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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelleneinheit gemäß dem ersten unabhängigen Anspruch sowie ein Batteriemodul gemäß dem zweiten unabhängigen Anspruch.
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Stand der Technik
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Batteriezelleneinheiten mit zumindest einem Gehäuse in dem zumindest eine Batteriezelle angeordnet ist, sind aus dem Stand der Technik bekannt. In der
CN 203193340 U ist eine Batteriezelleneinheit offenbart, wobei an dem Batteriezellengehäuse zahlreiche Funktionselemente angeordnet sind, die mit einem Steuergerät verbunden sind. Die Batteriezelleneinheit verfügt über einen USB-Anschluss, über welchen die Batteriezelleneinheit ge- und entladen werden kann. Die Batteriezelleneinheit ist dabei mit einem Gehäuse ausgebildet, an welchem zahlreiche Funktionen, wie z. B. Lautsprecher und Leuchtvorrichtungen, angeordnet sind. Bei derartigen Batteriezelleneinheiten sind die Anwendungsgebiete auf die Funktionen der von der Batteriezelleneinheit gegebenen Funktionen beschränkt. Es handelt sich hierbei um spezifische Lösungen, die für einen vorbestimmten Anwendungszweck ausgebildet sind und über diesen hinaus keine weiteren Anwendungen ermöglichen.
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Offenbarung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelleneinheit mit zumindest einem Gehäuse in dem zumindest eine Batteriezelle angeordnet ist, wobei das Gehäuse zumindest eine Aufnahme aufweist, in dem ein erstes Anschlusselement zum Anschließen der Batteriezellen an ein externes Gerät angeordnet ist, vorgeschlagen. Die Batteriezelleneinheit weist eine Steuerelektronik sowie zumindest ein zweites Anschlusselement auf, welches beabstandet zu dem ersten Anschlusselement in der Aufnahme angeordnet ist und elektrisch leitend mit der Batteriezelle verbunden ist, sodass über das zweite Anschlusselement elektrische Energie und/oder Daten übertragbar sind. Hierdurch ist es möglich, dass die Batteriezelleneinheit Geräte oder Apparate mit unterschiedlichen Spannungen und Strömen versorgen kann. Ferner kann anhand der erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit ein variabler Batteriesystemverbund hergestellt werden für die unterschiedlichsten Anwendungen. Damit ist die Batteriezelleneinheit insgesamt sehr flexibel einsetzbar.
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Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit beschrieben worden sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Batteriemodul und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der in den unabhängigen Ansprüchen angegebenen Batteriezelleneinheit und dem Batteriemodul möglich.
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Die erfindungsgemäße Batteriezelleneinheit weist zumindest eine Batteriezelle auf, welche in dem Gehäuse angeordnet ist und zur Energieversorgung eines externen Geräts einsetzbar ist. Das die Batteriezelle umgebende Gehäuse weist eine Aufnahme auf, in der ein erstes Anschlusselement angeordnet ist, worüber ein externes Gerät mit der Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Ein externes Gerät kann dabei jedes elektrische Gerät darstellen, welches mit einer Batterie betrieben werden kann. Bspw. kann es sich hierbei um tragbare Kommunikationsgeräte, wie tragbare Telefone/Smartphones, tragbare Computer sowie Elektrogeräte für Haus- und Bauarbeiten (Staubsauger, Akkubohrer, Akkuschrauber) als auch Geräte für den Freizeitbereich, wie z. B. Kühltaschen, mobile Spannungsversorgung oder Beleuchtungsvorrichtungen handeln. Die Aufzählung ist nur ein Auszug der möglichen Anwendungsgebiete und ist auf diese nicht beschränkt, da es sich um keine abschließende Aufzählung der möglichen Anwendungsgebiete handelt. Zusätzlich zu dem ersten Anschlusselement weist die Batteriezelleneinheit an dem Gehäuse zumindest ein zweites Anschlusselement auf, welches beabstandet zu dem ersten Anschlusselement in der Aufnahme angeordnet ist. Auch das zweite Anschlusselement ist elektrisch leitend mit der Batteriezelle verbunden, sodass auch über das zweite Anschlusselement elektrisch Energie und/oder Daten übertragen werden können. Es ist denkbar, dass eine Übertragung der Energie und/oder Daten unabhängig voneinander über das erste oder das zweite Anschlusselement übertragen werden können oder gleichzeitig über beide Anschlusselemente elektrische Energie und/oder Daten übertragen werden. Darüber hinaus ist es denkbar, dass über ein Anschlusselement Daten und über das entsprechend andere Anschlusselement elektrische Energie übertragen werden. Der Anschluss der Batteriezelleneinheit an ein externes Gerät kann dabei unmittelbar durch die Aufnahme der Batteriezelleneinheit in dem oder an dem externen Gerät vorgenommen werden. Eine weitere Anschlussmöglichkeit kann über eine Kabelverbindung zwischen dem ersten oder dem zweiten Anschlusselement und dem externen Gerät ermöglicht werden. Ein direkter Anschluss an ein externes Gerät ermöglicht somit bspw. einen portablen Einsatz der Batteriezelleneinheit in einem tragbaren Gerät, wobei durch kompakte Bauweise, die Batteriezelleneinheit in oder an dem externen tragbaren Gerät angeordnet werden kann. Über ein Verbindungselement, z. B. in Form eines Kabels, kann die Batteriezelleneinheit beabstandet zu dem externen Gerät angeordnet werden, sodass das externe Gerät und die Batteriezelleneinheit an unterschiedlichen Orten positioniert werden können. Die Aufnahme an dem Gehäuse der Batteriezelleneinheit ist dabei derart ausgebildet, dass gleichzeitig das erste Anschlusselement und das zweite Anschlusselement verwendet werden können. Dementsprechend können bei einem vorzugsweise komplementär zu der Aufnahme ausgebildeten Anschluss/Stecker des externen Geräts beide Anschlusselemente mechanisch mit dem Verbindungselement des externen Geräts verbunden werden. Die Steuerelektronik der Batteriezelleneinheit ist derart ausgeführt, dass über die Steuerelektronik die zumindest zwei Anschlusselemente gesteuert und/oder geregelt werden können. Darunter kann im Sinne der Erfindung verstanden werden, dass zumindest das Aktivieren und das Deaktivieren der zumindest zwei Anschlusselemente über das Steuergerät ermöglicht ist. Folglich kann die Steuerelektronik die Übertragung von elektrischer Energie und/oder Daten lediglich über das erste oder lediglich über das zweite Anschlusselement erlauben. Die beiden Anschlusselemente sind vorzugsweise geometrisch unterschiedlich ausgebildet, sodass voneinander verschiedene Gegenanschlüsse/Stecker eines externen Geräts an die Batteriezelleneinheit angeschlossen werden können. So ist es denkbar, dass zumindest ein Anschlusselement als ein Stecker/Steckeraufnahme und ein weiteres Anschlusselement als Kontaktbahn/Leiterbahn oder Kontaktpin ausgebildet ist.
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Eine erfindungsgemäße Batteriezelleneinheit ermöglicht somit eine Vielzahl von Anwendungen für unterschiedliche elektrisch betriebene Geräte, was dazu führt, dass die Batteriezelleneinheit ein breites Anwendungsspektrum darstellt und lediglich durch die Funktionen des angeschlossenen externen Geräts beschränkt ist, nicht aber durch die Batteriezelleneinheit selber.
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Vorteilhaft kann die Steuerelektronik derart ausgebildet sein, dass zumindest die Spannung, der Strom und/oder die Frequenz der elektrischen Energie von der Batteriezelle veränderbar ist. Die Steuerelektronik kann somit geringe oder hohe Ströme bzw. Spannungen und/oder Frequenzen der Batteriezelleneinheit regeln, sodass die Batteriezelleneinheit Anwendungen in Geräten mit unterschiedlichen elektrischen energetischen Anforderungen einsetzbar ist. Dies ist insbesondere dann erforderlich, wenn eine Wechselspannung oder eine veränderte Spannungs- oder Frequenzlage generiert werden soll. Dieses kann von Vorteil für die Anknüpfung an externe Geräte sein, da eine Batterie typischerweise Gleichstrom liefert und externe Geräte möglicherweise mit Wechselstrom betrieben werden. Darüber hinaus ist die Steuerelektronik derart ausgebildet, dass die Batteriezelleneinheit jeweils Energie und/oder Daten senden und empfangen kann, wodurch eine bidirektionale Übertragung ermöglicht ist. Folglich kann die Batteriezelleneinheit nicht nur geladen, sondern auch entladen werden bzw. können Daten von der Batteriezelleneinheit an ein externes Gerät gesendet oder von einem externen Gerät an die Batteriezelleneinheit gesendet werden. Die Steuerelektronik kann derart ausgebildet sein, dass die Spannung, der Strom und/oder die Frequenz der elektrischen Energie an den Anschlusselementen sich voneinander unterscheiden. Ein Anschlusselement kann dementsprechend bspw. eine geringere Spannung und/oder geringeren Strom aufweisen als das zumindest zweite Anschlusselement. Somit wird ermöglicht, dass über die Anschlusselemente verschiedene externe Geräte angeschlossen werden können, welche bspw. über das eine Anschlusselement mit einer geringeren Spannung/elektrischen Leistung oder entsprechend über das zweite Anschlusselement mit einer höheren Spannung/elektrischen Leistung versorgt werden. Aufgrund dessen steigt die Einsatzfähigkeit der Batteriezelleneinheit, sodass dieselbe Batteriezelleneinheit mit unterschiedlichen externen Geräten, welche unterschiedliche energetische Anforderungen aufweisen, verbunden werden kann.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass an der Aufnahme und/oder an dem ersten oder an dem zumindest zweiten Anschlusselement zumindest ein Erkennungselement angeordnet ist, dass in Signalverbindung mit der Steuerelektronik und der Batteriezelle steht. Ein Erkennungselement detektiert und/oder sensiert den Anschluss eines externen Geräts an dem ersten und/oder dem zweiten Anschlusselement und kann dementsprechend auch das jeweils ungenutzte bzw. nicht verwendete Anschlusselement stromlos schalten, sodass eine Fehlfunktion der Batteriezelleneinheit und die Gefahr eines Kurzschlusses verringert wird. Darüber hinaus ermöglichen die Steuerelektronik und das Erkennungselement, dass im Bedarfsfall immer nur ein Anschlusselement für die Übertragung von Energie und/oder Daten verwendet werden kann. Dadurch kann eine Doppelbelegung der Anschlüsse vermieden werden, sodass bei unterschiedlich hohen Strömen, Spannungen oder Frequenzen der Anschlusselemente, das externe Gerät nicht beschädigt wird. Das Erkennungselement kann bspw. als ein Schalter, ein Taster und/oder ein Sensor ausgebildet sein. Das Erkennungselement erkennt beim Anschließen des externen Geräts an das jeweilige Anschlusselement die jeweilige Belegung der Anschlusselemente, sodass die Steuerelektronik das jeweilige Anschlusselement mit der benötigten Energie und/oder den Daten versorgen und/oder empfangen kann.
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Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass das erste und/oder das zweite Anschlusselement und/oder die Aufnahme zumindest ein Haltemittel aufweist, über das ein Formschluss und/oder ein Kraftschluss mit dem externen Gerät herstellbar ist. Das Haltemittel kann erfindungsgemäß unmittelbar durch die Aufnahme selbst gebildet werden, sodass ein komplementär ausgebildetes externes Gerät bzw. ein komplementär ausgebildeter Stecker für das Anschließen eines externen Geräts an die Batteriezelleneinheit, durch einen Kraft- und/oder einen Formschluss an der Aufnahme rein mechanisch gehalten wird. Dabei ist es denkbar, dass der Stecker bzw. der Anschluss des externen Geräts derart ausgebildet, dass dieser in die Aufnahme der Batteriezelleneinheit zumindest teilweise versenkbar ist. Durch das Versenken des Steckers wird ermöglicht, dass die Anschlusselemente von außen nicht mehr ohne Weiteres kontaktierbar sind, sodass ein Kurzschluss verhindert werden kann. Des Weiteren ist es denkbar, dass das Haltemittel als ein Rastmittel, ein Klemmmittel oder ein magnetisches Haltemittel ausgebildet ist. Besonders bevorzugt weist das Haltemittel und/oder die Aufnahme einen Verpolungsschutz auf, sodass externe Geräte lediglich in funktionsfähiger Art und Weise angeschlossen werden. Der Verpolungsschutz kann bspw. durch eine mechanische Geometrie der Aufnahme und/oder des Steckers an dem externen Gerät oder dem Stecker eines Verbindungselementes für die Anschlusselemente ausgebildet sein.
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Das zumindest erste Anschlusselement kann vornehmlich ein USB-Anschluss oder ein proprietärer Anschluss sein. Vorteilhafterweise ist das erste und/oder das zumindest zweite Anschlusselement als ein genormter Anschluss ausgebildet, sodass bereits auf dem Markt befindliche Anschlüsse für elektrisch betriebene Geräte verwendet werden können. Der USB-Anschluss stellt dabei einen weit verbreiteten Anschluss für die Übertragung elektrischer Energie und/oder Daten dar, welcher ein breites Anwendungsspektrum ermöglicht. Unter einem proprietären Anschluss im Sinne der Erfindung kann bspw. einer der folgenden verstanden werden: Ethernet-Anschluss, Firewire-Anschluss, Lighting-Anschluss, Thunderbolt-Anschluss sowie weitere Anschlüsse/Steckverbindungen, welche vorzugsweise einen männlichen und einen weiblichen Teil aufweisen. Dadurch ergibt sich eine Stecker-Buchse- bzw. Stecker-Kupplung-Einheit zwischen dem Anschlusselement der Batteriezelleneinheit und dem externen Gerät. Diese Steckverbindungen ermöglichen die Übertragung elektrischer Energie und/oder Daten für eine Vielzahl an elektrisch betriebenen Geräten. Insbesondere ist das zumindest eine Anschlusselement elektromagnetisch verträglich (EMV) ausgebildet, sodass technische Geräte einander nicht durch ungewollte elektrische oder elektromagnetische Effekte störend beeinflussen.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass zumindest das erste Anschlusselement zumindest einen Transponder aufweist, wodurch Energie und/oder Daten elektromagnetisch und/oder induktiv und/oder kapazitiv und/oder optisch übertragen werden können. Hierbei kann das Prinzip der kabellosen Übertragung auf alle elektromagnetischen Übertragungsverfahren und Übertragungsfrequenzen bezogen werden. Naheliegend ist z. B. die Verwendung von Nahbereichskommunikationstechniken wie Infrarotdioden und die IR-LEDs. Derartige Bauelemente können immer auch Teil von integrierten Komponenten sein. Auch gibt es Bauelemente, welche sowohl als LED und als Fotodiode gewertet werden können, z. B. bidirektionale Chips oder spezielle LEDs. Generell ist auch der lichtoptische Bereich bis UV ein möglicher Frequenzbereich für Bauelemente mit diodenartigen Funktionsprinzip. Auch andere Fotodetektoren und Emittenten für UV-IR-IR sind im Rahmen der Erfindung denkbar. Wenn die erfindungsgemäßen Transponder sowohl für eine Übertragung der elektrischen Energie als auch für die Datenübertragung eingesetzt werden, so kann es sich bspw. bei dem Transponder um eine Trägerfrequenzanlage handeln, die ein Datensignal für und/oder von dem angeschlossenen Gerät in einen Hochfrequenzbereich moduliert und von oder für den zweiten Transponder demoduliert wird. Dabei ist sowohl eine einseitige/unidirektional wie auch eine bidirektionale Übertragung der Energie und/oder der Daten denkbar.
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Erfindungsgemäß ist es denkbar, dass der zumindest erste Transponder zumindest eine Spule und/oder eine Lichtquelle und/oder einen Sensor und/oder eine Kondensatorplatte aufweist. Durch den Einsatz einer Spule kann eine elektromagnetische Induktion zwischen den zwei Transpondern, die jeweils als Spule ausgebildet sind, zur Übertragung von elektrischer Energie und/oder Daten genutzt werden. Vorzugsweise ist die Übertragungsstrecke zwischen den Transpondern frei von Werkstoffen, die elektromagnetische Strahlen absorbieren, z. B. weist ein Metallgehäuse in dem Bereich der Übertragungsstrecke Durchbrüche oder Öffnungen mit oder ohne anderem Material, wie z. B. Glas oder Kunststoff (lichtleitend) auf, um Energieverluste bei der induktiven Übertragung zu vermeiden. Für eine optische Übertragung ist zumindest eine Lichtquelle erforderlich, die insbesondere aber nicht ausschließlich zur Übertragung von in der Regel digitalen Daten mittels Licht zum Einsatz kommt, vielmehr kann auch elektrische Energie übertragen werden. Auch hierbei sollte das Gehäuse lichtdurchlässige Bereiche für die Übertragung aufweisen, z. B. aus Glas oder Kunststoff. Hierbei ist die LED-Technik oder Laser-Technik denkbar. Der Vorteil einer optischen Übertragung über Lichtwellen sind der schnelle Aufbau, eine hohe Datensicherheit, hohe Bitraten und geringe Interferenzprobleme bzw. geringer Einfluss der Fresnelzone. Bei der kapazitiven Daten- und oder Energieübertragung bildet jeweils ein Transponder zumindest eine Kondensatorplatte. Vorzugsweise ist auch diese Übertragungsstrecke zwischen den Transpondern frei von Werkstoffen, die elektromagnetische Strahlen absorbieren, wie bereits oben erwähnt. Ebenfalls ist auch eine Kombination von verschiedenen Übertragungskonzepten, wie in den letzten beiden Absätzen erwähnt, denkbar. So können Daten z. B. über ein anderes Übertragungskonzept als die elektrische Energie übertragen werden, bspw. per Licht, wohingegen die elektrische Energie per Induktion/Spulen übertragen wird. Wie bereits erwähnt, können jedoch die Daten auch mit den gleichen Übertragungskonzepten wie die Energie übertragen werden, wobei eine gleichzeitige oder eine sequenzielle Übertragung denkbar ist.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass das erste Anschlusselement zumindest eine erste Steuerelektronik und das zweite Anschlusselement eine zweite Steuerelektronik aufweist, wodurch zumindest die Spannung, der Strom und/oder die Frequenz der elektrischen Energie veränderbar sind. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine Wechselspannung oder eine veränderte Spannung oder Frequenzlage generiert werden soll. Dieses kann von Vorteil für die Anknüpfung an externe Geräte sein, da eine Batterie typischerweise Gleichstrom liefert und eventuell angeschlossene Geräte Wechselstrom benötigen.
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Weiterhin ist es denkbar, dass der zumindest erste Transponder jeweils Energie senden und empfangen kann, wodurch eine bidirektionale Energie-/Datenübertragung ermöglicht ist. Dementsprechend können beim Einsatz von zumindest zwei Transpondern, beide Transponder sowohl als Sender als auch als Empfänger fungieren. Je nach Energieflussrichtung ist es denkbar, jeweils einen eigenen Empfänger bzw. einen eigenen Sender zu installieren. Folglich kann die Batteriezelleneinheit nicht nur geladen, sondern auch entladen werden bzw. können Daten von der Batteriezelleneinheit an ein externes Gerät gesendet oder von einem externen Gerät an die Batteriezelleneinheit gesendet werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass der zumindest eine Transponder eine Datenschnittstelle für die Daten aufweist, wobei Bluetooth und/oder NFC und/oder Wireless LAN und/oder GSM für die Übertragung der Daten zum Einsatz kommen. Der Einsatz von Bluetooth ermöglicht eine schnelle und flexible Verbindung zwischen der Batteriezelleneinheit und einem externen Gerät, wobei es sich bei dem externen Gerät z. B. um ein tragbares Telefon eines Benutzers handeln kann. Die Stabilität von Bluetooth-Verbindungen erweist sich durch die häufigen Frequenzsprünge und kleinen Datenpakete als sehr hoch. Darüber hinaus zeichnet sich Bluetooth durch den niedrigen Energieverbrauch sowie die niedrige Sendeleistung und eine geringe Störempfindlichkeit aus. Die Übertragung über NFC (Near Field Communication) ermöglicht eine sichere und komfortable Übertragung der Daten der Batterie an ein externes Gerät, wobei die Sicherheit dadurch erhöht wird, dass die Übertragung nur über eine geringe Distanz ermöglicht ist und eine Manipulation durch Dritte dadurch verhindert werden kann.
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Wireless LAN ermöglicht die Datenübertragung über ein drahtloses lokales Netzwerk, wobei eine große Sendeleistung und Reichweite mit einer hohen Datenübertragungsrate herstellbar ist. Das drahtlose Netzwerk kann dabei z. B. von einem externen Gerät oder von der Batteriezelleneinheit selber hergestellt werden, sodass eine Kommunikation mit einem externen Gerät, wie z. B. einem tragbaren Telefon eines Nutzers, ermöglicht wird. Die Übertragung über das GSM-Netz ermöglicht eine größere Reichweite, da es sich um den Standard für volldigitale Mobilfunknetze handelt, das für leistungsvermittelte und paketvermittelte Datenübertragung genutzt wird. Dementsprechend können die Daten über eine große Reichweite hinaus an externe Geräte, z. B. tragbare Telefone, oder Computer gesendet werden, sodass z. B. Ladezustände an den Benutzer übermittelt werden können.
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Vorteilhafterweise kann an der Batteriezelleneinheit zumindest ein Anzeigeelement angeordnet sein. Das Anzeigeelement kann Informationen über den Ladezustand und/oder die Ladekapazität der Batteriezelleneinheit bzw. der Batteriezelle darstellen. Darüber hinaus können weitere Informationen über das Anzeigeelement angezeigt werden, sodass der Benutzer nicht nur Informationen über den Zustand der Batteriezelleneinheit selber, sondern auch über die angeschlossenen Geräte ablesen kann. Denkbar sind z. B. Temperaturanzeigen oder Anzeige der Übertragungsleistung der elektrischen Energie und/oder der Daten. Dabei kann das Anzeigeelement als ein LCD und/oder ein Touchscreen ausgebildet sein. Ein LCD-Anzeigeelement kann dabei LEDs und/oder OLEDs aufweisen und hat den Vorteil, dass kostengünstig, energiesparend und bei Bedarf auch mehrfarbig Informationen dargestellt werden können. Ein Touchscreen hat zudem den Vorteil, dass Eingaben/Steuerungsbefehle für z. B. externe angeschlossene Geräte vorgenommen werden können.
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Im Rahmen der Erfindung ist es denkbar, dass die Batteriezelleneinheit zumindest ein elektrisches Sicherungselement aufweist. Ein im Sinne der Erfindung verstandenes elektrisches Sicherungselement kann auch als Überstromschutzeinrichtung oder OCP (Over Current Protection) bezeichnet werden und unterbricht einen elektrischen Stromkreis, wenn der elektrische Strom eine festgelegte Stromstärke über eine vorgegebene Zeit hinaus überschreitet. Dabei kann es sich um eine Schmelzsicherung oder einen Leistungsschutzschalter handeln. Das elektrische Sicherungselement bewahrt die angeschlossenen Geräte und die Batteriezelle selbst vor Beschädigungen durch zu starke Erwärmung, die aus dem über einen längeren Zeitraum fließenden Überstrom resultieren würde. Ein Überstrom kann durch eine Überlast oder einen Kurzschluss verursacht werden. Denkbar ist auch dass das Sicherungselement eine automatische Wiedereinschaltung aufweist, sodass nach bestimmten Kriterien, die durch das Sicherungselement hervorgerufene Ausschaltzeit rückgängig gemacht werden kann. Das elektrische oder elektronische Sicherungselement weist eine schnelle Ansprechzeit auf und wird vorteilhafterweise auf bzw. an der Steuerelektronik angeordnet bzw. verbaut.
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Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Batteriemodul mit zumindest einer Trägereinheit beansprucht, in die zumindest eine Batteriezelleneinheit nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufnehmbar ist. Die Trägereinheit ist dabei vorzugsweise derart ausgebildet, dass ein Gegenhaltemittel an der Trägereinheit mit dem Haltemittel an der Batteriezelleneinheit in Form- und/oder Kraftschluss bringbar ist. Darüber hinaus weist die Trägereinheit ein zumindest erstes Anschlussmittel auf, welches in Kontakt mit dem ersten Anschlusselement an der Batteriezelleneinheit bringbar ist. Bevorzugt weist die Trägereinheit darüber hinaus ein zweites Anschlussmittel auf, welches in Kontakt mit dem zweiten Anschlusselement der Batteriezelleneinheit bringbar ist, sodass die Trägereinheit in Kontakt mit beiden Anschlusselementen der Batteriezelleneinheit bringbar ist und somit bspw. unterschiedlich hohe Ströme, Spannungen oder Frequenzen über das erste oder das zweite Anschlusselement/Anschlussmittel übertragen werden können. Die Geometrie der Trägereinheit ist vorteilhafterweise zumindest abschnittsweise komplementär zu dem Gehäuse der Batteriezelleneinheit ausgebildet, sodass die Trägereinheit die Batteriezelleneinheit zumindest abschnittsweise umfasst bzw. aufnimmt. Demzufolge wird ein mechanisch sicherer Halt der Batteriezelleneinheit in der Trägereinheit und gleichzeitig ein sicherer/fester Kontakt zwischen dem ersten bzw. zweiten Anschlusselement der Batteriezelleneinheit mit dem ersten bzw. zweiten Anschlussmittel der Trägereinheit sichergestellt. Die Trägereinheit kann weitere Anschlüsse für externe Geräte aufweisen, sodass die Leistung von der Batteriezelleneinheit über die Trägereinheit abgegriffen werden kann, wobei vorzugsweise die Anschlüsse an der Trägereinheit standardisierte Anschlüsse (z. B. USB oder komplementäre Anschlüsse) sind. Des Weiteren ist es denkbar, dass an der Trägereinheit eine Vielzahl an Anschlüssen vorhanden ist, wobei z. B. die Trägereinheit auch als ein Verteiler (Hub) ausgestaltet sein kann, sodass über die Trägereinheit eine Vielzahl an Geräten mittels mehrerer Anschlussmöglichkeiten an der Trägereinheit verbunden werden können. Vorzugsweise ist die Trägereinheit derart ausgestaltet, dass eine Vielzahl von Trägereinheiten untereinander verbindbar sind und/oder eine Vielzahl an Batteriezelleneinheit in eine Trägereinheit aufnehmbar sind, sodass auch eine Mehrzahl an Batteriezelleneinheiten mittels der Trägereinheiten verbunden werden können, sodass die Leistung des Batteriemoduls vergrößert bzw. variabel eingestellt werden kann. Dabei können die Batteriezelleneinheiten in dem Batteriemodul in Reihe oder parallel geschaltet werden. Dadurch ergibt sich ein variabler Systemverbund der Batteriezelleneinheiten in dem Batteriemodul, wobei die Trägereinheiten untereinander elektrisch verbunden werden und in Signalverbindung stehen, sodass zwischen den Batteriezelleneinheiten Daten und/oder elektrische Energie übertragen werden kann. Die Trägereinheit zur Aufnahme einer Vielzahl von Batteriezelleneinheiten kann dementsprechend auch als eine Ladestation für die Batteriezelleneinheiten genutzt werden, wobei vorteilhafterweise die Trägereinheit über einen Netzanschluss verfügt, welcher mit dem Stromnetz verbindbar ist, sodass die Batteriezelleneinheiten über die Trägereinheit geladen werden können. Bei einer derartigen Ausführungsform, in der eine Vielzahl an Batteriezelleneinheiten in die Trägereinheit anordbar sind, ist es z. B. denkbar, dass das dadurch entstandene Batteriemodul für Anwendungen zum Einsatz kommt, bei denen eine große elektrische Leistung benötigt wird. Darüber hinaus kann bei einem Anschluss des Batteriemoduls an das Stromnetz, die Trägereinheit bzw. das Batteriemodul als eine Leihstation für die Entnahme geladener Batteriezelleneinheiten oder zur Aufnahme entladener Batteriezelleneinheiten dienen. Diese Lade-/Leihstation kann dabei sowohl im privaten als auch im öffentlichen Bereich zum Einsatz kommen, sodass bspw. bei öffentlichen Leihstation geladene Batteriezelleneinheiten entnommen werden können und entladene Batteriezelleneinheiten zum Aufladen aufgenommen werden können.
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Es ist weiterhin denkbar, dass das Batteriemodul Software und/oder Treiber für den Anschluss externer Geräte aufweist, sodass die Funktionalität durch Anschließen der externen Geräte an ein erfindungsgemäßes Batteriemodul, insbesondere über die Trägereinheit, eine Vielzahl an variablen Einsatzmöglichkeiten bietet. Dafür kann das Batteriemodul und/oder die Trägereinheit einen elektronischen Speicher aufweisen, in dem die Software und/oder die Treiber für den Betrieb externer Geräte speicherbar sind. Auch ist es denkbar, dass lediglich das Batteriemodul eine zentrale Steuerelektronik für sämtliche Batteriezelleneinheiten aufweist, wobei es ebenfalls denkbar ist, dass die Steuerelektronik der Batteriezelleneinheiten mit der Steuerelektronik des Batteriemoduls in Signalverbindung steht. Es ist des Weiteren denkbar, dass das Batteriemodul über eine Balancing-Funktion verfügt, welche bei einem Anschluss von einer Vielzahl an Batteriezelleneinheiten ein gleichmäßiges Laden und/oder Entladen der Batteriezelleneinheiten ermöglicht und gleichzeitig defekte Batteriezellen innerhalb der Batteriezelleneinheit detektiert, sodass fehlerhafte Batteriezellen erkannt werden können und ein fehlerhaftes Laden vermieden wird. Dabei kann das Batteriemodul bspw. über ein CSC (Circuit Supervising Circuit) oder BMS (Battery Management System) für die Überwachung und Steuerung der Batteriezelleneinheiten verfügen. Weiterhin ist es denkbar, dass das Batteriemodul einen WLAN-Empfänger bzw. Sender aufweist, der bspw. ein eigenes WLAN-Netz zur Verfügung stellen kann, sodass externe Geräte über den Anschluss ans Internet oder untereinander kommunizieren können. Dementsprechend ist es auch denkbar, dass das Batteriemodul und/oder die Trägereinheit zumindest einen Transponder mit einer Datenschnittstelle für Daten aufweist, wobei insbesondere Bluetooth und/oder NFC und/oder WirelessLAN und/oder GSM für die Übertragung der Daten zum Einsatz kommt. Über diese Datenschnittstellen ist es möglich, Zustandsdaten der Batteriezelleneinheit zu übertragen. Bevorzugterweise kann das Batteriemodul, insbesondere die Trägereinheit, einen Diebstahlschutz aufweisen, wobei der Diebstahlschutz elektronisch und/oder mechanisch ausgestaltet sein kann. Dadurch kann verhindert werden, dass das Batteriemodul und/oder einzelne Batteriezelleneinheiten unbefugt entnommen werden können bzw. können das Batteriemodul und/oder die Trägereinheit Gegenhaltemittel aufweisen, welche eine unbefugte Entnahme der Batteriezelleneinheiten und/oder der externen Geräte unterbinden.
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Weitere, die Erfindung verbessernde Maßnahmen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung zu einigen Ausführungsbeispielen der Erfindung, welche in den Figuren schematisch dargestellt sind. Sämtlich aus den Ansprüchen, der Beschreibung oder den Zeichnungen hervorgehende Merkmale und/oder Vorteile, einschließlich konstruktiver Einzelheiten und räumlicher Anordnungen, können sowohl für sich als auch in den verschiedensten Kombinationen erfindungswesentlich sein. Dabei ist zu beachten, dass die Figuren nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken.
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In den nachfolgenden Figuren werden für die gleichen technischen Merkmale auch von unterschiedlichen Ausführungsbeispielen die identischen Bezugszeichen verwendet. Es zeigen:
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1 schematisch ein erfindungsgemäßes Batteriemodul mit einer Trägereinheit und einer erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit,
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2 schematisch das erfindungsgemäße Batteriemodul in einer weiteren Ansicht,
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3 die erfindungsgemäße Batteriezelleneinheit,
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4a eine erste Ausführungsform eines externen Geräts mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit,
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4b ein weiteres mögliches externes Gerät mit einer Trägereinheit und einer Vielzahl an Batteriezelleneinheiten und
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4c eine weitere Ausführungsform eines externen Geräts mit einer Trägereinheit und einer Vielzahl an Batteriezelleneinheiten.
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Die 1 zeigt ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 100, mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit 10, die zumindest eine Batteriezelle 11 aufweist (gestrichelt angedeutet), und einer Trägereinheit 110. Die Batteriezelleneinheit 10 weist eine weitestgehend quadratische Form mit abgerundeten Ecken auf, wobei im Bereich einer ersten Ecke eine Aufnahme 20 angeordnet ist. In der Aufnahme 20 ist ein erstes Anschlusselement 21 sowie ein zweites Anschlusselement 22, in Form von zwei Kontakten 22, angeordnet. Das erste Anschlusselement 21 ist in 1 als ein USB-Anschluss ausgebildet. Das zweite Anschlusselement 22 ist als Kontaktfläche/Leiterbahnen innerhalb der Aufnahme 20 und beabstandet zu dem ersten Anschlusselement 21 angeordnet. Darüber hinaus ist ein Erkennungselement 23 zwischen dem ersten Anschlusselement 21 und dem zweiten Anschlusselement 22 angeordnet. Das Erkennungselement 23 ist als Pin in der Aufnahme 20 angeordnet, sodass beim Zusammenführen der Trägereinheit 110 mit der Batteriezelleneinheit 10 ein Abschnitt des ersten Anschlussmittels 111 der Trägereinheit 110 in Kontakt mit dem Erkennungselement 23 kommt. Das zweite Anschlusselement 22 bzw. die zwei Leiterbahnen 22 in der Aufnahme 20, können von dem zweiten Anschlussmittel an der Trägereinheit 110 durch Aufstecken der Trägereinheit 110 auf die Batteriezelleneinheit 10 kontaktiert werden. Hierfür ist die Aufnahme 20 derart ausgebildet, dass Haltemittel 24 an der Aufnahme 20 in Form- und Kraftschluss mit einem Gegenhaltemittel 113 der Trägereinheit 110 bringbar sind. Die Trägereinheit 110 ist dabei komplementär zu dem Gehäuse 12 der Batteriezelleneinheit 10 ausgebildet, sodass die Trägereinheit 110 im Bereich der Anschlussmittel 111 und dem Gegenhaltemittel 113 zumindest einen Teil der Batteriezelleneinheit 10 umgreift. Dementsprechend wird die Batteriezelleneinheit 10 von der Trägereinheit 110 an zumindest drei Seiten zumindest abschnittsweise formschlüssig von der Trägereinheit 110 gehalten. In dem Zustand, in den die Trägereinheit 110 im Formschluss mit der Batteriezelleneinheit 10 gebracht ist, befindet sich das erste Anschlussmittel 111 eingesteckt in dem ersten Anschlusselement 21 der Batteriezelleneinheit 10, sodass über das erste Anschlusselement 21 und das erste Anschlussmittel 111 elektrische Energie und/oder Daten übertragbar sind. Des Weiteren kann in dem zusammengesteckten Zustand der Batteriezelleneinheit 10 mit der Trägereinheit 110, das zweite Anschlussmittel 112 an der Trägereinheit 110, wobei das zweite Anschlussmittel in 1 nicht erkennbar ist, in Signalverbindung gebracht werden, sodass auch über das zweite Anschlussmittel 22 oder lediglich über das erste 21 oder das zweite Anschlussmittel 22 elektrische Energie und/oder Daten übertragbar sind. Die Aufnahme 20 weist Materialausnehmungen und Vorsprünge auf, in denen die Trägereinheit, insbesondere das erste Anschlussmittel 111 und das Gegenhaltemittel 112, welche komplementär zu der Batteriezelleneinheit 10 ausgebildet sind, in Formschluss gebracht werden.
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Die 2 zeigt das erfindungsgemäße Batteriemodul 100 mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit 10 und der Trägereinheit 110. Darüber hinaus weist die Trägereinheit 110 in 2 ein erstes Anschlussmittel 111 sowie ein zweites Anschlussmittel 112 auf. Das erste Anschlussmittel 111 ist in 2 ebenfalls als ein USB-Anschlussstecker 111 ausgebildet, wobei das zweite Anschlussmittel 112 als zwei Kontaktbahnen 112 beabstandet zu dem Anschlussmittel 111/USB-Stecker 111 ausgebildet ist. Die Batteriezelleneinheit 10 weist ein Haltemittel 24 auf, welches an der Aufnahme 20 angeordnet ist. Wie in 1 gezeigt, weist die Trägereinheit 110 eine komplementär zu der Batteriezelleneinheit 10 ausgebildete Form auf, sodass die Trägereinheit 110 die Batteriezelleneinheit 10 an zumindest drei Seiten umfasst bzw. kontaktiert. Das Haltemittel 24 ist komplementär zu dem Gegenhaltemittel 113 der Trägereinheit 110 ausgebildet, wobei das Gegenhaltemittel 24 in der gezeigten Ausführungsform in einer Aufnahme 20 der Batteriezelleneinheit 10 ausgebildet ist, wobei die Aufnahme 20 nicht mit einem ersten oder zweiten Anschlusselement ausgebildet ist. Demzufolge dient das Haltemittel 24 der Batteriezelleneinheit 10 in 2 lediglich zur mechanischen Verbindung der Batteriezelleneinheit 10 mit der Trägereinheit 110 insbesondere zur Verbindung der Haltemittel 24 mit dem Gegenhaltemittel 113.
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Die 3 zeigt die erfindungsgemäße Batteriezelleneinheit 10 mit einer Aufnahme 20, in bzw. an der das erste Anschlusselement 21, das zweite Anschlusselement 22 sowie das Erkennungselement 23 und das Haltemittel 24 angeordnet sind. Auch in 3 ist das erste Anschlusselement 21 als ein USB-Anschluss 21 ausgebildet, wobei das zweite Anschlusselement 22 beabstandet zu dem ersten Anschlusselement 21 angeordnet und als zwei Leiterbahnen 22 ausgebildet ist. Zwischen dem ersten Anschlusselement 21 und dem zweiten Anschlusselement 22 sind zwei Erkennungselemente 23 angeordnet, welche zylindrisch bzw. als Pins ausgebildet sind, wobei innerhalb des Zylinders zwei Erkennungskontakte angeordnet sind, welche eine Belegung des zweiten Anschlusselements 22 detektieren können. Vorzugsweise ist das zweite Anschlussmittel 112 an der Trägereinheit 110 derart ausgestaltet, dass bei Einführen der Trägereinheit bzw. des zweiten Anschlussmittels 112 in bzw. an das Anschlusselement 22 der Batteriezelleneinheit 10, ein komplementär ausgebildetes Erkennungselement an der Trägereinheit 110 das Erkennungselement 23 derart kontaktiert, dass die Erkennungselementkontakte des Erkennungselements 23 ein elektrisches Signal liefern. Über das zweite Anschlusselement 22 kann bspw. eine höhere Leistung als über das erste Anschlusselement 21 übertragen werden. Für diesen Fall schaltet das Erkennungselement 23 das erste Anschlusselement 21 stromlos, sodass bei Einführen der Trägereinheit 110 mit dem ersten Anschlussmittel 111 bzw. zweiten Anschlussmittel 112, lediglich das zweite Anschlussmittel 112 elektrisch leitend über das zweite Anschlusselement 22 der Batteriezelleneinheit 10 mit der Batteriezelle verbunden ist. Eine vorhandene Steuerelektronik 25 ist innerhalb des Gehäuses 12 der Batteriezelleneinheit 10 angeordnet und deshalb gestrichelt dargestellt.
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Die 4a, 4b und 4c zeigen einige Ausführungsbeispiele von externen Geräten 200, welche zur Aufnahme bzw. Verbindung mit der erfindungsgemäßen Batteriezelleneinheit 10 anwendbar sind. Die 4a zeigt dabei den möglichen Einsatz in der Batteriezelleneinheit 10 in Werkzeugen, wobei es sich in 4a beispielhaft um einen Akkubohrer 200 handelt. In das externe Gerät 200 sind in 4a drei Batteriezelleneinheiten 10 im Bereich des Griffs aufgenommen. Folglich verfügt das externe Gerät 200 über Anschlusselemente, welche in Kontakt mit dem ersten bzw. zweiten Anschlusselement der Batteriezelleneinheit 10 bringbar sind. Vorzugsweise weist das externe Gerät 200 ebenfalls ein Gegenhaltemittel auf, welches in Wirkverbindung mit den, insbesondere den Haltemitteln der Batteriezelleneinheiten 10 bringbar sind.
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In 4b ist eine Trägereinheit 110 dargestellt, welche eine Vielzahl an Batteriezelleneinheiten 10 aufnehmen kann. Darüber hinaus weist die Batteriezelleneinheit 10 ein Anschlusselement auf, wobei das Anschlusselement in Verbindung mit dem externen Gerät 200 steht. Das externe Gerät 200, welches als Smartphone in 4b dargestellt ist, kann somit durch die Batteriezelleneinheit 10 über die Trägereinheit 110 geladen werden. Dafür ist das externe Gerät 200 über ein Kabel an die Trägereinheit 100 elektrisch angeschlossen. Darüber hinaus ermöglicht die Verbindung des externen Geräts 200 mit der Trägereinheit 110 ein Auslesen von Zustandsdaten der Batteriezelleneinheiten 10.
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Die 4c zeigt eine weitere Anwendungsmöglichkeit der Batteriezelleneinheiten 10, welche in einer Trägereinheit 110 angeordnet sind. Die Trägereinheit 110 verfügt auch in 4c über ein Anschlusselement, welches in elektrischer Verbindung mit dem externen Gerät 200 steht. Neben dem externen Gerät 200, welches als ein Smartphone bzw. Telefon ausgebildet ist, ist ein weiteres externes Gerät 200 dargestellt, wobei es sich hierbei um Musikboxen handelt. Dementsprechend ist die Trägereinheit 110 derart ausgebildet, dass eine Verbindung des externen Geräts 200 (Boxen) derart hergestellt werden kann, dass sowohl elektrische Energie von der Trägereinheit 110 bzw. der Batteriezelleneinheiten 10 auf die externen Geräte 200 (Boxen/Telefon) übertragbar ist. Darüber hinaus können Daten von dem externen Gerät 200 (Telefon) an das externe Gerät 200 (Boxen) übertragen werden. Dementsprechend dienen die Batteriezelleneinheiten 10 zur Energieversorgung für die externen Geräte 200 (Telefon/Boxen), wobei die Trägereinheit 110 gleichzeitig zur Übertragung der elektrischen Energie und der Daten von dem externen Gerät 200 (Telefon) an das externe Gerät 200 (Boxen) dient.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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