DE102011078866A1

DE102011078866A1 - Energy storage device i.e. electrical energy storage device, for battery charger for supplying power to e.g. cordless screwdriver, has induction coil transferring electricity between electrical storing unit and external magnetic field

Info

Publication number: DE102011078866A1
Application number: DE102011078866A
Authority: DE
Inventors: Alexander Osswald
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2011-07-08
Filing date: 2011-07-08
Publication date: 2013-01-10

Abstract

The device (100) has an induction coil (120) transferring electricity between a rechargeable electrical storing unit (110) and an external magnetic filed. Another induction coil (125) transfers electricity between the electrical storing unit and another external magnetic field, and is arranged on outer side of a housing (105) of the storage. Positioning diameter and/or alignment of geometrical arrangements of the induction coils are different from each other. A controlling unit controls transmission of the electricity between the device and the magnetic field.

Description

Die Erfindung betrifft einen Energiespeicher und ein Ladegerät. Insbesondere betrifft die Erfindung einen Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie und ein Ladegerät für den Energiespeicher. The invention relates to an energy store and a charger. In particular, the invention relates to an energy storage device for storing electrical energy and a charger for the energy storage.

Zu der Energieversorgung eines kabellosen elektrischen Kleingeräts, beispielsweise eines Akkuschraubers, kann ein elektrischer Energiespeicher in Form eines Akkumulators verwendet werden. Der Akkumulator kann mit dem Gerät fest verbunden oder austauschbar gestaltet sein. Um den Energiespeicher aufzuladen, wird er allein oder zusammen mit dem Gerät mit Kontakten eines Aufladegeräts verbunden.To the power supply of a cordless small electrical appliance, such as a cordless screwdriver, an electrical energy storage in the form of a rechargeable battery can be used. The accumulator can be firmly connected to the device or designed to be interchangeable. To charge the energy storage, it is connected alone or together with the device with contacts of a charger.

Alternativ zu einer elektrischen Kontaktierung des Geräts bzw. des Energiespeichers mit dem Ladegerät kann auch eine induktive Ladung verwendet werden. Dazu umfassen der Energiespeicher und das Ladegerät jeweils eine Induktionsspule, die in möglichst geringem relativen Abstand gegeneinander ausgerichtet werden, so dass ein kernloser Transformator entsteht, über den elektrische Energie vom Ladegerät zum Energiespeicher übertragbar ist. Alternatively to an electrical contacting of the device or the energy storage device with the charger, an inductive charge can also be used. For this purpose, the energy store and the charger each comprise an induction coil, which are aligned in the smallest possible relative distance from each other, so that a coreless transformer is formed via the electrical energy from the charger to the energy storage is transferable.

US 2009/0174264 A1 zeigt ein Energiespeichersystem zum induktiven Aufladen eines Energiespeichers, wobei das Ladegerät die Anwesenheit des Energiespeichers durch eine Folge von Energieübertragungsversuchen bestimmt und in Abhängigkeit der Bestimmung einen Ladevorgang auslöst bzw. durchführt. US 2009/0174264 A1 shows an energy storage system for inductive charging of an energy storage device, wherein the charger determines the presence of the energy storage by a series of energy transfer experiments and triggers depending on the determination of a charge.

JP 2009-262254 A zeigt eine Anordnung aus einem elektrischen Akkuschrauber mit einem Energiespeicher und einem Ladegerät. Der Energiespeicher und das Ladegerät verfügen jeweils über eine Induktionsspule, die magnetisch miteinander koppelbar sind, um ein Aufladen des Energiespeichers aus dem Ladegerät zu ermöglichen. JP 2009-262254 A shows an arrangement of an electric cordless screwdriver with an energy storage and a charger. The energy store and the charger each have an induction coil, which are magnetically coupled to each other to allow charging of the energy storage from the charger.

Nachteilig am bekannten Stand der Technik ist, dass eine Qualität der Energieübertragung davon abhängt, wie die Induktionsspulen relativ zueinander ausgerichtet sind. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Energiespeichersystem anzugeben, das eine größere Flexibilität bei der Anordnung des Energiespeichers relativ zum Ladegerät ermöglicht. Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines passenden Ladegeräts.A disadvantage of the known state of the art is that a quality of the energy transfer depends on how the induction coils are aligned relative to each other. The invention has for its object to provide an energy storage system that allows greater flexibility in the arrangement of the energy storage relative to the charger. Another object is to provide a suitable charger.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mittels eines Energiespeichersystems mit den Merkmalen von Anspruch 1 und eines Ladegeräts mit den Merkmalen von Anspruch 11. Unteransprüche geben bevorzugte Ausführungsformen wieder. The invention solves this object by means of an energy storage system with the features of claim 1 and a charger with the features of claim 11. Subclaims give preferred embodiments again.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein erfindungsgemäßes Energiespeichersystem umfasst eine aufladbare elektrische Speichereinrichtung, eine erste Induktionsspule zum Übertragen elektrischer Energie zwischen der Speichereinrichtung und einem ersten magnetischen Feld und eine zweite Induktionsspule zum Übertragen elektrischer Energie zwischen der Speichereinrichtung und einem zweiten externen magnetischen Feld. An energy storage system according to the invention comprises a rechargeable electrical storage device, a first induction coil for transferring electrical energy between the storage device and a first magnetic field, and a second induction coil for transferring electrical energy between the storage device and a second external magnetic field.

Durch die Vorsehung zweier voneinander unabhängiger Induktionsspulen am Energiespeicher ist es möglich, Energie alternativ mittels einer der beiden Induktionsspulen oder mittels beider Induktionsspulen gleichzeitig zu übertragen. Dadurch ist eine Ausrichtung des Energiespeichers in einem externen magnetischen Feld weniger kritisch. Ein Kopplungsfaktor mit dem externen magnetischen Feld kann erhöht und eine Energieübertragung verbessert werden. By providing two mutually independent induction coils on the energy storage, it is possible to transmit energy alternatively by means of one of the two induction coils or by means of both induction coils simultaneously. As a result, alignment of the energy store in an external magnetic field is less critical. A coupling factor with the external magnetic field can be increased and an energy transfer can be improved.

Bevorzugterweise unterscheiden sich geometrische Anordnungen der Induktionsspulen voneinander. Insbesondere können sich die Induktionsspulen bezüglich einer Positionierung, einem Durchmesser und/oder einer Ausrichtung voneinander unterscheiden. Die geometrischen Anordnungen der Induktionsspulen können mit einer räumlichen Form des Energiespeichers korrespondieren, so dass der Energiespeicher in mehreren Positionen auf einer Oberfläche abgelegt werden kann, wobei in jeder Position wenigstens eine der Induktionsspulen mit einem bezüglich der Oberfläche definierten magnetischen Feld ausgerichtet sind. Preferably, geometrical arrangements of the induction coils differ from each other. In particular, the induction coils may differ from each other in terms of positioning, diameter and / or orientation. The geometrical arrangements of the induction coils can correspond to a spatial shape of the energy store, so that the energy store can be deposited in several positions on a surface, wherein in each position at least one of the induction coils are aligned with a magnetic field defined with respect to the surface.

In einer bevorzugten Ausführungsform unterscheiden sich die Ausrichtungen der beiden Induktionsspulen um 90° voneinander. Der Energiespeicher kann geometrisch so geformt sein, dass er auf einer ebenen Oberfläche nur auf vier verschiedene Weisen abgelegt werden kann, wobei jeweils wenigstens eine der Induktionsspulen in einer vorbestimmten Weise über der Oberfläche angeordnet ist. So kann eine flexible Ablagemöglichkeit des Energiespeichers auf der Oberfläche mit einer guten Kopplung wenigstens einer der Induktionsspulen mit dem externen magnetischen Feld bewerkstelligt werden, um eine Energieübertragung zwischen dem externen magnetischen Feld und dem Energiespeicher zu verbessern.In a preferred embodiment, the orientations of the two induction coils differ by 90 ° from each other. The energy store may be geometrically shaped such that it can be deposited on a flat surface only in four different ways, with at least one of the induction coils in each case being arranged above the surface in a predetermined manner. Thus, a flexible storage possibility of the energy storage on the surface can be accomplished with a good coupling of at least one of the induction coil with the external magnetic field to improve energy transfer between the external magnetic field and the energy storage.

In einer Ausführungsform ist eine der Induktionsspulen einer Energieübertragung in die Speichereinrichtung hinein und die andere einer Energieübertragung aus der Speichereinrichtung heraus zugeordnet. Eine Energieentnahme kann so von der Energieversorgung des Energiespeichers unabhängig gestaltet werden, so dass ein Mischbetrieb verbessert möglich sein kann.In one embodiment, one of the induction coils is assigned to an energy transfer into the storage device and the other to an energy transfer out of the storage device. An energy withdrawal can be designed independently of the energy supply of the energy storage, so that a mixed operation can be improved possible.

Der Energiespeicher kann zum gleichzeitigen Übertragen von Energie mittels der ersten und der zweiten Induktionsspule eingerichtet sein. Dadurch kann sowohl der gleichzeitige Lade-Entlade-Betrieb mittels einzeln zugeordneter Induktionsspulen, als auch der alternative Lade- oder Entlade-Betrieb mittels parallel betriebener Induktionsspulen ermöglicht sein. The energy storage device can be set up for the simultaneous transmission of energy by means of the first and the second induction coil. As a result, both the simultaneous charge-discharge operation by means of individually assigned induction coils, as well as the alternative charging or discharging operation by means of induction coils operated in parallel can be made possible.

In einer Ausführungsform umfasst der Energiespeicher ein Gehäuse zur allseitigen elektrischen Isolation. Sowohl der Ladevorgang als auch der Entladevorgang des Energiespeichers kann mittels induktiver Energieübertragung abgewickelt werden. So kann der Energiespeicher vollständig gekapselt ausgeführt sein, wodurch er weniger anfällig gegenüber Fehlkontaktierungen oder einer aggressiven Umgebung sein kann. In one embodiment, the energy store comprises a housing for all-round electrical insulation. Both the charging process and the discharging process of the energy store can be handled by means of inductive energy transfer. Thus, the energy storage can be carried out completely encapsulated, whereby it can be less susceptible to faulty contacts or an aggressive environment.

Die zweite Induktionsspule kann mittels einer Kontakteinrichtung elektrisch mit dem Energiespeicher verbindbar sein, wobei die zweite Induktionsspule außerhalb eines Gehäuses des Energiespeichers angeordnet ist. Insbesondere kann die zweite Induktionsspule dazu eingerichtet sein, mit einem elektrischen Verbraucher integriert zu sein, an dem der Energiespeicher anschließbar ist. Eine geometrische Ausformung des Verbrauchers kann zur geometrischen Anordnung der zweiten Induktionsspule Gewinn bringend verwendet werden.The second induction coil can be electrically connected to the energy store by means of a contact device, the second induction coil being arranged outside a housing of the energy store. In particular, the second induction coil can be set up to be integrated with an electrical load to which the energy store can be connected. A geometric shape of the consumer can be used to profitably for the geometric arrangement of the second induction coil.

Der Energiespeicher kann eine Steuereinrichtung zur Steuerung einer Übertragung elektrischer Energie zwischen dem Energiespeicher und einem der magnetischen Felder umfassen, wobei die Steuereinrichtung dazu eingerichtet ist, die Energieübertragung nur in Richtung des Energiespeichers zuzulassen, solange ein Ladezustand der Speichereinrichtung unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. In einer Ausführungsform kann die Steuereinrichtung eine Energieübertragung in beliebigen Richtungen zulassen, falls der Ladezustand der Speichereinrichtung oberhalb des Schwellenwerts liegt. Dadurch kann ein Tiefentladeschutz der Speichereinrichtung bereitgestellt sein. Eine Lebenserwartung des Energiespeichers kann dadurch gesteigert sein.The energy store may include a control device for controlling a transfer of electrical energy between the energy store and one of the magnetic fields, wherein the control device is adapted to allow the energy transfer only in the direction of the energy store, as long as a state of charge of the memory device is below a predetermined threshold. In one embodiment, the controller may allow energy transfer in arbitrary directions if the state of charge of the storage device is above the threshold. As a result, a deep discharge protection of the storage device can be provided. A life expectancy of the energy storage can be increased thereby.

Alternativ oder zusätzlich kann die Steuereinrichtung dazu eingerichtet sein, einen mittels der Induktionsspulen übertragbaren elektrischen Strom zu bestimmen und Energie mittels derjenigen Induktionsspule zu übertragen, mittels derer der höchste elektrischen Strom übertragbar ist. Alternatively or additionally, the control device can be set up to determine an electric current which can be transmitted by means of the induction coils and to transmit energy by means of that induction coil, by means of which the highest electric current can be transmitted.

Durch die Beschränkung auf die Verwendung nur einer Induktionsspule zu einem Zeitpunkt kann der Energiespeicher einfach aufgebaut sein, während durch die automatische Umschaltung trotzdem eine Optimierung der Energieübertragung möglich ist. Due to the restriction to the use of only one induction coil at a time, the energy storage device can be of simple construction, while the automatic switching nevertheless makes it possible to optimize the energy transfer.

Ein Ladegerät zur Übertragung elektrischer Energie an oder von dem beschriebenen elektrischen Energiespeicher umfasst zwei Induktionsspulen zur Bereitstellung von unterschiedlich ausgerichteten Magnetfeldern. Die beiden Magnetfelder können alternierend oder gleichzeitig bereitgestellt sein. Jede der Induktionsspulen kann einer Energieübertragungsrichtung zugeordnet sein. A charger for transmitting electrical energy to or from the electrical energy store described comprises two induction coils for providing differently oriented magnetic fields. The two magnetic fields can be provided alternately or simultaneously. Each of the induction coils may be associated with a power transmission direction.

Kurze Beschreibung der FigurenBrief description of the figures

Die Erfindung wird nun mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, in denen:The invention will now be described in more detail with reference to the attached figures, in which:

1 einen Energiespeicher mit induktiver Energieübertragung; 1 an energy store with inductive energy transfer;

2 ein Ladegerät mit dem Energiespeicher aus 1; und 2 a charger with the energy storage off 1 ; and

3 einen elektrischen Verbraucher mit dem Energiespeicher aus 1 in einer weiteren Ausführungsform
darstellt. 3 an electrical load with the energy storage 1 in a further embodiment
represents.

Genaue Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of embodiments

1 zeigt einen Energiespeicher 100 mit induktiver Energieübertragung. In einem Gehäuse 105 des Energiespeichers 100 sind eine elektrische Speichereinrichtung 110, eine Steuereinrichtung 115, eine erste Induktionsspule 120, eine zweite Induktionsspule 125 und elektrische Kontakte 130 untergebracht. Die Steuereinrichtung 115 ist mit der elektrischen Speichereinrichtung 110, den beiden Induktionsspulen 120 und 125 sowie den elektrischen Kontakten 130 verbunden. 1 shows an energy store 100 with inductive energy transfer. In a housing 105 of the energy store 100 are an electrical storage device 110 , a control device 115 , a first induction coil 120 , a second induction coil 125 and electrical contacts 130 accommodated. The control device 115 is with the electrical storage device 110 , the two induction coils 120 and 125 as well as the electrical contacts 130 connected.

Die elektrische Speichereinrichtung 110 umfasst üblicherweise einen Akkumulator, der aus mehreren Zellen aufgebaut ist. Der Akkumulator kann beispielsweise in Nickelmetallhydrid- oder Lithiumionen-Technologie aufgebaut sein. Zur genaueren Steuerung eines Auflade- oder Entladevorgangs der elektrischen Speichereinrichtung 110 können weitere Verbindungen zwischen der Speichereinrichtung 110 und der Steuereinrichtung 115 bestehen, insbesondere Verbindungen zu Kontaktstellen aneinander angrenzender Zellen der Speichereinrichtung 110. The electrical storage device 110 usually includes an accumulator, which is composed of several cells. The accumulator may be constructed, for example, in nickel metal hydride or lithium ion technology. For more accurate control of a charging or discharging operation of the electric storage device 110 can make more connections between the storage device 110 and the controller 115 in particular connections to contact points of adjacent cells of the memory device 110 ,

Die Steuereinrichtung 115 ist bevorzugterweise eine elektronische Steuereinrichtung, die auf der Basis diskreter Logik, eines integrierten Schaltkreises oder eines programmierbaren Mikrocomputers aufgebaut sein kann. In einer Ausführungsform kann zusätzliche Leistungselektronik verwendet werden, beispielsweise in Form von separaten Leistungstransistoren, um einen Energiestrom von oder zu einem der mit der Steuereinrichtung 115 verbundenen Elemente zu steuern.The control device 115 Preferably, it is an electronic control device which may be constructed on the basis of discrete logic, an integrated circuit, or a programmable microcomputer. In one embodiment, additional power electronics may be used, for example, in the form of separate ones Power transistors to a power flow from or to one of the control device 115 to control connected elements.

Die Induktionsspulen 120 und 125 sind üblicherweise kreisrund und umfassen jeweils einen langen, spulenförmig gewundenen Kupferdraht. Die Induktionsspulen 120 und 125 unterscheiden sich vorzugsweise geometrisch voneinander, d.h., dass sie unterschiedliche Durchmesser, Windungszahlen, Drahtdurchmesser und/oder Positionierungen innerhalb des Gehäuses 105 aufweisen. Die Induktionsspulen 120 und 125 sind insbesondere zum Aufladen der elektrischen Speichereinrichtung 110 aus einem externen magnetischen Feld eingerichtet. In einer Ausführungsform können eine oder beide der Induktionsspulen 120, 125 auch zum Entladen der elektrischen Speichereinrichtung 110 vorgesehen sein.The induction coils 120 and 125 are usually circular and each comprise a long, coil-wound copper wire. The induction coils 120 and 125 preferably differ geometrically from each other, that is, that they have different diameters, number of turns, wire diameter and / or positioning within the housing 105 exhibit. The induction coils 120 and 125 are in particular for charging the electrical storage device 110 set up from an external magnetic field. In one embodiment, one or both of the induction coils 120 . 125 also for unloading the electrical storage device 110 be provided.

Die optionalen elektrischen Kontakte 130 können verwendet werden, um elektrische Energie aus der elektrischen Speichereinrichtung 110 zu entnehmen. Insbesondere dann, wenn ein aus der Speichereinrichtung 110 zu entnehmender Strom relativ groß ist, ist eine Energieübermittlung mittels der elektrischen Kontakte 130 im Allgemeinen einfacher und kostengünstiger zu bewerkstelligen als mittels einer oder beider der Induktionsspulen 120, 125. The optional electrical contacts 130 can be used to generate electrical energy from the electrical storage device 110 refer to. In particular, if one from the memory device 110 To be taken current is relatively large, is a power transmission by means of the electrical contacts 130 generally easier and less expensive to accomplish than by means of one or both of the induction coils 120 . 125 ,

Die elektrischen Kontakte 130 können jedoch auch entfallen. In diesem Fall ist es möglich, dass das Gehäuse 105 die restlichen Komponenten des Energiespeichers 100 vollständig umschließt. So kann eine allseitige elektrische Isolation und im Weiteren auch eine Kapselung des Energiespeichers 100 gegenüber Umwelteinflüssen wie Feuchtigkeit, Staub oder aggressiven Chemikalien erzielt werden.The electrical contacts 130 but can also be omitted. In this case, it is possible that the case 105 the remaining components of the energy storage 100 completely encloses. Thus, an all-round electrical insulation and, in addition, an encapsulation of the energy storage 100 against environmental influences such as moisture, dust or aggressive chemicals.

Die elektrische Speichereinrichtung 110 kann mittels elektrischer Energie aufgeladen werden, die von einer oder beiden Induktionsspulen 120, 125 bereitgestellt ist. Dazu wird die betreffende Induktionsspule 120, 125 einem externen magnetischen Wechselfeld ausgesetzt. Vorzugsweise ist die betreffende Induktionsspule 120, 125 derart im elektromagnetischen Wechselfeld orientiert, dass das magnetische Feld möglichst gleichgerichtet senkrecht durch den Querschnitt der Induktionsspule 120, 125 fällt. Eine durch die Induktionsspule 120, 125 bereitgestellte elektrische Energie ist umso größer, je besser die Induktionsspule 120, 125 mit dem externen magnetischen Wechselfeld ausgerichtet und je größer die Feldstärke des Magnetfelds ist.The electrical storage device 110 can be charged by means of electrical energy from one or both induction coils 120 . 125 is provided. For this purpose, the relevant induction coil 120 . 125 exposed to an external alternating magnetic field. Preferably, the relevant induction coil 120 . 125 oriented in the electromagnetic alternating field such that the magnetic field as possible rectified vertically through the cross section of the induction coil 120 . 125 falls. One through the induction coil 120 . 125 Provided electrical energy is greater, the better the induction coil 120 . 125 aligned with the external magnetic alternating field and the greater the field strength of the magnetic field.

Von den Induktionsspulen 120, 125 können beide gleichzeitig benutzt werden, falls beide Induktionsspulen 120, 125 von magnetischen Wechselfeldern durchflossen sind. Die Steuereinrichtung 115 kann auch elektrische Energie zu jedem Zeitpunkt von nur einer der Induktionsspulen 120, 125 beziehen. In einer Ausführungsform bestimmt die Steuereinrichtung 115 ereignisgesteuert oder periodisch eine Leistung, die von jeder der Induktionsspulen 120, 125 bereitgestellt werden kann und entnimmt dann die elektrische Energie der Induktionsspule 120, 125 mit der größten Leistungsfähigkeit. From the induction coils 120 . 125 Both can be used simultaneously if both induction coils 120 . 125 are traversed by alternating magnetic fields. The control device 115 can also get electrical energy at any one time from just one of the induction coils 120 . 125 Respectively. In one embodiment, the controller determines 115 event-driven or periodically a power coming from each of the induction coils 120 . 125 can be provided and then removes the electrical energy of the induction coil 120 . 125 with the highest performance.

Der von den Induktionsspulen 120, 125 bereitgestellte elektrische Strom wird durch die Steuereinrichtung 115 gleichgerichtet und geregelt, um der Speichereinrichtung 110 einen geeigneten Ladestrom bereitzustellen.The one from the induction coils 120 . 125 provided electric power is through the control device 115 rectified and regulated to the memory device 110 to provide a suitable charging current.

Eine Energieentnahme aus dem Energiespeicher 100 bzw. der elektrischen Speichereinrichtung 110 kann anstelle mittels der elektrischen Kontakte 130 auch mittels einer oder beider Induktionsspulen 120, 125 erfolgen. Dazu entnimmt die Steuereinrichtung 115 der elektrischen Speichereinrichtung 110 einen Gleichstrom, wandelt diesen in einen Wechselstrom um und stellt den Wechselstrom der jeweiligen Induktionsspule 120, 125 bereit. An der jeweiligen Induktionsspule 120, 125 wird dadurch ein elektromagnetisches Wechselfeld generiert, das extern beispielsweise mittels einer weiteren Induktionsspule aufgenommen und in einen elektrischen Strom umgewandelt werden kann. An energy withdrawal from the energy storage 100 or the electrical storage device 110 can instead of using the electrical contacts 130 also by means of one or both induction coils 120 . 125 respectively. For this purpose, the control device takes 115 the electrical storage device 110 a direct current, converts it into an alternating current and sets the alternating current of the respective induction coil 120 . 125 ready. At the respective induction coil 120 . 125 As a result, an alternating electromagnetic field is generated which can be picked up externally, for example by means of a further induction coil, and converted into an electric current.

In einer Ausführungsform ist eine der Induktionsspulen 120, 125 einem Aufladevorgang und die andere der Induktionsspulen 120, 125 einem Entladevorgang zugeordnet. Die Zuordnung des entsprechenden Vorgangs zur Induktionsspule 120, 125 kann dynamisch getroffen werden. Der Ladevorgang und der Entladevorgang können unabhängig voneinander und auch gleichzeitig erfolgen, wobei darauf zu achten ist, dass die externen magnetischen Wechselfelder einander nicht gegenseitig durch Überlagerung auslöschen. Im Allgemeinen ist es vorteilhaft, wenn die externen Magnetfelder Richtungen haben, die aufeinander senkrecht stehen. Richtungen der Induktionsspulen 120, 125 stehen bevorzugterweise ebenfalls aufeinander senkrecht. Weiter bevorzugterweise fluchten die Richtungen der Induktionsspulen 120, 125 paarweise mit denen der magnetischen Wechselfelder. In one embodiment, one of the induction coils 120 . 125 one charging process and the other of the induction coils 120 . 125 associated with a discharge. The assignment of the corresponding process to the induction coil 120 . 125 can be hit dynamically. The charging process and the discharging process can be carried out independently of each other and simultaneously, whereby care must be taken to ensure that the external alternating magnetic fields do not cancel each other out by superposition. In general, it is advantageous if the external magnetic fields have directions that are perpendicular to each other. Directions of induction coils 120 . 125 are also preferably perpendicular to each other. More preferably, the directions of the induction coils are aligned 120 . 125 in pairs with those of the alternating magnetic fields.

In einer anderen Ausführungsform können auch beide Induktionsspulen 120, 125 zum gleichzeitigen Übertragen elektrischer Energie während des Entladevorgangs eingerichtet sein. Dazu können Ausrichtungen der Induktionsspulen 120, 125 einander auch entsprechen. In another embodiment, both induction coils 120 . 125 be set up for the simultaneous transmission of electrical energy during the discharge process. These can include alignments of the induction coils 120 . 125 Correspond to each other.

In einer Ausführungsform ist die Steuereinrichtung 115 dazu eingerichtet, einen Entladevorgang der Speichereinrichtung 110 nur dann zuzulassen, wenn ein Ladezustand der elektrischen Speichereinrichtung 110 oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts liegt. Diese Steuerung kann sowohl eine Energieentnahme mittels der elektrischen Kontakte 130 als auch mittels einer oder beider Induktionsspulen 120, 125 betreffen. In one embodiment, the controller is 115 arranged to discharge the memory device 110 only if a state of charge of the electrical storage device 110 above a predetermined threshold. This controller can be both a Energy extraction by means of the electrical contacts 130 as well as by means of one or both induction coils 120 . 125 affect.

2 zeigt ein Ladegerät 200 mit dem Energiespeicher 100 aus 1. Zur erleichterten Referenzierung von Richtungen ist ein kartesisches Koordinatensystem angegeben. 2 shows a charger 200 with the energy storage 100 out 1 , For easier referencing of directions, a Cartesian coordinate system is given.

Das Ladegerät 200 umfasst eine Ablagefläche 205, in deren Bereich eine erste Magnetspule 210 und eine zweite Magnetspule 215 angebracht sind. Ferner umfasst das Ladegerät 200 eine erste Magnetspule 210 zur Bereitstellung eines in x-Richtung verlaufenden Magnetfelds und eine zweite Magnetspule 215 zur Bereitstellung eines in z-Richtung verlaufenden Magnetfelds. Beide Magnetspulen 210, 215 sind mit einer Ansteuereinrichtung 220 verbunden, die ferner mit einer Energieversorgung 225 verbunden ist. The charger 200 includes a shelf 205 , in whose area a first magnetic coil 210 and a second solenoid 215 are attached. Furthermore, the charger includes 200 a first solenoid 210 for providing an x-direction magnetic field and a second magnetic coil 215 for providing a z-directional magnetic field. Both solenoids 210 . 215 are with a drive device 220 connected, further with a power supply 225 connected is.

Die Ablagefläche 205 ist in der dargestellten Ausführungsform eine im Wesentlichen ebene Ablage für den Energiespeicher 100 aus 1 in einer beliebigen Ausrichtung. Es können mechanische Vorrichtungen getroffen sein, um die Ausrichtung des Energiespeichers 100 an der Ablagefläche 205 einzuschränken. Derartige Vorrichtungen können beispielsweise seitliche Halteelemente in Verbindung mit einer vorbestimmten Neigung der Ablagefläche 205 gegenüber der Schwerkraft umfassen. In einer Ausführungsform ist die Ablagefläche 205 senkrecht zur Schwerkraft ausgerichtet, in einer anderen Ausführungsform kann sie zur Schwerkraft geneigt oder parallel zur Schwerkraft liegen.The shelf 205 is in the illustrated embodiment, a substantially flat shelf for the energy storage 100 out 1 in any orientation. Mechanical devices can be used to adjust the orientation of the energy store 100 on the shelf 205 limit. Such devices may, for example, lateral holding elements in conjunction with a predetermined inclination of the shelf 205 against gravity. In one embodiment, the shelf is 205 oriented perpendicular to gravity, in another embodiment, it may be inclined to gravity or parallel to gravity.

Die Magnetspulen 210 und 215 weisen unterschiedliche Ausrichtungen auf, die in einer bevorzugten Ausführungsform einen Winkel von 90° miteinander einschließen. In der dargestellten Ausführungsform verläuft die Ausrichtung der ersten Magnetspule 210 parallel zur x-Achse und die Ausrichtung der zweiten Magnetspule 215 parallel zur z-Achse. Andere Ausrichtungen der Magnetspulen 210, 215 sind ebenfalls möglich.The magnetic coils 210 and 215 have different orientations, which in a preferred embodiment form an angle of 90 ° with each other. In the illustrated embodiment, the orientation of the first magnetic coil 210 parallel to the x-axis and the orientation of the second solenoid coil 215 parallel to the z-axis. Other orientations of the magnetic coils 210 . 215 are also possible.

In einer weiteren Ausführungsform können auch drei oder mehr Magnetspulen vom Ladegerät 200 umfasst sein. Dabei ist darauf zu achten, dass die von den Magnetspulen 210, 215 erzeugten Magnetfelder einander am wenigsten gegenseitig beeinflussen, wenn sie paarweise aufeinander senkrecht stehen. In another embodiment, three or more solenoid coils may also be provided by the charger 200 includes his. It is important to ensure that the magnetic coils 210 . 215 Magnetic fields produced least affect each other when they are pairwise perpendicular to each other.

Der auf der Ablagefläche 205 dargestellte Energiespeicher 100 umfasst wenigstens zwei Induktionsspulen, wie oben mit Bezug auf 1 genauer erläutert ist. In der Darstellung von 2 sind drei Induktionsspulen am Energiespeicher 100 angedeutet, von denen jeweils eine parallel zur x-, y- bzw. z-Achse ausgerichtet ist. Da eine der Induktionsspulen des Energiespeichers 100 parallel zur ersten Magnetspule 210 ausgerichtet ist, ist ein Kopplungsgrad zwischen der ersten Magnetspule 210 und der betreffenden Induktionsspule invariant gegenüber einer Drehung des Energiespeichers um die x-Achse. Entsprechendes gilt für die zweite Magnetspule 215 und einer Drehung des Energiespeichers 100 um die zAchse. The on the shelf 205 illustrated energy storage 100 comprises at least two induction coils as described above with reference to FIG 1 is explained in more detail. In the presentation of 2 are three induction coils on the energy storage 100 indicated, one of which is aligned parallel to the x, y or z axis. As one of the induction coils of the energy storage 100 parallel to the first solenoid 210 is a degree of coupling between the first solenoid coil 210 and the respective induction coil invariant to a rotation of the energy storage about the x-axis. The same applies to the second solenoid 215 and a rotation of the energy store 100 around the axle.

3 zeigt einen elektrischen Verbraucher 300 mit dem Energiespeicher 100 aus 1 in einer weiteren Ausführungsform. Zur Erleichterung der Orientierung ist ein kartesisches Koordinatensystem entsprechend dem von 2 eingezeichnet. Der dargestellte exemplarische elektrische Verbraucher 300 ist ein Akkuschrauber. Es kann jedoch auch ein beliebiges anderes elektrisch betreibbares Gerät durch den elektrischen Verbraucher 300 umfasst sein. 3 shows an electrical consumer 300 with the energy storage 100 out 1 in a further embodiment. For ease of orientation, a Cartesian coordinate system corresponding to that of 2 located. The illustrated exemplary electrical load 300 is a cordless screwdriver. However, it may also be any other electrically operable device by the electrical consumer 300 includes his.

Der Energiespeicher 100 ist vorzugsweise trennbar mit dem elektrischen Verbraucher 300 verbunden. Eine Entnahme von Energie aus dem Energiespeicher 100 durch den elektrischen Verbraucher 300 erfolgt bevorzugterweise mittels nicht dargestellter elektrischer Kontakte, die zu den elektrischen Kontakten 130 des Energiespeichers 100 korrespondieren. In einer anderen Ausführungsform kann seitens des elektrischen Verbrauchers 300 auch eine Spule vorgesehen sein, um zusammen mit wenigstens einer der Induktionsspulen 120, 125 des Energiespeichers 100 einen induktiven Energieaustausch zu ermöglichen.The energy storage 100 is preferably separable with the electrical load 300 connected. A removal of energy from the energy storage 100 through the electrical consumer 300 takes place preferably by means not shown electrical contacts to the electrical contacts 130 of the energy store 100 correspond. In another embodiment, the part of the electrical consumer 300 Also, a coil may be provided to cooperate with at least one of the induction coils 120 . 125 of the energy store 100 to allow an inductive energy exchange.

In der dargestellten Ausführungsform ist die erste Induktionsspule 120 innerhalb des Gehäuses 105 des Energiespeichers 100 angeordnet, während die zweite Induktionsspule 125 außerhalb des Energiespeichers 100 am elektrischen Verbraucher 300 angeordnet ist. Eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Induktionsspule 125 und dem Energiespeicher 100 erfolgt mittels weiterer, nicht dargestellter Kontakte. Durch die Auslagerung der zweiten Induktionsspule 125 in dem elektrischen Verbraucher 300 kann eine Anordnung der Magnetspulen 210, 215 des Ladegeräts 200 von 2 erleichtert sein, indem beispielsweise ein Abstand zwischen den Magnetspulen 210, 215 vergrößert sein kann. In the illustrated embodiment, the first induction coil 120 inside the case 105 of the energy store 100 arranged while the second induction coil 125 outside the energy store 100 at the electrical consumer 300 is arranged. An electrical connection between the second induction coil 125 and the energy storage 100 done by means of other, not shown contacts. By outsourcing the second induction coil 125 in the electrical consumer 300 can be an arrangement of magnetic coils 210 . 215 of the charger 200 from 2 be relieved, for example, by a distance between the magnetic coils 210 . 215 can be enlarged.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2009/0174264 A1 [0004]
JP 2009-262254 A [0005]

Claims

Energy storage ( 100 ), comprising: - a rechargeable electric storage device ( 110 ); A first induction coil ( 120 ) for transferring electrical energy between the storage device ( 110 ) and a first external magnetic field; characterized by - a second induction coil ( 125 ) for transferring electrical energy between the storage device ( 110 ) and a second external magnetic field.

Energy storage ( 100 ) according to claim 1, wherein geometrical arrangements of the induction coils ( 120 . 125 ) differ from each other.

Energy storage ( 100 ) according to claim 2, wherein the geometrical arrangements of the induction coils ( 120 . 125 ) with respect to a positioning, a diameter and / or an orientation differ from each other.

Energy storage ( 100 ) according to claim 3, wherein the orientations of the induction coils ( 120 . 125 ) differ by about 90 ° from each other.

Energy storage ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein one of the induction coils ( 120 . 125 ) an energy transfer into the storage device ( 110 ) and the other of an energy transfer from the memory device ( 110 ) is assigned out.

Energy storage ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the energy store ( 100 ) for the simultaneous transmission of energy by means of the first ( 120 ) and the second induction coil ( 125 ) is set up.

Energy storage ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a housing ( 105 ) for all-round electrical insulation.

Energy storage ( 100 ) according to one of claims 1 to 6, wherein an electrical contact device ( 130 ) for connecting the second induction coil ( 125 ) is provided and the second induction coil ( 125 ) outside of a housing ( 105 ) of the energy store ( 100 ) is arranged.

Energy storage ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a control device for controlling a transfer of electrical energy between the energy store ( 100 ) and one of the magnetic fields only in the direction of the energy store ( 100 ), as long as a state of charge of the memory device ( 110 ) is below a predetermined threshold.

Energy storage ( 100 ) according to one of the preceding claims, further comprising a control device ( 115 ) for controlling a transfer of electrical energy between the energy store ( 100 ) and one of the magnetic fields, wherein the control device ( 115 ) is set up, one by means of induction coils ( 120 . 125 ) to determine transferable electric current and energy by means of that induction coil ( 120 . 125 ), which is assigned to the highest transmittable electric current.

Charger for transmitting electrical energy to or from an electrical energy store ( 100 ) according to one of the preceding claims, comprising two induction coils ( 120 . 125 ) for providing differently oriented magnetic fields.