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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Identifikation und Qualitätsdokumentation
von Akkumulatoren für
Industriewerkzeuge.
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Industriewerkzeuge
sind beispielsweise Schrauber, wie sie vielfach in der Automobilindustrie eingesetzt
werden.
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Alle
namhaften Hersteller von Elektrowerkzeugen bieten heute für ihre Akkumulatoren
in der Regel eine eigene Ladetechnik an. Fast immer sind dies Tischgeräte, deren
Aufnahme speziell auf die Geometrie und Leistungsdaten der jeweiligen
Hersteller abgeglichen sind. Akkumulatoren des Herstellers „A” können somit
nicht mit Ladegeräten
des Herstellers „B” geladen
werden. Das Ergebnis ist eine große Anzahl von Einzelladegeräten. Eine
Addition des Energieverbrauchs aller Ladegeräte ergibt einen unverhältnismäßig hohen
Gesamtenergieverbrauch.
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Neben
Akkumulatoren für
Handwerkzeuge, wie sie beispielsweise in Privathaushalten zum Einsatz
gelangen, sind gerade Akkumulatoren in der Industrie unersetzlich. Ähnlich wie
in Privathaushalten werden auch für Industrieanwendungen für spezielle Werkzeuge
unterschiedliche Akkumulatoren eingesetzt, die zwar in großen Mengen
in der Industrie vorhanden sind, wobei jedoch die Qualitätssicherung der
einzelnen Akkumulatoren nie gegeben ist. Weder eine eindeutige Identifizierung
von Akkumulatoren noch deren durchgängige Dokumentation sind üblich. So
geschieht es, dass Akkumulatoren, die beispielsweise in der Automobilindustrie
eingesetzt werden, lediglich mit einer Produktnummer versehen werden,
wobei es für
die Handhabung durch unterschiedliche Personen, die den Akkumulator
dann einsetzen wollen, schwierig ist festzustellen, inwieweit er
aufgeladen oder einer Reparaturmaßnahme/einem Aufladevorgang
zuzuführen
ist. In gleicher Weise wird die Vielzahl der unterschiedlichen Aufladegeräte für die praktische
Handhabung als ungeeignet angesehen.
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Eine
derartige Dokumentation ist für
Privathaushalte eher nicht notwendig, da die dort eingesetzten Akkumulatoren
in der Regel von gleichen Personen benutzt werden, die mit dem Zustand
ihres Akkumulators vertraut sind.
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Der
DE 20 2004 012 366
U1 ist eine Einrichtung für die Identifizierung von Parametern
elektrisch auf- und entladbarer Speicher zu entnehmen, wobei der
Speicher mit einem nicht flüchtigen
Informationsspeicherbaustein gekoppelt ist, der über eine Datenverbindung mit
einem Informationslesegerät
in einem Ladegerät
verbunden ist. Der Informationsspeicherbaustein ist auf den elektrisch
auf- und entladbaren Speicher aufgeklebt. Alternativ besteht auch
die Möglichkeit,
dass der Informationsspeicherbaustein in eine den elektrisch auf-
und entladbaren Speicher umgebenden Schutzfolie eingeschweißt ist.
Als Datenverbindung kommen zusätzliche
elektrische Leitungen zum Einsatz, so dass ein erhöhter Aufwand betrieben
werden muss.
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In
der
DE 299 18 369
U1 wird ein Akkumulatorladegerät beschrieben, mit mindestens
einer Ladebucht für
einen Akkumulator sowie Lese- und Schreibmittel, die mit einer Controllereinheit
zur Steuerung und/oder Regelung eines Akkumulatorladevorgangs verbunden
sind, wobei die Lese- und/oder Schreibmittel zum Zugriff auf die
Daten eines Informationsträgers
ausgelegt sind, der am Akkumulator angeordnet ist. Die Lese- und/oder Schreibmittel
sind zur kontaktlosen Abfrage von Daten vom Informationsträger ausgestaltet,
die in einem über
eine elektronische Schaltung ansprechbaren Datenspeicher abgelegt
sind. Der Informationsträger ist
hierbei als Transponder ausgebildet. Transponder haben den Nachteil,
dass sie maximal 4 KB Datenspeicher haben, eine eigene Energieversorgung
benötigen
und eine langsame Lese- und Schreibgeschwindigkeit haben.
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Ziel
des Erfindungsgegenstandes ist es, ein Verfahren zur Identifikation
und Qualitätsdokumentation
von Akkumulatoren, ausschließlich
für Industriewerkzeuge über deren
Standzeit, bereitzustellen, das ohne Verwendung zusätzlicher Datenleitungen einfach
in der Anwendung ist und das auch erlaubt, eine Vielzahl unterschiedlicher
Akkumulatoren mit gleichen technischen Kriterien zu überprüfen.
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Darüber hinaus
soll eine Möglichkeit
geschaffen werden, einem jeden Akkumulator eine individuelle Erkennungskomponente
hinzuzufügen,
die ihn jederzeit individuell identifizierbar macht sowie über seine
Standzeit begleitet.
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Dieses
Ziel wird einerseits erreicht durch ein Verfahren zur Identifikation
und Qualitätsdokumentation
von für
Industriewerkzeuge einsetzbaren Akkumulatoren, indem der jeweilige
Akkumulator dergestalt mit mindestens einer elektronischen Schaltung bestückt wird,
dass mindestens ein Bauteil der Schaltung an die jeweiligen Zellen
des Akkumulators angeschlossen ist, bei der ersten Implementierung
oder bei der Herstellung des Akkumulators vorgebbare Stammdaten
in einen Speicherbaustein der elektronischen Schaltung geschrieben
werden und im Zuge von weiteren Aufladungen und/oder Reparaturen
des Akkumulators der Speicherbaustein zumindest mit Betriebsdaten,
die im Verlauf des jeweiligen Ladezyklus bzw. Reparaturvorgangs
ermittelt wurden, beschrieben wird, wobei die im jeweiligen Akkumulator integrierte
elektronische Schaltung alle relevanten Prozessparameter eigenständig ermittelt
und im Speicherbaustein vorhält.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sind den zugehörigen verfahrensgemäßen Unteransprüchen zu
entnehmen.
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Die
im jeweiligen Akkumulator integrierte elektronische Schaltung ermittelt
somit eigenständig alle
relevanten Prozessparameter und hält selbige im Speicherbaustein
vor.
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Das
erlaubt auch den Ladebetrieb mit nicht intelligenten Ladestationen.
Kommen über
diverse Ladezyklen derartige Ladestationen zum Einsatz, wird beim
Auslesen aller Daten auch die bisherige Historie bereitgehalten.
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Dieses
Ziel wird auch erreicht durch einen Akkumulator für Industriewerkzeuge,
der mit mindestens einer, zumindest einen Speicherbaustein aufweisenden
elektronischen Schaltung dergestalt bestückt ist, dass die elektronische
Schaltung innerhalb des Akkumulatorgehäuses an die jeweiligen Zellen des
Akkumulators angeschlossen ist, wobei die im jeweiligen Akkumulator
integrierte elektronische Schaltung alle relevanten Prozessparameter
eigenständig ermittelt
und selbige im Speicherbaustein vorhält.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Akkumulators sind den zugehörigen gegenständlichen
Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
elektronische Schaltung ist als Platine ausgebildet und beinhaltet
zumindest einen Speicherbaustein, wobei bei der Herstellung des
Akkumulators mindestens ein Bauteil der Platine, beispielsweise
eine als Mikrocontroller ausgebildete Messelektronik, fest mit der/den
Zelle(n) des Akkumulators in Wirkverbindung gebracht wird. Jeder
Lade-/Entladevorgang wird somit mit der Zeit dokumentiert und im
Speicherbaustein der elektronischen Schaltung abgelegt. Der Ladezustand,
bedarfsweise auch die Temperatur, des Akkumulators werden bedarfsweise
von dem Mikrocontroller ebenfalls überwacht.
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Bei
der erstmaligen Implementation/bei der Herstellung des Akkumulators
werden definierte Stammdaten in den Speicherbaustein geschrieben. Selbige
bestehen aus bestimmten Merkmalen, wie beispielsweise
- – Seriennummer,
- – Kunde,
- – Akkutyp,
- – Zellenspannung,
- – Kapazität,
- – Datum
der Lieferung oder dergleichen.
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Jedes
Mal, wenn der gleiche Akkumulator zwecks Ladung oder Reparatur in
eine Ladestation eingebracht wird, werden bedarfsweise die im Speicherbaustein vorhandenen
Stammdaten ausgelesen. Im Anschluss an den Ladevorgang, respektive die
Reparatur, werden an den Akkumulator, respektive an den Speicherbaustein
der elektronischen Schaltung, alle relevanten Daten (zumindest die
Betriebsdaten) übertragen,
die im Verlauf des jeweiligen Ladezyklus/der jeweiligen Reparatur
ermittelt wurden bzw. entstanden sind. Betriebsdaten sind beispielsweise:
- – Anfangszellenspannung
vor der Ladung,
- – Zellenspannung
nach der Ladung,
- – Datum,
Uhrzeit und Dauer der Ladung,
- – Temperatur/Ladestromverlauf
- – zugeführte Leistung,
- – Prüfperson
oder dergleichen.,
- – Ladekurve
(graphisch),
- – Ladespannungsverlauf,
- – Anzahl
der bisher erfolgten Ladezyklen.
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Bildlich
gesprochen wird somit in Analogie zu einem PC ein Speicherbereich
hoher Kapazität
geschaffen und alle relevanten Daten sind stets innerhalb des jeweiligen
Akkumulators vorhanden.
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Wird
dieses Verfahren über
die Zeit regelmäßig angewendet,
entsteht für
einen jeden Akkumulator automatisch ein lückenloser Lebenslaufnachweis.
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Der
Fachmann wird abhängig
vom Einsatzbereich des jeweiligen Akkumulators die Anzahl der relevanten
Stamm- und Betriebsdaten festlegen.
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Würde bei
einem Akkumulator lediglich die Seriennummer gespeichert werden,
müsste
in einer Rechnereinheit eine Datenbank vorgehalten werden, die alle
anfallenden Daten enthält.
Damit kann der jeweilige Akkumulator nur innerhalb derselben Rechnereinheit
verwaltet werden, an der auch das Ladegerät angeschlossen ist.
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Speichert
man hingegen die gesamte Historie im Akkumulator selbst ab, besteht
dieses Problem nicht mehr. Mit dem Erfindungsgegenstand kann somit
ein national/international gültiger
Standard definiert werden.
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Dies
wird insbesondere erreicht durch
- – die Verwendung
von elektronischen Schaltungen, die einen großen Speicher haben,
- – durch
Softwarealgorithmen, die bedarfsweise in verschlüsselter Form alle Daten in
den Speicherbaustein der elektronischen Schaltung des Akkumulators
schreiben,
- – durch
Softwaremechanismen, die Daten in kombinierter Form bedarfsweise
mittels Kennungen ablegen.
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Wie
bereits eingangs ausgesprochen, werden in der Industrie für einzelne
Anwendungen unterschiedlich gestaltete und vielfach mit unterschiedlichen
Kapazitäten/Nennspannungen
versehene Akkumulatoren vorgehalten, wobei es in der Regel für jeden
einzelnen Akkumulator einer separaten Ladestation bedarf. Das Vorhalten
derartiger Ladestationen ist für
den täglichen
Einsatz in der Industrie unpraktisch und darüber hinaus unwirtschaftlich.
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Es
ist deshalb auch Teil des vorliegenden Erfindungsgegenstandes, im
Bereich einer einzelnen Ladestation verschiedene Adapter für unterschiedlich
ausgebildete Akkumulatoren vorzusehen, so dass sämtliche unterschiedlich ausgestalteten
Akkumulatoren im Wesentlichen simultan geprüft und geladen werden können. Ein
jeder Adapter passt somit zu einem zugehörigen Akkumulator. Hier ist
lediglich ein einmaliger Aufwand von Nöten, um eine Vielzahl von unterschiedlichen
Akkumulatoren innerhalb einer einzelnen die Adapter aufzunehmenden
Ladestation zu prüfen
und aufzuladen. Von besonderem Vorteil ist, dass im Bereich der
Adapter elektronische Baugruppen vorgesehen und untereinander vorteilhafterweise über eine
einzelne Datenbusleitung verbunden werden, wobei eine einzelne Datenleitung
zur Rechnereinheit, beispielsweise einem PC, hergestellt wird. Die
Rechnereinheit verfügt
vorteilhafterweise über
eine Akkumulatordatenbank, im Bereich derer aus dem Speicherbaustein
der elektronischen Schaltung ausgelesene Daten sowie in den Speicherbaustein
einzuschreibende Daten verwaltet werden können.
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Bei
Verwendung von Adaptern im Bereich einer einzelnen gemeinsamen Ladestation
kann je nach Energiegehalt des zu ladenden Akkumulators der Stromverbrauch
der Ladestation in einen Stand-By-Modus geschaltet und somit der
Stromverbrauch auf wenige mA reduziert werden.
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Der
Erfindungsgegenstand ist anhand eines Ausführungsbeispiels in der Zeichnung
dargestellt und wird wie folgt beschrieben. Es zeigen:
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1 Prinzipskizze
eines Akkumulators, beinhaltend eine elektronische Schaltung;
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2 Prinzipskizze
einer elektronischen Schaltung für
einen Akkumulator gemäß 1;
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3 Prinzipskizze
einer Ladestation für
unterschiedliche Akkumulatoren.
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1 zeigt
als Prinzipskizze einen Akkumulator 1, der mit nur angedeuteten
Zellen 2 versehen ist. Innerhalb des Gehäuses 3 ist
eine elektronische Schaltung 4 vorgesehen, die über Leitungen 5 an
die Zellen 2 angeschlossen ist. Diese elektronische Schaltung 4 wird
hierbei bei der Produktion des Akkumulators 1 mit in das
Gehäuse 3 eingebaut,
ist sozusagen integraler Bestandteil des Akkumulators 1. Der
Aufbau der elektronischen Schaltung 4 wird in der folgenden
Figur näher
beschrieben.
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2 zeigt
als Prinzipskizze den Aufbau einer elektronischen Schaltung 4 für einen
Akkumulator 1. Der besseren Übersicht halber ist lediglich
eine einzelne Zelle 2 dargestellt. Der Akkumulator 1 besitzt
zwei Pole 6, 7 (Plus und Minus), über welche
er mit einem Ladegerät 8 in
Wirkverbindung bringbar ist. Die Pole 6, 7 sind
in diesem Beispiel als Leitungen dargestellt. Die als Platine ausgebildete
elektronische Schaltung 4 beinhaltet in diesem Beispiel
einen, eine Messelektronik bildenden, Mikrocontroller 9,
einen Speicherbaustein 10, eine Echtzeituhr mit Kalender 11 sowie
eine Sende-/Empfangseinheit 12. Des Weiteren ist ein Stromwandler 13 für den Ladestrom sowie
ein Stromwandler 13' für den Entladestrom,
ein Messverstärker 14 für einen
Temperatursensor 15 sowie ein Messverstärker 16 für die Akkuspannung auf
der elektronischen Schaltung 4 vorgesehen. Der Mikrocontroller 9 misst
unter anderem den Lade- und den Entladestrom, den Spannungsabfall
U im Bereich der Zelle 2. In dem Speicherbaustein 10 sind bei
der erstmaligen Implementierung/Herstellung des Akkumulators 1 Stammdaten,
wie beispielsweise die Seriennummer des Akkumulators 1,
der Kunde, der Akkutyp, die Zellenspannung, die Kapazität und bedarfsweise
auch das Datum der Lieferung geschrieben worden. Es wird in diesem
Beispiel vorausgesetzt, dass der Akkumulator 1 für einen
ersten Einsatz geladen wurde, so dass im Speicherbaustein 10 lediglich
die Stammdaten enthalten sind.
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In
diesem Beispiel soll der Akkumulator 1 für einen
weiteren Einsatzbereich neu aufgeladen werden. Er wird über die
Pole 6, 7 mit entsprechenden Gegenpolen 6', 7' des Ladegerätes 8 in
Wirkverbindung gebracht. Das in diesem Beispiel intelligente Ladegerät 8 kann
bedarfsweise mit einem Display 17 ausgerüstet werden,
auf welchem beispielsweise die Ladekurve des Akkumulators 1 bei
der Neuaufladung der Zelle 2 abgebildet werden kann. Das
Ladegerät 8 verfügt ebenfalls,
wie die elektronische Schaltung 4, über eine Sende-/Empfangseinheit 18 sowie
mindestens eine Schnittstelle 19, 19', über die
es mit einer nicht dargestellten Rechnereinheit verbindbar ist.
Die Bauteile 17, 18, 19, 19' sind hierbei
Elemente, die nicht zwangsläufig
im Bereich des Ladegerätes 8 vorgesehen
sein müssen.
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Ebenfalls
denkbar ist, vom Akkumulator 1 ausgehende (nicht dargestellt)
Schnittstellen vorzusehen, so dass der Akkumulator 1 unmittelbar
mit einer nachgeschalteten Rechnereinheit (nicht dargestellt) verbunden
werden kann. Im Bereich der Zelle 2 des Akkumulators 1 ist
in diesem Beispiel noch der Temperatursensor 15 vorgesehen,
der die zellenseitige Temperatur misst und als weiteren Parameter über den
Messverstärker 14 an
den Mikrocontroller 9 weiterleitet. Im Verlauf des Ladevorganges
werden nun die im Speicherbaustein 10 vorhandenen Stammdaten,
gegebenenfalls in Verbindung mit den Temperaturdaten der Zelle 2, über den
Pol 6 des Akkumulators 1 sowie 6' des Ladegerätes 8 aus
dem Speicherbaustein 10 ausgelesen. Hier bieten sich alternativ
folgende Möglichkeiten
an:
- – die
Daten D werden aufmoduliert (oberes Bild);
- – die
Daten D werden während
Auslastlücken zum
Lade-/Lesegerät 8 übertragen
(unteres Bild).
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Dies
gilt bidirektional sowohl vom Speicherbaustein 10 zum nachgeschalteten
Medium, z. B. dem Ladegerät 8 als
auch umgekehrt.
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Die
jeweilige Art der Datenübertragung
wird der Fachmann von Fall zu Fall festlegen. Im Verlauf des Ladevorganges
oder nach dem Ladevorgang werden dem Speicherbaustein 10 über die
Pole 6', 6, 7', 7 neben
den Stammdaten weitere Daten zugeführt, die als Betriebsdaten
definiert werden. Selbige können
z. B. wie folgt angegeben werden: Anfangszellenspannung vor der
Ladung; Zellenspannung nach der Ladung; Datum, Uhrzeit und Dauer
der Ladung; Temperatur-/Lade-Stromverlauf;
zugeführte Leistung;
Prüfperson
oder dergleichen sowie die Ladekurve des Akkumulators 8.
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3 zeigt
als Prinzipskizze eine Ladestation 20 für unterschiedliche Akkumulatoren 1.
Erkennbar ist ein Grundgehäuse 21,
das in diesem Beispiel mit vier Ladeeinschüben 22, 23, 24, 25 (Adaptern) versehen
ist. Einem jedem Ladeeinschub 22 bis 25 ist ein
TFT-Display 26, 27, 28, 29 zugeordnet.
In diesem Beispiel sollen die Ladeeinschübe 22, 24 und 25 mit
Akkumulatoren 1 versehen sein, während der Ladeeinschub 23 keinen
Akkumulator aufweist. Die in den Einschüben 22 und 24 vorgesehenen,
nicht näher
dargestellten Akkumulatoren 1 werden geladen, während der
im Einschub 25 vorgesehene Akkumulator 1 entladen
wird. Die entsprechenden Anzeigen werden auf dem zugehörigen Display 26 bis 29 abgebildet. Über entsprechende
LED-Zustandsanzeigen 30, 31 wird der jeweilige
Betriebszustand des jeweiligen Akkumulators 1 angezeigt.
Am Grundgehäuse 21 kann
eine Schnittstelle 32 vorgesehen sein, die über ein
Datenkabel mit einer nicht dargestellten Rechnereinheit in Wirkverbindung
steht.
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Wird
dieses Verfahren regelmäßig, d.
h. bei allen Ladungen/Reparaturen angewendet, entsteht automatisch
für einen
jeden Akkumulator 1 über
seine Standzeit eine individuelle lückenlose Dokumentation.
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Der
Erfindungsgegenstand ist ausschließlich auf Akkumulatoren anwendbar,
die in der Industrie einsetzbar sind, da hier ein großes Potential
hinsichtlich eindeutiger Identifizierung von Akkumulatoren in Kombination
mit einer durchgängigen
Dokumentation gegeben ist.
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Somit
wird die gesamte Historie eines jeden Akkumulators direkt auf dem
damit in Wirkverbindung stehenden Speicherbaustein 10 der
elektronischen Schaltung 4 abgespeichert.
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- 1
- Akkumulator
- 2
- Zelle
- 3
- Gehäuse
- 4
- elektronische
Schaltung
- 5
- Leitung
- 6
- Pol/Leitung
- 6'
- Pol/Leitung
- 7
- Pol/Leitung
- 7'
- Pol/Leitung
- 8
- Ladegerät
- 9
- Mikrocontroller
(Messelektronik)
- 10
- Speicherbaustein
- 11
- Echtzeituhr
- 12
- Sende-/Empfangseinheit
- 13
- Stromwandler
- 13'
- Stromwandler
- 14
- Messverstärker
- 15
- Temperatursensor
- 16
- Messverstärker
- 17
- Display
- 18
- Sende-/Empfangseinheit
- 19
- Schnittstelle
- 19'
- Schnittstelle
- 20
- Ladestation
- 21
- Grundgehäuse
- 22
- Ladeeinschub/Adapter
- 23
- Ladeeinschub/Adapter
- 24
- Ladeeinschub/Adapter
- 25
- Ladeeinschub/Adapter
- 26
- Display
- 27
- Display
- 28
- Display
- 29
- Display
- 30
- LED-Zustandsanzeige
- 31
- LED-Zustandsanzeige
- 32
- Schnittstelle
- D
- Daten