DE102013109348A1 - Accumulator with monitoring device - Google Patents

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DE102013109348A1
DE102013109348A1 DE102013109348.5A DE102013109348A DE102013109348A1 DE 102013109348 A1 DE102013109348 A1 DE 102013109348A1 DE 102013109348 A DE102013109348 A DE 102013109348A DE 102013109348 A1 DE102013109348 A1 DE 102013109348A1
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Radu Barza
Mark Heilig
Ulf Rinckleb
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Abstract

Es wird ein Akkumulator (10) mit einer Überwachungsschaltung angegeben, der eine Sicherung (14) im Hauptstrompfad zur Unterbrechung des Stromflusses im Überlastfall aufweist, sowie eine Einrichtung (16, 18) zur Strommessung im Hauptstrompfad, wobei die Einrichtung (16, 18) zur Strommessung mit der Sicherung (14) gekoppelt ist, um den Spannungsabfall an der Sicherung (14) zur Strommessung zu verwenden.The invention relates to an accumulator (10) with a monitoring circuit having a fuse (14) in the main current path for interrupting the flow of current in the event of an overload, and to means (16, 18) for measuring the current in the main current path, wherein the device (16, 18) Current measurement is coupled to the fuse (14) to use the voltage drop across the fuse (14) for current measurement.

Description

Die Erfindung betrifft einen Akkumulator, mit einer Einrichtung im Hauptstrompfad zur Unterbrechung des Stromflusses im Überlastfall, und mit einer Einrichtung zur Strommessung im Hauptstrompfad.The invention relates to an accumulator, with a device in the main current path for interrupting the flow of current in case of overload, and with a device for measuring current in the main current path.

Die Erfindung betrifft ferner ein Elektrowerkzeug mit einem derartigen Akkumulator.The invention further relates to a power tool with such a rechargeable battery.

Moderne Akkumulatoren besitzen meist eine aufwendige Elektronik zum Schutz der einzelnen Zellen vor Überladen und Unterspannung. Hierzu werden die Spannungen der Einzelzellen bzw. die Gesamtspannung des Akkumulatorpacks überwacht. Dies trifft insbesondere für Akkumulatorsysteme auf Lithium-Ionen-Basis zu. Aufgrund der bekannten Kennlinie der Zellen kann aus der Zellspannung auf den Ladezustand und auf den derzeitigen Stromfluss durch die Zelle geschlossen werden.Modern accumulators usually have elaborate electronics to protect the individual cells from overcharging and undervoltage. For this purpose, the voltages of the individual cells or the total voltage of the accumulator pack are monitored. This is especially true for lithium-ion based storage systems. Due to the known characteristic of the cells, it is possible to deduce the state of charge and the current flow through the cell from the cell voltage.

Eine solche modellbasierte Strombestimmung ist allerdings sehr ungenau, da die Zelleigenschaften deutlich streuen und stark temperatur- und alterungsabhängig sind.However, such a model-based current determination is very inaccurate, since the cell properties are significantly scattered and are highly temperature- and age-dependent.

Aus Sicherheitsgründen besitzen Akkumulatorsysteme häufig eine Sicherung als Kurzschlussschutz im Hauptstrompfad. Diese begrenzt den maximal möglichen Strom. Als Sicherungen sind Schmelzsicherungen oder Halbleiterbauteile bekannt.For safety reasons, accumulator systems often have a fuse as short-circuit protection in the main current path. This limits the maximum possible current. As fuses fuses or semiconductor devices are known.

Beim Betrieb von Elektrowerkzeugen mit derartigen Akkumulatoren muss gewährleistet sein, dass die Sicherung des Akkumulators im normalen Betrieb des Elektrowerkzeugs nicht auslöst. Andererseits soll die maximal mögliche Leistung ausnutzbar sein. Hierzu ist eine genaue Strommessung im Akkumulator erforderlich.When operating power tools with such rechargeable batteries, it must be ensured that the fuse of the rechargeable battery does not trip during normal operation of the power tool. On the other hand, the maximum possible power should be exploitable. For this purpose, an accurate current measurement in the accumulator is required.

Im Stand der Technik wird hierzu ein zusätzlicher Messwiderstand im Hauptstrompfad verwendet.In the prior art, an additional measuring resistor in the main current path is used for this purpose.

So offenbart etwa die US 2011/0228136 A1 einen Akkumulator mit einer Sicherung und einem Messwiderstand, die in einem Strompfad verbunden sind, über die ein Lade- oder Entladestrom fließt, wobei ein Sicherungskontrollschalter vorgesehen ist, um die Sicherung zu überwachen. Ferner weist die Vorrichtung eine Schottky-Diode auf, die mit einem Ende mit dem Messwiderstand verbunden ist und am anderen Ende mit dem Sicherungskontrollschalter. Auf diese Weise wird eine Zerstörung des Messwiderstandes detektiert, wodurch ein Schmelzen der Sicherung bewirkt wird.Thus, for example, reveals US 2011/0228136 A1 an accumulator having a fuse and a sense resistor connected in a current path over which a charge or discharge current flows, wherein a fuse control switch is provided to monitor the fuse. Furthermore, the device has a Schottky diode, which is connected at one end to the measuring resistor and at the other end to the fuse control switch. In this way, a destruction of the measuring resistor is detected, whereby a melting of the fuse is effected.

Auch gemäß der US 2012/0008246 A1 und gemäß der US 2010/0127663 A1 wird jeweils ein Messwiderstand im Hauptstrompfad verwendet, um den Stromfluss zu überwachen.Also according to the US 2012/0008246 A1 and according to the US 2010/0127663 A1 In each case one measuring resistor is used in the main current path to monitor the current flow.

Ein zusätzlicher Messwiderstand weist allerdings den Nachteil auf, dass dieser immer eine zusätzliche Wärmequelle darstellt und der Akkumulator hiermit unnötig belastet wird. Des Weiteren führt der Messwiderstand zu entsprechenden Bauteilekosten und zusätzlichem Verdrahtungsaufwand.However, an additional measuring resistor has the disadvantage that it always represents an additional heat source and the accumulator is hereby unnecessarily burdened. Furthermore, the measuring resistor leads to corresponding component costs and additional wiring effort.

Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, einen Akkumulator anzugeben, bei dem eine Stromüberwachung auf möglichst einfache und kostengünstige Weise durchgeführt wird. Ferner soll ein Elektrowerkzeug mit einem derartigen Akkumulator angegeben werden.The invention is therefore an object of the invention to provide an accumulator, in which a current monitoring is carried out in the simplest and most cost-effective manner. Furthermore, a power tool to be specified with such a battery.

Diese Aufgabe wird bei einem Akkumulator gemäß der eingangs genannten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Einrichtung zur Strommessung mit der Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses gekoppelt ist, um den Spannungsabfall an der Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses zur Strommessung zu verwenden.This object is achieved according to the invention in an accumulator according to the aforementioned type in that the means for measuring current is coupled to the means for interrupting the flow of current to use the voltage drop across the device for interrupting the current flow for current measurement.

Die Aufgabe der Erfindung wird auf diese Weise gelöst.The object of the invention is achieved in this way.

Erfindungsgemäß wird der Spannungsabfall an der ohnehin vorhandenen Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses im Akkumulator verwendet, um daraus den Strom zu bestimmen. Auf diese Weise wird ein zusätzlicher Messwiderstand im Hauptstrompfad überflüssig. Die Schaltung wird vereinfacht und kostengünstiger gestaltet. Auch muss kein zusätzlicher Messwiderstand auf seinen Ausfall überwacht werden.According to the invention, the voltage drop is used on the already existing device for interrupting the flow of current in the accumulator in order to determine the current. In this way, an additional measuring resistor in the main current path becomes superfluous. The circuit is simplified and made cheaper. Also, no additional measuring resistor has to be monitored for its failure.

Bei der Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses kann es sich um eine Schmelzsicherung handeln, deren Spannungsabfall überwacht wird. Hierbei ergibt sich ein besonders einfacher Aufbau.The means for interrupting the flow of current may be a fuse whose voltage drop is monitored. This results in a particularly simple structure.

Alternativ kann die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses auch ein Halbleiterbauteil, insbesondere ein MOSFET umfassen.Alternatively, the device for interrupting the flow of current may also comprise a semiconductor component, in particular a MOSFET.

Dies hat den Vorteil, dass bei Ansprechen des solchermaßen realisierten Überlastschutzes normalerweise kein Austausch notwendig ist, sondern der MOSFET einfach sperrt, ohne dass später ein Bauteil ausgetauscht werden muss. Allerdings ist dies mit höheren Bauteilkosten verbunden.This has the advantage that normally no replacement is necessary in response to the overload protection thus realized, but the MOSFET simply blocks, without later a component must be replaced. However, this is associated with higher component costs.

Hierbei kann die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses zwei gegenläufig in Reihe geschaltete MOSFETs im Hauptstrompfad umfassen. Damit ergibt sich ein besonders zuverlässiger Aufbau. Diese Ausführung ist insbesondere für Akkumulatoren geeignet, die keinen separaten Ladeanschluss aufweisen.In this case, the device for interrupting the flow of current may comprise two counter-series-connected MOSFETs in the main current path. This results in a particularly reliable structure. This version is especially for Accumulators suitable that have no separate charging port.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses einen MOSFET im Hauptstrompfad und einen MOSFET im Ladepfad auf. Eine derartige Ausführung ist insbesondere für Akkumulatoren mit einem gesonderten Ladeanschluss geeignet. Während der MOSFET für den Hauptstrompfad für den vollen Strom ausgelegt sein muss, kann der zweite MOSFET für den Ladepfad für einen entsprechend geringen Strom ausgelegt sein, was allerdings einen erhöhten Verdrahtungsaufwand bedeutet.According to a further embodiment of the invention, the means for interrupting the flow of current to a MOSFET in the main current path and a MOSFET in the charging path. Such a design is particularly suitable for batteries with a separate charging port. While the MOSFET for the main current path must be designed for the full current, the second MOSFET for the charging path can be designed for a correspondingly low current, which means however an increased wiring effort.

In vorteilhafter Weiterbildung der Erfindung stellt die Einrichtung zur Strommessung an einem Ausgang des Akkumulators ein Signal (ENABLE) bereit, das von einem an den Akkumulator angeschlossenen Verbraucher, insbesondere einem Elektrowerkzeug, ausgewertet werden kann, um einen ordnungsgemäßen Zustand des Akkumulators (OK) anzuzeigen, solange eine bestimmter Grenzwert des Stroms nicht überschritten ist, und um bei Erreichen oder Überschreiten des Grenzwertes einen Fehler des Akkumulators anzuzeigen (NOK).In an advantageous development of the invention, the device for measuring the current at an output of the accumulator provides a signal (ENABLE) which can be evaluated by a load connected to the accumulator, in particular a power tool, in order to indicate a correct state of the accumulator (OK), as long as a certain limit value of the current is not exceeded, and to indicate an error of the accumulator when reaching or exceeding the limit value (NOK).

Indem das Signal ENABLE für den Verbraucher bereit gestellt wird, kann gewährleistet werden, dass der Verbraucher, insbesondere das Elektrowerkzeug, gar nicht in Betrieb gesetzt werden kann, wenn eine Auslösung der Sicherung zu befürchten ist.By providing the signal ENABLE to the consumer, it is possible to ensure that the consumer, in particular the power tool, can not be put into operation at all, if a release of the fuse is to be feared.

Soweit eine Schmelzsicherung verwendet wird, wird vorzugsweise als Grenzwert das Produkt aus dem Quadrat des gemessenen Stroms und der Zeit bestimmt.As far as a fuse is used, the product is preferably determined as the limit of the square of the measured current and time.

Bei einer Sicherung ist der begrenzende Faktor, der zur (thermischen) Auslösung führt, das Produkt aus dem Quadrat des Stromes und der Zeit (Heizleistung mal Zeilt: I2t). Indem dieses Produkt bestimmt wird, wird eine präzise Überwachung der Sicherung gewährleistet, um einerseits einen maximal möglichen Strom ausnutzen zu können, andererseits ein vorzeitiges Auslösen der Sicherung sicher zu vermeiden.In a fuse, the limiting factor leading to (thermal) tripping is the product of the square of the current and the time (heating power times the line: I 2 t). By determining this product, a precise monitoring of the fuse is ensured, on the one hand to be able to exploit a maximum possible current, on the other hand to reliably avoid a premature release of the fuse.

Gemäß einer weiter vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist eine Kalibriereinrichtung vorgesehen, um Bauteilstreuungen vor einer erstmaligen Inbetriebnahme zu erfassen.According to a further advantageous embodiment of the invention, a calibration device is provided to detect component scatters prior to initial startup.

Da die einzelnen Bauteile, insbesondere die Akkumulatorzellen und die Bauteile zur Stromüberwachung, eine Bauteilstreuung aufweisen, ist es sinnvoll, eine Kalibrierung vor einer erstmaligen Inbetriebnahme vorzusehen, so dass im späteren Gebrauch eine exakte Strommessung erfolgen kann.Since the individual components, in particular the accumulator cells and the components for current monitoring, have a component distribution, it makes sense to provide a calibration prior to initial startup, so that an exact current measurement can be made in later use.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung umfasst die Einrichtung zur Strommessung einen Mikroprozessor.According to a further embodiment of the invention, the device for measuring current comprises a microprocessor.

Auf diese Weise wird eine einfache und kostengünstige Überwachung des Akkumulators ermöglicht.In this way, a simple and inexpensive monitoring of the accumulator is possible.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung weist der Mikroprozessor einen Eingang für eine Sollspannung auf, die für einen Sollstrom des Akkumulators indikativ ist, wobei der Mikroprozessor einen Vergleicher umfasst, der die Sollspannung mit dem Istwert der dem Mikroprozessor zugeführten Spannung beim Sollstrom des Akkumulators vergleicht, um einen Korrekturwert zu bestimmen.According to a further feature of the invention, the microprocessor has an input for a nominal voltage which is indicative of a nominal current of the accumulator, wherein the microprocessor comprises a comparator which compares the target voltage with the actual value of the voltage supplied to the microprocessor at the nominal current of the accumulator to determine a correction value.

Auf diese Weise wird eine einfache und präzise Kalibrierung ermöglicht.In this way a simple and precise calibration is possible.

Gemäß einem weiteren Merkmal der Erfindung ist die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses mit einem Operationsverstärker gekoppelt, dessen Ausgang mit dem Mikroprozessor gekoppelt ist.According to a further feature of the invention, the means for interrupting the flow of current is coupled to an operational amplifier whose output is coupled to the microprocessor.

Auf diese Weise kann der sehr geringe Spannungsabfall an der Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses ausreichend verstärkt werden, um unmittelbar vom Mikroprozessor ausgewertet werden zu können.In this way, the very small voltage drop across the means for interrupting the flow of current can be sufficiently amplified to be evaluated directly by the microprocessor can.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses so ausgelegt, dass ein kurzzeitiger Betrieb im Überlastbereich ermöglicht ist, im Kurzschlussfall jedoch eine Auslösung erfolgt.According to a further embodiment of the invention, the device for interrupting the flow of current is designed so that a short-term operation in the overload range is possible, however, in the case of a short circuit, tripping takes place.

Auf diese Weise wird der notwendige Kurzschlussschutz gewährleistet, während kurzzeitige Überlastzustände ermöglicht werden, ohne dass eine Auslösung erfolgt.In this way, the necessary short-circuit protection is ensured, while short-term overload conditions are made possible without tripping occurs.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses mit einer Schmelzsicherung derart eingebaut, dass nach einer Auslösung eine Instandsetzung und erneute Kalibrierung möglich bzw. erforderlich ist.According to a further embodiment of the invention, the device for interrupting the flow of current is installed with a fuse such that after tripping a repair and recalibration is possible or required.

Soweit die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses als Schmelzsicherung ausgebildet ist, ist es nicht sinnvoll, diese in einer Wechselfassung austauschbar einzubauen, da hierdurch zu große Streuungen im Serienwiderstand der Sicherung auftreten können, die sich zudem im Betrieb verändern können. Nach einer Auslösung der Sicherung erfolgt somit eine Instandsetzung und erneute Kalibrierung, um auch im weiteren Betrieb eine präzise Überwachung des Stromwertes zu gewährleisten.As far as the device for interrupting the flow of current is designed as a fuse, it does not make sense to install them interchangeable in an exchangeable, since this can lead to large variations in the series resistance of the fuse, which can also change during operation. After the fuse has tripped, it is repaired and recalibrated to ensure precise monitoring of the current value during further operation.

Ein Elektrowerkzeug, das mit einem derartigen Akkumulator betrieben wird, weist vorzugsweise eine Steuerung auf, die ein Einschalten des Elektrowerkzeugs nur dann erlaubt, wenn das Signal ENABLE OK ist. A power tool operated with such a rechargeable battery preferably has a control which allows the power tool to be switched on only when the signal ENABLE is OK.

Auf diese Weise wird gewährleistet, dass das Elektrowerkzeug nur dann eingeschaltet werden kann, wenn der Stromfluss durch den Akkumulator keine unzulässigen Werte einnimmt.In this way it is ensured that the power tool can only be switched on when the current flow through the accumulator does not assume any impermissible values.

Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale der Erfindung nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.It is understood that the features of the invention mentioned above and those yet to be explained below can be used not only in the particular combination indicated, but also in other combinations or in isolation, without departing from the scope of the invention.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:Further features and advantages of the invention will become apparent from the following description of a preferred embodiment with reference to the drawings. Show it:

1 eine erste Schaltung eines erfindungsgemäßen Akkumulators mit einem zugeordneten Verbraucher in Form eines Elektrowerkzeugs, der vom Akkumulator gespeist wird; 1 a first circuit of an accumulator according to the invention with an associated consumer in the form of a power tool, which is powered by the accumulator;

2 einen Akkumulator gemäß 1 mit einer angekoppelten Kalibriereinrichtung; 2 an accumulator according to 1 with a coupled calibration device;

3 eine zweite Schaltung eines erfindungsgemäßen Akkumulators, bei dem die Einrichtung zur Unterbrechung des Stromflusses im Überlastfall durch gegenläufig in Reihe geschaltete MOSFETs ausgebildet ist und 3 a second circuit of an accumulator according to the invention, wherein the means for interrupting the flow of current in case of overload is formed by counter-series-connected MOSFETs and

4 eine Abwandlung der Ausführung gemäß 3 mit einem MOSFET im Hauptstrompfad und einem MOSFET in einem Ladestromkreis. 4 a modification of the embodiment according to 3 with a MOSFET in the main current path and a MOSFET in a charging circuit.

In 1 ist ein erfindungsgemäßer Akkumulator insgesamt mit der Ziffer 10 bezeichnet.In 1 is an inventive accumulator in total with the numeral 10 designated.

Der Akkumulator 10 weist eine Folge von in Serie geschalteten Akkumulatorzellen 12 auf. Im Hauptstrompfad des Pluspols liegt eine Schmelzsicherung 14. Die Ausgänge des Akkumulators 10 zur Spannungsversorgung sind mit 24 (Pluspol) und 26 (Minuspol) bezeichnet. Der Strom des Akkumulators 10 wird durch einen Mikroprozessor 18 gemessen und überwacht. Hierzu wird die an der Schmelzsicherung 14 abfallende Spannung abgegriffen und von einem Operationsverstärker 16 verstärkt und einem Eingang 20 des Mikroprozessors 18 zugeführt. Die Spannung des Akkumulators 10 wird ferner über einen Spannungsmesser 28 erfasst, dessen Ausgang mit einem weiteren Eingang 22 des Mikroprozessors 18 gekoppelt ist.The accumulator 10 has a series of battery cells connected in series 12 on. In the main current path of the positive pole is a fuse 14 , The outputs of the accumulator 10 for power supply are with 24 (Plus pole) and 26 (Negative pole). The current of the accumulator 10 is through a microprocessor 18 measured and monitored. For this purpose, the at the fuse 14 falling voltage tapped and from an operational amplifier 16 reinforced and an entrance 20 of the microprocessor 18 fed. The voltage of the accumulator 10 is also via a voltmeter 28 whose output is connected to another input 22 of the microprocessor 18 is coupled.

Der Mikroprozessor 18 ist ferner mit dem Pluspol 24 und dem Minuspol 26 zwecks Spannungsversorgung gekoppelt.The microprocessor 18 is also with the positive pole 24 and the negative pole 26 coupled for voltage.

Ist ein Verbraucher 40 an die Ausgänge 24, 26 des Akkumulators 10 angeschlossen, wie in 1 mit den beiden Eingängen 46, 48 angedeutet ist, so bewirkt der Akkumulator 10 einen Stromfluss durch den Verbraucher 40. Liefert der Akkumulator 10 einen Strom, so fällt an der Schmelzsicherung 14 eine Spannung ab, die vom Operationsverstärker 16 verstärkt wird und dem Mikroprozessor 18 zugeführt ist.Is a consumer 40 to the outputs 24 . 26 of the accumulator 10 connected, as in 1 with the two entrances 46 . 48 is indicated, the accumulator causes 10 a current flow through the consumer 40 , Supplies the accumulator 10 a current, so falls at the fuse 14 a voltage from the operational amplifier 16 is amplified and the microprocessor 18 is supplied.

Der Mikroprozessor 18 berechnet hieraus den Strom I und das Produkt aus dem Quadrat des Stroms I mit der Zeit t (I2t). Dies ist der begrenzende Faktor für die Auslösung der Schmelzsicherung 14.The microprocessor 18 calculates from this the current I and the product of the square of the current I with the time t (I 2 t). This is the limiting factor for the release of the fuse 14 ,

Solange das Produkt I2t unterhalb eines vorbestimmten Grenzwertes liegt, ist keine Auslösung der Schmelzsicherung zu befürchten, und der Mikroprozessor liefert an den Ausgang 30 des Akkumulators 10 ein Signal ENABLE, das OK ist. Überschreitet das Produkt I2t den vorbestimmten Grenzwert, so liefert der Mikroprozessor 18 am Ausgang 30 als Signal ENABLE NOK (Fehler).As long as the product I 2 t is below a predetermined limit value, no release of the fuse is to be feared, and the microprocessor supplies to the output 30 of the accumulator 10 a signal ENABLE that is OK. If the product I 2 t exceeds the predetermined limit, the microprocessor delivers 18 at the exit 30 as signal ENABLE NOK (error).

Das Signal ENABLE am Ausgang 30 ist mit einem Eingang 50 des Verbrauchers 40 in Form eines Elektrowerkzeugs gekoppelt. Der Verbraucher 40 weist einen Mikroprozessor 44 zur Steuerung eines Motors 42 auf. Das Signal ENABLE ist dem Mikroprozessor 44 des Verbrauchers 40 zugeführt. Der Mikroprozessor 44 ist derart programmiert, dass der Motor 42 nur dann in Betrieb gesetzt werden kann, wenn das Signal ENABLE OK ist. Ist das Signal NOK, so zeigt dies einen Überlastzustand an, so dass sich der Motor 42 nicht in Betrieb setzen lässt.The signal ENABLE at the output 30 is with an entrance 50 of the consumer 40 coupled in the form of a power tool. The consumer 40 has a microprocessor 44 for controlling an engine 42 on. The ENABLE signal is for the microprocessor 44 of the consumer 40 fed. The microprocessor 44 is programmed so that the engine 42 can only be put into operation if the ENABLE signal is OK. If the signal NOK, this indicates an overload condition, so that the engine 42 can not be put into operation.

Die Schmelzsicherung 14 ist als träge Sicherung ausgelegt und derart dimensioniert, dass sie einen gewissen Überlastzustand für eine bestimmte Zeit zulässt, bevor die Schmelzsicherung 14 auslöst. Das vom Mikroprozessor 18 gemessene Produkt I2t ist derart bemessen, dass der Akkumulator 10 bis zum Erreichen des Maximalstroms betrieben werden kann, ohne dass eine Auslösung der Schmelzsicherung 14 zu befürchten ist.The fuse 14 is designed as a slow-acting fuse and dimensioned so that it allows a certain overload condition for a certain time before the fuse 14 triggers. That from the microprocessor 18 measured product I 2 t is such that the accumulator 10 can be operated until reaching the maximum current, without triggering the fuse 14 is to be feared.

Anhand von 2 wird nachfolgend kurz eine Kalibriereinrichtung 60 erläutert, die verwendet werden kann, um eine Kalibrierung vor einer erstmaligen Inbetriebnahme durchzuführen. Die Kalibriereinrichtung 60 umfasst einen Mikroprozessor 72, mittels dessen ein Lastwiderstand 62 derart gesteuert werden kann, dass bei Anlegen des Lastwiderstands 62 über die beiden Eingänge 66, 68 an die Spannungsausgänge 24, 26 des Akkumulators 10 ein vorbestimmter Strom von z. B. 1 A fließt.Based on 2 will be briefly a calibration 60 which can be used to perform a calibration prior to initial start-up. The calibration device 60 includes a microprocessor 72 , by means of which a load resistance 62 can be controlled so that when applying the load resistance 62 over the two entrances 66 . 68 to the voltage outputs 24 . 26 of the accumulator 10 a predetermined current of z. B. 1 A flows.

Hierzu wird die Kalibriereinrichtung 60 mit zwei Spannungseingängen 66, 68 an die Spannungsausgänge 24, 26 des Akkumulators 10 angekoppelt. Ferner wird der Ausgang 30 ENABLE mit einem entsprechenden Eingang 70 eines Mikroprozessors 72. Der Mikroprozessor 72 stellt ferner eine Sollspannung an einem Ausgang 64 bereit, die über einen Eingang 32 des Akkumulators 10 einem Eingang des Mikroprozessors 18 des Akkumulators 10 zugeführt wird. For this purpose, the calibration device 60 with two voltage inputs 66 . 68 to the voltage outputs 24 . 26 of the accumulator 10 coupled. Further, the output becomes 30 ENABLE with a corresponding input 70 a microprocessor 72 , The microprocessor 72 also provides a setpoint voltage at an output 64 ready, over an entrance 32 of the accumulator 10 an input of the microprocessor 18 of the accumulator 10 is supplied.

Der Mikroprozessor 72 steuert den Lastwiderstand 72 derart, dass sich ein bestimmter Sollstrom von z. B. 1 A einstellt. Gleichzeitig liefert der Mikroprozessor 72 eine Sollspannung an den Eingang 32 des Mikroprozessors 18, die einem derartigen Stromfluss entspricht. Beträgt beispielsweise der nominale Widerstand der Schmelzsicherung im kalten Zustand 1 Milliohm und verstärkt der Operationsverstärker nominal 1000-fach, so ist die Sollspannung 1 Volt. Der Wert für die Sollspannung 32 wird mit dem Istwert am Eingang 20 des Mikroprozessors 18 verglichen, was zu einem Korrekturwert führt, der im Mikroprozessor gespeichert wird.The microprocessor 72 controls the load resistance 72 such that a certain nominal current of z. B. 1 A adjusts. At the same time the microprocessor delivers 72 a nominal voltage to the input 32 of the microprocessor 18 that corresponds to such a current flow. If, for example, the nominal resistance of the fuse in the cold state is 1 milliohm and the operational amplifier amplifies nominally 1000 times, then the nominal voltage is 1 volt. The value for the nominal voltage 32 is with the actual value at the entrance 20 of the microprocessor 18 which results in a correction value stored in the microprocessor.

Eine derartige Kalibrierung wird einmalig vor Inbetriebnahme des Akkumulators 10 durchgeführt.Such a calibration becomes unique before the battery is started up 10 carried out.

Die Schmelzsicherung 14 ist im Akkumulator 10 fest auf einer gedruckten Schaltung verbaut, um eine sichere Verbindung mit der Schaltung zu gewährleisten, so dass sich der Innenwiderstand der Schmelzsicherung 14, der typischerweise im kalten Zustand bei ungefähr 1 Milliohm liegt, nicht verändert. An der Sicherung 14 fallen typischerweise etwa 70 Millivolt im Nominalbetrieb an.The fuse 14 is in the accumulator 10 Firmly mounted on a printed circuit to ensure a secure connection with the circuit, so that the internal resistance of the fuse 14 which is typically about 1 milliohm when cold, does not change. At the fuse 14 typically accumulate about 70 millivolts in nominal mode.

In 3 ist eine gegenüber der Ausführung gemäß 1 abgewandelte Ausführung eines erfindungsgemäßen Akkumulators dargestellt und insgesamt mit 10a bezeichnet.In 3 is a respect to the execution according to 1 modified version of an accumulator according to the invention shown and in total with 10a designated.

Der Akkumulator ist hierbei mit drei Anschlüssen versehen, einem Anschluss 24 für den Pluspol, einem Anschluss 26 für den Minuspol und einem Anschluss 30 für den Eingang ENABLE gemäß 1. Im Hauptstrompfad des Minuspols liegen zwei gegenläufig in Reihe geschaltete MOSFETs 80, 82, deren Gates G jeweils von Anschlüssen 81, 83 des Mikroprozessors 18 angesteuert werden.The accumulator is hereby provided with three connections, one connection 24 for the positive pole, a connection 26 for the negative pole and a connection 30 for the input ENABLE according to 1 , In the main current path of the negative pole are two counter-current in series MOSFETs 80 . 82 whose gates G are each of terminals 81 . 83 of the microprocessor 18 be controlled.

Kommerziell erhältliche MOSFETs weisen zusätzlich zwischen Source S und Drain D eine Diode auf, die hier zusätzlich eingezeichnet ist. Die Diode sperrt in Durchlassrichtung des MOSFETs, leitet jedoch in der Gegenrichtung, sobald die Schwellspannung überschritten wird. In Vorwärtsrichtung bei aufgesteuertem Gate fällt an einem MOSFET die Spannung Rds (in Abhängigkeit vom Strom) ab, die hier im Prinzip überwacht wird.Commercially available MOSFETs additionally have a diode between source S and drain D, which is additionally shown here. The diode blocks in the forward direction of the MOSFET, but conducts in the opposite direction as soon as the threshold voltage is exceeded. In the forward direction with the gate turned on, the voltage Rds (depending on the current) drops across a MOSFET, which in principle is monitored here.

Der gesamte Spannungsabfall über die MOSFETs 80, 82 ist den beiden Eingängen 85, 86 eines Operationsverstärkers 84 zugeführt, um die in Folge des Innenwiderstandes abfallende Spannung als Messspannung zu verstärken.The total voltage drop across the MOSFETs 80 . 82 is the two entrances 85 . 86 an operational amplifier 84 supplied to amplify the voltage dropped as a result of the internal resistance voltage as a measurement voltage.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 84 ist einem Anschluss 87 des Mikroprozessors 18 zugeführt. Wenn die Spannung am Anschluss 87 des Mikroprozessors 18 einen vorbestimmten Wert überschreitet, wird am Ausgang 30 das Signal NOK ausgegeben und die bislang eingeschalteten MOSFETs 80, 82 werden gesperrt.The output of the operational amplifier 84 is a connection 87 of the microprocessor 18 fed. When the voltage at the connection 87 of the microprocessor 18 exceeds a predetermined value, is at the output 30 the signal NOK output and the previously switched MOSFETs 80 . 82 will be closed.

In 4 ist eine weitere Abwandlung des Akkumulators gegenüber der Ausführung gemäß 3 dargestellt uns insgesamt mit 10b bezeichnet. Hierbei weist der Akkumulator 10b zusätzlich zu den Anschlüssen gemäß Fig. 10a einen vierten Anschluss 88 auf, der nur zum Laden dient (Ladeanschluss), während der Anschluss 26 ausschließlich zum Entladen vorgesehen ist. Im Hauptstrompfad liegt hierbei in Abwandlung zu der Ausführung gemäß 3 nur ein MOSFET 82, dessen Spannungsabfall Rds mittels eines Operationsverstärkers 90 überwacht wird, der an seinen beiden Eingängen 95, 96 mit dem MOSFET 82 gekoppelt ist, um die Spannung Rds im Lastfall bzw. Überlastfall abzugreifen und zu überwachen. Der Ausgang des MOSFET 90 ist mit dem Eingang 87 des Mikroprozessors 18 gekoppelt. Ein MOSFET 80 liegt zwischen dem Ladeanschluss 88 und dem Eingang des MOSFET 82, der an seinem Ausgang mit den Akkumulatorzellen 12 gekoppelt ist.In 4 is a further modification of the accumulator over the embodiment according to 3 represented us in total with 10b designated. Here, the accumulator 10b in addition to the connections according to FIG. 10a a fourth connection 88 on, which only serves for charging (charging connection), while the connection 26 is intended exclusively for unloading. In the main current path is here in a modification to the execution according to 3 only a MOSFET 82 , whose voltage drop Rds by means of an operational amplifier 90 is monitored, at its two entrances 95 . 96 with the mosfet 82 is coupled to tap and monitor the voltage Rds in case of load or overload. The output of the MOSFET 90 is with the entrance 87 of the microprocessor 18 coupled. A MOSFET 80 lies between the charging port 88 and the input of the MOSFET 82 at its output with the accumulator cells 12 is coupled.

Die am MOSFET 80 beim Ladevorgang abfallende Spannung kann (optional) zusätzlich durch einen zweiten Operationsverstärker 92 überwacht werden, der mit seinen beiden Eingängen 94, 95 einerseits mit dem Ladeanschluss 88 und andererseits mit der Versorgungsspannung bei 97 gekoppelt ist. Der Ausgang des zweiten Operationsverstärkers 92 ist mit einem weiteren Eingang 93 des Mikroprozessors 18 gekoppelt. Überschreitet die an einem der beiden MOSFETs 80, 82 abfallende Spannung Rds einen vorgegebenen Wert so sperrt der Mikroprozessor 18 den betreffenden MOSFET 80 bzw. 82 und gibt am Ausgang 30 das Signal NOK aus.The MOSFET 80 voltage dropping during charging can (optionally) additionally by a second operational amplifier 92 be monitored, with its two inputs 94 . 95 on the one hand with the charging port 88 and on the other hand with the supply voltage 97 is coupled. The output of the second operational amplifier 92 is with another entrance 93 of the microprocessor 18 coupled. Exceeds the on one of the two MOSFETs 80 . 82 decreasing voltage Rds a predetermined value so the microprocessor locks 18 the relevant MOSFET 80 respectively. 82 and gives at the exit 30 the signal NOK off.

Die Überwachung mittels des zweiten Operationsverstärkers 92 für den MOSFET 80 im Ladekreis ist optional, wie durch die gestrichelte Ausführung gezeigt ist.The monitoring by means of the second operational amplifier 92 for the MOSFET 80 in the charging circuit is optional, as shown by the dashed design.

Während bei der Schaltung gemäß 3 beide MOSFETs 80, 82 für den Maximalstrom ausgelegt sein müssen, ist bei der Ausführung gemäß 4 nur der MOSFET 82 für den maximalen Strom auszulegen, während der andere MOSFET 80 nur für den geringeren Ladestrom ausgelegt sein muss, was gegenüber der Ausführung gemäß 3 eine Kosten- und Gewichtsersparnis bedeutet. Andererseits ergibt sich eine erhöhte Komplexität und ein erhöhter Verdrahtungsaufwand.While in the circuit according to 3 both MOSFETs 80 . 82 must be designed for the maximum current is in the execution according to 4 only the mosfet 82 for the maximum current, while the other MOSFET 80 only for the lower charging current must be designed, which compared to the design according to 3 a cost and weight saving means. On the other hand, there is an increased complexity and increased wiring costs.

Beide Schaltungen gemäß 3 und 4 werden sinnvollerweise vor erstmaliger Inbetriebnahme kalibriert, um Bauteilschwankungen auszugleichen, ähnlich wie zuvor anhand von 2 beschrieben. Im Prinzip wird hierbei ein bekannter Entladestrom über den Akkumulator 10b erzeugt und die abfallende Spannung am Eingang 87 erfasst (Entladung). Der betreffende Spannungswert wird in einer Wertetabelle gespeichert. In entsprechender Weise kann mit dem Ladestrom über den Ladeanschluss 88 verfahren werden und der Spannungswert am Eingang 93 erfasst und in einer Wertetabelle gespeichert werden.Both circuits according to 3 and 4 are usefully calibrated before first use, to compensate for component variations, similar to previously based on 2 described. In principle, this is a known discharge current through the accumulator 10b generated and the falling voltage at the entrance 87 recorded (discharge). The relevant voltage value is stored in a value table. In the same way can with the charging current through the charging port 88 be moved and the voltage value at the input 93 captured and stored in a lookup table.

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Claims (15)

Akkumulator, mit einer Einrichtung (14) im Hauptstrompfad zur Unterbrechung des Stromflusses im Überlastfall, und mit einer Einrichtung (16, 18) zur Strommessung im Hauptstrompfad, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (16, 18) zur Strommessung mit der Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses gekoppelt ist, um den Spannungsabfall an der Einrichtung (14) zur Stromunterbrechung zur Strommessung zu verwenden.Accumulator, with a device ( 14 ) in the main current path to interrupt the flow of current in the event of an overload, and with a device ( 16 . 18 ) for current measurement in the main current path, characterized in that the device ( 16 . 18 ) for current measurement with the device ( 14 ) to interrupt the flow of current to the voltage drop across the device ( 14 ) to use for power interruption for current measurement. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses als Schmelzsicherung ausgebildet ist.Accumulator according to Claim 1, characterized in that the device ( 14 ) is designed to interrupt the flow of current as a fuse. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses ein Halbleiterbauteil (80, 82) umfasst.Accumulator according to claim 1, characterized in that the device ( 14 ) for interrupting the flow of current, a semiconductor device ( 80 . 82 ). Akkumulator nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses ein MOSFET (80, 82) umfasst.Accumulator according to claim 3, characterized in that the device ( 14 ) to interrupt the flow of current a MOSFET ( 80 . 82 ). Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses zwei gegenläufig in Reihe geschaltete MOSFETs (80, 82) im Hauptstrompfad umfasst.Accumulator according to Claim 4, characterized in that the device ( 14 ) for interrupting the flow of current two counter-series-connected MOSFETs ( 80 . 82 ) in the main current path. Akkumulator nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses einen MOSFET (82) im Hauptstrompfad und einen MOSFET (80) im Ladepfad umfasst.Accumulator according to Claim 4, characterized in that the device ( 14 ) to interrupt the flow of current a MOSFET ( 82 ) in the main current path and a MOSFET ( 80 ) in the charging path. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Strommessung (16, 18) ein Signal (ENABLE) an einem Ausgang (30) des Akkumulators (10) bereitstellt, das von einem an den Akkumulator (10) angeschlossenen Verbraucher (40), insbesondere einem Elektrowerkzeug, ausgewertet werden kann, um einen ordnungsgemäßen Zustand des Akkumulators (OK) anzuzeigen, soweit ein vorgegebener Grenzwert nicht überschritten wird, und um bei Erreichen oder Überschreiten des Grenzwertes einen Fehler des Akkumulators anzuzeigen (NOK).Accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the device for current measurement ( 16 . 18 ) a signal (ENABLE) at an output ( 30 ) of the accumulator ( 10 ) from one to the accumulator ( 10 ) connected consumers ( 40 ), in particular a power tool, can be evaluated to indicate a proper state of the accumulator (OK), as long as a predetermined limit is not exceeded, and to indicate an error of the accumulator when the limit value is reached or exceeded (NOK). Akkumulator nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Strommessung (16, 18) als Grenzwert das Produkt aus dem Quadrat des gemessenen Stroms und der Zeit (I2t) bestimmt.Accumulator according to Claim 7, characterized in that the device for measuring current ( 16 . 18 ) determines as limit the product of the square of the measured current and the time (I 2 t). Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Kalibriereinrichtung (60) vorgesehen ist, um Bauteilstreuungen vor einer erstmaligen Inbetriebnahme zu erfassen.Accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that a calibration device ( 60 ) is provided to detect component scatters prior to initial startup. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Strommessung einen Mikroprozessor (18) umfasst.Accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the device for measuring current is a microprocessor ( 18 ). Akkumulator nach Anspruch 9 und 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Mikroprozessor (18) einen Eingang (32) für eine Sollspannung, die für einen Sollstrom des Akkumulators (10) indikativ ist, aufweist, und dass der Mikroprozessor (18) einen Vergleicher aufweist, der den Istwert der dem Mikroprozessor (18) beim Sollstrom des Akkumulators zugeführten Spannung mit der Sollspannung vergleicht, um einen Korrekturwert zu bestimmen.Accumulator according to Claims 9 and 10, characterized in that the microprocessor ( 18 ) an entrance ( 32 ) for a nominal voltage which is suitable for a nominal current of the accumulator ( 10 ) indicative, and that the microprocessor ( 18 ) has a comparator, the actual value of the microprocessor ( 18 ) compares the voltage supplied to the setpoint current of the accumulator with the setpoint voltage to determine a correction value. Akkumulator nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses mit einem Operationsverstärker (16; 84; 90, 92) gekoppelt ist, dessen Ausgang mit dem Mikroprozessor (18) gekoppelt ist.Accumulator according to Claim 7 or 8, characterized in that the device ( 14 ) for interrupting the flow of current with an operational amplifier ( 16 ; 84 ; 90 . 92 ) whose output is connected to the microprocessor ( 18 ) is coupled. Akkumulator nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (14) zur Unterbrechung des Stromflusses so ausgelegt ist, dass ein kurzzeitiger Betrieb im Überlastbereich ermöglicht ist, im Kurzschlussfall jedoch eine Auslösung erfolgt.Accumulator according to one of the preceding claims, characterized in that the device ( 14 ) is designed to interrupt the flow of current so that a short-term operation in the overload range is possible, however, in the case of a short circuit, tripping takes place. Elektrowerkzeug mit einem Akkumulator gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12.Power tool with an accumulator according to one of claims 1 to 12. Elektrowerkzeug mit einem Akkumulator gemäß einem der Ansprüche 7 bis 13, mit einer Steuerung (44), die ein Einschalten eines Motors (42) des Elektrowerkzeugs (40) nur dann erlaubt, wenn das Signal ENABLE OK ist.Power tool with an accumulator according to one of claims 7 to 13, with a control ( 44 ), which involves switching on an engine ( 42 ) of the power tool ( 40 ) only allowed if the ENABLE signal is OK.
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