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Stand der Technik
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Aus dem Stand der Technik ist eine Ladeeinrichtung, zum Beispiel ein Akkuladekoffer, aus der Schrift
DE 10 2009 027571 bekannt. Die Ladeeinrichtung enthält eine Akkuanbindungsvorrichtung, einen Energieausgang, vorzugsweise eine USB-Schnittstelle, eine Ladeelektronik sowie ein Bus-System für wiederaufladbare Batterien. Diese werden zum Laden von wiederaufladbaren Batterien in batteriebetriebenen Elektrowerkzeugen verwendet. Nachteil hierbei ist, dass die wiederaufladbare Batterie die für sie zugehörige Ladevorrichtung zum Laden benötigt. Ist diese Ladevorrichtung nicht vorhanden, kann die wiederaufladbare Batterie nicht geladen werden.
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Vorteile der Erfindung
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Der Vorteil der Erfindung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 besteht darin, dass eine wiederaufladbare Batterie eines batteriebetriebenen Elektrowerkzeugs mit Hilfe jedes beliebigen Ladegerätes geladen werden kann, das über eine erweiterte Schnittstelle, insbesondere eine USB-Schnittstelle verfügt, unabhängig für welche Vorrichtung dieses Ladegerät ursprünglich vorgesehen war. Es sind aber auch andere Schnittstellen, beispielsweise Thunderbolt oder Firewire oder dergleichen, denkbar. Ist kein Ladegerät passend für die wiederaufladebare Batterie vorhanden, kann die wiederaufladbare Batterie des Elektrowerkzeugs beispielsweise mit einem Ladegerät für mobile Telefone oder jedem anderen eine USB-Schnittstelle aufweisenden Gerät (zum Beispiel Notebook, Kfz-Batterielade-Adapter oder dergleichen) geladen werden.
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Dadurch, dass die wiederaufladbare Batterie sowohl mit einer ersten Schnittstelle, als auch mit einer erweiterten Schnittstelle ausgestattet ist, ist die wiederaufladbare Batterie nicht nur über ihre erste Schnittstelle ladbar, sondern alternativ und/oder ergänzend auch über die erweiterte Schnittstelle. Vorteilhafterweise ist sowohl die erste Schnittstelle als auch die erweiterte Schnittstelle mit einer ersten batterieinternen Ladeelektronik verbunden. Dadurch ist die wiederaufladbare Batterie ladbar, sobald ein Ladegerät mit ebenfalls erweiterter Schnittstelle verfügbar ist.
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In einer weiteren Ausführungsform ist eine zweite batterieinterne Ladeelektronik vorgesehen, die mit der erweiterten Schnittstelle verbunden ist. Dadurch kann in vorteilhafter Weise die wiederaufladbare Batterie nicht nur über die erste Schnittstelle, sondern auch über die erweiterte Schnittstelle und die zweite batterieinterne Ladeelektronik geladen werden.
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Wenn die batterieinterne Ladeelektronik einen Abwärtswandler oder Aufwärtswandler aufweist, ist das Laden der wiederaufladbaren Batterie in Grenzen spannungsunabhängig. Unabhängig davon, wie groß ein Nennwert einer internen Batteriespannung ist, kann die wiederaufladbare Batterie über die erweiterte Schnittstelle geladen werden. Unter dem Begriff „Nennwert“ der internen Batteriespannung soll der Wert der internen Batteriespannung verstanden werden, für den die wiederaufladbare Batterie konzipiert wurde. Ein Istwert der internen Batteriespannung ist der Wert, der zu einem beliebigen Zeitpunkt real gemessen wird. Der Ladezustand einer wiederaufladbaren Batterie zeigt sich in der internen Batteriespannung. Idealerweise ist der Nennwert der internen Batteriespannung gleich dem Istwert derselben.
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Ist der Nennwert der internen Batteriespannung kleiner als eine Schnittstellenspannung der erweiterten Schnittstelle, wird vorzugsweise ein Abwärtswandler als Bestandteil der batterieinternen Ladeelektronik verwendet. Dieser lädt idealerweise die wiederaufladbare Batterie mit Hilfe der Schnittstellenspannung der erweiterten Schnittstelle, indem er den Wert der Schnittstellenspannung auf den Wert der internen Batteriespannung herab setzt.
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Ist der Nennwert der internen Batteriespannung größer als die Schnittstellenspannung der erweiterten Schnittstelle, wird vorzugsweise ein Aufwärtswandler verwendet. Dieser lädt idealerweise die wiederaufladbare Batterie mit Hilfe der Schnittstellenspannung, indem er den Wert der Schnittstellenspannung auf den Wert der internen Batteriespannung herauf setzt.
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Die beiden Varianten, Aufwärtswandler und Abwärtswandler, zu verwenden hat den Vorteil, dass jede interne Batteriespannung auf ihren Nennwert gebracht werden kann, wenn die wiederaufladbare Batterie über die erweiterte Schnittstelle geladen wird. Dieses Verfahren hat jedoch gerade bei Einsatz eines Aufwärtswandlers aufgrund der eingeschränkten Stromlieferfähigkeit von USB-Schnittstellen seine Grenzen.
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Wenn das batteriebetriebene Elektrowerkzeug eine wiederaufladbare Batterie mit erweiterter Schnittstelle enthält, kann die wiederaufladbare Batterie vorteilhafterweise über diese Schnittstelle geladen werden.
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Verfügt ein Elektrowerkzeug selbst über eine erweiterte Schnittstelle, insbesondere eine USB-Anschluss, kann bei entsprechend vorhandener Ladeelektronik die am Elektrowerkzeug angeschlossene Batterie über das Elektrowerkzeug selbst geladen werden, auch wenn die Batterie selbst nicht über eine erweiterte Schnittstelle verfügt. Auch ist denkbar, dass sich wiederaufladbare Batterien mit entsprechenden Schnittstellen gegenseitig aufladen können.
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Zeichnungen
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In den Zeichnungen sind mehrere Ausführungsbeispiele dargestellt.
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Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines ersten Ausführungsbeispiels einer wiederaufladbaren Batterie mit mindestens einer ersten batterieinternen Elektronik, einer zweiten batterieinternen Elektronik, einer ersten Schnittstelle und einer erweiterten Schnittstelle,
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2 ein zweites Ausführungsbeispiel der wiederaufladbaren Batterie,
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3 ein drittes Ausführungsbeispiel der wiederaufladbaren Batterie,
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4 ein Ladegerät mit Elektroniken und Schnittstellen in schematischer Darstellung,
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5 ein Blockschaltbild einer zweiten batterieinternen Ladeelektronik, die einen Abwärtswandler beziehungsweise einen Aufwärtswandler enthält,
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6 ein erstes Ausführungsbeispiel eines batteriebetriebenes Elektrowerkzeug mit wiederaufladbarer Batterie in schematischer Darstellung und
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7 ein zweites Ausführungsbeispiel eines batteriebetriebenen Elektrowerkzeugs mit wiederaufladbarer Batterie in schematischer Darstellung.
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Beschreibung
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Für die in den unterschiedlichen Ausführungsbeispielen vorkommenden gleichen Bauteile werden dieselben Bezugszahlen verwendet.
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1 zeigt ein Blockschaltbild einer wiederaufladbaren Batterie 10 für ein batteriebetriebenes Elektrowerkzeug 12 (6) mit mindestens einer ersten batterieinternen Ladeelektronik 14 und einer ersten Schnittstelle 16. Die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 ist mit der ersten Schnittstelle 16 verbunden. Die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 ist außerdem mit einer internen Batteriezelle 15 verbunden; siehe 1–3.
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Unter dem Begriff „interne Batteriezelle“ soll das Teil in der wiederaufladbaren Batterie 10 verstanden werden, das die elektrische Energie speichert und damit einen Ladezustand der wiederaufladbaren Batterie 10 angibt. Die interne Batteriezelle 15 kann aus mehreren einzelnen seriell und/oder parallel geschalteten Batteriezellen bestehen. Die Zusammenschaltung von mehreren internen Batteriezellen hängt von der elektrischen Energie ab, die abgegeben werden soll, beziehungsweise von der Spannung oder Stromlieferfähigkeit. In die interne Batteriezelle 15 fließt bei einem Ladevorgang ein Ladestrom 34 (5). Der Einfachheit halber soll in der weiteren Ausführung von einem Laden der wiederaufladbaren Batterie 10 beziehungsweise von einem Fließen des Ladestromes 34 in die wiederaufladbare Batterie 10 gesprochen werden.
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Um einen Ladevorgang der wiederaufladbaren Batterie 10 zu erklären, werden folgende Begriffe eingeführt:
- – Ladespannung 17 eines Ladegerätes 24 (4). Darunter soll die Spannung verstanden werden, die von dem Ladegerät 24 bereit gestellt wird und über eine Schnittstelle 26 des Ladegerätes 24 an die erste Schnittstelle 16 der wiederaufladbaren Batterie 10 gelegt wird. Auf diese Spannung lädt sich die wiederaufladbare Batterie 10 während des Ladevorgangs auf, das heißt, dass die wiederaufladbare Batterie 10 kurzzeitig den Wert der Ladespannung 17 im vollständig geladenen Zustand besitzt. Dieser Wert ist höher als die Spannung, für die die wiederaufladbare Batterie 10 konzipiert wurde. So beträgt zum Beispiel die Ladespannung 17 bei einer mit einer Nennspannung von 3,6V ausgelegten wiederaufladbaren Batterie 10 4,2V. Dieser Wert gilt für Lithium-Ionen-Zellen.
- – interne Batteriespannung 28. Die interne Batteriespannung 28 der wiederaufladbaren Batterie 10 zeigt deren Ladezustand an. Bei einem mit 3,6V batteriebetriebenen Elektrowerkzeug 12 ist die Nennspannung gleich 3,6 V. Der Istwert der internen Batteriespannung 28 gibt den tatsächlichen Spannungswert an, der zu einem beliebigen Zeitpunkt in der wiederaufladbaren Batterie 10 gemessen würde.
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Der Ladevorgang beginnt, sobald die erste Schnittstelle 16 der wiederaufladbaren Batterie 10 mit der Schnittstelle 26 des in 4 gezeigten Ladegerätes 24 verbunden wird. Die Ladespannung 17, über die Schnittstelle 26 des Ladegerätes 24 bereit gestellt, ist von ihrem Potenzial höher als der Istwert der internen Batteriespannung 28. Das Potenzial der tatsächlichen internen Batteriespannung 28 ist kleiner als die Ladespannung 17. Durch den Potenzialunterschied zwischen der Ladespannung 17 und der internen Batteriespannung 28 fließt der Ladestrom 34 in die wiederaufladbare Batterie 10 und erhöht deren Ladezustand. Das Potential der internen Batteriespannung 28 wird bis auf einen Endwert angehoben, der der Nennspannung entspricht. Ist dieser Endwert erreicht, ist der Ladevorgang beendet.
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1 zeigt außerdem eine erweiterte Schnittstelle 18 sowie eine zweite batterieinterne Ladeelektronik 20. Die erweiterte Schnittstelle 18 ist im Ausführungsbeispiel eine USB-Schnittstelle. Die zweite batterieinterne Ladeelektronik 20 ist mit der erweiterten Schnittstelle 18 verbunden. Somit ist der oben beschriebene Ladevorgang entweder über die erste Schnittstelle 16 und die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 oder über die erweiterte Schnittstelle 18 und die zweite batterieinterne Ladeelektronik 20 möglich, wenn das Ladegerät 24, wie in 4 dargestellt, mit einer USB-Schnittstelle 32 ausgestattet ist.
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2 zeigt eine weitere Variante der erfindungsgemäßen, wiederaufladbaren Batterie 10, bei der die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 mit der zweiten batterieinternen Ladeelektronik 20 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die wiederaufladebare Batterie 10 sowohl über die erste Schnittstelle 16 und die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 als auch über die erweiterte Schnittstelle 18 und die zweite batterieinterne Ladeelektronik 20 geladen werden. Die erste und die zweite Ladeelektronik 14, 20 können miteinander kommunizieren. Gegebenenfalls kann die zweite Ladeelektronik 20 minderbestückt sein und auf Baugruppen der ersten Ladeelektronik 14 zurück greifen.
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3 zeigt eine weitere Variante der wiederaufladbaren Batterie 10, bei der die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 sowohl mit der ersten Schnittstelle 16 als auch mit der erweiterten Schnittstelle 18 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel kann die wiederaufladebare Batterie 10 über die erste batterieinterne Ladeelektronik 14 sowohl mittels der ersten Schnittstelle 16 als auch der erweiterten Schnittstelle 18 geladen werden.
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Das Ladegerät 24 weist, wie in 4 dargestellt, die Schnittstelle 26 auf, die während des Ladevorgangs mit der ersten Schnittstelle 16 der wiederaufladbaren Batterie 10 verbunden ist. Desweiteren weist das Ladegerät 24 eine ladegeräteinterne Elektronik 30 auf, die den Ladevorgang von Seiten des Ladegerätes 24 regelt. Außerdem ist eine erweiterte Schnittstelle 32, insbesondere eine USB-Schnittstelle im Ladegerät 24 realisiert. Die wiederaufladbare Batterie 10 kann über die USB-Schnittstelle 32 des Ladegerätes 24 und/oder der erweiterten Schnittstelle 18 der wiederaufladbaren Batterie 10 geladen werden.
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5 zeigt ein Blockschaltbild der zweiten batterieinternen Ladeelektronik 20, die mit der erweiterten Schnittstelle 18 verbunden ist. Die zweite batterieinterne Ladeelektronik 20 weist einen Abwärtswandler 38 und/oder einen Aufwärtswandler 40 auf. Der Ladevorgang über die erweiterte Schnittstelle 18 und die zweite batterieinterne Ladeelektronik 20 erfolgt wie folgt. Eine Schnittstellenspannung 36, die von der erweiterten Schnittstelle 18 bereit gestellt wird, wird an den Aufwärtswandler beziehungsweise den Abwärtswandler gelegt. Falls als erweiterte Schnittstelle 18 eine USB-Schnittstelle vorhanden ist, beträgt die Schnittstellenspannung 36 5,0V.
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Ist die Nennspannung der internen Batteriespannung 28 kleiner als der Wert der Schnittstellenspannung 36, zum Beispiel 3,6V, dann wird die wiederaufladbare Batterie 10 geladen, indem die Schnittstellenspannung 36 mit Hilfe des Abwärtswandlers 38 auf den Wert der Ladespannung 17 von 4,2 V herab gesetzt wird.
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Dazu wird, wie in 5 dargestellt, die Schnittstellenspannung 36 an den Abwärtswandler 38 gelegt. Dieser ist ein Gleichspannungswandler, bei dem eine Ausgangsspannung 42 stets kleiner ist als die Schnittstellenspannung 36, die von der erweiterten Schnittstelle 18 bereit gestellt wird. Die Ausgangsspannung 42 des Abwärtswandlers 38 entspricht der Ladespannung 17. Durch den Potentialunterschied zwischen der Ausgangsspannung 42 des Abwärtswandlers 38 und der internen Batteriespannung 28 fließt der Ladestrom 34 und der Ladevorgang erfolgt wie oben beschrieben. Die Ladeelektroniken 14, 20, 30 regeln den Ladevorgang so lange, bis der Istwert der internen Batteriespannung 28 die Nennspannung erreicht.
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Ist die Nennspannung größer als der Wert der Schnittstellenspannung 36, zum Beispiel 14,4V, dann wird die wiederaufladbare Batterie 10 geladen, indem die Schnittstellenspannung 36 mit Hilfe des Aufwärtswandlers 40 auf den Wert der Ladespannung 17 herauf gesetzt wird. Der Ladevorgang erfolgt dann wie weiter oben beschrieben. Je nachdem wie hoch die Ladespannung 17 ist, umso länger dauert der Ladevorgang, da der Wert des maximal möglichen Ladestroms 34 mit steigender Ladespannung 17 infolge der begrenzten Leistungsfähigkeit der USB-Schnittstelle, sinkt.
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6 zeigt schematisch das batteriebetriebene Elektrowerkzeug 12 mit wiederaufladbarer Batterie 10. Die wiederaufladbare Batterie 10 ist mit der erweiterten Schnittstelle 18 ausgestattet.
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In 7 ist eine weitere Variante des batteriebetriebenen Elektrowerkzeugs 12 dargestellt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das batteriebetriebene Elektrowerkzeug 12 mit einer erweiterten gerätespezifischen Schnittstelle 44 und einer geräteinternen Elektronik 46 ausgestattet. Die erweiterte gerätespezifische Schnittstelle 44 des batteriebetriebenen Elektrowerkzeugs 12 wird mit der erweiterten Schnittstelle 32 des Ladegerätes 24 verbunden. Der Ladevorgang der wiederaufladbaren Batterie 10 erfolgt über die erweiterte Schnittstelle 32 des Ladegerätes 24, der erweiterten gerätespezifischen Schnittstelle 44 des batteriebetriebenen Elektrowerkzeugs 12, der geräteinternen Ladeelektronik 46 und der ersten batterieinternen Ladeelektronik 14.
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Die erweiterte Schnittstelle 18 muss nicht unbedingt eine USB Schnittstelle sein, auch wenn dies wegen ihrer weiten Verbreitung zu bevorzugen ist. Die erweiterte Schnittstelle 18 kann beispielsweise in einer Übergangsphase zu einem allgemeinen Standard führen und ermöglicht dann, die herkömmlichen meist anbieterorientierten Schnittstellen mit ihren auf ein Batteriesystem optimierten Kennzahlen langsam an einen neuen Standard heranzuführen. Die erweiterte Schnittstelle 18 kann ebenfalls eine schon bekannte Computer-Schnittstelle, wie Thunderbolt, Firewire oder dergleichen sein.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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