-
Der hier vorgestellte Ansatz betrifft ein Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichervorrichtung in einem Staubsauger, eine Energiespeichersteuervorrichtung und einen Staubsauger mit einer solchen Energiespeichersteuervorrichtung.
-
Viele Staubsauger weisen einen Energiespeicher auf, um einen netzanschlussunabhängigen Reinigungsbetrieb zu ermöglichen. Diese Energiespeicher können dabei über ein Netzteil oder eine Ladestation aufgeladen werden. Zur Realisierung von Energiespeichern in Staubsaugern werden viele verschiedene Technologien eingesetzt, wobei die meisten Staubsaugermodelle einen Lithium-Ionen-Akkumulator verwenden. Problematisch ist hierbei, dass die bekannten Lithium-Ionen-Akkumulatoren einem Alterungsprozess unterliegen. Dieser hängt im Wesentlichen von der Anzahl der Ladezyklen und der realisierten Ladezustände ab. Infolge dieses Alterungsprozesses reduziert sich die zur Verfügung stehenden Kapazität des Akkumulators, wodurch der Reinigungsbetrieb mit dem Staubsauger stark eingeschränkt wird. In diesen Fällen werden die betroffenen Staubsauger oftmals von den Benutzern entsorgt, da diese die hohen Kosten für einen Nachrüst-Akkumulator scheuen oder weil der Akkumulator nicht auswechselbar im Staubsauger verbaut ist.
-
Der Erfindung stellt sich somit das Problem einen Staubsauger mit einem Energiespeicher zur Verfügung zu stellen, welcher entlang der Lebensdauer des Staubsaugers einem verminderten Alterungsprozess unterliegt.
-
Erfindungsgemäß wird dieses Problem durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1, durch eine Energiespeichersteuervorrichtung gemäß Anspruch 7 und durch einen Staubsauger gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den nachfolgenden Unteransprüchen.
-
Die mit der Erfindung erreichbaren Vorteile bestehen darin, dass durch die Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens der Kapazitätsverlust der Energiespeichereinrichtung eines Staubsaugers reduziert werden kann, wodurch sich die Lebensdauer der Energiespeichereinrichtung und des Staubsaugers verlängert.
-
Ein Verfahren zum Betrieb einer Energiespeichereinrichtung zur Verwendung in einem Staubsauger weist einen Schritt des Einlesens eines Energiespeicherschonsignals, einen Schritt des Bestimmens eines ersten Ladezustandswertes, wobei der erste Ladezustandswert kleiner als ein maximaler Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung ist und einen Schritt des Ausgebens eines Ladesignals, wobei der Schritt des Ausgebens beendet wird, sobald der erste Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung erreicht ist.
-
Bei der Energiespeichereinrichtung kann es sich um eine wieder aufladbare Batterie, beispielsweise um einen Lithium-Ionen-Akkumulator oder eine Lithium-Polymer-Akkumulator handeln. Bei dem Staubsauger kann es sich beispielweise um einen handgeführten Staubsauger handeln, wie beispielweise einen Bodenstaubsauger oder einen Stabstaubsauger. Alternativ kann es sich beim Staubsauger aber auch um einen Saugroboter handeln. Das Energiespeicherschonsignal wird vom Benutzer des Staubsaugers erzeugt, beispielsweise über die Betätigung eines Bedienelementes. Der maximale Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung entspricht der Ladungsmenge an elektrischer Energie, welche die Energiespeichereinrichtung maximal speichern kann. Der Schritt des Ausgebens des Ladesignals wird beendet, sobald der erste Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung erreicht ist. Hierdurch wird ein vollständiges Aufladen der Energiespeichereinrichtung bis zum maximalen Ladezustandswert verhindert.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert automatisch ein vollständiges Aufladen einer Energiespeichereinrichtung zur Verwendung in einem Staubsauger. Stattdessen wird die Energiespeichereinrichtung nur bis zu einem ersten Ladezustandswert aufgeladen, wodurch die Energiespeichereinrichtung in einem wenig belastenden Spannungsbereich geladen wird. Dies ermöglicht eine längere zu erwartende Lebenszeit der Energiespeichereinrichtung ohne dass der Benutzer den Ladevorgang aktiv überwachen und steuern muss. Der erste Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung ist dabei so gewählt, dass er den Ladevorgang der Energiespeichereinrichtung auf einen wenig belastenden Spannungsbereich begrenzt und gleichzeitig gewährleistet, dass die Energiespeichereinrichtung einen ausreichenden Ladezustand für einen Reinigungsbetrieb des Staubsaugers aufweist.
-
Es ist bevorzugt, dass das Verfahren einen Schritt des Bestimmens eines zweiten Ladezustandswertes aufweist, wobei der zweite Ladezustandswert kleiner als der erste Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung ist. Der zweite Ladezustandswert befindet sich dabei oberhalb eines vollständigen Entladungswertes der Energiespeichereinrichtung. Zudem weist das Verfahren einen Schritt des Ausgebens eines Entladesignals auf, wobei der Schritt des Ausgebens beendet wird, sobald der zweite Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung erreicht ist. Das Entladesignal resultiert aus einem Anschalten des Staubsaugers durch den Benutzer. Sobald der zweite Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung erreicht ist, wird das Ausgeben von elektrischer Energie aus der Energiespeichereinrichtung an den Staubsauger beendet. Nach dem Beenden der Ausgabe an elektrischer Energie der Energiespeichereinrichtung an den Staubsauger ist ein Reinigungsbetrieb mit dem Staubsauger nicht mehr möglich.
-
Durch die Beendigung des Entladebetriebs der Energiespeichereinrichtung beim Erreichen des zweiten Ladezustandswertes wird eine vollständige Entladung des Energiespeichers während eines Reinigungsbetriebes des Staubsaugers verhindert. Weiterhin ist der zweite Ladezustandswert so gewählt, dass eine Entladebetrieb der Energiespeichereinrichtung in einem belastenden Spannungsbereich nahe einer vollständigen Entladung des Energiespeichers verhindert wird. Dies ermöglicht eine längere zu erwartende Lebenszeit der Energiespeichereinrichtung ohne dass der Benutzer den Entladevorgang überwachen und steuern muss.
-
Dabei ist es bevorzugt, dass der erste Ladezustandswert einen Wert zwischen 70 und 95 Prozent des maximalen Ladezustandes der Energiespeichereinrichtung aufweist. Weiterhin ist es bevorzugt, dass der zweite Ladezustandswert einen Wert zwischen 10 und 35 Prozent des maximalen Ladezustandes der Energiespeichereinrichtung aufweist. Die gewählten Parameterbereiche für den ersten und zweiten Ladezustandswert gewährleisten einen wenig belastenden Lade- und Entladebetrieb der Energiespeichereinrichtung. Gleichzeitig ermöglichen die beiden Ladezustandswerte der Energiespeichereinrichtung einen ausreichenden Reinigungsbetrieb des Staubsaugers in Bezug auf die zur Verfügung stehende Reinigungsdauer und Reinigungsleistung.
-
Weiterhin ist es bevorzugt, dass das Verfahren einen Schritt des Ermittelns eines maximalen Ladezustandswertes und/oder aktuell vorliegenden Ladezustandswertes der Energiespeichereinrichtung aufweist. Hierdurch kann ein Ladebetrieb an eine spezifisch verwendete Energiespeichereinrichtung angepasst werden. Im Schritt des Ausgebens kann ein Ladesignal ausgegeben werden, das ein Laden der Energiespeichereinrichtung abhängig von der maximal aufnehmbaren Kapazität und/oder dem aktuell aufgenommenen Ladezustandswert bewirkt.
-
Erfindungsgemäß wird zudem eine Energiespeichersteuervorrichtung zur Verfügung gestellt, welche dazu ausgebildet ist, die Schritte des Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche anzusteuern und/oder auszuführen. Bei der Energiespeichersteuervorrichtung kann es sich beispielweise um ein Batteriemanagementsystem handeln. Die Energiespeichersteuervorrichtung kann dabei am Energiespeicher oder im Staubsauger, angeordnet sein. Die Energiespeichersteuervorrichtung kann eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Daten- und Steuersignalen an den Aktor und/oder eine Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein. Die Speichereinheit kann beispielsweise ein Flash-Speicher, ein EPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
-
Unter einer Energiespeichersteuervorrichtung kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, welches Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Die Energiespeichersteuervorrichtung kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Auslegung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten Systems-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen der Energiespeichersteuervorrichtung beinhaltet. Darüber hinaus ist es auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise aus einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
-
Die Energiespeichersteuereinrichtung steuert sowohl das Ladesignal als auch das Entladesignal der Energiespeichereinrichtung. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie eine Einleseeinrichtung zum Einlesen eines Energiebedarfssignals und eine Ausgabeeinrichtung zur Ausgabe eines Lade- und Entladesignals.
-
Erfindungsgemäß weist ein Staubsauger die vorgestellte Energiespeichersteuereinrichtung auf, wodurch der Staubsauger die Vorteile der Energiespeichersteuereinrichtung realisiert und somit die Lebensdauer der Energiespeichereinrichtung des Staubsaugers erhöht.
-
In einer Ausführungsform ist es dabei bevorzugt, dass der Staubsauger ein Bedienelement zur Eingabe eines Energiespeicherschonsignals aufweist. Das Bedienelement zur Eingabe eines Energiespeicherschonsignals kann dabei am Staubsauger selbst oder an einer entnehmbaren Energiespeichereinheit angeordnet sein. Ein solches Bedienelement ermöglicht eine unkomplizierte Aktivierung eines Energiespeicherschonbetriebs des Staubsaugers durch den Benutzer.
-
In einer weiteren Ausführungsform weist der Staubsauger eine Empfangseinheit zum Empfangen eines Energiespeicherschonsignals von einem externen Gerät auf. Bei der Empfangseinheit kann es sich beispielsweise um eine WLAN-Modul oder eine Bluetooth-Schnittstelle handeln. Bei dem externen Gerät kann es sich beispielweise um ein Smart-Device, wie ein Smartphone oder eine Smartwatch handeln. Ein solche Empfangseinheit ermöglicht eine unkomplizierte Aktivierung eines Energiespeicherschonbetriebs des Staubsaugers durch den Benutzer, ohne dass am Staubsauger ein zusätzliche Bedienelement als Hardware-Komponente vorgesehen werden muss.
-
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und wird nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen:
- 1 Schematische Darstellung eines Staubsaugers mit einer Energiespei chersteuervorrichtu ng;
- 2 Schematische Darstellung einer Energiespeichereinheit mit einer Energiespeichersteuervorrichtung;
- 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betrieb einer Energiespeichereinrichtung zur Verwendung in einem Staubsauger.
-
In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
-
1 zeigt eine Seitenansicht eines Staubsaugers 14 mit einer Energiespeichereinrichtung 12. Der handgeführte Staubsauger 14 weist einen Gerätekorpus 36, ein Saugrohr 38 und eine Bodendüse 40 auf. Der Gerätekorpus 36 umfasst einen Handgriff 42, eine Abscheideeinheit 44, ein Antriebsaggregat (nicht gezeigt) und eine Energiespeichereinrichtung 12. Über den Handgriff 42 kann ein Nutzer (nicht gezeigt) den Staubsauger 14 manövrieren. Das Antriebsaggregat ist in den Gerätekorpus 36 integriert. Das Antriebsaggregat ist ausgelegt, bei Betrieb einen Saugluftstrom (nicht gezeigt) zu erzeugen, um Staub- und Schmutzpartikel durch die Bodendüse 40 in die Abscheideeinheit 44 zu saugen. Ferner weist der Staubsauger eine Energiespeichereinrichtung 12 auf, welcher dazu ausgelegt ist, das Antriebsaggregat mit elektrischer Energie zu versorgen. An der Energiespeichereinrichtung 12 ist eine Energiespeichersteuervorrichtung (nicht gezeigt) angeordnet. Die Energiespeichereinrichtung 12 ist durch eine Rastverbindung lösbar am Gerätekorpus 36 angeordnet.
-
Die Energiespeichereinrichtung 12 und die Energiespeichersteuervorrichtung sind gemäß diesem Ausführungsbeispiel in oder an dem Staubsauger 14 aufgenommen, welches gemäß diesem Ausführungsbeispiel als ein Handstaubsauger 14 ausgeformt ist.
-
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Energiespeichereinrichtung 12 mit einer Energiespeichersteuervorrichtung 32. An der Energiespeichereinrichtung 12 ist ein Bedienelement 34 angeordnet, welches bei Betätigung durch den Benutzer ein Energiespeicherschonsignal an die Energiespeichersteuervorrichtung 32 sendet. Die Energiespeichersteuereinrichtung 32 bestimmt bei Empfang des Energiespeicherschonsignals einen ersten Ladezustandswert 20 und optional auch einen zweiten Ladezustandswert 26 für die Energiespeichereinrichtung 12. Ein Energiespeichereinrichtung 12 weist in der Regel eine Vielzahl kleinerer Energiespeicherzellen 46 auf. In 2 ist eine Energiespeicherzelle 46 des Energiespeichers 12 in einer Querschnittsansicht exemplarisch dargestellt. Die dargestellte Energiespeicherzelle 46 fungiert dabei als Repräsentant aller anderen Energiespeicherzellen 46 im Energiespeicher 12.
-
Der Ladezustand der Energiespeicherzellen 46 eines Energiespeichers 12 wird im Lade- und Entladebetrieb über die Energiespeichersteuervorrichtung 32 gesteuert. Zusätzlich bestimmt die Energiespeichersteuervorrichtung 32 einen ersten und einen zweiten Ladezustandswert 20, 26 für die Energiespeicherzellen 46 des Energiespeichers 12. Der erste Ladezustandswert 20 weist dabei einen Wert zwischen 70 und 95 Prozent des maximalen Ladezustandes der Energiespeichereinrichtung 12 auf. Der zweite Ladezustandswert 26 weist einen Wert zwischen 10 und 35 Prozent des maximalen Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung 12 auf. Im Lade- und Entladebetrieb des Energiespeichers 12 wird der Ladezustand der Energiespeicherzellen 46 durch die Energiespeichersteuervorrichtung 32 zwischen dem ersten und zweiten Ladezustandswert 20, 26 gehalten. Der erste und zweite Ladezustandswert 20, 26 definieren dadurch die Grenzen für einen Betriebsbereich der Energiespeicherzellen 46 im Lade- und Entladebetrieb. Dies bedeutet beispielsweise, dass ein Energiespeicher 12 im Ladebetrieb nicht vollständig auf 4,2 Volt aufgeladen wird, sondern das der Ladebetrieb beim Erreichen von 3,9 Volt Spannung abgebrochen wird. Hierbei entspricht die anliegende Zellspannung von 3,9 Volt dem ersten Ladezustandswert 20. Gleichermaßen werden im Entladebetrieb des Energiespeichers 12 die Energiespeicherzellen 46 nicht bis zum Erreichen einer Entladegrenze von beispielsweise 2,5 Volt Spannung entladen. Vielmehr wird der Entladebetrieb bereits bei einer anliegenden Restspannung von 3,2 Volt der Energiespeicherzellen 46 abgebrochen, was dem zweiten Ladezustandswert 26 entspricht. Der vorgesehen Lade- und Entladebetrieb des Energiespeichers 12 zwischen dem ersten und zweiten Ladezustandswertes 20, 26 reduziert die Zellalterung der Energiespeicherzellen 46 im signifikanten Umfang.
-
3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 10 zum Betrieb einer Energiespeichereinrichtung 12 zur Verwendung in einem Staubsauger 14. Dabei kann es sich um ein Verfahren 10 handeln, dass von einer in 2 beschriebenen Energiespeichersteuervorrichtung 32 ausführbar ist. Dieses Verfahren dient der Erhöhung der Lebensdauer von Energiespeichern 12 in Staubsaugern 14.
-
Das Verfahren 10 weist zumindest einen Schritt des Einlesens 16 eines Energiespeicherschonsignals, einen Schritt des Bestimmens 18 eines ersten Ladezustandswertes und einen Schritt des Ausgebens 22 eines Ladesignals auf. Im Schritt des Einlesens 16 wird von der Energiespeichersteuervorrichtung 32 ein Energiespeicherschonsignal eingelesen, welches vom Benutzer durch Betätigung eines Bedienelements 34 am Energiespeicher 12, am Staubsauger 14 oder an einem externen Gerät erzeugt wurde. Im Schritt des Bestimmens 18 wird ein erster Ladezustandswert 20 durch die Energiespeichersteuervorrichtung 32 bestimmt, wobei der erste Ladezustandswert 20 kleiner als ein maximaler Ladezustandswert der Energiespeichereinrichtung 12 ist. Der nachfolgende Schritt des Ausgebens 22 eines Ladesignals wird beendet, sobald der erste Ladezustandswert 20 der Energiespeichereinrichtung 12 erreicht ist.
-
Die im Folgenden beschriebenen Ausführungsbeispiele und zusätzlichen Schritte sind optional.
-
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst dieses Verfahren 10 weiterhin einen Schritt des Ermittelns 30 eines maximalen Ladezustandswertes. Dieser Schritt 30 wird nach dem Einlesen 16 eines Energiespeicherschonsignals ausgeführt, um den maximalen Ladezustandswertes eines Energiespeichers 12 zu ermitteln. Anschließend wird dieser Wert im nachfolgenden Schritt des Bestimmens 18 eines ersten Ladezustandswert berücksichtigt.
-
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst dieses Verfahren 10 weiterhin einen Schritt des Bestimmens 24 eines zweiten Ladezustandswertes 26, wobei der zweite Ladezustandswert 26 kleiner als der erste Ladezustandswert 20 der Energiespeichereinrichtung 12 ist. Dabei entspricht der erste Ladezustandswert 20 einen Wert zwischen 70 und 95 Prozent des maximalen Ladezustandes der Energiespeichereinrichtung 12. Der zweite Ladezustandswert 26 weist einen Wert zwischen 10 und 35 Prozent des maximalen Ladezustandes der Energiespeichereinrichtung 12 auf.
-
Weiterhin umfasst das Verfahren 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt des Ermittelns 30 eines aktuell vorliegenden Ladezustandswertes der Energiespeichereinrichtung 12. Dieser Schritt 30 wird vorzugsweise kontinuierlich durch die Energiespeichersteuervorrichtung 32 ausgeführt, um den aktuell vorliegenden Ladezustand des Energiespeichers 12 zu bestimmen.
-
Letztlich umfasst das Verfahren 10 gemäß diesem Ausführungsbeispiel einen Schritt des Ausgebens 28 eines Entladesignals, wobei dieser Schritt 28 beendet wird, sobald der zweite Ladezustandswert 26 der Energiespeichereinrichtung 12 erreicht ist. Der Schritt 28 des Ausgebens eines Entladesignals wird durch die Aktivierung des Reinigungsbetriebs des Staubsaugers 12 durch den Benutzer initiiert.
-
Bezugszeichenliste
-
- 10
- Verfahren
- 12
- Energiespeichereinrichtung / Energiespeicher
- 14
- Staubsauger
- 16
- Verfahrensschritt Einlesen
- 18
- Verfahrensschritt Bestimmen erster Ladezustandswert
- 20
- Erster Ladezustandswert
- 22
- Verfahrenswert Ausgeben Ladesignal
- 24
- Verfahrensschritt Bestimmen zweiter Ladezustandswert
- 26
- Zweiter Ladezustandswert
- 28
- Verfahrensschritt Ausgeben eines Entladesignals
- 30
- Verfahrensschritt Ermitteln eines maximalen Ladezustandswertes
- 32
- Energiespeichersteuervorrichtung
- 34
- Bedienelement
- 36
- Gerätekorpus
- 38
- Saugrohr
- 40
- Bodendüse
- 42
- Handgriff
- 44
- Abscheideeinheit
- 46
- Energiespeicherzelle
