet ist, die unter Anschluss des Plus-Kontakts (214) des Geräts an dem zugeordneten Plus-Kontakt der Energiespeichereinheit und des Minus-Kontakts des Geräts an dem zugeordneten Minus-Kontakt (214') der Energiespeichereinheit an dem elektrischen Gerät angeschlossen oder anschließbar ist, um das elektrische Gerät als elektrischer Verbraucher mit elektrischer Energie zu versorgen unter Entladung der Energiespeicherzellenanordnung der Energiespeichereinheit.
  31. Elektrisches Gerät nach Anspruch 30, ausgestattet mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen zumindest von Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Fall, dass die elektrische Kontaktverbindung zumindest zwischen dem Plus-Kontakt (114) des Geräts und dem zugeordneten Plus-Kontakt (214) der Energiespeichereinheit und dem Minus-Kontakt (114') des Geräts und dem zugeordneten Minus-Kontakt (214') der Energiespeichereinheit hergestellt ist, auf Seiten des elektrischen Geräts der Plus-Rückkoppelkontakt (215) der Energiespeichereinheit an dem Plus-Kontakt (114) des Geräts und der Minus-Rückkoppelkontakt (215') der Energiespeichereinheit an dem Minus-Kontakt (114) des Geräts angeschlossen ist, um eine zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretenden Spannung als Istspannung zur Spannungsregelschaltung (234) der Energiespeicherschaltung (210a) zurückzukoppeln.
  32. Elektrisches Gerät nach Anspruch 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (100) mit einer elektronischen Ladezustandsüberwachungseinrichtung (122) ausgeführt ist, die den momentanen Ladezustand der am Gerät angeschlossenen Energiespeichereinheit überwacht.
  33. Elektrisches Gerät nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung (122) auf zwischen dem Plus-Kontakt des Geräts und dem Minus-Kontakt des Geräts auftretende Spannungen anspricht.
  34. Elektrisches Gerät nach Anspruch 33, ausgestattet mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen zumindest von Anspruch 10 oder/und von Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung (122) auf eine zwischen dem Plus-Kontakt (114) des Geräts und dem Minus-Kontakt (114') des Geräts auftretende Spannung im Wesentlichen entsprechend der ersten Sollspannung bzw. der ersten Versorgungsspannung einen Geladen-Zustand der Energiespeichereinheit bestimmt.
  35. Elektrisches Gerät nach Anspruch 33 oder 34, ausgestattet mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen von Anspruch 11 oder/und von Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung (122) auf eine zwischen dem Plus-Kontakt (114) des Geräts und dem Minus-Kontakt (114') des Geräts auftretende Spannung im Wesentlichen entsprechend der zweiten Sollspannung bzw. der zweiten Versorgungsspannung einen Fast-Entladen-Zustand der Energiespeichereinheit bestimmt und ein optisches oder/und akustisches Warnsignale ausgibt.
  36. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 33 bis 35, ausgestattet mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen zumindest von Anspruch 12 oder/und von Anspruch 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladezustandsüberwachungseinrichtung (122) auf eine zwischen dem Plus-Kontakt (114) des Geräts und dem Minus-Kontakt (114') des Geräts auftretende Spannung im Wesentlichen entsprechend der dritten Sollspannung bzw. der dritten Versorgungsspannung oder kleiner als diese einen Entladen-Zustand der Energiespeichereinheit bestimmt und durch Öffnen wenigstens eines Schalters (128) das elektrische Gerät oder zumindest wenigstens eine elektrische verbrauchende elektrische Komponente des Geräts abschaltet, um eine weitere Entladung der angeschlossenen Energiespeichereinheit zu unterbinden oder zumindest auf ein Mindestmaß zu reduzieren.
  37. Elektrisches Gerät nach einem der Ansprüche 30 bis 36, ausgestattet mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit mit den Merkmalen zumindest von Anspruch 26, gekennzeichnet durch eine elektronische Ladeschaltung, die dafür ausgeführt ist, die angeschlossene Energiespeichereinheit über deren Kontaktanordnung zu laden, vorzugsweise definiert zu laden, wenn relevant höchstvorzugsweise unter Berücksichtigung einer Ladeschlussspannung der Energiespeicherzellenanordnung der Energiespeichereinheit.
  38. Ladestation mit wenigstens einer elektrischen Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 29, jedenfalls nach Anspruch 26, wobei die Ladestation eine elektronische Ladeschaltung aufweist, die dafür ausgeführt ist, die angeschlossene Energiespeichereinheit über deren Kontaktanordnung zu laden, vorzugsweise definiert zu laden, wenn relevant höchstvorzugsweise unter Berücksichtigung einer Ladeschlussspannung der Energiespeicherzellenanordnung der Energiespeichereinheit.
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