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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit für ein elektrisch
angetriebenes Arbeitsgerät,
insbesondere für
den Landschafts-, Forst- und Gartenbau (im Folgenden kurz "Landschaftsbau"), mit einem Gehäuse, das
eine Längsachse
aufweist, mit wenigstens einer Energiespeicherzelle, die innerhalb
des Gehäuses
angeordnet ist, und mit einer an dem Gehäuse festgelegten Schnittstelleneinheit,
mittels der die Energiespeichereinheit mit dem Arbeitsgerät verbindbar
ist.
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Die
Erfindung betrifft ferner ein Ladegerät zum Laden einer aufladbaren
Energiespeichereinheit, mit einem Ladegerätgehäuse, an dem eine Schnittstellenanordnung
zur Ankopplung einer zu ladenden Energiespeichereinheit ausgebildet
ist, und mit einer Gleichspannungsversorgungsanordnung, die eine
Gleichspannung für
eine Ladeelektronik bereitstellt und in dem Gehäuse angeordnet ist.
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Ferner
betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisch angetriebenes
Arbeitsgerät,
insbesondere für
den Landschaftsbau, mit einem Gerätegehäuse, an dem eine Energiespeichereinheit
anbringbar ist, und mit einem elektrischen Motor, der aus der Energiespeichereinheit
mit Leistung versorgt werden kann.
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Schließlich betrifft
die vorliegende Erfindung ein Arbeitskit für den Landschaftsbau, mit einem
Arbeitsgerät,
einem Ladegerät
und wenigstens einer Energiespeichereinheit.
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Auf
dem Gebiet des Landschaftsbaus ist es bekannt, eine Vielzahl von
Arbeitsgeräten
zu nutzen, wie Heckenscheren, Freischneider, Kettensägen, Vertikutierer
etc.
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Es
ist bekannt, solche Arbeitsgeräte
entweder mittels eines Verbrennungsmotors oder elektrisch anzutreiben.
Im professionellen Einsatz ist bislang die Anwendung von Arbeitsgeräten mit
Verbrennungsmotoren bevorzugt.
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Elektrisch
angetriebene Arbeitsgeräte
für den
Landschaftsbau sind entweder netzgespeist; in diesem Fall ist das
Arbeitsgerät
ständig
mit einem elektrischen Kabel mit einer Netzspannung verbunden, was
den Einsatzbereich erheblich einschränkt. Andere elektrisch angetriebene
Arbeitsgeräte
für den Landschaftsbau
werden aus einer aufladbaren Energiespeichereinheit gespeist.
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Während solche
Geräte
für geringe
Leistungen im privaten Bereich durchaus nutzbringend sein können, ist
die Anwendung im professionellen Einsatz bislang nicht erfolgt.
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Dies
liegt zum einen an der vergleichsweise geringen Leistungsdichte
herkömmlicher
Speicherzellen (beispielsweise Nickel-Cadmium-Zellen). Akkumulatoren
auf Lithium-Basis
sind zwar bereits bekannt; diese Akkumulatoren sind jedoch für den Einsatz
im Landschaftsbau nur bedingt geeignet. Denn Akkumulatoren auf Lithium-Basis
sind nur innerhalb vergleichsweise enger Temperaturgrenzen verwendbar
(d. h. entladbar bzw. ladbar).
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Ferner
leiden bekannte Arbeitsgeräte,
die aus einem aufladbaren Energiespeicher angetrieben werden, an
einer vergleichsweise schlechten Ergonomie. Dies äußerst sich
beispielsweise in Störkonturen,
wenn der Akkumulator außen
an dem Gehäuse
des Arbeitsgerätes
angebracht ist. Ferner passt häufig
zu einem Arbeitsgerät
nur ein ganz bestimmter Energiespeichertyp.
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Vor
dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte
Energiespeichereinheit, ein verbessertes Ladegerät, ein verbessertes Arbeitsgerät und ein
verbessertes Arbeitskit für
den Landschaftsbau anzugeben.
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Diese
Aufgabe wird bei der eingangs genannten Energiespeichereinheit dadurch
gelöst, dass
das Gehäuse
in Längsrichtung
in einen ersten Bereich zur Aufnahme der Energiespeicherzelle(n) und
einen zweiten Bereich zur Aufnahme einer Elektronikeinheit aufgeteilt
ist.
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Die
Unterteilung des Gehäuses
in unterschiedliche Bereiche in Längsrichtung ermöglicht es, das
Zusammenspiel zwischen Energiespeichereinheit, Ladegerät und Arbeitsgerät für den professionellen
Einsatz auszugestalten.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn in dem Gehäuse eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen aufgenommen
ist.
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Hierdurch
kann eine relativ hohe Energiekapazität der Energiespeichereinheit
erzielt werden, beispielsweise mittels einer Mehrzahl von Standardzellen.
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Gemäß einer
weiteren Ausführungsform
ist das Gehäuse
zur Aufnahme von wenigstens zwei unterschiedlichen Zellentypen von
Energiespeicherzellen ausgelegt.
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Anders
ausgedrückt,
kann das Gehäuse
der Energiespeichereinheit so ausgebildet sein, dass eine Bestückung mit
unterschiedlichen Zellentypen und/oder einer unterschiedlichen Anzahl
von Zellen möglich
ist.
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Dies
ermöglicht,
von der Leistung her unterschiedliche Energiespeichereinheiten mit
dem gleichen Gehäuse
zu realisieren. Demzufolge kann ein Arbeitsgerät mit Energiespeichereinheiten
unterschiedlicher Leistung betrieben werden. Anders herum kann so
ein Arbeitskit eingerichtet werden, bei dem Energiespeichereinheiten
mit jeweils dem gleichen Gehäuse
beliebig in unterschiedliche Arbeitsgeräte eingesetzt werden können. Insbesondere
für den
professionellen Einsatz entfällt
daher der logistische Aufwand, bestimmte Energiespeichereinheiten immer
bestimmten Arbeitsgeräten
zuzuordnen.
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Auch
auf Seiten des Ladegerätes
ist es möglich,
die Ergonomie zu verbessern. Insbesondere kann das Ladegerät für Energiespeichereinheiten
unterschiedlicher Leistung (jedoch gleichen Gehäuses) ausgebildet sein.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist ein erster Zellentyp eine bestimmte Länge und einen ersten Durchmesser
auf, und ein zweiter Zellentyp weist die bestimmte – gleiche – Länge und
einen zweiten Durchmesser auf, der größer ist als der erste Durchmesser.
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Der
erste Zellentyp kann beispielsweise eine Zelle vom Typ 18650 sein,
mit einer Länge
von ca. 65 mm und einem Durchmesser von ca. 18 mm.
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Der
zweite Zellentyp kann beispielsweise eine Zelle vom Typ 26650 sein,
mit der gleichen Länge
und einem Durchmesser von ca. 26 mm.
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Der
zweite Zellentyp hat – bei
ansonsten gleichen Parameter – eine
höhere
Energiekapazität.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist der Bereich zur Aufnahme der Energiespeicherzelle im Querschnitt
rechteckförmig
ausgebildet.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Energiespeichereinheit insgesamt etwa quaderförmig ausgebildet
sein, wobei die Energiespeicherzellen vorzugsweise in Längsrichtung
in dem Gehäuse
aufgenommen sind.
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Bei
der vorgeschlagenen Rechteckform ist es zudem möglich, unterschiedliche Energiespeichergrößen dadurch
vorzusehen, dass man Gehäuse
mit gleichem Rechteckquerschnitt, jedoch unterschiedlicher Länge bereitstellt.
Obgleich oben erwähnt
wurde, dass es bevorzugt ist, nur einen einzigen Gehäusetyp zu
verwenden, kann durch die Verwendung eines einheitlichen Querschnitts
im Wesentlichen der gleiche Vorteil erzielt werden. Denn bei gleichem
Rechteckquerschnitt können
unterschiedlich lange Energiespeichereinheiten in die Arbeitsgeräte eingesetzt
werden. Voraussetzung ist, dass die Schnittstelleneinheit bei allen
Gehäusetypen
identisch ausgebildet und angeordnet ist, insbesondere im Bereich
einer Stirnseite des Gehäuses.
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Von
besonderem Vorzug ist es, wenn die Breite der Rechteckform einem
Mehrfachen eines Durchmessers einer Energiespeicherzelle entspricht.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann der in dem Gehäuse
der Energiespeichereinheit zur Verfügung stehende Bauraum optimal
ausgenutzt werden. Da es besonders bevorzugt ist, wenn die in dem
Gehäuse
aufgenommenen Energiespeicherzellen in Querrichtung etwas voneinander
beabstandet sind, versteht sich, dass die oben genannte Bemaßung der Breite
der Rechteckform dieses "Spiel" berücksichtigt.
Bei n nebeneinander angeordneten Energiespeicherzellen ist folglich
die Innenabmessung des Gehäuses
in der Breite so zu wählen,
dass wenigstens der n-1-fache Abstand dazwischen berücksichtigt wird.
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Generell
ist es zwar auch denkbar, die Energiespeicherzellen in Querrichtung
unmittelbar benachbart zueinander anzuordnen. In diesem Fall ist das
Innenmaß des
Gehäuses
in Richtung der Breite vorzugsweise identisch einem Mehrfachen des Durchmessers
der einzelnen Zelle.
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Die
folgenden Angaben von Abmessungen bzw. Relationen von Abmessungen
vom Gehäuse
zu Abmessungen von Energiespeicherzellen sollen daher sowohl die
eine als auch die andere Möglichkeit beinhalten,
also die Möglichkeit,
die Energiespeicherzellen in dem Gehäuse sowohl mit als auch ohne Abstand
anzuordnen.
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So
ist es von besonderem Vorteil, wenn die Breite der Rechteckform
einem Mehrfachen des ersten Durchmessers entspricht, also einem
Mehrfachen des Durchmessers der dünneren Zelle vom ersten Typ.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
entspricht die Höhe
der Rechteckform einem Mehrfachen des zweiten Durchmessers.
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Bei
den genannten Dimensionierungsvorschriften der Abmessungen von Höhe bzw.
Breite der Rechteckform lassen sich in idealer Weise unterschiedliche
Kombinationen von Energiespeicherzellen bei minimal möglichem
Außenvolumen
des Gehäuses
unterbringen.
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So
ist es beispielsweise bevorzugt, wenn die Breite der Rechteckform
dem dreifachen Durchmesser der dünneren
Zelle entspricht, und wenn die Höhe
der Rechteckform dem vierfachen Durchmesser des dickeren Zellentyps
entspricht.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist die Schnittstelleneinheit im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet,
die quer zu der Längsrichtung
ausgerichtet ist.
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Hierbei
ist es zum einen konstruktiv vergleichsweise einfach, unterschiedliche
Gehäusetypen
bereitzustellen, die hinsichtlich der Breite und der Höhe konstant
sind, jedoch unterschiedliche Längen L
besitzen. Weiterhin ermöglicht
eine solche Anordnung der Schnittstelleneinheit an dem Gehäuse der Energiespeichereinheit,
dass an dem Arbeitsgerät ein
Aufnahmefach vorgesehen werden kann, das die Energiespeichereinheiten
zumindest überwiegend umschließt und an
dessen Boden eine entsprechende Schnittstellenanordnung vorgesehen
ist.
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Es
ist ferner bevorzugt, wenn ein elektrischer Kontaktabschnitt der
Schnittstelleneinheit an einer Trägerplatte festgelegt ist, die
quer zu der Längsrichtung
ausgerichtet ist.
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Auf
diese Weise kann der elektrische Kontaktabschnitt sicher in dem
Gehäuse
festgelegt werden. Vorzugsweise ist die Trägerplatte eine Trennplatte
zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Energiespeichereinheit wenigstens zwei Trägerplatten
auf, an denen die wenigstens eine Energiespeicherzelle und die Elektronikeinheit festgelegt
sind und die quer zu der Längsrichtung ausgerichtet
sind.
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Bei
dieser Ausführungsform
ist es möglich, die
Trägerplatten,
die Energiespeicherzelle(n) und die Elektronikeinheit als eine vormontierte
Einheit bereitzustellen, die bei der Endmontage in das Gehäuse eingesetzt
wird.
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So
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gehäuse der Energiespeichereinheit
ein Topfteil mit einem generell geschlossenen Boden und einer dem Boden
in Längsrichtung
gegenüberliegenden Öffnung sowie
ein Deckelteil aufweist, dass die Öffnung des Topfteiles verschließt.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann eine vormontierte Einheit aus Trägerplatten, Energiespeicherzelle(n)
und Elektronikeinheit auf einfache Weise über die Öffnung in das Topfteil eingeführt werden, wobei
das Deckelteil anschließend
auf einen Rand der Öffnung
des Topfteiles aufgerastet oder thermisch verschweißt werden
kann. Auch ein Verkleben ist denkbar, um eine dauerhafte Verbindung
zu gewährleisten.
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Die
Schnittstelleneinheit ist dabei vorzugsweise im Bereich des Bodens
des Topfteiles angeordnet, kann jedoch alternativ auch im Bereich
des Deckelteils angeordnet sein.
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Auch
ist es bevorzugt, wenn an dem Gehäuse der Energiespeichereinheit
wenigstens zwei Luftöffnungen
zum Einführen
bzw. Abführen
von Luft ausgebildet sind, wobei wenigstens eine erste Luftöffnung im
Bereich eines ersten Längsendes
des Gehäuses
und wenigstens eine zweite Luftöffnung
im Bereich eines zweiten Längsendes
des Gehäuses ausgebildet
sind.
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Dies
ermöglicht,
die in dem Gehäuse
angeordnete Energiespeicherzelle(n) mit Luft zu beströmen, um
die Energiespeicherzelle thermisch zu beeinflussen. Beispielsweise
kann ein solcher Luftstrom über
das Ladegerät
oder das Arbeitsgerät
bereitgestellt werden und dazu dienen, die Energiespeicherzelle(n)
zu kühlen
(im Sommer) oder sogar zu erwärmen
(im Winter).
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Luft in dem Gehäuse von der einen zu der anderen
Luftöffnung so
geführt
wird, so dass nicht nur die Energiespeicherzelle sondern auch die
Elektronikeinheit von der Luft beströmbar ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann auch die Elektronikeinheit innerhalb des Gehäuses der
Energiespeichereinheit thermisch beeinflusst werden.
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Obgleich
vorliegend der Begriff "Luft" gewählt wurde,
versteht sich, dass ein beliebiges Gas in das Gehäuse eingeleitet
werden kann, wobei das Gas auch erwärmt wor den sein kann. Zum Kühlen kann
es auch hinreichend sein, Gas mit Umgebungstemperatur (Umgebungsluft)
in das Gehäuse
der Energiespeichereinheit einzuführen.
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Eine
weitere vorteilhafte Ausführungsform sieht
vor, dass die Elektronikeinheit einen Speicher aufweist, in dem
eine Speichereinheitskennung der Energiespeichereinheit abgespeichert
ist, wobei die Speichereinheitskennung von einem Arbeitsgerät und/oder
einem Ladegerät
und/oder einem Servicegerät
auslesbar und/oder einlesbar ist.
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Diese
Ausführungsform
hat den Vorteil, dass jede Energiespeichereinheit von dem jeweiligen
Arbeitsgerät
bzw. Ladegerät
identifizierbar ist. Da, wie gesagt, Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Kapazität und Bestückung mit
beliebigen Arbeitsgeräten
kombinierbar sein sollen, ermöglicht
diese Identifikation, dass das Arbeitsgerät und/oder das Ladegerät sich in
optimaler Weise auf den speziellen Typ von Energiespeichereinheit
abstimmen lassen bzw. von selber abstimmen. Eine mechanische Kodierung
ist nicht erforderlich.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit eine Ladeelektronik
aufweist, mittels der ein Ladevorgang der wenigstens einen Energiespeicherzelle
steuerbar ist.
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Da
für jeden
Typ von Energiespeichereinheit das gleiche Ladegerät verwendbar
sein soll, ist es möglich,
eine universelle Ladeelektronik in dem Ladegerät unterzubringen. Dieses Konzept
stößt jedoch
insbesondere dann an Grenzen, wenn im Laufe der Zeit neue Typen
von Energiespeichereinheiten hinzukommen, auf die das Ladegerät noch nicht
abgestimmt ist.
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Das
Konzept, eine Ladeelektronik in der Energiespeichereinheit selber
vorzusehen, ermöglicht es,
das Ladegerät
ohne besondere "Intelligenz" auszubilden. Die
Elektronik zur gezielten und sicheren Aufladung der jeweiligen Energiespeicherzelle
befindet sich in unmittelbarer Zuordnung hierzu in der Energiespeicherzelle,
so dass es im einfachsten Fall hinreichend sein kann, wenn das Ladegerät im Wesentlichen
eine Gleichspannung bereitstellt.
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Diese
Ausführungsform
wird auch unabhängig
von der Aufteilung des Gehäuses
in einen ersten und einen zweiten Bereich als eigene Erfindung angesehen.
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Daher
ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ladeelektronik dazu ausgelegt
ist, den Ladevorgang selbsttätig
zu steuern und die erforderliche Ladeleistung über eine von dem Ladegerät erzeugte
Gleichspannung zu erhalten.
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Die
Anpassung hinsichtlich der erforderlichen Stromstärke, der
letztendlich an die Energiespeicherzellen angelegten Spannung (Ladeschlussspannung)
und weiterer Parameter wird hingegen vorzugsweise von der Ladeelektronik
innerhalb der Energiespeicherzelle eingestellt.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist die Elektronikeinheit der Energiespeicherzelle eine Ansteuerschaltung
zum Ansteuern eines elektrischen Motors des Arbeitsgerätes auf.
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Die
Ansteuerschaltung in der Energiespeichereinheit ermöglicht,
das Arbeitsgerät
jeweils in optimaler Weise angepasst an den jeweiligen Energiespeichereinheitstyp
zu betreiben.
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Es
versteht sich dabei, dass die Ansteuerschaltung in der Energiespeichereinheit
in der Regel keine Leistungsbauteile wie Thyristoren etc. beinhaltet,
jedoch die erforderliche Intelligenz, um ein optimales Zusammenspiel
von Energiespeicherzelle und Arbeitsgerät zu realisieren. Alternativ
sind in der Energiespeichereinheit auch die Leistungsbauteile untergebracht.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn die Elektronikeinheit elektronische
Bauteile aufweist, die sowohl von einer Schutzbeschaltung als auch
von der Ansteuerschaltung genutzt werden.
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Jede
Energiespeichereinheit weist in der Regel eine so genannte Schutzbeschaltung
auf, die die Energiespeicherzelle beispielsweise bei Betrieb außerhalb
des zulässigen
Temperaturbereiches und/oder außerhalb
zulässiger
elektrischer Größenbereiche
abschaltet.
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Daher
ist es vorteilhaft, wenn bestimmte Komponenten, die sowohl bei einer
Schutzbeschaltung als auch bei einer Ansteuerschaltung notwendig sind,
von den beiden Schaltungen gemeinschaftlich genutzt werden.
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Vorteilhaft
ist es ferner, wenn die Elektronikeinheit einen Speicher zur Speicherung
unterschiedlicher Kennlinien zum Betrieb verschiedener Arbeitsgeräte und/oder
verschiedener Betriebsarten und/oder einen Empfangsabschnitt zum
Empfang einer Gerätekennung
aufweist, wobei die Ansteuerschaltung in Abhängigkeit von einer empfangenen Gerätekennung
und/oder in Abhängigkeit
von einer gewählten
Betriebsart eine der gespeicherten Kennlinien zum Ansteuern des
elektrischen Motors auswählt.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit einen Speicher zur
Speicherung des aktuellen Ladezustandes der wenigstens einen Energiespeicherzelle
aufweist, wobei die Ansteuerschaltung den elektrischen Motor in
Abhängigkeit
von dem Ladezustand ansteuert.
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Beispielsweise
kann der elektrische Motor dann, wenn die Energiespeichereinheit
nahezu vollständig
entladen ist, nur noch mit einer geringeren Leistung betrieben werden,
um so die zur Verfügung stehende
Arbeitszeit auszudehnen. Ferner kann hierdurch einem Benutzer angezeigt
werden, dass demnächst
ein Austausch der Energiespeichereinheit erforderlich ist.
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Ebenso
ist es vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit eine Mehrzahl
von Energiespeicherzellen aufweist, die auf wenigstens zwei parallele Zweige
aufgeteilt sind, wobei jeder Zweig wenigstens zwei Energiespeicherzellen
in Serie aufweist.
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Durch
die Parallelschaltung von Energiespeicherzellen ist eine Skalierung
der Energiekapazität
der Energiespeichereinheit relativ einfach möglich.
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Im
Idealfall wird am Ausgang der Energiespeichereinheit unabhängig vom
Typ immer die gleiche Ausgangsspannung bereitgestellt.
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Es
ist jedoch auch denkbar, die Anzahl der in Serie in einem Parallelzweig
verbauten Bauteile variabel auszugestalten. Dies bedeutet, dass
unterschiedliche Typen von Energiespeichereinheiten unterschiedliche
Ausgangsspannungen bereitstellen. Die zum Betrieb derartiger unterschiedlicher
Energiespeichereinheiten mit ein und dem gleichen Arbeitsgerät erforderlichen
Anpassungen können
auf vergleichsweise einfache Weise realisiert werden. Denn das Arbeitsgerät erhält die Speichereinheitskennung, und/oder
umgekehrt erhält
die Energiespeichereinheit eine Gerätekennung, so dass die erforderlichen Anpassungen
durch die energiespeichereinheitsseitig und/oder arbeitsgeräteseitig
implementierte "Intelligenz" vorgenommen werden
können.
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Dabei
ist es von Vorteil, wenn zwischen zwei Energiespeicherzellen eines
Zweiges jeweils ein Knoten angeordnet ist, wobei zumindest ein Knoten eines
Zweiges mit einem entsprechenden Knoten eines benachbarten parallelen
Zweiges über
eine elektrische Verbindungseinrichtung miteinander verbunden ist.
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Dies
ermöglicht,
dass sich unterschiedliche Ladezustände von parallelen Energiespeicherzellen ausgleichen
können,
so dass übermäßig hohe
Belastungen einzelner Zellen vermieden werden.
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Insbesondere
dient dies zur Balancierung während
des Ladens der Energiespeichereinheit.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Verbindungseinrichtung einen Schmelzsicherungsabschnitt aufweist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann die Verbindung von parallelen Zweigen dann aufgetrennt werden,
wenn hierüber übermäßig große Ströme fließen. Dies
kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine von mehreren parallelen
Fällen
einen Defekt in Form eines Kurzschlusses aufweist. Um zu vermeiden, dass
sich die hierzu parallelen Zellen über die kurzgeschlossene Zelle
entladen, ist die Verbindungseinrichtung als Schmelzsicherungsabschnitt
ausgebildet. Der Schmelzsicherungsabschnitt schmilzt bei zu hohen
Strömen
und trennt damit die Parallelverbindung.
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Dies
führt zwar
dazu, dass die parallelen Zweige nicht mehr vollkommen symmetrisch
arbeiten. Andererseits kann hierdurch der Betrieb der Energiespeichereinheit
auch bei Defekt einer einzelnen Zelle aufrechterhalten werden.
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Diese
Ausführungsform
wird auch unabhängig
von der Aufteilung des Gehäuses
in einen ersten und einen zweiten Bereich als eigene Erfindung angesehen.
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Es
versteht sich, dass ein solcher Fehlerzustand durch geeignete Mittel
angezeigt werden kann, um die betroffene Energiespeichereinheit
bei Gelegenheit auszutauschen (oder zu reparieren).
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Generell
dient ein solcher Schmelzsicherungsabschnitt dazu, den Stromfluss
zwischen den parallelen Zellen auf geringe bzw. sicherheitsunkritische
Ströme
zu begrenzen.
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Dabei
ist es von besonderem Vorteil, wenn der Schmelzsicherungsabschnitt
als vorgefertigtes Stanz- und/oder Biegeteil aus einem metallisch
leitenden Blechmaterial ausgebildet ist.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann der Schmelzsicherungsabschnitt kostengünstig bereitgestellt werden.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist das Stanz- und/oder Biegeteil dazu ausgebildet, wenigstens zwei
längliche
Energiespeicherzellen an ihren Stirnseiten miteinander zu verbinden.
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Bei
dieser Ausführungsform
kann der Schmelzsicherungsabschnitt unmittelbar zwischen den Zellen
angeordnet werden, so dass aufwändige Verdrahtungen
nicht notwendig sind.
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Ferner
kann der als Stanz- und/oder Biegeteil ausgebildete Schmelzsicherungsabschnitt
als Teil einer solchen Verbindungseinrichtung ausgebildet werden,
die beispielsweise zwei Zellen mittels eines normalen Verbindungsabschnittes
in serieller Richtung miteinander verbindet und über einen einstückig hiermit
ausgebildeten Schmelzsicherungsabschnitt eine Verbindung zu dem
parallelen Zweig realisiert.
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Dabei
ist es auch möglich,
den Schmelzsicherungsabschnitt zumindest lokal mit einem Schutzmaterial
zu umgeben, beispielsweise mit Kunststoff zu umspritzen.
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Auf
diese Weise kann das Stanz- und/oder Biegebauteil geschützt werden,
bis es sicher und ungefährdet
gegenüber äußeren mechanischen
Einflüssen
an den Energiespeicherzellen festgelegt ist (durch Löten, Schweißen oder Ähnliches).
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Insgesamt
ist es ferner vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit ein elektrisches
Heizelement aufweist.
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Das
Heizelement kann beispielsweise ein elektrisches Widerstandselement
sein oder Ähnliches,
das unmittelbar in das Gehäuse
integriert ist, beispielsweise benachbart zu der Energiespeicherzelle
bzw. den Energiespeicherzellen.
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Durch
das Heizelement ist es möglich,
die Energiespeichereinheit auch bei ungünstigen Einsatzbedingungen
(im Winter) innerhalb zulässiger Temperaturbetriebsbereiche
zu halten. Demzufolge kann der Einsatz solcherart betriebener Arbeitsgeräte auch auf
ungünstige
Witterungsverhältnisse
ausgedehnt werden, was für
den professionellen Einsatz vorteilhaft ist.
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Besonders
bevorzugt ist es dabei, wenn das Heizelement – nach Bedarf – mit elektrischem
Strom aus der Energiespeicherzelle versorgbar ist.
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Demzufolge
kann das Heizelement auch während
des Betriebs der Energiespeichereinheit und/oder beim Laden der
Energiespeichereinheit aktiviert werden.
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Im
letzteren Fall ist es jedoch bevorzugt, wenn das Heizelement mit
elektrischem Strom aus dem Ladegerät versorgbar ist, das an die
Schnittstelleneinheit angeschlossen ist.
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Es
versteht sich, dass die Betriebsdauer der Energiespeichereinheit
sich bei eingeschaltetem Heizelement verringert bzw. die Ladezeit
verlängert. Dies
kann jedoch auf vergleichsweise einfache Weise durch eine größere Anzahl
von austauschbaren Energiespeichereinheiten kompensiert werden.
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Bei
dem gattungsgemäßen Ladegerät, wie es
eingangs genannt wurde, ist es erfindungsgemäß zur Lösung der eingangs gestellten
Aufgabe vorgesehen, dass die Gleichspannung an der Schnittstellenanordnung
bereitgestellt ist.
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Mit
anderen Worten stellt das Ladegerät an der Schnittstellenanordnung
zur Ankopplung einer Energiespeichereinheit lediglich eine Gleichspannung
bereit, die vorzugsweise auf einen konstanten Wert geregelt ist.
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Die
Einstellung des Ladestromes und anderer elektrischer Parameter erfolgt
jedoch vorzugsweise über
eine Ladeelektronik, die in der Energiespeichereinheit vorgesehen
ist.
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Hier
bei kann das Ladegerät
ohne oder mit wenig "Intelligenz" ausgebildet werden.
Ferner kann die thermische Belastung von Elektronikkomponenten innerhalb
des Ladegerätes
verringert werden, so dass eine Kühlung dieser Komponenten gegebenenfalls
nicht erforderlich ist.
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So
ist es von besonderem Vorteil, wenn in dem Gehäuse keine Ladeelektronik angeordnet
ist.
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Ferner
ist es bevorzugt, wenn in dem Gehäuse des Ladegerätes ein
Lüfter
angeordnet ist und wenn die Schnittstellenanordnung des Ladegerätes eine
Luftöffnung
aufweist, über
die Luft mit der Energiespeichereinheit ausgetauscht werden kann.
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Durch
den Lüfter
kann Luft zwangsweise in die Energiespeichereinheit eingeführt werden
oder aus der Energiespeichereinheit gezogen werden. Jedenfalls kann
das Innere der Energiespeichereinheit während des Ladens mittels des
Lüfters
thermisch beeinflusst werden.
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Vorteilhaft
ist hierbei ferner, wenn der Lüfter über einen
Kanal mit der Luftöffnung
verbunden ist und wenn die Gleichspannungsversorgungsanordnung außerhalb
des Kanals angeordnet ist.
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Hierdurch
ergibt sich insbesondere ein kompakter Aufbau, und eine effiziente
thermische Beeinflussung der Energiespeichereinheit ist möglich.
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Da
die Gleichspannungsversorgungsanordnung vorteilhafterweise "nur" eine geregelte Gleichspannung
bereitstellt, ist eine aufwändige
thermische Beeinflussung der Gleichspannungsversorgungsanordnung
in der Regel nicht notwendig.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist in dem Gehäuse
eine Heizeinrichtung angeordnet.
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Die
Heizeinrichtung kann, beispielsweise bei kalten Umgebungsbedingungen,
verwendet werden, um Luft zu erwärmen,
die in die Energiespeichereinheit eingeblasen wird (beispielsweise
mittels des Lüfters).
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Die
Heizeinrichtung kann zusätzlich
oder alternativ auch dazu ausgebildet sein, die Energiespeichereinheit
durch Strahlung oder durch Wärmeleitung
zu erwärmen.
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Bei
dem erfindungsgemäßen elektrisch
angetriebenen Arbeitsgerät
ist es von besonderem Vorteil, wenn an dem Gerätegehäuse ein Aufnahmefach zur Aufnahme
einer Energiespeichereinheit vorgesehen ist.
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Während es
herkömmlicherweise üblich ist, austauschbare
Energiespeichereinheiten außen
an einem Gehäuse
anzubringen, beispielsweise rastend, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung eines
Aufnahmefaches an dem Gerätegehäuse, Störkonturen
weitgehend zu vermeiden.
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Ferner
ist die Energiespeichereinheit innerhalb des Aufnahmefaches besser
geschützt
und kann zudem leichter thermisch beeinflusst werden, insbesondere
für den
Betrieb in rauen Arbeitsumgebungen.
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Von
besonderem Vorteil ist es, wenn das Aufnahmefach so an die Energiespeichereinheit
angepasst ist, dass wenigstens 30%, insbesondere wenigstens 50%
und besonders bevorzugt 60% der Oberfläche einer in das Fach eingesetzten
Energiespeichereinheit von dem Aufnahmefach abgedeckt sind.
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Besonders
bevorzugt ist es, wenn die Energiespeichereinheit vollständig in
ein Aufnahmefach eingesetzt ist, so dass lediglich eine Stirnseite
hiervon nach außen
hin sichtbar ist.
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Ferner
ist es vorteilhaft, wenn eine Gehäuseschnittstellenanordnung
zur Verbindung mit einer Schnittstelleneinheit der Energiespeichereinheit
am Boden des Aufnahmefachs angeordnet ist.
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Wie
bereits oben erläutert,
ermöglicht
eine solche Ausbildung, dass Energiespeichereinheiten unterschiedlicher
Länge (in
Längsrichtung
der Energiespeichereinheit bzw. des Aufnahmefachs gesehen) mit dem
gleichen Arbeitsgerät
verbindbar sind.
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Generell
ist es ferner vorteilhaft, wenn an der Energiespeichereinheit Anzeigemittel
vorgesehen sind, um den jeweiligen Betriebszustand anzuzeigen (Ladezustand).
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Dabei
können
die Anzeigemittel im Bereich der Stirnseite vorgesehen sein, die
bei eingesetzter Energiespeichereinheit außen an dem Gehäuse des Arbeitsgerätes sichtbar
verbleibt. Alternativ ist es auch möglich, die Anzeigemittel an
der dem Boden des Aufnahmefaches zugewandten Stirnseite bzw. im
Bereich hiervon anzuordnen.
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In
diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Gerätegehäuse im Bereich des Bodens des
Aufnahmefaches eine Öffnung
aufweist, durch die hindurch eine solche an der Energiespeichereinheit
angeordnete Anzeigeeinrichtung von außerhalb des Gerätegehäuses erkennbar
ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
weist das Arbeitsgerät
eine Entladeelektronik auf, die über
die Gehäuseschnittstellenanordnung
mit einer Elektronikeinheit der Energiespeichereinheit verbindbar
ist, wobei die Entladeelektronik über die Elektronikeinheit mit
einer Gleichspannung aus der Energiespeichereinheit versorgt wird.
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Dies
ermöglicht,
die aus der Energiespeichereinheit von dem Arbeitsgerät entnommene
Leistung in Abhängigkeit
von am Arbeitsgerät
vorhandenen Bedingungen einzustellen. Beispielsweise kann bei einer
aufgrund eines zu dicken Astes klemmenden Heckenschere eine zu hohe
Stromaufnahme durch die Entladeelektronik begrenzt werden.
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Gemäß einer
weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist an den Motor
ein Lüfter
angeschlossen.
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Dies
führt dazu,
dass bei Betrieb des Motors der Lüfter generell mitbetrieben
wird. Es ist natürlich möglich, zwischen
dem Motor und dem Lüfter
eine Kupplung vorzusehen, falls dies gewünscht ist.
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Der
Lüfter
kann insbesondere dazu dienen, den elektrischen Motor und/oder die
diesen Motor ansteuernde Leistungselektronik in dem Arbeitsgerät thermisch
zu beeinflussen.
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So
ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gerätegehäuse so ausgebildet ist, dass
ein von dem Lüfter
erzeugter Luftstrom an dem Motor vorbeileitbar ist.
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Gemäß einer
weiteren bevorzugten Ausführungsform
ist an dem Gerätegehäuse eine
Klappe ausgebildet, wobei der von dem Lüfter erzeugte Luftstrom in
Abhängigkeit
von der Stellung der Klappe zu dem Motor geleitet wird oder auch
nicht.
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Auf
diese Weise kann beispielsweise ein Winterbetrieb eingerichtet werden,
bei dem die Zufuhr von kalter Luft zu dem Motor nicht erwünscht ist.
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Ferner
versteht sich, dass der von dem Lüfter erzeugte Luftstrom auch
dazu verwendet werden kann, die in das Arbeitsgerät eingesetzte
Energiespeichereinheit thermisch zu beeinflussen.
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Es
ist ferner insgesamt vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit
und der Motor benachbart zueinander in dem Gerätegehäuse angeordnet sind, wobei
dazwischen ein Thermoschott angeordnet ist.
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Auf
diese Weise kann die wechselseitige thermische Beeinflussung des
elektrischen Motors einerseits und einer in das Arbeitsgerät eingesetzten Energiespeichereinheit
minimiert werden.
-
Ferner
ist es vorteilhaft, wenn das Gerätegehäuse so ausgebildet
ist, dass ein von dem Lüfter
erzeugter Luftstrom aus dem Gehäuse
von der Bedienperson weg ausgeblasen wird.
-
Auf
diese Weise kann eine Störung
der Bedienperson durch ausgeblasene Luft vermieden werden.
-
Vorzugsweise
wird die Luft an der Unterseite des Gehäuses ausgeblasen oder nach
vorne, hin zu einem Werkzeug des Arbeitsgerätes.
-
Gemäß einer
weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform weist das Arbeitsgerät eine Heizeinrichtung
auf, die dazu ausgelegt ist, die Energiespeichereinheit und/oder
den Motor zu beheizen.
-
Die
Heizeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, Luft zu erwärmen, die
mittels des Lüfters
zu dem Motor und/oder der Energiespeichereinheit geblasen wird.
-
Alternativ
kann die Heizeinrichtung auch dazu ausgelegt sein, die Energiespeichereinheit und/oder
den Motor durch Wärmeleitung
oder -strahlung thermisch zu beeinflussen.
-
Von
besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Heizeinrichtung eine aus
der Energiespeichereinheit gespeiste elektrische Heizeinrichtung
ist.
-
Zu
allen in den Unteransprüchen
beanspruchten Ausführungsformen
ist zu bemerken, dass diese jeweils eigene Erfindungen darstellen,
auch ohne das Merkmal einer Unterteilung des Gehäuses der Energiespeichereinheit
in einen ersten und einen zweiten Bereich.
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Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
-
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Arbeitskits mit zwei unterschiedlichen
Arbeitsgeräten,
einem Ladegerät
und zwei unterschiedlichen Typen von Energiespeichereinheiten gemäß der vorliegenden
Erfindung;
-
2 eine
erste schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
-
3 eine
schematische perspektivische Ansicht der Energiespeichereinheit
der 2 von der entgegengesetzten Seite;
-
4 einen
schematischen Längsschnitt durch
eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
-
5 eine
der 4 entsprechende Darstellung einer alternativen
Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
-
6 zwei
Querschnittsansichten einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit
mit Darstellung der Bemessung der Höhe und Breite sowie mit unterschiedlichen
Bestückungsvarianten;
-
7 eine
der 6 entsprechende Darstellung mit einer weiteren
Bestückungsvariante;
-
8 eine
schematische Längsschnittansicht
durch ein Gehäuse
einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
-
9 eine
schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform
einer vormontierten Einheit aus Energiespeicherzellen, Trägerplatten und
einer Elektronikeinheit zum Einsetzen in ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
-
10 eine
schematische Darstellung der in einer Energiespeichereinheit, in
einem Arbeitsgerät bzw.
in einem Ladegerät
enthaltenen Elektronik zur Darstellung des "Zusammenspiels" dieser Elektroniken beim Betrieb des
erfindungsgemäßen Arbeitskits;
-
11 eine
schematische Längsschnittansicht
durch ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät;
-
12 eine
schematische Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes Ladegerät;
-
13 eine
schematische Darstellung, wie ein Gehäuse einer Energiespeichereinheit
mit unterschiedlichen Anzahlen, Typen und Beschaltungen von Energiespeicherzellen
bestückbar
ist, um unterschiedliche Typen von Energiespeichereinheiten bereitzustellen;
-
14 eine
schematische Draufsicht in Längsrichtung
auf Energiespeicherzellen in einem Gehäuse einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit
mit einer bevorzugten elektrischen Verbindungseinrichtung; und
-
15 eine
schematische Darstellung eines Stanzteils zur Realisierung einer
Verbindungseinrichtung für
die Speicherzellen einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit.
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In 1 ist
ein Arbeitskit für
den Landschaftsbau generell mit 10 bezeichnet.
-
Das
Arbeitskit 10 beinhaltet ein Arbeitsgerät 12, z. B. in Form
einer Heckenschere, das ein Gehäuse 13 aufweist.
Ferner weist das Arbeitskit 10 ein Ladegerät 14 auf.
Das Ladegerät 14 weist
ein Gehäuse 15 auf
und dient dazu, jeweils eine Energiespeichereinheit 16 zu
laden.
-
Das
Arbeitskit 10 beinhaltet ferner eine Mehrzahl von Energiespeichereinheiten 16 gleichen oder
unterschiedlichen Typs.
-
In 1 sind
beispielsweise zwei unterschiedliche Typen von Energiespeichereinheiten 16, 16a gezeigt.
Die Energiespeichereinheiten 16, 16a weisen im
Wesentlichen den gleichen Querschnitt auf, sind jedoch unterschiedlich
lang. Beide Energiespeichereinheiten 16, 16a passen
jedoch in das gleiche Ladegerät 14 und
sind alternativ mit dem Arbeitsgerät 12 verwendbar, wie
es in 1 schematisch angedeutet ist.
-
Das
Arbeitskit 10 kann ferner weitere Arbeitsgeräte 12 umfassen,
wie beispielsweise den dargestellten Vertikutierer, der ebenfalls
mittels der Energiespeichereinheiten 16, 16a gleichen
und unterschiedlichen Typs betreibbar ist.
-
Das
Arbeitskit 10 ist für
den professionellen Einsatz ausgebildet. Die Energiespeichereinheiten 16 weisen
jeweils eine sehr hohe Energiedichte auf und sind insbesondere mit
Akkumulatoren auf Lithium-Basis bestückt.
-
Da
alle Typen von Energiespeichereinheiten 16, 16a in
alle Arbeitsgeräte 12 bzw.
Ladegeräte 14 passen,
ergibt sich eine höchstmögliche Flexibilität. Aufwändige logistische
Maßnahmen
zur Zuordnung bestimmter Typen von Energiespeicher einheiten zu bestimmten
Arbeitsgeräten 12 und/oder
Ladegeräten 14 sind
nicht notwendig.
-
Ferner
weist das Arbeitskit 10 noch näher zu beschreibende Mittel
auf, um auch bei widrigen Umgebungsbedingungen verwendet zu werden,
also beispielsweise im professionellen Einsatz im Winter oder bei
sehr warmen Umgebungsbedingungen.
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2 und 3 zeigen
in schematischer Form eine Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 16 von
schräg
vorne bzw. schräg
hinten.
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Die
Energiespeichereinheit 16 weist in einer Längsrichtung 18 eine
Länge L
auf. An den in Längsrichtung
entgegengesetzten Enden der Energiespeichereinheit 16 sind
eine erste Stirnseite 20 bzw. eine zweite Stirnseite 22 vorgesehen.
Eine von vier Seitenflächen
ist in 2 der Vollständigkeit
halber mit 24 dargestellt.
-
Die
Energiespeichereinheit 16 ist generell quaderförmig ausgebildet,
mit der genannten Länge L,
einer Breite B und einer Höhe
H.
-
Im
Bereich der ersten Stirnseite 20 weist das Gehäuse der
Energiespeichereinheit 16 bevorzugt ferner einen in Querrichtung
vorstehenden, vorzugsweise umlaufenden Flansch 26 auf.
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Anzeigeelemente
zum Anzeigen eines Betriebszustandes (beispielsweise Ladezustand)
sind ebenfalls an der ersten Stirnseite 20 vorgesehen und mit 28 bezeichnet.
-
Alternativ
ist es möglich,
solche Anzeigeelemente auch im Bereich der zweiten Stirnseite 22 vorzusehen
(beispielsweise an einer Seitenfläche 24 benachbart
zu der zweiten Stirnseite 22). Diese alternative Form von
Anzeigeelementen ist in 3 mit 28' bezeichnet.
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Im
Bereich der zweiten Stirnseite 22, bevorzugt unmittelbar
an der zweiten Stirnseite 22, ist ferner eine Schnittstelleneinheit 30 vorgesehen.
Die Schnittstelleneinheit 30 beinhaltet einen elektrischen Kontaktabschnitt,
um die Energiespeichereinheit 16 mit einem Arbeitsgerät 12 und
einem Ladegerät 14 elektrisch
zu verbinden. Der elektrische Kontaktabschnitt der Schnittstelleneinheit 30 kann
in an sich bekannter Weise durch eine Messerleiste oder Ähnliches
gebildet sein. Der elektrische Kontaktabschnitt der Schnittstelleneinheit 30 ist
dazu ausgebildet, entsprechende Schnittstellenkomponenten des Arbeitsgerätes 12 oder
des Ladegerätes 14 zu
kontaktieren, indem die Energiespeichereinheit 16 in Längsrichtung 18 auf
die entsprechenden Schnittstellenkomponenten zu bewegt wird.
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Die
Schnittstelleneinheit 30 kann ferner eine mechanische Schnittstelle
beinhalten, um die Energiespeichereinheit 16 an dem Arbeitsgerät 12 (oder dem
Ladegerät 14)
festzulegen. Derartige mechanische Schnittstellenmittel, wie beispielsweise
Rastmittel, können
jedoch auch im Bereich von einer der Seitenflächen 24 oder an dem
Flansch 16 ausgebildet sein. Bevorzugt weist die mechanische
Schnittstelle keine Typenkodierung auf und ist bei allen Energiespeichereinheiten 16, 16a identisch
ausgebildet.
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An
dem Gehäuse 36 der
Energiespeichereinheit 16 sind ferner erste Luftöffnungen 32 und zweite
Luftöffnungen 34 ausgebildet.
Die ersten Luftöffnungen 32 sind
im Bereich der ersten Stirnseite 20 vorgesehen, im dargestellten
Fall an einer Seitenfläche 24 benachbart
zu der ersten Stirnseite 20. Die zweiten Luftöffnungen 34 sind
im Bereich der zweiten Stirnseite 22 vorgesehen, im dargestellten
Fall unmittelbar an der zweiten Stirnseite 22.
-
Mittels
der ersten und der zweiten Luftöffnungen 32, 34 kann
ein Luftstrom durch die Energiespeichereinheit 16 in Längsrichtung 18 eingerichtet
werden, um in dem Gehäuse 36 befindliche
Bauteile thermisch zu beeinflussen.
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4 zeigt
eine Ausführungsform
einer Energiespeichereinheit 16 im schematischen Längsschnitt.
Es ist zu erkennen, dass die Energiespeichereinheit 16 in
Längsrichtung 18 in
einen ersten Bereich 40 und einen zweiten Bereich 42 unterteilt
ist. In dem ersten Bereich 40 ist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 44 aufgenommen.
Die Energiespeicherzellen 44 sind dabei jeweils als Standardzellen
ausgebildet (beispielsweise vom Typ 18650 bzw. vom Typ 26650). Die
Energiespeicherzellen 44 sind in dem ersten Bereich 40 in
Längsrichtung
ausgerichtet angeordnet. Eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 44 kann
in Querrichtung benachbart zueinander angeordnet sein. Ferner kann
innerhalb des ersten Bereichs 40 eine Mehrzahl (im dargestellten
Fall zwei) von Energiespeicherzellen 44 in Längsrichtung 18 hintereinander
angeordnet sein.
-
Die
Verschaltung der Energiespeicherzellen 44 untereinander
wird nachstehend erläutert
werden.
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Der
zweite Bereich 42 ist bei der Ausführungsform der 4 in
zwei Einzelbereiche 42A, 42B unterteilt, die in
Längsrichtung 18 an
entgegengesetzten Enden des ersten Bereiches 40 angeordnet
sind.
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In
dem zweiten Bereich 42 ist insbesondere eine Elektronikeinheit 46 aufgenommen.
Ferner ist in dem zweiten Bereich 42 die Schnittstelleneinheit 30 vorgesehen.
Bei Aufteilung des zweiten Bereiches 42 in zwei Einzelbereiche 42A, 42B kann
die Elektronikeinheit 46 in dem einen Einzelbereich 42A angeordnet
sein und die Schnittstelleneinheit 30 in dem anderen Einzelbereich 42B.
In dem zweiten Einzelbereich 42B kann jedoch auch ein Teil
der Elektronikeinheit 46 angeordnet sein, wie es schematisch
durch die Aufteilung der Elektronikeinheit in Einzeleinheiten 46A, 46B angedeutet
ist.
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5 zeigt
eine alternative Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 16,
bei der der zweite Bereich 42 als ein einheitlicher Bereich
an einem axialen Ende des Gehäuses 36 ausgebildet
ist. Sowohl die Elektronikeinheit 46 als auch die Schnittstelleneinheit 30 sind
dabei bevorzugt in dem zweiten Bereich 42 angeordnet, und zwar
im Bereich der zweiten Stirnseite 22.
-
6 zeigt
zwei schematische Querschnittsansichten einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 16.
Die Energiespeichereinheit 16 ist im Querschnitt rechteckförmig, mit
einer Breite B und einer Höhe
H. Die Energiespeichereinheit 16 ist dazu ausgelegt, entweder
mit einem ersten Typ von Energiespeicherzellen 44a oder
mit einem zweiten Typ von Energiespeicherzellen 44b bestückt zu werden. Die
zweiten Energiespeicherzellen 44b haben einen größeren Durchmesser
Db als der Durchmesser Da der ersten Energiespeicherzellen 44a.
-
Die
Abmessungen B, H sind, um eine maximale Anzahl von Energiespeicherzellen
beiden Typs in dem im Querschnitt rechteckförmigen Gehäuse 36 unterzubringen,
folgendermaßen
gewählt.
Die Höhe H
entspricht einem Mehrfachen des Durchmessers Db der zweiten Energiespeicherzellen 44b,
im dargestellten Fall dem vierfachen Durchmesser Db. Andererseits
entspricht die Breite B einem Mehrfachen des Durchmessers Da der
ersten Energiespeicherzellen 44a, im vorliegenden Fall
dem dreifachen Durchmesser Da.
-
Dies
hat im gewählten
Beispiel zur Folge, dass bei Bestückung mit den zweiten Energiespeicherzellen 44b in
Richtung der Breite B etwas überschüssiges Spiel
bzw. "Luft" vorhanden ist, wohingegen
in Richtung der Höhe
H bei Bestückung
mit den ersten Energiespeicherzellen 44a etwas Spiel bzw. "Luft" vorhanden ist.
-
Insgesamt
führt die
Dimensionierung in der einen Richtung B in Abhängigkeit von dem Durchmesser
des einen Energiespeicherzellentyps 44a und die Dimensionierung
in der anderen Richtung H in Abhängigkeit
von dem Durchmesser des anderen Energiespeicherzellentyps 44b jedoch
dazu, dass ein guter Kompromiss für beide Bestückungsvarianten
erzielbar ist.
-
So
lassen sich von dem zweiten Speicherzellentyp 44b im Querschnitt
acht Stück
aufnehmen, von dem ersten Speicherzellentyp 44a insgesamt fünfzehn Stück, bei
jeweils matrixartiger Anordnung.
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Wie
es in 7 gezeigt ist, lassen sich von dem ersten Energiespeicherzellentyp 44a sogar sechzehn
Stück unterbringen,
in einer Anordnung 3-2-3-3-2-3. Bei dieser Variante kann es in Richtung der
Breite B eine gewisse Überdeckung
von benachbarten Speicherzellen 44a geben, wie es in 7 dargestellt
ist.
-
8 zeigt
eine bevorzugte Ausführungsform
eines Gehäuses 36 für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit 16.
-
Das
Gehäuse 36 weist
bei dieser Ausführungsform
ein Topfteil 50 auf, das als Boden die zweite Stirnseite 22 beinhaltet
sowie die vier Seitenflächen 24.
Im Bereich der ersten Stirnseite 20 weist das Topfteil 50 eine Öffnung auf,
die mittels eines Deckelteils 52 verschließbar ist,
um ein abgeschlossenes Gehäuse 36 zu
schaffen. Der Flansch 26 kann an dem Deckelteil 52 einstückig angeformt
sein. Das Deckelteil 52 kann auf beliebige Art und Weise
mit dem Topfteil verbunden sein, beispielsweise rastend, durch eine
Verklebung, durch ein Schweißverfahren oder Ähnliches.
Das Topfteil 50 und das Deckelteil 52 sind vorzugsweise
aus Kunststoff hergestellt.
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Alternativ
kann die zweite Stirnseite 22 auch im Bereich des Deckelteils 52 angeordnet
sein; in diesem Fall würde
der Flansch 26 (sofern vorhanden) im Bereich des Bodens
des Topfteiles 50 angeordnet sein.
-
9 zeigt
eine bevorzugte Variante der im Inneren des Gehäuses 36 angeordneten
Komponenten. Genauer gesagt wird in dem Gehäuse 36 eine vormontierte
Einheit aus einer Mehrzahl von Speicherzellen 44, der Elektronikeinheit 46 und
der Schnittstelleneinheit 30 angeordnet. Die in 9 dargestellte
vormontierte Einheit entspricht dabei dem Aufbau, wie er in 5 gezeigt
wurde. Die vormontierte Einheit weist eine erste Trägerplatte 54 in Form
einer Trennplatte auf, die den ersten Bereich 40 von dem
zweiten Bereich 42 trennt.
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Auf
der einen Seite der Trennplatte 54 ist die Elektronikeinheit 46 festgelegt.
Auf der anderen Seite der Trennplatte 54 sind die Speicherzellen 44 angeordnet.
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Die
vormontierte Einheit weist ferner eine zweite Trägerplatte 56 auf.
Eine erste Mehrzahl von Speicherzellen 44 ist in Längsrichtung 18 ausgerichtet
zwischen der Trennplatte 54 und der zweiten Trägerplatte 56 angeordnet.
Ferner weist die vormontierte Einheit eine dritte Trägerplatte 58 auf.
Eine zweite Mehrzahl (im Normalfall identisch der ersten Mehrzahl)
von Speicherzellen 44 ist zwischen der zweiten Trägerplatte 56 und
der dritten Trägerplatte 58 angeordnet.
-
Die
Trägerplatten 54, 56, 58 weisen
jeweils Öffnungen 60 auf,
von denen in 9 einige schematisch angedeutet
sind. Die Öffnungen 60 ermöglichen,
dass in Längsrichtung 18 ein
Luftstrom durch die Energiespeichereinheit 16 eingerichtet
werden kann, wobei insbesondere die Elektronikeinheit 46 und
die Speicherzellen 44 beströmt werden.
-
Auf
der den Speicherzellen 44 abgewandten Seite der ersten
Trägerplatte
(Trennplatte) 54 ist ferner eine Kontaktleiste 62 der
Schnittstelleneinheit 30 angeordnet. Die Kontaktleiste 62 weist
eine Mehrzahl von einzelnen elektrischen Kontakten 64 auf,
beispielsweise in Form von Messerkontakten, die in Längsrichtung
kontaktierbar sind.
-
Die
Elektronikeinheit 46 weist eine Leiterplattenanordnung 66 auf,
die an der gleichen Seite der ersten Trägerplatte 54 festgelegt
ist. Die Leiterplattenanordnung 66 weist eine Mehrzahl
von elektronischen Bauelementen 68 auf.
-
In 9 ist
ferner gezeigt, dass in die vormontierte Einheit Heizelemente 69 integriert
werden können,
beispielsweise in Form von elektrischen Widerstandsheizelementen.
-
Ferner
versteht sich, dass die Speicherzellen 44 der vormontierten
Einheit der 9 untereinander seriell und/oder
parallel verbunden sind. Zu diesem Zweck können elektrische Verbindungseinrichtungen unmittelbar
an den jeweiligen Speicherzellen 44 angeordnet sein, insbesondere
an deren Stirnseiten, die zu den Trägerplatten 54, 56, 58 hin
weisen. Es versteht sich auch, dass entsprechende elektrische Verbindungseinrichtungen
an den Trägerplatten 54, 56, 58 vorgesehen
sein können.
Die Hauptaufgabe der Trägerplatten 54, 56, 58 ist
jedoch die mechanische Festlegung der Speicherzellen 44 in
Relation zueinander, so dass insgesamt eine vormontierte Einheit
gebildet wird, die als eine Einheit gehandhabt werden kann, um in
im Wesentlichen einem Schritt in das Gehäuse 36 eingesetzt
zu werden.
-
Mit
Bezug auf die 6 bis 9 versteht sich,
dass die Speicherzellen 44 in Querschnittsrichtung, vorzugsweise
beabstandet zueinander, angeordnet werden, wie es insbesondere in 6 gezeigt ist.
Dies ermöglicht,
die Energiespeicherzellen 44 über den gesamten Umfang mit
einem Gas zu beströmen,
um die Energiespeicherzellen 44 thermisch zu beeinflussen
(insbesondere zu kühlen,
gegebenenfalls aber auch zu erwärmen).
-
Demzufolge
sind die Abmessungen H, B zwar in Abhängigkeit von den Durchmessern
Da, Db der unterschiedlichen Speicherzellentypen 44a, 44b zu
wählen,
wobei bevorzugt jeweils noch ein gewisses Spiel bzw. ein gewisser
Abstand zwischen den Speicherzellen 44 in Querschnittsrichtung
einberechnet wird.
-
10 ist
eine schematische Darstellung der jeweils in den Einzelkomponenten
des Arbeitskits 10 der vorliegenden Erfindung enthaltenen
Elektronikeinheiten. Man erkennt, dass die gezeigten Elektronikeinheiten
jeweils Schnittstelleneinheiten mit beispielsweise wenigstens fünf Kontakten
aufweisen. In 10 sind die Kontakte sämtlicher
Komponenten untereinander verbunden, um die Darstellung zu vereinfachen.
In der Realität
ist die Elektronikeinheit 46 einer Energiespeicherzelle 16 jedoch
alternativ mit der Elektronikeinheit des Ladegeräts 14 oder mit der Elektronikeinheit
des Arbeitsgerätes 12 verbunden.
-
Das
Ladegerät 14 weist
einen Plus-Gleichspannungsanschluss 72 und einen Minus-Gleichspannungsanschluss 74 auf.
In entsprechender Weise sind an der Elektronikeinheit 46 der
Energiespeicherzelle 16 ein Plus-Gleichspannungsanschluss 76 und
ein Minus-Gleichspannungsanschluss 78 vorgesehen. Diese
Anschlüsse 76, 78 sind
als Kontakte 64 der Schnittstelleneinheit 30 realisiert.
Ein weiterer Kontakt 80 der Schnittstelleneinheit 30 ist
ein ID-Kontakt, an dem eine Identifikationskennung der Energiespeichereinheit 16 übermittelt
werden kann. Der Kontakt 80 kann als einfacher Kontakt
zum Auslesen der Identifikationskennung ausgebildet sein, oder als Signalkontakt,
insbesondere für
eine bidirektionale Kommunikation. Bei der Option einer bidirektionalen Übertragung
kann z. B. eine Kennung von einem Ladegerät 14 bzw. einem Arbeitsgerät 12 empfangen werden
kann. Generell können
bei Realisierung einer bidirektionalen Kommunikation über den
Kontakt 80 beliebige Kommunikationsdaten zwischen der Energiespeichereinheit 16 und
dem Ladegerät 14 bzw. zwischen
der Energiespeichereinheit 16 und dem Arbeitsgerät 12 ausgetauscht
werden.
-
Ferner
weist die Schnittstellenanordnung 30 einen Kontakt 82 für ein Temperatursignal
(NTC-Signal) auf. Dabei kann im einfachsten Fall eine Temperatur
der Energiespeichereinheit 16 von einem geeigneten (vorzugsweise
internen) Sensor erfasst werden und an das Ladegerät 14 bzw.
an das Arbeitsgerät 12 übermittelt
werden. Alternativ ist es auch möglich, über diesen
Temperaturkontakt 82 Temperaturen in die Elektronikeinheit 46 der
Energiespeichereinheit 16 einzulesen (beispielsweise Umgebungstemperatur
des Arbeitsgerätes 12).
-
Der
Kontakt 84 der Schnittstelleneinheit 30 ist als
Signalmassekontakt ausgebildet, also als Massekontakt für die Signalkontakte 80, 82.
Die Kontakte 84 und 74 lassen sich auch als ein
Masseanschluss zusammmenlegen; in diesem Fall reichen vier Einzelkontakte
in der Schnittstelleneinheit 30.
-
In
der Darstellung der 10 sind alle fünf Kontakte 76–82 der
Energiespeichereinheit 16 mit sowohl dem Ladegerät 14 als
auch dem Arbeitsgerät 12 verbunden.
Wie gesagt, wird dies in der Praxis nur alternativ erfolgen. Ferner
ist es denkbar, dass bei der einen oder anderen Verbindung nicht
alle Kontakte kontaktiert werden (beispielsweise beim Anschluss
an ein einfaches Ladegerät 14 nur
die Kontakte 76, 78).
-
Die
Elektronikeinheit 46 der Energiespeichereinheit 16 beinhaltet
bevorzugt eine Ladeelektronik 86, eine Motoransteuerschaltung 88,
eine Schutzbeschaltung 90, einen Ladezustandsspeicher 92,
der der Ladeelektronik 86 zugeordnet ist, einen Kennlinienspeicher 94,
der der Motoransteuerschaltung 88 zugeordnet ist, und einen
Kennungsspeicher 96, in dem eine Speichereinheitskennung
der jeweiligen bestimmten Energiespeichereinheit 16 abgespeichert
ist.
-
Das
Ladegerät 14 weist
eine Schnittstelleneinheit 97 zur Verbindung mit der Schnittstelleneinheit 30 der
Energiespeichereinheit 16 auf und beinhaltet ein Modul 98 zur
Temperaturüberwachung,
ein Modul 100 für
das Lademanagement, eine Anzeige 102, einen Lüfter 104 und
gegebenenfalls eine Heizelement 106.
-
In
entsprechender Weise beinhaltet die Elektronik des Arbeitsgerätes 12 eine
Gehäuseschnittstelle 110,
die mit der Schnittstelleneinheit 30 der Energiespeichereinheit 16 verbindbar
ist, eine Entladeelektronik 112, einen elektrischen Motor 114 zum
Antrieb eines Werkzeuges des Arbeitsgerätes 12, einen Lüfter 116,
eine Heizeinrichtung 118 (optional) sowie einen Gerätekennungsspeicher 120.
-
Bei
Verbindung der Energiespeichereinheit 16 mit dem Arbeitsgerät 12 teilt
die Energiespeichereinheit 16 zunächst die Kennung (ID) aus dem
Kennungsspeicher 96 mit. Hierdurch kann beispielsweise eine
Kopiersicherheit realisiert werden. Ferner teilt die Energiespeichereinheit 16 dem
Arbeitsgerät 12 die
mit der Energiespeichereinheit 16 realisierbaren Leistungsdaten
mit. Alternativ sind diese in dem Arbeitsgerät 12 in Abhängigkeit
von der Kennung aus dem Kennungsspeicher 96 abgelegt.
-
In
Abhängigkeit
von den übermittelten
Leistungsdaten kann die Elektronik des Arbeitsgerätes 12 die
Ansteuerung des Motors 114 angepasst durchführen, insbesondere
hinsichtlich der Leistungsgrenzdaten.
-
Ferner
wird dem Arbeitsgerät 12 der
aktuelle Ladezustand aus dem Ladezustandsspeicher 92 übermittelt,
so dass das Arbeitsgerät 12 in
Abhängigkeit
von der noch zur Verfügung
stehenden Energie die Motorsteuerung beeinflussen kann. Beispielsweise
ist es denkbar, den Motor mit einer geringeren Leistung zu betreiben,
wenn die Energiespeichereinheit 16 nahezu vollständig entladen
ist.
-
Das
entsprechende "Entlademanagement" wird dabei vorzugsweise
von der Entladeelektronik 112 in dem Arbeitsgerät 12 vollzogen.
-
Alternativ
ist es auch denkbar, eine in der Elektronikeinheit 46 vorhandene
Motoransteuerschaltung 88 zu nutzen, die zur Ansteuerung
des Motors 114 verwendet wird. Dabei kann gegebenenfalls auf
einen Kennlinienspeicher 94 zurückgegriffen werden, in dem
unterschiedliche Kennlinien zum Betrieb des Motors bei unterschiedlichen
Randbedingungen und/oder mit unterschiedlichen Arbeitsgeräten verwendet
werden. Mit anderen Worten kann in den Kennlinienspeicher 94 eine
Anzahl von Kennlinien entsprechend unterschiedlicher Arbeitsgeräte 12 abgelegt
werden und/oder eine Anzahl von Kennlinien in Abhängigkeit
von unterschiedlichen Betriebsarten.
-
In
diesem Fall kann auf eine aufwändige Elektronik
in dem Arbeitsgerät 12 verzichtet
werden.
-
Die
in der Elektronikeinheit 46 vorhandene Schutzbeschaltung
beinhaltet Bauelemente zur Strom- und/oder Spannungsbegrenzung.
Diese Bauelemente können
von der Motoransteuerschaltung 88 gleichfalls verwendet
werden, so dass sich erhebliche Bauteilkosten einsparen lassen.
-
Mit
anderen Worten können
die Schutzbeschaltung 90 und die Motoransteuerschaltung 88 miteinander
integriert werden.
-
In
diesem Fall kann die Schutzbeschaltung/Motoransteuerschaltung 88, 90 auch
die erforderlichen Leistungsbauteile zur Ansteuerung des Motors
beinhalten. Über
die Gleichspannungskontakte 76, 78 wird hierbei
der Leistungsstrom zur Ansteuerung des Motors 114 geführt.
-
Eine
Kommunikation der Intelligenz des Arbeitsgerätes 12 und der Elektronikeinheit 46 kann über Signale
erfolgen, die auf den Leistungsstromkreis aufmoduliert werden.
-
Bei
dieser Ausführungsform
kann es möglich sein
(wie nachstehend unten anhand von 16 beschrieben),
dass die Betätigungselemente
an dem Arbeitsgerät 12 lediglich
Ströme
schalten müssen, die
maximal 25%, im Idealfall maximal 15% des zulässigen Spitzenstromes betragen.
-
Bei
Verbindung der Energiespeichereinheit 16 mit dem Ladegerät 14 kann über die
Schaltung 98 die Temperatur der Energiespeichereinheit 16 ermittelt
werden (über
den Temperaturkontakt 82). Das Lademanagement 100 kann
folglich temperaturabhängig
durchgeführt
werden.
-
Das
Lademanagement 100 kann im dargestellten Fall im Wesentlichen
aus einer temperaturabhängigen
Gleichspannungsversorgung bestehen, die eine geregelte Gleichspannung
bereitstellt. Die exakten Ladekurven etc. können in der Ladeelektronik 86 der
Elektronikeinheit 46 abgespeichert sein, so dass das eigentliche
Lade- "Management" über die der Energiespeichereinheit 16 zugewiesene
Ladeelektronik 86 erfolgt (sofern dort vorhanden). In 10 ist jedoch
angedeutet, dass dieses Management auch allein in dem Ladegerät 14 enthalten
sein kann, siehe Bezugszeichen 86'. Die Elektronik der Energiespeichereinheit 16 ist
in letzterem Fall bspw. lediglich eine Überwachungselektronik, die
Parameter an das Ladegerät 14 kommuniziert
(oder an das Arbeitsgerät 12).
-
Bevorzugt
erfolgt eine Ladestandsanzeige während
des Ladens über
eine Ladestandsanzeige (Anzeigeelemente 28) an der Energiespeicherzelle 16.
Alternativ oder zusätzlich
kann die Ladestandsanzeige auch an dem Ladegerät 14 erfolgen (Anzeige 102).
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Generell
ist es bevorzugt, wenn die Entladeelektronik 112 des Arbeitsgerätes 12 das
Arbeitsgerät 12 abschaltet,
wenn die von der Energiespeichereinheit 16 beritgestellt
Spannung unter einen vorgegebene Untergrenze fällt.
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Die
drei Bauteile des Arbeitskits 10 können jeweils für den professionellen
Einsatz über
geeignete Maßnahmen
zur thermischen Beeinflussung verfügen.
-
Wie
bereits in Bezug auf 9 erwähnt, kann in die Energiespeichereinheit 16 ein
Heizelement 69 integriert sein, das aus den Energiespeicherzellen 44 gespeist
wird (oder über
das Ladegerät 14).
-
Ferner
kann es alternativ oder zusätzlich möglich sein,
in das Ladegerät 14 einen
Lüfter 104 zu integrieren,
der für
ein Abkühlen
der Energiespeichereinheit 16 sorgen kann (insbesondere
bei Schnellladungen und/oder bei hohen Umgebungstemperaturen). Ferner
kann eine thermische Beeinflussung auch erfolgen über die
in dem Ladegerät 14 optional vorhandene
Heizeinrichtung 106. Diese kann beispielsweise die Luft
erwärmen,
die von dem Lüfter 104 in
die Energiespeichereinheit 16 geblasen wird, um diese zu
erwärmen.
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Ferner
kann in dem Arbeitsgerät 12 eine
Heizeinrichtung 118 vorgesehen sein, die zum einen dazu
dienen kann, den Motor 114 zu erwärmen (bei kalten Witterungsverhältnissen).
Die Heizeinrichtung 118 kann jedoch gegebenenfalls auch
dazu verwendet werden, die Energiespeichereinheit 16 zu
erwärmen,
die in das Arbeitsgerät 12 eingesetzt
ist.
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In 10 ist
bei 121 ein Servicegerät
für Energiespeichereinheiten 16 gezeigt,
das als autarkes Gerät
ausgebildet sein kann. Das Servicegerät 121 kann dazu dienen,
den aktuellen Zusatnd der Energiespeichereinheit auszulesen und
ggf. für
einen Benutzer anzuzeigen. Das Servicegerät 121 kann von einer
Energiespeichereinheit 16 oder aus einem Netz gespeist
sein. Es kann ggf. auch dazu dienen, Daten in die Energiespeichereinheit 16 einzulesen,
wie z. B. die Speichereinheitskennung.
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11 zeigt
in schematischer Form ein Arbeitsgerät 12 gemäß der vorliegenden
Erfindung.
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Während in 1 ein
Arbeitsgerät 12 gezeigt
ist, bei dem die Energiespeichereinheit 16 im Wesentlichen
von der Seite (bezogen auf eine Langsachse des Arbeitsgerätes 12 in
Form einer Heckenschere) eingesetzt wird, kann die Energiespeichereinheit 16 bei
dem Arbeitsgerät 12 der 11 von
schräg
oben eingesetzt werden.
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Das
Arbeitsgerät 12 der 11 weist
einen ersten Schalter 124 auf, der einem vorderen (oberen) Handgriff 122 zugeordnet
ist. Ferner weist das Arbeitsgerät 12 einen
zweiten Schalter 128 auf, der einem hinteren Handgriff 126 zugeordnet
ist.
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In
dem Gehäuse 13 des
Arbeitsgerätes 12 ist ein
elektrischer Motor 114 angeordnet, und zwar in einer Ausrichtung
quer zu der Längsachse
des Arbeitsgerätes 12,
die durch die Achse eines Werkzeuges (Messerbalken 132)
bestimmt ist.
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Eine
Ausgangswelle des Motors 114 ist mit einem Getriebe 130 (beispielsweise
einem einstufigen Getriebe) verbunden, das den Messerbalken 132 beispielsweise über einen
Exzentertrieb (nicht dargestellt) antreiben kann.
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Vor
dem vorderen Handgriff 122 ist ferner ein Schutzschild 134 vorgesehen.
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Die
Energiespeichereinheit 16 wird, wie gesagt, von schräg oben in
das Gehäuse 13 eingesetzt, genauer
gesagt in ein in dem Gehäuse 13 vorgesehenes
Aufnahmefach 138. Das Aufnahmefach 138 ist so
ausgebildet, dass die Energiespeichereinheit 16 zumindest
zu 60% von dem Gehäuse 13 umgeben
ist.
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Man
erkennt, dass daher bei eingesetzter Energiespeichereinheit 16 im
Wesentlichen die erste Stirnseite 20 außen zu sehen ist, oder ein
Bereich benachbart hierzu, über
den beispielsweise die Anzeigemittel 28 erkennbar sind.
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Sofern
Anzeigemittel 28' im
Bereich der zweiten Stirnseite 22 angeordnet sind, kann
an dem Gehäuse 13 eine
Gehäuseöffnung 136 vorgesehen sein, über die
die im Bereich des Bodens des Aufnahmefaches 138 angeordneten
Anzeigemittel 28' erkennbar
sind.
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Zur
thermischen Beeinflussung des Motors 114 und/oder der eingesetzten
Energiespeichereinheit 16 ist in dem Gehäuse 13 ein
Lüfter 140 vorgesehen.
Der Lüfter 140 kann
mit dem Ausgang des Motors 114 bzw. mit dem Ausgang des
Getriebes 130 gekoppelt sein, um von diesen angetrieben
zu werden.
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Innerhalb
des Gehäuses 13 wird
die von dem Lüfter 140 bewegte
Luft so bewegt, dass diese über einen
Luftauslass 142 ausgeblasen wird, der vorzugsweise von
einem Anwender weg gerichtet ist. Beispielsweise ist der Luftauslass 142 an
der Unterseite des Gehäuses 13 vorgesehen.
Der Lüfter 140 saugt
Luft an, die von oberhalb des Gehäuses 13 in das Gehäuse 13 eintritt
und an dem Motor 114 und/oder an der Energiespeichereinheit 16 vorbeigeführt wird,
wie es durch Doppelpfeile in 11 angedeutet
ist.
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In 11 ist
ferner erkennbar, dass innerhalb des Gehäuses 13 eine so genannte
Winterklappe 144 vorgesehen sein kann. Die Winterklappe 144 sorgt
in der gezeigten Stellung dafür,
dass der Motor 114 und/oder die Energiespeichereinheit 16 durch Luft
beströmt
wird. In einer alternativen, schematisch angedeuteten Stellung der
Winterklappe 144' wird die
Zwangszufuhr von Außenluft
zu dem Motor 114 bzw. der Energiespeichereinheit 16 beschränkt oder vollständig unterbunden.
Sofern es nicht möglich
ist, den Lüfter
von dem Antrieb abzukoppeln, wird bei dieser Ausführungsform
Außenluft
unmittelbar wieder ausgeblasen, ohne an dem Motor 114 bzw.
der Energiespeichereinheit 16 vorbei zu strömen. Zu
diesem Zweck kann beispielsweise an der Unterseite des Gehäuses 13 eine
weitere Lufteinlassöffnung vorgesehen
sein, wie es schematisch bei 145 gezeigt ist.
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Ferner
ist bei dem Arbeitsgerät 12 zwischen dem
Aufnahmefach 138 und dem Motor 114 ein Thermoschott 146 vorgesehen,
das einen Wärmeaustausch
zwischen der Energiespeichereinheit 16 und dem elektrischen
Motor 114 verringert bzw. verhindert. Auf diese Weise kann
beispielsweise ein Überhitzen
der Energiespeichereinheit 16 aufgrund des sich erwärmenden
Motors 114 vermieden werden.
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Der
Motor 114 kann beispielsweise auch schräg ausgerichtet sein (z. B.
parallel zu der Ausrichtung des Aufnahmefaches 138).
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Das
Getriebe 130 kann ein zu diesem Zweck angepasstes Winkelgetriebebeinhalten.
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12 zeigt
in schematischer Form ein Ladegerät 14 in einer Querschnittsansicht.
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Man
erkennt, dass in dem Ladegerät 14 (bzw.
in dessen Gehäuse 15)
ein Lüfter 104 angeordnet
ist, der in der dargestellten Ausführungsform so betrieben wird,
dass Außenluft über die
ersten Luftöffnungen 32,
durch die Energiespeichereinheit 16 in axialer Richtung
hindurch in eine Öffnung 105 des Gehäuses 15 eingesaugt
wird. Die Luft wird aus dem Gehäuse 15 über eine
nicht näher
bezeichnete Öffnung
ausgeblasen, beispielsweise an der Unterseite des Gehäuses 15.
Alternativ bläst
der Lüfter 104 Luft in
die Energiespeichereinheit.
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Innerhalb
des Gehäuses 15 ist
zu diesem Zweck eine Art "Kanal" eingerichtet, über den
die Luft geführt
wird.
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Es
ist zu erkennen, dass die Schaltung für das Lademanagement 100 vorzugsweise
nicht innerhalb dieses Kanals angeordnet ist und folglich nicht aktiv
von Luft beströmt
wird. Ein Luftaustausch über eine
nicht näher
bezeichnete Gehäusewand
ist jedoch nicht ausgeschlossen.
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Ferner
kann in dem Gehäuse 15 eine
Heizeinrichtung 106 angeordnet sein, die die Luft erwärmt. In
diesem Fall würde
die erwärmte
Luft von dem Lüfter 104 in
die Energiespeichereinheit 16 eingeblasen werden, um die
Energiespeichereinheit 16 zu erwärmen.
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Das
Gehäuse 15 des
Ladegerätes 14 kann auch
so ausgestaltet sein, dass die so erwärmte Luft durch die ersten
Luftöffnungen 32 nicht
an die Umgebung abgegeben wird sondern wieder in das Gehäuse 15 zurückgeführt wird,
um so den Wirkungsgrad zu steigern.
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Auf
die bezeichnete Art und Weise kann erreicht werden, dass die Energiespeichereinheit 16 generell
innerhalb eines bestimmten Temperaturbandes geladen wird. Insbesondere
dann, wenn die Speicherzellen 44 Lithium-basierte Speicherzellen sind,
kann hierdurch ein Schaden an diesen Zellen vermieden werden. Denn
unterhalb einer bestimmten Temperatur (z. B. 0°C) kann eine Lithium-Zelle nicht geladen
werden, da dabei an einer Elektrode dann metallisches Lithium ausfallen
und die Zelle geschädigt
werden könnte.
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Die
Temperatur der Energiespeichereinheit 16 kann an dem Ladegerät 14 entweder
von außen gemessen
werden (über
die Temperaturüberwachung 98).
Alternativ kann in der Energiespeicherzelle 44 ebenfalls
ein Temperatursensor integriert sein, der über den Temperaturkontakt 82 die
aktuelle Temperatur an das Ladegerät 14 übermittelt.
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Durch
die Verwendung der Heizeinrichtung 106 kann das Ladegerät 14 auch
im Außeneinsatz bei
sehr niedrigen Umgebungstemperaturen verwendet werden.
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Obgleich
bei der in 12 dargestellten Ausführungsform
die Elektronik des Ladegerätes 14 nicht
aktiv von dem Lüfter 104 beströmt wird,
kann alternativ auch vorgesehen sein, die Elektronik aktiv zu beströmen, beispielsweise
in Luftstromrichtung hinter der Energiespeichereinheit 16.
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13 zeigt
das grundsätzliche
Konzept zur Kombination von einzelnen Speicherzellen 44 zu
einem Speicherzellenkit für
die Energiespeichereinheit 16.
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Es
ist generell vorgesehen, von Speicherzellen 44 eine Anzahl
von fünf
bis zehn Zellen in Serie zu schalten und dann eine Mehrzahl solcher
Zweige 144 parallel zu schalten (ein bis sechs parallele
Zweige 148).
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Die
Anzahl der Speicherzellen 144 in einem Zweig 148 wird
nachstehend mit S bezeichnet, die Anzahl der Zweige 148 mit
P.
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In 13 sind
unterschiedliche Energiespeichereinheit 16 gezeigt, die
unterschiedlich bestückt sind.
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Beispielsweise
ist die relativ groß dargestellte
Energiespeicherzelle als Zelle vom Typ 8S3P ausgebildet, d. h. mit
acht Speicherzellen 44 pro Zweig 148 und drei
Zweigen 148. Dies ergibt bei einer beispielhaften Nennspannung
von 3,6 V pro Einzelzelle 44 eine Gesamtspannung von 28,8
V an den Außenklemmen
der Energiespeichereinheit 16.
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Die
einzelnen Speicherzellen sind jeweils vom Typ 44a mit dem
etwas kleineren Durchmesser (vgl. 6).
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Weitere
alternative Typen von Energiespeichereinheiten 16 sind
8S2P (mit Speicherzellen vom Typ 44b und einer äußeren Klemmenspannung
von 28,8 V), 10S3P (mit Speicherzellen 44a und einer äußeren Klemmenspannung
von 36 V) 8S4P (mit Speicherzellen vom Typ 44a und einer äußeren Klemmenspannung
von 28,8 V – entsprechend
der Bestückung,
die in 7 gezeigt ist), und 8S1P (mit Speicherzellen vom
Typ 44b und einer äußeren Klemmenspannung
von 28,8 V). Während
die erstgenannten Energiespeichereinheitstypen jeweils als eine Länge entsprechend
zwei Speicherzellen 44 besitzen (entsprechend Energiespeichereinheit 16 in 1 bzw.
in 4), kann der letztgenannte Typ kürzer bauen,
mit der Länge
entsprechend einer Speicherzelle 44, wie es in 1 bei 16a gezeigt
ist.
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Die
genannten Bestückungsvarianten
passen jeweils in das gleiche Gehäuse 36, wie es in 13 schematisch
angedeutet ist.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Anzahl von Speicherzellen 44 in einem
Zweig 148 ergeben sich unterschiedliche äußere Klemmenspannungen
(28,8 V bzw. 36 V). Es versteht sich, dass die Nennspannung eines
anzutreibenden Motors kleiner sein sollte als die kleinere dieser
beiden Spannungen. Demzufolge beträgt eine Nennspannung für einen
elektrischen Motor 114 eines Arbeitsgerätes 12 vorzugsweise
27 V.
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Durch
eine geeignete Elektronik wird die von den Energiespeichereinheiten 16 jeweils
zur Verfügung
gestellte Klemmenspannung auf die geeignete Nennspannung für den Motor 114 transformiert,
wobei nicht notwendigerweise ein Transformator zu verwenden ist.
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In 13 ist
ferner gezeigt, dass die Knoten zwischen einzelnen Speicherzellen 44a eines
Zweiges jeweils mit parallel hierzu liegenden Knoten 152 benachbarter,
paralleler Zweige 148 elektrisch verbunden sind, und zwar
mittels einer schematisch angedeuteten Verbindungseinrichtung 150.
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Eine
derartige "einzelzellweise" Parallelschaltung
erleichtert eine Balancierung insbesondere während des Ladens der Energiespeichereinheit 16.
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Allerdings
besteht bei einer solchen Verschaltung das Problem, dass beim Defekt
einer Zelle (Kurzschluss der Zelle) sich die einzelnen, hierzu parallelen
Zellen über
die defekte Zelle entladen könnten.
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Zu
diesem Zweck ist vorgesehen, die Verbindungseinrichtung 150 als "Sicherheitszellverbinder" auszuführen, insbesondere
als Schmelzsicherungen.
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Obgleich
in 13 nur eine Verbindungseinrichtung 150 gezeigt
ist, versteht sich, dass im Idealfall eine Mehrzahl von S-1 Verbindungseinrichtungen 150 vorgesehen
ist, um jeweils sämtliche
Speicherzellen 44a einzelzellweise parallel zu schalten.
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14 zeigt
in schematischer Form eine Draufsicht auf eine solche Struktur von
Verbindungseinrichtungen. Die beispielhaft hierzu verwendete Speichereinheit 16 ist
vom Typ 8S2P.
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Man
erkennt zunächst,
dass stirnseitige Kontakte 160 der Speicherzellen 44 durch
Serienverbinder 161 seriell miteinander verbunden sind.
Ferner sind die Verbindungseinrichtungen 150 jeweils gebildet
durch Parallelverbinder 162, die als Stanzteile ausgeführt sind
und jeweils einen Schmelzsicherungsbereich 166 besitzen.
Sobald zwischen zwei parallelen Einzelzellen (beispielsweise aufgrund
eines Defektes von einer der Zellen 44) ein zu hoher Strom über den
Parallelverbinder 162 fließen sollte, schmilzt die Schmelzsicherung 166 und
unterbricht die Parallelverbindung. Hierdurch kann vermieden werden,
dass die zu einer defekten Zelle parallelen Zellen sich kurzschlussartig
entladen und ebenfalls Schaden nehmen.
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Die
Verbindungseinrichtungen 150 können als einzelne Verbinder
in Form von Parallelverbindern 162 ausgebildet sein.
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15 zeigt
eine alternative Ausführungsform,
bei der eine Verbindungseinrichtung 150 sowohl die Serienverbinder 161 als
auch Parallelverbinder 162 beinhaltet. Die Verbindungseinrichtung 150 kann
wiederum als Stanzteil ausgebildet sein. Die dargestellten Konturen
entsprechen einer Stanzlinie 164.
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Ferner
ist in 15 zu erkennen, dass die Verbindungseinrichtung 150 zumindest
in den Schmelzsicherungsbereichen 166 mit einer Ummantelung 168 versehen
sein kann, beispielsweise in Form von Kunststoff, der um die Schmelzsicherungsbereiche 166 herum
gespritzt ist. Hierdurch kann die mechanische Festigkeit der Verbindungseinrichtung 150 insgesamt
erhöht
werden.
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16 zeigt
in schematischer Form, wie eine Energiespeichereinheit 16 mit
einer Elektronikeinheit 46, die eine Schutzbeschaltung 90 und
eine Motoransteuerschaltung 88 beinhaltet, dazu verwendet
werden kann, den elektrischen Motor 114 des Arbeitsgerätes 12 anzusteuern.
Bei dieser Ausführungsform
sind die zwei Schalter 124, 128 nicht in einem
Leistungsstrang zwischen der Energiespeichereinheit 16 und
dem Motor 114 angeordnet und müssen daher keine hohen Leistungsströme führen. Der Leistungsstrom
wird stattdessen über
wenigstens zwei elektrische Leitungen geführt, die ausschließlich zwischen
der Energiespeichereinheit 16 und dem Motor 114 verlaufen.
Es versteht sich, dass bei dieser Ausführungsform an der Energiespeichereinheit 16 gegebenenfalls
weitere Kontakte vorhanden sein sollten. Alternativ ist es jedoch
auch möglich,
die Signale der Schalter 124, 128 auf die leistungführenden
Leitungen zwischen Energiespeichereinheit 16 und Motor 114 aufzumodulieren.
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In
jedem Fall können
die Schalter 124, 128 deutlich kleiner dimensioniert
werden, da die hierüber
geführten
Ströme
wesentlich geringer sind als die Ansteuerungsströme für den Motor 114. Beispielsweise
können
die Ströme
maximal 15% des zulässigen
Motorspitzenstromes betragen.
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Es
versteht sich, dass die in der vorliegenden Anmeldung als Schalter
bezeichneten Elemente 124, 128 sowohl als Schalter
als auch als Potentiometer ausgebildet sein können. Ferner können die
Schalter sowohl elektromechanisch als auch elektronisch ausgebildet
sein.
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Der
Motor 114 ist vorzugsweise ein kollektorloser Motor.
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Generell
ist es auch denkbar, für
alle unterschiedlichen Arbeitsgeräte 12 nur einen Motortyp
zu verwenden, der durch unterschiedliche Beschaltung bzw. Ansteuerung
für den
jeweiligen Einsatzzweck ausgeführt
bzw. angepasst ist.