DE102019105054A1

DE102019105054A1 - Haushaltsgerät

Info

Publication number: DE102019105054A1
Application number: DE102019105054.5A
Authority: DE
Inventors: Dennis Walfort; Sebastian Windhövel
Original assignee: Miele und Cie KG
Current assignee: Miele und Cie KG
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2020-09-03

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einem Elektromotor (16), einem wiederaufladbaren Speicher (10) für elektrische Energie, welcher dazu eingerichtet ist, dem Elektromotor (16) für dessen Betrieb elektrische Energie bereitzustellen, einer Speichersteuerung (12), welche dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Speichers (10) zu überwachen und zu steuern, einem Ladeanschluss, an welchen ein Netzteil (100) zum Laden des Speichers (10) anschließbar ist und einer elektrischen Ladeschaltung (14), welche den Ladeanschluss elektrisch leitfähig mit der Speichersteuerung (12) verbindet, wobei die Ladeschaltung (14) zumindest eine Spule (18) des Elektromotors (16) umfasst.

Description

Die Erfindung betrifft ein Haushaltsgerät mit einem Elektromotor, einem wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie, welcher dazu eingerichtet ist, dem Elektromotor für dessen Betrieb elektrische Energie bereitzustellen, einer Speichersteuerung, welche dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Speichers zu überwachen und zu steuern, einem Ladeanschluss, an welchen ein Netzteil zum Laden des Speichers anschließbar ist und einer elektrischen Ladeschaltung, welche den Ladeanschluss elektrisch leitfähig mit der Speichersteuerung verbindet.
Ferner betrifft die Erfindung ein Haushaltsgerätesystem mit einem Haushaltsgerät, welches einen wiederaufladbaren Speicher für elektrische Energie umfasst, und einem Netzteil, welches an einen Ladeanschluss des Haushaltsgeräts zum Laden des Speichers des Haushaltsgeräts anschließbar ist.
Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Laden eines wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie eines Haushaltsgeräts, mit den Schritten: Anschließen eines Netzteils an einen Ladeanschluss des Haushaltsgeräts, Umwandeln einer am Ladeanschluss anliegenden Anschlussgleichspannung in eine von der Anschlussgleichspannung abweichende Ladegleichspannung mittels einer elektrischen Ladeschaltung und Bereitstellen der Ladegleichspannung für eine Speichersteuerung des Haushaltsgeräts zum Aufladen des Speichers des Haushaltsgeräts, wobei die Speichersteuerung den Betrieb des Speichers überwacht und steuert.
Mobile bzw. portable Haushaltsgeräte sind häufig mit einem Speicher für elektrische Energie ausgestattet, sodass ein Betrieb dieser Haushaltsgeräte ohne eine kabelgebundene Leistungsversorgung erfolgen kann. Der Energiespeicher entsprechender Haushaltsgeräte ist üblicherweise mit einer Speichersteuerung verbunden, welche das Batteriemanagement übernimmt.
Zum Laden des Energiespeichers ist bisher ein intelligentes Ladegerät an die Speichersteuerung anzuschließen, welches während des Ladevorgangs einen konstanten Ladestrom einregelt, bevor gegen Ende des Ladevorgangs ein konstanter Spannungswert eingeregelt wird. Die in der Praxis verwendeten Speichersteuerungen sind bisher nicht dazu geeignet, den Ladevorgang in geeigneter Weise zu regeln. Hieraus resultiert der Umstand, dass der Ladestrom nicht vom Haushaltsgerät selbst geregelt werden kann, sodass vergleichsweise kostenintensive Ladegeräte erforderlich sind.
Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, das Laden eines wiederaufladbaren Speichers für elektrische Energie eines Haushaltsgeräts mit einem herkömmlichen Netzteil zu ermöglichen, welches dem Haushaltsgerät eine Gleichspannung zum Aufladen des Speichers zur Verfügung stellt.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Haushaltsgerät der eingangs genannten Art, wobei die Ladeschaltung des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts zumindest eine Spule des Elektromotors umfasst.
Die Erfindung macht sich die Erkenntnis zunutze, dass eine den Ladestrom einregelnde Ladeschaltung umgesetzt werden kann, indem zumindest eine Spule des Elektromotors zur Ladestromkonditionierung verwendet wird. Da eine ohnehin vorhandene Spule des Elektromotors als elektrisches Bauteil der elektrischen Ladeschaltung verwendet wird, kommt es außerdem zur Reduzierung der Teileanzahl und somit zur Verringerung der Herstellungskosten eines entsprechenden Haushaltsgeräts. Darüber hinaus wird durch die Mehrfachverwendung der zumindest einen Spule des Elektromotors eine Bauraum- und Gewichtseinsparung umgesetzt.
Da der Ladestrom eigenständig von dem erfindungsgemäßen Haushaltsgerät geregelt werden kann, kann zum Laden des Haushaltsgeräts ein herkömmliches Netzteil verwendet werden, wodurch ebenfalls weitere Kosten eingespart werden. Insbesondere bei Haushaltsgeräten, bei welchen die entnommene Leistung beim Entladen größer als die zugeführte Leistung beim Laden ist, ist der Elektromotor als Induktivität deutlich robuster gegenüber Verlustleistung als die Induktivität in einem Ladegerät. Die Speichersteuerung des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts kann beispielsweise ein Batterie-Management-System sein. Der Speicher kann mehrere elektrisch leitfähig miteinander verbundene elektrochemische Zellen umfassen. Insbesondere ist der Speicher als Lithium-Ionen-Akku ausgebildet.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts umfasst die Ladeschaltung einen schaltenden Gleichstromsteller und die Motorinduktivität des Elektromotors ist als energieübertragende Ladedrossel in den Gleichstromsteller integriert. Die Ladeschaltung ist somit als Gleichspannungswandler ausgebildet. Somit ist es nicht erforderlich, dass ein vollwertiges Ladegerät an den Ladeanschluss des Haushaltsgeräts angeschlossen wird. Vielmehr kann ein herkömmliches Netzteil zum Laden des Speichers des Haushaltsgeräts verwendet werden, welches eine ungeeignete Gleichspannung zum Laden des Speichers bereitstellt.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts ist der schaltende Gleichstromsteller als Einquadrantensteller oder als Vierquadrantensteller ausgebildet. Wenn der schaltende Gleichstromsteller als Einquadrantensteller ausgebildet ist, handelt es sich beim Gleichstromsteller vorzugsweise um einen einfachen Gleichstromsteller, welcher beispielsweise einen Tiefsetzsteller oder einen Hochsetzsteller umfassen kann. Wenn der schaltende Gleichstromsteller als Vierquadrantensteller ausgebildet ist, kann dieser eine Kombination aus zwei unterschiedlichen Gleichstromstellern umfassen. Beispielsweise kann der Vierquadrantensteller einen Tiefsetzsteller mit einem Hochsetzsteller kombinieren.
Das erfindungsgemäße Haushaltsgerät wird ferner dadurch vorteilhaft weitergebildet, dass der schaltende Gleichstromsteller einen Tiefsetzsteller umfasst. Der Gleichstromsteller ist somit als Abwärtswandler ausgebildet. Der Gleichstromsteller weist vorzugsweise einen Kondensator auf, wobei die Motorinduktivität des Elektromotors und der Kondensator einen Tiefpass zweiter Ordnung bilden. Wenn das Netzteil eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, welche oberhalb der maximalen Spannung des Speichers liegt, kann die Motorinduktivität vorteilhaft in dem Tiefsetzsteller genutzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts umfasst der schaltende Gleichstromsteller einen Hochsetzsteller. Der Gleichstromsteller ist somit als Aufwärtswandler ausgebildet. Wenn das Netzteil eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, welche unterhalb der minimalen Spannung des Speichers liegt, kann die Motorinduktivität vorteilhaft in dem Hochsetzsteller genutzt werden.
Vorzugsweise ist der schaltende Gleichstromsteller als Vierquadrantensteller ausgebildet und kombiniert einen Tiefsetzsteller und einen Hochsetzsteller. Wenn das Netzteil eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, welche innerhalb oder außerhalb des Spannungsbereichs des Speichers liegt, kann die Motorinduktivität in einem derartigen Vierquadrantensteller entsprechend genutzt werden, um einen geeigneten Ladestrom zu generieren.
Es ist außerdem ein erfindungsgemäßes Haushaltsgerät bevorzugt, bei welchem das Haushaltsgerät als portables Haushaltsgerät und/oder als Sauger ausgebildet ist. Das erfindungsgemäße Haushaltsgerät kann beispielsweise als Akku-Sauger ausgebildet sein. Der Akku-Sauger kann ein Akku-Handsauger oder ein Akku-Bodensauger sein. Das Haushaltsgerät kann ferner auch ein anderer Haushaltsgerätetyp sein, bei welchem ein entsprechender wiederaufladbarer Speicher für elektrische Energie eingesetzt wird.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Haushaltsgerätesystem der eingangs genannten Art gelöst, wobei das Haushaltsgerät des erfindungsgemäßen Haushaltsgerätesystems nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgebildet ist. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Haushaltsgerätesystems wird zunächst auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Haushaltsgerätesystems ist das Netzteil dazu eingerichtet, dem Haushaltsgerät eine Gleichspannung zur Verfügung zu stellen. Die von dem Netzteil zur Verfügung gestellte Gleichspannung kann innerhalb oder außerhalb eines Spannungsbereichs des Speichers des Haushaltsgeräts liegen. Über die Ladeschaltung des Haushaltsgeräts, in welche zumindest eine Spule des Elektromotors integriert ist, kann eine entsprechende Ladestromkonditionierung vorgenommen werden, sodass der Speichersteuerung des Haushaltsgeräts eine geeignete Ladegleichspannung zum Laden des Speichers bereitgestellt werden kann.
Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird ferner durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, wobei beim Umwandeln der Anschlussgleichspannung in die Ladegleichspannung mittels der elektrischen Ladeschaltung im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens zumindest eine Spule eines Elektromotors des Haushaltsgeräts verwendet wird. Das Verfahren wird vorzugsweise zum Laden eines Haushaltsgeräts nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen ausgeführt. Hinsichtlich der Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zunächst auf die Vorteile und Modifikationen des erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts und des erfindungsgemäßen Haushaltsgerätesystems verwiesen.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird beim Umwandeln der Anschlussgleichspannung in die Ladegleichspannung die Motorinduktivität des Elektromotors als energieübertragende Ladedrossel in einem schaltenden Gleichstromsteller der Ladeschaltung verwendet. Somit kann der Ladestrom eigenständig vom Haushaltsgerät geregelt werden, wodurch kein stromregelndes Ladegerät zum Aufladen des Speichers des Haushaltsgeräts erforderlich ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen rein schematisch dargestellt und werden nachfolgend näher beschrieben. Es zeigen

1 eine Ladeschaltung samt Speicher und Speichersteuerung eines erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts in einer schematischen Darstellung;
2 eine alternative Ladeschaltung samt Speicher und Speichersteuerung eines erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts in einer schematischen Darstellung;
3 eine alternative Ladeschaltung samt Speicher und Speichersteuerung eines erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts in einer schematischen Darstellung; und
4 eine alternative Ladeschaltung samt Speicher und Speichersteuerung eines erfindungsgemäßen Haushaltsgeräts in einer schematischen Darstellung.

Die 1 bis 4 zeigen jeweils eine Einheit aus einem wiederaufladbaren Speicher 10 für elektrische Energie und einer Speichersteuerung 12. Der wiederaufladbare Speicher 10 ist beispielsweise als Lithium-Ionen-Akku ausgebildet und umfasst mehrere elektrisch leitfähig miteinander verbundene elektrochemische Zellen. Der Speicher 10 ist während des Betriebs des Haushaltsgeräts dazu eingerichtet, einem Elektromotor 16 des Haushaltsgeräts elektrische Energie bereitzustellen. Das Haushaltsgerät ist vorliegend als portables Haushaltsgerät, nämlich als mobiler Sauger ausgebildet. Beispielsweise kann das Haushaltsgerät als Akku-Handsauger oder als Akku-Bodensauger ausgebildet sein.
Die Speichersteuerung 12 dient zum Überwachen und Steuern des Betriebs des Speichers 10. Beispielsweise kann die Speichersteuerung 12 als Batterie-Management-System ausgebildet sein. Über einen Ladeanschluss, welcher vorliegend aufgrund der schematischen Darstellung nicht abgebildet ist, ist das Haushaltsgerät zum Laden des Speichers 10 an ein Netzteil 100 anschließbar. Grundsätzlich kann das Netzteil 100 aber auch in dem Haushaltsgerät integriert ausgebildet sein.
Bei dem Netzteil 100 handelt es sich um ein herkömmliches Netzteil, welches dem Haushaltsgerät eine Gleichspannung zum Laden des Speichers 10 zur Verfügung stellt. Dabei kann die vom Netzteil 100 zur Verfügung gestellte Gleichspannung grundsätzlich innerhalb oder außerhalb des Spannungsbereichs des Speichers 10 des Haushaltsgeräts liegen.
Zur Konditionierung des Ladestroms umfasst das Haushaltsgerät eine elektrische Ladeschaltung 14, welche den Ladeanschluss des Haushaltsgeräts elektrisch leitfähig mit der Speichersteuerung 12 verbindet. Die Ladeschaltung 14 ermöglicht die Regelung des Ladestroms, sodass kein intelligentes Ladegerät mit einer entsprechenden Stromstärkenregelung erforderlich ist.
Die 1 bis 3 zeigen unterschiedliche Ausführungsbeispiele einer entsprechenden Ladeschaltung 14, welche jeweils einen Gleichstromsteller umfassen und bei welchen die Motorinduktivität des Elektromotors 16 als energieübertragende Ladedrossel in den Gleichstromsteller integriert ist. Somit verwendet die Ladeschaltung 14 zumindest eine Spule 18 des Elektromotors 16 während des Aufladevorgangs des Speichers 10.
In der 1 ist der schaltende Gleichstromsteller als Einquadrantensteller, nämlich als Hochsetzsteller, ausgebildet. Der Gleichstromsteller ist somit als Aufwärtswandler ausgebildet. Die Motorinduktivität des Elektromotos 16 ist in Reihe mit einer Diode 22 geschaltet, hinter welcher ein Kondensator 20 die Ausgangsspannung aufsummiert. Die Spule 18 des Elektromotors 16 wird durch einen Schalter 24 gegen Minus geschaltet. Die dargestellte Ladeschaltung 14 kann beispielsweise eingesetzt werden, wenn das Netzteil 100 eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, welche unterhalb der minimalen Spannung des Speichers 10 liegt. Die Motorinduktivität wird in diesem Fall in einem Hochsetzsteller genutzt.
Die 2 zeigt ebenfalls eine Ladeschaltung 14, welche einen Einquadrantensteller umfasst. Der Einquadrantensteller ist in dieser Ausführungsform jedoch als Tiefsetzsteller ausgebildet, sodass die Ladeschaltung 14 als Abwärtswandler fungiert.
Die dargestellte Ladeschaltung 14 kann eingesetzt werden, wenn das Netzteil 100 eine Gleichspannung zur Verfügung stellt, welche oberhalb der maximalen Spannung des Speichers liegt. Die Induktivität der Spule 18 des Elektromotors 16 hält in diesem Fall die höhere Eingangsspannung von dem Speicher 10 fern. Die Ausgangsgröße kann durch die Steuerung der Ein- und Ausschaltzeiten des Schalters 24 eingestellt werden.
Die in der 3 dargestellte Ladeschaltung 14 ist als Vierquadrantensteller ausgebildet und kombiniert einen Tiefsetzsteller und einen Hochsetzsteller. Zur Umsetzung dieser Funktion umfasst die Ladeschaltung 14 somit entsprechende Dioden 22a, 22b, 22c, 22d und Schalter 24a, 24b, 24c, 24d. Die Motorinduktivität wird in diesem Ausführungsbeispiel folglich in einem Vierquadrantensteller verwendet, sodass die vom Netzteil 100 zur Verfügung gestellte Gleichspannung oberhalb oder unterhalb des Gleichspannungsbereichs des Speichers 10 liegen kann.
Die in der 4 dargestellte Ladeschaltung 14 zeigt eine Kombination mit einem Motor 16 mit drei Spulen 18, der von drei Halbbrücken angesteuert wird. Der Übersichtlichkeit halber sind hier die Dioden und Schalter der Halbbrücken nicht bezeichnet.
Bezugszeichenliste

10: Speicher
12: Speichersteuerung
14: Ladeschaltung
16: Elektromotor
18: Spule
20: Kondensator
22, 22a, 22b, 22c, 22d: Dioden
24, 24a, 24b, 24c, 24d: Schalter
100: Netzteil

Claims

Haushaltsgerät, mit - einem Elektromotor (16); - einem wiederaufladbaren Speicher (10) für elektrische Energie, welcher dazu eingerichtet ist, dem Elektromotor (16) für dessen Betrieb elektrische Energie bereitzustellen; - einer Speichersteuerung (12), welche dazu eingerichtet ist, den Betrieb des Speichers (10) zu überwachen und zu steuern; - einem Ladeanschluss, an welchen ein Netzteil (100) zum Laden des Speichers (10) anschließbar ist; und - einer elektrischen Ladeschaltung (14), welche den Ladeanschluss elektrisch leitfähig mit der Speichersteuerung (12) verbindet; dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung (14) zumindest eine Spule (18) des Elektromotors (16) umfasst.
Haushaltsgerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeschaltung (14) einen schaltenden Gleichstromsteller umfasst und die Motorinduktivität des Elektromotors (16) als energieübertragende Ladedrossel in den Gleichstromsteller integriert ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltende Gleichstromsteller als Einquadrantensteller oder als Vierquadrantensteller ausgebildet ist.
Haushaltsgerät nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltende Gleichstromsteller einen Tiefsetzsteller umfasst.
Haushaltsgerät nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der schaltende Gleichstromsteller einen Hochsetzsteller umfasst.
Haushaltsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät als portables Haushaltsgerät und/oder als Sauger ausgebildet ist.
Haushaltsgerätesystem, mit - einem Haushaltsgerät, welches einen wiederaufladbaren Speicher (10) für elektrische Energie umfasst; und - einem Netzteil (100), welches an einen Ladeanschluss des Haushaltsgeräts zum Laden des Speichers (10) des Haushaltsgeräts anschließbar ist; dadurch gekennzeichnet, dass das Haushaltsgerät nach einem der vorstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
Haushaltsgerätesystem nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Netzteil (100) dazu eingerichtet ist, dem Haushaltsgerät eine Gleichspannung zur Verfügung zu stellen.
Verfahren zum Laden eines wiederaufladbaren Speichers (10) für elektrische Energie eines Haushaltsgeräts, insbesondere eines Haushaltsgeräts nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit den Schritten: - Anschließen eines Netzteils (100) an einen Ladeanschluss des Haushaltsgeräts; - Umwandeln einer am Ladeanschluss anliegenden Anschlussgleichspannung in eine von der Anschlussgleichspannung abweichende Ladegleichspannung mittels einer elektrischen Ladeschaltung (14); und - Bereitstellen der Ladegleichspannung für eine Speichersteuerung (12) des Haushaltsgeräts zum Aufladen des Speichers (10) des Haushaltsgeräts, wobei die Speichersteuerung (12) den Betrieb des Speichers (10) überwacht und steuert; dadurch gekennzeichnet, dass beim Umwandeln der Anschlussgleichspannung in die Ladegleichspannung mittels der elektrischen Ladeschaltung (14) zumindest eine Spule (18) eines Elektromotors (16) des Haushaltsgeräts verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass beim Umwandeln der Anschlussgleichspannung in die Ladegleichspannung die Motorinduktivität des Elektromotors (16) als energieübertragende Ladedrossel in einem schaltenden Gleichstromsteller der Ladeschaltung (14) verwendet wird.