DE102021120232B3

DE102021120232B3 - System and method for configuring a configurable battery pack

Info

Publication number: DE102021120232B3
Application number: DE102021120232.9A
Authority: DE
Inventors: Alexander Wolf; Christopher Heim
Original assignee: Metabowerke GmbH and Co
Current assignee: Metabowerke GmbH and Co
Priority date: 2021-08-04
Filing date: 2021-08-04
Publication date: 2023-01-26
Anticipated expiration: 2041-08-05

Abstract

Die Erfindung betrifft ein System (1), umfassend ein elektrisches Gerät (2), ein konfigurierbares Akkupack (3) und eine konfigurierbare Schaltmatrix (13), wobei das Akkupack (3) mit dem Gerät (2) verbindbar ist, um zwischen dem Gerät (2) und dem Akkupack (3) elektrische Leistung auszutauschen. Das Akkupack (3) weist eine Mehrzahl Akkuzellen (10) auf. Die konfigurierbare Schaltmatrix (13) ist zur elektronischen Verschaltung der Akkuzellen (10) ausgebildet, um eine Ausgangsspannung (U1, U2) des Akkupacks (3) festzulegen. Es ist vorgesehen, dass das Gerät (2) dazu eingerichtet ist, die Ausgangsspannung (U1, U2) des Akkupacks (3) durch Einflussnahme auf die Schaltmatrix (13) festzulegen.The invention relates to a system (1), comprising an electrical device (2), a configurable battery pack (3) and a configurable switching matrix (13), the battery pack (3) being connectable to the device (2) in order to switch between the device (2) and the battery pack (3) to exchange electrical power. The battery pack (3) has a plurality of battery cells (10). The configurable switching matrix (13) is designed for electronic interconnection of the battery cells (10) in order to define an output voltage (U1, U2) of the battery pack (3). The device (2) is set up to set the output voltage (U1, U2) of the battery pack (3) by influencing the switching matrix (13).

Description

Die Erfindung betrifft ein System, umfassend ein elektrisches Gerät und ein konfigurierbares Akkupack, wobei das Akkupack mit dem Gerät verbindbar ist, um zwischen dem Gerät und dem Akkupack elektrische Leistung auszutauschen, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The invention relates to a system comprising an electrical device and a configurable battery pack, wherein the battery pack can be connected to the device in order to exchange electrical power between the device and the battery pack, according to the preamble of claim 1.

Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Konfiguration eines konfigurierbaren Akkupacks.The invention also relates to a method for configuring a configurable battery pack.

Akkupack sind in der Regel als zusammengeschaltetes Paket mehrerer Akkumulatorzellen („Akkuzellen“; auch „Sekundärzellen“ genannt) ausgebildet. Derartige Akkupacks sind hinlänglich bekannt und werden im Stand der Technik als Stromquellen für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt. Mit einem Akkupack kann vorliegend grundsätzlich auch ein Speicher für elektrische Energie gemeint sein, der nicht oder nicht ausschließlich elektrochemisch aufgebaut ist, also zum Beispiel ein Kondensator bzw. ein Kondensatorverbund / Kondensatorpack.Rechargeable battery packs are usually designed as an interconnected package of several rechargeable battery cells (“rechargeable battery cells”; also called “secondary cells”). Such battery packs are well known and are used in the prior art as power sources for a variety of applications. In the present case, a battery pack can basically also mean a store for electrical energy that is not or not exclusively constructed electrochemically, ie, for example, a capacitor or a capacitor assembly/capacitor pack.

Elektrische Verbraucher bzw. elektrische Geräte werden üblicherweise mit einer konstanten Betriebsspannung versorgt. Insofern es sich um kabellos betreibbare Geräte handelt, müssen die entsprechenden Akkupacks somit ausgebildet sein, eine jeweils geeignete Ausgangsspannung für das Gerät bereitzustellen. Insbesondere in einem modularen System ist es aus Gründen der Benutzerfreundlichkeit und Wirtschaftlichkeit zumeist sinnvoll, die Anzahl unterschiedlicher Akkupacks und Betriebsspannungen möglichst gering zu halten, um eine Austauschbarkeit der Akkupacks unter verschiedenen Geräten einer gemeinsamen Produktpalette zu ermöglichen.Electrical consumers or electrical devices are usually supplied with a constant operating voltage. Insofar as devices that can be operated wirelessly are concerned, the corresponding battery packs must therefore be designed to provide a suitable output voltage for the device in each case. In a modular system in particular, it makes sense for reasons of user-friendliness and economy to keep the number of different battery packs and operating voltages as small as possible in order to enable the battery packs to be interchanged between different devices in a common product range.

Eine Austauschbarkeit von Akkupacks zwischen Geräten mit stark unterschiedlichen Leistungsklassen ist allerdings nicht immer vollumfänglich möglich. Außerdem ist es selbst bei Geräten mit ähnlichen Leistungsklassen in der Regel erforderlich, die von dem Akkupack bereitgestellte Ausgangsspannung in dem Gerät spezifisch an die Anforderungen des Geräts anzupassen, insbesondere unter Verwendung eines Gleichspannungswandlers. Bei der Umwandlung der elektrischen Spannungen entstehen allerdings Wärmeverluste, ferner erhöht die erforderliche Elektronik die Herstellungskosten der Geräte und wirkt sich mitunter negativ auf deren Lebensdauer aus.However, it is not always fully possible to exchange battery packs between devices with very different power classes. In addition, even in the case of devices with similar performance classes, it is generally necessary to adapt the output voltage provided by the battery pack in the device specifically to the requirements of the device, in particular using a DC/DC converter. However, when the electrical voltages are converted, heat losses occur, and the electronics required also increase the manufacturing costs of the devices and sometimes have a negative effect on their service life.

Um die Modularität eines Systems aus einem oder mehreren Geräten und einem oder mehreren Akkupacks zu erhöhen wird in der DE 10 2007 027 902 A1 vorgeschlagen, die Ausgangsspannung eines Akkupacks auswählbar zu gestalten. Hierzu weist das Akkupack eine konfigurierbare Schaltmatrix zur elektronischen Verschaltung der einzelnen Akkuzellen auf. Der Benutzer des Akkupacks kann schließlich zwischen den beiden Ausgangsspannungen wählen und das Akkupack damit wahlweise zum Betrieb eines Geräts mit einer niedrigen Betriebsspannung oder eines Geräts mit einer höheren Betriebsspannung verwenden.In order to increase the modularity of a system consisting of one or more devices and one or more battery packs, DE 10 2007 027 902 A1 suggested making the output voltage of a battery pack selectable. For this purpose, the battery pack has a configurable switching matrix for the electronic interconnection of the individual battery cells. Finally, the user of the battery pack can choose between the two output voltages and thus use the battery pack either to operate a device with a low operating voltage or a device with a higher operating voltage.

Der Komfort und insbesondere auch die Sicherheit eines derartigen Akkupacks sind allerdings nach wie vor nicht zufriedenstellend.However, the convenience and, in particular, the safety of such a battery pack are still unsatisfactory.

Zum technologischen Hintergrund sei außerdem noch auf die folgenden Druckschriften verwiesen.For the technological background, reference is also made to the following publications.

Die DE 10 2021 101 682 A1 betrifft die automatische oder manuelle Parametrisierung eines Akkupacks durch den angeschlossenen Verbraucher oder durch dessen Ladegerät. Es wird vorgeschlagen, in dem Akkupack durch Begrenzung dessen Ladekapazität eine flexible Überspannungsreserve vorzusehen, um das Akkupack im Rahmen eines Rekuperationsvorgangs nicht zu überlasten. the DE 10 2021 101 682 A1 relates to the automatic or manual parameterization of a battery pack by the connected consumer or its charger. It is proposed that a flexible overvoltage reserve be provided in the battery pack by limiting its charge capacity, in order not to overload the battery pack during a recuperation process.

Die US 2020/0313453 A1 betrifft ein Akkupack mit einer Benutzerschnittstelle, die dazu eingerichtet ist, eine Eingabe von einem Benutzer zu empfangen. Eine Steuerung des Akkupacks ist eingerichtet, ein Signal von der Benutzerschnittstelle zu empfangen und zu verifizieren, um das Akkupack gegebenenfalls zu aktivieren.the U.S. 2020/0313453 A1 relates to a battery pack having a user interface configured to receive input from a user. A controller of the battery pack is set up to receive and verify a signal from the user interface in order to activate the battery pack if necessary.

Die DE 10 2019 107 426 B3 betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Energiespeichers für ein Elektrowerkzeug durch Messen oder Ermitteln eines eindimensionalen oder mehrdimensionalen Zustandsvektors des Energiespeichers und Messen oder Ermitteln eines Verbrauchswerts bezüglich einer Leistungsabgabe des Energiespeichers.the DE 10 2019 107 426 B3 relates to a method for operating an energy store for a power tool by measuring or determining a one-dimensional or multidimensional state vector of the energy store and measuring or determining a consumption value with regard to a power output of the energy store.

Die DE 10 2012 006 474 A1 betrifft ein Verfahren sowie eine Vorrichtung zum gezielten zusätzlichen Laden und/oder Entladen einzelner Akkuzellen in Akkusystemen, die als Verbund mehrerer in Serie geschalteter Akkuzellen bzw. paralleler Zellverbände realisiert sind, zum Zweck des Angleichens des Ladezustandes alter Zellen während des Ladevorgangs.the DE 10 2012 006 474 A1 relates to a method and a device for the targeted additional charging and/or discharging of individual battery cells in battery systems, which are implemented as a combination of several battery cells connected in series or parallel cell groups, for the purpose of aligning the state of charge of old cells during the charging process.

In Anbetracht des bekannten Stands der Technik besteht die Aufgabe der vorliegenden Erfindung somit darin, ein System aus wenigstens einem Gerät und einem Akkupack bereitzustellen, mit einer besonders komfortablen und sicheren Austauschbarkeit des Akkupacks zwischen unterschiedlichen Geräten, und vorzugsweise einem verbesserten Ladeverhalten und einer erhöhten Lebensdauer des Akkupacks.In view of the known state of the art, the object of the present invention is therefore to provide a system consisting of at least one device and a battery pack, with a particularly convenient and safe exchangeability of the battery pack between different devices, and preferably an improved charging behavior and an increased service life of the battery packs.

Der vorliegenden Erfindung liegt auch die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Konfiguration eines konfigurierbaren Akkupacks bereitzustellen, das eine besonders komfortable und sichere Austauschbarkeit des Akkupacks zwischen unterschiedlichen Geräten ermöglicht, sowie vorzugsweise ein verbessertes Ladeverhalten und eine erhöhte Lebensdauer des Akkupacks.The present invention is also based on the object of providing a method for configuring a configurable battery pack that enables the battery pack to be exchanged particularly conveniently and safely between different devices, as well as preferably improved charging behavior and an increased service life of the battery pack.

Die Aufgabe wird für das System mit den in Anspruch 1 aufgeführten Merkmalen gelöst. Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 13 gelöst. Die abhängigen Ansprüche und die nachfolgend beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten der Erfindung.The object is achieved for the system with the features listed in claim 1. With regard to the method, the object is achieved by the features of claim 13. The dependent claims and the features described below relate to advantageous embodiments and variants of the invention.

Es ist ein System vorgesehen, umfassend wenigstens ein elektrisches Gerät, zumindest ein konfigurierbares Akkupack und eine konfigurierbare Schaltmatrix, wobei das Akkupack mit dem Gerät verbindbar ist, um zwischen dem Gerät und dem Akkupack elektrische Leistung auszutauschen.A system is provided, comprising at least one electrical device, at least one configurable battery pack and a configurable switching matrix, the battery pack being connectable to the device in order to exchange electrical power between the device and the battery pack.

Bei dem System handelt es sich vorzugsweise um ein modulares System, das mehrere unterschiedliche Geräte aufweist, insbesondere unterschiedliche Typen von Geräten bzw. Geräteklassen, die für einen ordnungsgemäßen, nominalen Betrieb jeweils eine spezifische Betriebsspannung und damit Ausgangsspannung des Akkupacks erfordern. Beispielsweise können ein erstes Gerät, das für einen nominalen Betrieb mit einer ersten Ausgangsspannung des Akkupacks betreibbar ist, und ein zweites Gerät, das für einen nominalen Betrieb mit einer zweiten Ausgangsspannung des Akkupacks betreibbar ist, vorgesehen sein. Es können auch noch beliebig viele weitere Geräte vorgesehen sein, die vorzugsweise wahlweise ausschließlich entweder mit der ersten Ausgangsspannung oder mit der zweiten Ausgangsspannung betreibbar sind (oder ggf. auch mit weiteren Ausgangsspannungen). Grundsätzlich kann auch ein Gerät vorgesehen sein, das mit mehreren Ausgangsspannungen, insbesondere mit der ersten Ausgangsspannung oder der zweiten Ausgangsspannung betreibbar ist (z. B. mit jeweils unterschiedlichen Drehzahlen).The system is preferably a modular system that has a number of different devices, in particular different types of devices or device classes, which each require a specific operating voltage and thus output voltage of the battery pack for proper, nominal operation. For example, a first device that can be operated for nominal operation with a first output voltage of the battery pack and a second device that can be operated for nominal operation with a second output voltage of the battery pack can be provided. Any number of other devices can also be provided, which can preferably be operated exclusively either with the first output voltage or with the second output voltage (or optionally also with other output voltages). In principle, a device can also be provided which can be operated with a plurality of output voltages, in particular with the first output voltage or the second output voltage (e.g. with different speeds in each case).

Das System kann außerdem mehrere Akkupacks aufweisen, insbesondere mehrere konfigurierbare Akkupacks gemäß den nachstehenden Ausführungen, gegebenenfalls aber auch herkömmliche, nicht konfigurierbare Akkupacks zur Bereitstellung spezifischer Ausgangsspannungen (beispielsweise der ersten Ausgangsspannung, der zweiten Ausgangsspannung oder einer sonstigen Ausgangsspannung).The system can also have a number of battery packs, in particular a number of configurable battery packs as described below, but possibly also conventional, non-configurable battery packs for providing specific output voltages (e.g. the first output voltage, the second output voltage or another output voltage).

Zur Verbindung des Geräts und des Akkupacks kann vorgesehen sein, dass das Akkupack eine Akkupackschnittstelle und das Gerät eine Geräteschnittstelle aufweist, wobei die Akkupackschnittstelle und die Geräteschnittstelle ausgebildet sind, um das Akkupack zur Übertragung der elektrischen Leistung mit dem Gerät zu verbinden. Optional können die beiden Schnittstellen in ihrem miteinander verbundenen Zustand miteinander verrastbar sein. Es handelt sich vorzugsweise jeweils um eine mechanische und eine elektrische Schnittstelle.To connect the device and the battery pack, it can be provided that the battery pack has a battery pack interface and the device has a device interface, the battery pack interface and the device interface being designed to connect the battery pack to the device for transmission of the electrical power. Optionally, the two interfaces can be locked together in their connected state. It is preferably a mechanical and an electrical interface.

Um eine besonders hohe Modularität des Systems bereitzustellen kann vorgesehen sein, dass verschiedene Geräte bzw. Gerätetypen innerhalb des Systems dieselbe Geräteschnittstelle aufweisen und/oder dass verschiedene Akkupacks bzw. Akkupacktypen innerhalb des Systems dieselbe Akkupackschnitte aufweisen. Hierdurch können die verschiedenen Akkupacks zwischen den Geräten nahezu beliebig austauschbar sein. Die Kompatibilität der Geräte und Akkupacks innerhalb des Systems kann damit besonders hoch sein.In order to provide a particularly high modularity of the system, it can be provided that different devices or device types within the system have the same device interface and/or that different battery packs or battery pack types within the system have the same battery pack sections. As a result, the various battery packs can be exchanged between the devices in almost any way. The compatibility of the devices and battery packs within the system can therefore be particularly high.

Erfindungsgemäß weist das Akkupack eine Mehrzahl Akkuzellen auf. Die konfigurierbare Schaltmatrix ist zur elektronischen Verschaltung der Akkuzellen ausgebildet, um eine Ausgangsspannung des Akkupacks festzulegen.According to the invention, the battery pack has a plurality of battery cells. The configurable switching matrix is designed for the electronic interconnection of the battery cells in order to define an output voltage of the battery pack.

Die Schaltmatrix kann somit ausgebildet sein, die Akkuzellen des Akkupacks unterschiedlich zu verschalten, um jeweils verschiedene Ausgangsspannungen des Akkupacks zu erhalten. Hierzu können beispielsweise verschiedene Reihenschaltungen und/oder Parallelschaltungen der Akkuzellen untereinander vorgesehen sein. Grundsätzlich kann die Schaltmatrix ausgebildet sein, eine beliebige Anzahl Verschaltungen der Akkuzellen (soweit technisch realisierbar) zu ermöglichen, um aus einer möglichst großen Anzahl Ausgangsspannungen auszuwählen. Eine besonders einfache und in der Regel ausreichende Schaltmatrix ist allerdings vorzugsweise ausgebildet, um genau eine von zwei möglichen Ausgangsspannungen des Akkupacks festzulegen, indem zwischen zwei verschiedenen Verschaltungen der Akkuzellen untereinander ausgewählt werden kann (insbesondere zwischen einer Reihenschaltung und einer Parallelschaltung).The switching matrix can thus be designed to connect the battery cells of the battery pack differently in order to obtain different output voltages of the battery pack in each case. For this purpose, for example, various series connections and/or parallel connections of the battery cells can be provided with one another. In principle, the switching matrix can be designed to allow any number of interconnections of the battery cells (as far as technically feasible) in order to select from the largest possible number of output voltages. However, a particularly simple and generally sufficient switching matrix is preferably designed to define precisely one of two possible output voltages of the battery pack by allowing a choice between two different interconnections of the battery cells with one another (in particular between a series connection and a parallel connection).

Das Akkupack kann vorzugsweise ausgebildet sein, wahlweise entweder eine erste Ausgangsspannung oder eine von der ersten Ausgangsspannung verschiedene, zweite Ausgangsspannung bereitstellen.The battery pack can preferably be designed to optionally provide either a first output voltage or a second output voltage that differs from the first output voltage.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Gerät dazu eingerichtet ist, die Ausgangsspannung des Akkupacks durch Einflussnahme auf die Schaltmatrix festzulegen.According to the invention, the device is set up to set the output voltage of the battery pack by influencing the switching matrix.

Dadurch, dass das Gerät die Ausgangsspannung des Akkupacks selbst festzulegen vermag, wird einerseits der Benutzerkomfort erhöht und auch sichergestellt, dass der Benutzer keine für das Gerät ungeeignete Ausgangsspannung auswählt. Eine Beschädigung des Geräts oder des Akkupacks kann damit nahezu ausgeschlossen werden. Der Benutzer vermag somit vorzugsweise ohne nachzudenken ein beliebiges Akkupack mit einem beliebigen Gerät des Systems zu verbinden, um das Akkupack von dem Gerät aufladen zu lassen oder um das Gerät mit dem Akkupack zu versorgen.Because the device is able to set the output voltage of the battery pack itself, user comfort is increased on the one hand and it is also ensured that the user does not select an output voltage that is unsuitable for the device. Damage to the device or the battery pack can thus be almost completely ruled out. The user can thus preferably connect any battery pack to any device in the system without thinking, in order to have the battery pack charged by the device or to supply the device with the battery pack.

Dadurch, dass das Akkupack konfigurierbar ist, ist es außerdem möglich, ein standardisiertes Akkupack in Massenproduktion herzustellen, das anschließend flexibel verwendbar ist. Das Akkupack kann später anwendungsspezifisch konfigurierbar sein. Es ist daher möglich, bei gleichbleibender Hardware bzw. bei gleichbleibendem Aufbau über rein steuerungstechnische Maßnahmen die Ausgangsspannung des Akkupacks über das Gerät einzustellen. Die Herstellung eines derartigen Akkupacks kann wirtschaftlich besonders vorteilhaft sein, da hohe Stückzahlen eines einzigen Akkupacktyps gefertigt werden können, die im Nachhinein in einfachster Weise flexibel anpassbar sind.Because the battery pack is configurable, it is also possible to mass-produce a standardized battery pack that can then be used flexibly. The battery pack can later be configured specifically for the application. It is therefore possible to set the output voltage of the battery pack via the device with the same hardware or structure using purely technical control measures. The production of such a battery pack can be particularly advantageous from an economic point of view, since large quantities of a single battery pack type can be manufactured, which can be flexibly adapted in a very simple manner afterwards.

In einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Akkupack die Schaltmatrix aufweist.In a particularly preferred development of the invention, it can be provided that the battery pack has the switching matrix.

Auf diese Weise ist die Anbindung der Schaltmatrix an die einzelnen Akkuzellen besonders einfach möglich. Ferner kann - optional - eine besonders einfache Kombination der Schaltmatrix mit in dem Akkupack ohnehin vorhandenen Überwachungsfunktionen möglich sein.In this way, the switching matrix can be connected to the individual battery cells in a particularly simple manner. Furthermore--optionally--a particularly simple combination of the switching matrix with monitoring functions that are already present in the battery pack can be possible.

Grundsätzlich kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das elektrische Gerät die Schaltmatrix aufweist. Zur Verschaltung heranzuziehende Knoten zwischen den Akkuzellen können der Schaltmatrix dann gegebenenfalls über die nachfolgend noch genannte Akkupackschnittstelle und Geräteschnittstelle zugänglich gemacht werden.In principle, however, it can also be provided that the electrical device has the switching matrix. Nodes between the battery cells that are to be used for interconnection can then be made accessible to the switching matrix, if necessary, via the battery pack interface and device interface mentioned below.

Nachfolgend wird die Erfindung im Wesentlichen mit einer in das Akkupack integrierten Schaltmatrix beschrieben. Dies ist allerdings nicht einschränkend zu verstehen.The invention is essentially described below with a switching matrix integrated in the battery pack. However, this is not to be understood as limiting.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Akkuzellen des Akkupacks auf zumindest einen ersten Zellenstrang und einen zweiten Zellenstrang verteilt sind. Grundsätzlich können aber auch noch weitere Zellenstränge vorgesehen sein, beispielsweise ein dritter Zellenstrang, ein vierter Zellenstrang oder noch mehr Zellenstränge.In an advantageous development of the invention, it can be provided that the battery cells of the battery pack are distributed over at least a first cell string and a second cell string. In principle, however, further cell lines can also be provided, for example a third cell line, a fourth cell line or even more cell lines.

Vorzugsweise weist jeder Zellenstrang dieselbe Anzahl permanent miteinander verschalteter Akkuzellen auf. Die Akkuzellen eines Zellenstrangs können beispielsweise fest miteinander verdrahtet sein, beispielsweise unter Verwendung elektrischer Leitungen zur Verbindung der Anoden und Kathoden der Akkuzellen untereinander oder vorzugsweise mittels so genannter Zellverbinder (dabei handelt es sich in der Regel um Metallplatten bzw. Metallbleche, die die Akkuzellen bzw. deren Anoden und Kathoden miteinander verbinden). Die Akkuzellen eines Zellenstrangs können miteinander in Reihe verschaltet sein, um deren jeweilige Nennspannung zu akkumulieren, oder parallel miteinander verschaltet sein, um den insgesamt bereitstellbaren Nennstrom zu akkumulieren. Auch Kombinationen aus Reihen- und Parallelschaltung sind möglich. Ferner müssen verschiedene Zellenstränge auch nicht zwingend dieselbe Anzahl Akkuzellen aufweisen, auch wenn dies grundsätzlich bevorzugt ist. Entsprechende Verbindungstechniken zur elektrischen und mechanischen Verbindung von Akkuzellen und Zellenstränge sowie deren Absicherung sind hinreichend bekannt, weshalb auf weitere Details verzichtet wird.Each string of cells preferably has the same number of rechargeable battery cells that are permanently connected to one another. The battery cells of a cell string can, for example, be hard-wired to one another, for example using electrical lines to connect the anodes and cathodes of the battery cells to one another or preferably by means of so-called cell connectors (these are usually metal plates or metal sheets that connect the battery cells or connect their anodes and cathodes together). The battery cells of a cell string can be connected to one another in series in order to accumulate their respective rated voltage, or connected in parallel to one another in order to accumulate the rated current that can be provided overall. Combinations of series and parallel connections are also possible. Furthermore, different cell strings do not necessarily have to have the same number of battery cells, even if this is fundamentally preferred. Appropriate connection techniques for the electrical and mechanical connection of battery cells and cell strings and their protection are well known, which is why no further details are given.

Vorzugsweise ist die Schaltmatrix ausgebildet, um die einzelnen Zellenstränge zur Festlegung der Ausgangsspannung des Akkupacks wahlweise entweder parallel oder seriell bzw. in Reihe miteinander zu verschalten.The switching matrix is preferably designed to selectively connect the individual cell strings to one another either in parallel or in series or in series to determine the output voltage of the battery pack.

Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Akkuzellen des Akkupacks auf genau zwei Zellenstränge verteilt sind, wobei die Schaltmatrix ausgebildet sein kann, den ersten Zellenstrang wahlweise in einer Parallelschaltung mit dem zweiten Zellenstrang zu verbinden oder in Reihe mit dem zweiten Zellenstrang zu verbinden. In der Reihenschaltung kann somit beispielsweise eine erste Ausgangsspannung des Akkupacks festgelegt und durch die Parallelschaltung eine zweite Ausgangsspannung festgelegt werden, wobei die zweite Ausgangsspannung größer ist als die erste Ausgangsspannung, insbesondere der doppelten ersten Ausgangsspannung entspricht. Dementsprechend kann der von dem Akkupack maximal bereitstellbare Ausgangsstrom im Falle der Parallelschaltung größer sein als im Falle der Reihenschaltung, insbesondere um den Faktor zwei größer sein. For example, it can be provided that the battery cells of the battery pack are distributed over exactly two cell strings, wherein the switching matrix can be designed to connect the first cell string either in parallel with the second cell string or in series with the second cell string. In the series circuit, for example, a first output voltage of the battery pack can be set and a second output voltage can be set by the parallel circuit, the second output voltage being greater than the first output voltage, in particular twice the first output voltage. Accordingly, the maximum output current that can be provided by the battery pack can be greater in the case of parallel connection than in the case of series connection, in particular by a factor of two.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix eine Mehrzahl elektronischer bzw. gesteuerter Schalter aufweist, um die Verschaltung der Akkuzellen zu konfigurieren.According to one development of the invention, it can be provided that the switching matrix has a plurality of electronic or controlled switches in order to configure the interconnection of the battery cells.

Die elektronischen Schalter sind vorzugsweise als Halbleiterschalter ausgebildet. Auch die Verwendung von beispielsweise elektromechanischen Schaltern, wie Relais, ist aber grundsätzlich möglich. Besonders bevorzugt sind die Halbleiterschalter als Transistoren bzw. Leistungstransistoren ausgebildet, beispielsweise als MOSFETs bzw. Leistungs-MOSFETs oder Bipolartransistoren.The electronic switches are preferably in the form of semiconductor switches. However, the use of electromechanical switches, such as relays, for example, is also fundamental possible. The semiconductor switches are particularly preferably designed as transistors or power transistors, for example as MOSFETs or power MOSFETs or bipolar transistors.

Die elektronischen Schalter können optional auch als aktive Schutzschalter bzw. schaltbare Sicherungen ausgebildet sein, um das Akkupack zusätzlich zu dessen Konfigurierbarkeit abzusichern und die Spannungsversorgung bedarfsweise zu unterbrechen. Auf diese Weise kann bei einem schwerwiegenden Fehlerfall gegebenenfalls nicht nur die Ausgangsspannung des Akkupacks, sondern beispielsweise auch die elektrische Verbindung zwischen den einzelnen Akkuzellen unterbrochen werden.The electronic switches can optionally also be in the form of active circuit breakers or switchable fuses in order to protect the battery pack in addition to its configurability and to interrupt the power supply if necessary. In this way, in the event of a serious error, not only the output voltage of the battery pack but also, for example, the electrical connection between the individual battery cells can be interrupted.

Die Verwendung rein elektronischer Schalter hat sich als besonders vorteilhaft herausgestellt, insbesondere gegenüber einem mechanischen, manuellen Umschalten der Schaltmatrix bzw. der Ausgangsspannung des Akkupacks.The use of purely electronic switches has proven to be particularly advantageous, in particular compared to mechanical, manual switching of the switching matrix or the output voltage of the battery pack.

Grundsätzlich kann die Schaltmatrix eine beliebige Anzahl elektronischer bzw. gesteuerter Schalter aufweisen, beispielsweise genau einen elektronischen Schalter, vorzugsweise zwei elektronische Schalter oder mehr, besonders bevorzugt genau drei elektronische Schalter, gegebenenfalls aber beispielsweise auch vier, fünf, sechs, sieben, acht oder noch mehr elektronische Schalter. Insofern zwischen zwei verschiedenen Ausgangsspannungen bzw. zwischen zwei verschiedenen Konfigurationen der Verschaltung der Akkuzellen umgeschaltet werden soll, sind insbesondere aber bereits drei elektronische Schalter mitunter ausreichend und daher bevorzugt. In der Regel ist die Umschaltung zwischen zwei Ausgangsspannungen des Akkupacks bereits ausreichend, um ein vorteilhaftes modulares System bereitzustellen.In principle, the switching matrix can have any number of electronic or controlled switches, for example exactly one electronic switch, preferably two electronic switches or more, particularly preferably exactly three electronic switches, but optionally also four, five, six, seven, eight or even more electronic switches. Insofar as it is intended to switch between two different output voltages or between two different configurations of the interconnection of the rechargeable battery cells, three electronic switches in particular are sometimes sufficient and therefore preferred. As a rule, switching between two output voltages of the battery pack is already sufficient to provide an advantageous modular system.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix wenigstens eine eingangsseitige Steuerleitung aufweist, um die Verschaltung der Akkuzellen in Abhängigkeit von über die Steuerleitung empfangenen analogen und/oder digitalen Steuersignalen zu konfigurieren.According to one development of the invention, it can be provided that the switching matrix has at least one control line on the input side in order to configure the connection of the battery cells as a function of analog and/or digital control signals received via the control line.

Die wenigstens eine Steuerleitung kann insbesondere mit einer Akkupacksteuerung des Akkupacks verbunden sein. Die wenigstens eine Steuerleitung kann zusätzlich oder alternativ auch mit einer Gerätesteuerung des Geräts verbindbar sein (insbesondere über die Akkupackschnittstelle und die Geräteschnittstelle).The at least one control line can be connected in particular to a battery pack controller of the battery pack. The at least one control line can additionally or alternatively also be connectable to a device controller of the device (in particular via the battery pack interface and the device interface).

Bei der Akkupacksteuerung kann es sich insbesondere um ein in das Akkupack integriertes Batterie-Management-System (BMS) handeln bzw. die Akkupacksteuerung kann ein BMS aufweisen - oder umgekehrt. Ein Batterie-Management-System dient insbesondere der Überwachung und Regelung eines Akkupacks und wird teilweise auch als Power-Management-System (PMS) bezeichnet. Das Batterie-Management-System und/oder die Akkupacksteuerung kann beliebige elektrische Schaltungen umfassen, beispielsweise auch einen Mikrocontroller.The battery pack controller can in particular be a battery management system (BMS) integrated into the battery pack, or the battery pack controller can have a BMS—or vice versa. A battery management system is used in particular to monitor and control a battery pack and is sometimes also referred to as a power management system (PMS). The battery management system and/or the battery pack control can include any electrical circuits, for example a microcontroller.

Das BMS kann zur Ansteuerung der Schaltmatrix dienen, um hierdurch die Ausgangsspannung des Akkupacks festzulegen. Das Gerät, eine Gerätesteuerung des Geräts und/oder die Geräteschnittstelle des Geräts können dann beispielsweise mit dem BMS des Akkupacks kommunikationsverbunden sein oder auf sonstige Weise auf das BMS einwirken, um mittelbar auch auf die Schaltmatrix einzuwirken. Die beanspruchte Einflussnahme auf die Schaltmatrix durch das Gerät kann daher also auch mittelbar erfolgen; das Gerät muss nicht zwangsweise unmittelbar auf die Schaltmatrix einwirken.The BMS can be used to control the switching matrix in order to set the output voltage of the battery pack. The device, a device controller of the device and/or the device interface of the device can then, for example, be communicatively connected to the BMS of the battery pack or act on the BMS in some other way in order to also act indirectly on the switching matrix. The claimed influence on the switching matrix by the device can therefore also be indirect; the device does not necessarily have to act directly on the switching matrix.

Das Gerät kann beispielsweise über eine Datenleitung der Geräteschnittstelle und der Akkupackschnittstelle mit der Akkupacksteuerung kommunikationsverbunden sein, um die gewünschte Ausgangsspannung an die Akkupacksteuerung zu übermitteln. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Gerät lediglich einen Identifikator zur Verfügung stellt bzw. an die Akkupacksteuerung / die Schaltmatrix übermittelt, wobei dann die Akkupacksteuerung / Schaltmatrix beispielsweise anhand einer Tabelle eine geeignete Ausgangsspannung auszuwählen vermag.The device can be communicatively connected to the battery pack controller via a data line of the device interface and the battery pack interface, for example, in order to transmit the desired output voltage to the battery pack controller. It can also be provided that the device only provides an identifier or transmits it to the battery pack controller/switching matrix, in which case the battery pack controller/switching matrix can then select a suitable output voltage using a table, for example.

Die wenigstens eine Steuerleitung kann mittelbar oder unmittelbar mit entsprechenden Steuereingängen der elektronischen Schalter verbunden sein, um die elektronischen Schalter in Abhängigkeit der empfangenen Steuersignale ausgangsseitig jeweils ein- oder auszuschalten bzw. hochohmig oder niederohmig zu schalten.The at least one control line can be connected directly or indirectly to corresponding control inputs of the electronic switches in order to switch the electronic switches on or off on the output side or to switch them to high resistance or low resistance depending on the control signals received.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann außerdem auch vorgesehen sein, dass die Geräteschnittstelle eingerichtet ist, in dem mit der Akkupackschnittstelle verbundenen Zustand derart mit dem Akkupack zu interagieren, dass die Schaltmatrix dazu veranlasst wird, die Ausgangsspannung des Akkupacks festzulegen.In a development of the invention, it can also be provided that the device interface is set up to interact with the battery pack in the state connected to the battery pack interface in such a way that the switching matrix is prompted to set the output voltage of the battery pack.

In der Geräteschnittstelle kann beispielsweise ein Schaltkontakt, zum Beispiel ein Mikroschalter, oder ein Hallsensor vorgesehen sein, um zu erkennen, ob ein Gerät mit dem Akkupack verbunden ist und falls ja, welcher Gerätetyp.A switching contact, for example a microswitch, or a Hall sensor can be provided in the device interface, for example, in order to detect whether a device is connected to the battery pack and, if so, what type of device.

Die Geräteschnittstelle kann beispielsweise eine gerätespezifische Codierung aufweisen, beispielsweise in Form einer oder mehrerer Rippen oder Stege, deren Vorhandensein, Ausrichtung und/oder Orientierung elektronisch in der Akkupackschnittstelle erfassbar ist, wodurch das Gerät mittels seiner Geräteschnittstelle Einfluss auf die Schaltmatrix zu nehmen vermag (beispielsweise wiederum auch mittelbar über die Akkupacksteuerung). Auch eine elektronische Codierung in der Geräteschnittstelle ist möglich, wie spezifische leitfähige Flächen, elektronische Schaltungen (z. B. RFID-Transceiver), optische Informationsgeber (wie Reflexionsflächen, Leuchtdioden, Barcodes, QR-Codes, etc.) oder magnetische Informationsgeber, die von entsprechend geeigneten Sensoren des Akkupacks in der Akkupackschnittstelle auslesbar sind, wobei anhand der erfassten Informationen bzw. des erfassten Codes eine Ausgangsspannung für das Gerät festgelegt wird.The device interface can have a device-specific coding, for example for example in the form of one or more ribs or webs, the presence, alignment and/or orientation of which can be detected electronically in the battery pack interface, as a result of which the device is able to influence the switching matrix via its device interface (for example, again indirectly via the battery pack control). Electronic coding in the device interface is also possible, such as specific conductive surfaces, electronic circuits (e.g. RFID transceivers), optical information providers (such as reflective surfaces, light-emitting diodes, barcodes, QR codes, etc.) or magnetic information providers corresponding suitable sensors of the battery pack can be read in the battery pack interface, with an output voltage for the device being set based on the information collected or the code collected.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix eingerichtet ist, die Akkuzellen derart zu verschalten, dass das Akkupack wahlweise entweder eine erste Ausgangsspannung oder eine zweite Ausgangsspannung bereitstellt.In a development of the invention, it can be provided that the switching matrix is set up to connect the battery cells in such a way that the battery pack optionally provides either a first output voltage or a second output voltage.

Vorzugsweise entspricht die zweite Ausgangsspannung der doppelten ersten Ausgangsspannung und ergibt sich aus einer Reihenschaltung der Akkuzellen im Gegensatz zu einer Parallelschaltung.The second output voltage preferably corresponds to twice the first output voltage and results from the battery cells being connected in series, as opposed to being connected in parallel.

Vorzugsweise beträgt die erste Ausgangsspannung nominal 18 Volt und die zweite Ausgangsspannung nominal 36 Volt. Grundsätzlich sind allerdings auch andere Spannungen bzw. Kombinationen denkbar, wie beispielsweise 9 Volt und 18 Volt bzw. 36 Volt und 72 Volt. Insbesondere zum Betrieb von Elektrowerkzeugmaschinen haben sich Kombinationen aus 18 Volt, 36 Volt und 72 Volt als besonders geeignet herausgestellt.Preferably, the first output voltage is nominally 18 volts and the second output voltage is nominally 36 volts. In principle, however, other voltages or combinations are also conceivable, such as 9 volts and 18 volts or 36 volts and 72 volts. Combinations of 18 volts, 36 volts and 72 volts have proven to be particularly suitable for operating electric power tools in particular.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gerät für einen ordnungsgemäßen Betrieb ausschließlich entweder mit der ersten Ausgangsspannung oder mit der zweiten Ausgangsspannung von dem Akkupack betreibbar ist und eingerichtet ist, die entsprechende Ausgangsspannung durch Einflussnahme auf die Schaltmatrix festzulegen.In an advantageous development of the invention, it can be provided that the device can be operated exclusively with either the first output voltage or the second output voltage from the battery pack for proper operation and is set up to determine the corresponding output voltage by influencing the switching matrix.

Grundsätzlich kann allerdings auch vorgesehen sein, dass der Verbraucher des Geräts wahlweise mit unterschiedlichen Betriebsspannungen und damit Ausgangsspannungen des Akkupacks betreibbar ist. Somit kann beispielsweise ein Elektromotor in Abhängigkeit der Betriebsspannung bzw. Ausgangsspannung mit verschiedenen Drehzahlen oder Drehmomenten betreibbar sein. Ein Wechsel zwischen verschiedenen Ausgangsspannungen des Akkupacks kann somit auch während der Verwendung des Geräts erfolgen, beispielsweise indem das Gerät selbst eine Änderung der Ausgangsspannung in Abhängigkeit der Belastungssituation anfordert oder indem ein Benutzer eine Einstellung an dem Gerät vornimmt (z. B. zwischen Bohren und Schlagbohren umschaltet), wonach das Gerät die Ausgangsspannung des Akkupacks in Abhängigkeit der Benutzervorgabe durch Einflussnahme auf die Schaltmatrix des Akkupacks konfiguriert.In principle, however, it can also be provided that the consumer of the device can be operated with different operating voltages and thus with different output voltages of the battery pack. Thus, for example, an electric motor can be operated at different speeds or torques depending on the operating voltage or output voltage. A change between different output voltages of the battery pack can therefore also take place while the tool is in use, for example by the tool itself requesting a change in the output voltage depending on the load situation or by a user making a setting on the tool (e.g. between drilling and impact drilling switches), after which the device configures the output voltage of the battery pack depending on the user specification by influencing the switching matrix of the battery pack.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix eingerichtet ist, die Akkuzellen derart zu verschalten, dass das Akkupack die niedrigste festlegbare Ausgangsspannung oder keine Ausgangsspannung bereitstellt, wenn das Akkupack von dem Gerät getrennt ist.In a development of the invention, it can be provided that the switching matrix is set up to connect the battery cells in such a way that the battery pack provides the lowest definable output voltage or no output voltage when the battery pack is disconnected from the device.

Beispielsweise kann die Schaltmatrix eingerichtet sein, die Akkuzellen zu einer Parallelschaltung zu verbinden, wenn das Akkupack nicht mit einem elektrischen Gerät verbunden ist. Es kann auch vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix eingerichtet ist, das Akkupack ausgangsseitig vollständig oder zumindest an einem der beiden Spannungspole potentialfrei zu schalten oder beide Spannungspole auf dasselbe Ausgangspotential zu schalten, beispielsweise ein definiertes Referenzpotential, insbesondere Masse.For example, the switching matrix can be set up to connect the battery cells to form a parallel circuit when the battery pack is not connected to an electrical device. It can also be provided that the switching matrix is set up to switch the battery pack completely free of potential on the output side or at least at one of the two voltage poles or to switch both voltage poles to the same output potential, for example a defined reference potential, in particular ground.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Akkupack wenigstens einen von der Schaltmatrix unabhängigen Sicherheitsschalter aufweist, durch dessen Ansteuerung das Akkupack wahlweise die Ausgangsspannung ausgangsseitig bereitstellt oder nicht bereitstellt.In an advantageous development of the invention, it can be provided that the battery pack has at least one safety switch which is independent of the switching matrix and which can be actuated by the battery pack selectively providing the output voltage on the output side or not providing it.

Bei dem Sicherheitsschalter handelt es sich vorzugsweise um einen elektronischen Sicherheitsschalter, wie einen Halbleiterschalter, beispielsweise einen Transistor bzw. Leistungstransistor, wie einen MOSFET bzw. Leistungs-MOSFET oder Bipolartransistor.The safety switch is preferably an electronic safety switch, such as a semiconductor switch, for example a transistor or power transistor, such as a MOSFET or power MOSFET or bipolar transistor.

Mittels des Sicherheitsschalters kann insbesondere gewährleistet werden, dass die Ausgangsspannung des Akkupacks erst dann bereitgestellt wird, wenn die Schaltmatrix entsprechend konfiguriert ist. Insbesondere kann das Gerät somit zunächst die Ausgangsspannung festlegen, wobei diese erst anschließend von dem Akkupack tatsächlich bereitgestellt wird. Hierdurch kann insbesondere verhindert werden, dass das Akkupack zunächst in einem Konfigurationszustand mit einer für das Gerät schädlichen Ausgangsspannung mit dem Gerät verbunden wird und damit kurzzeitig eine zu hohe Spannung an das Gerät übermittelt. Die Sicherheit des Akkupacks bzw. des Systems kann damit weiter erhöht sein.In particular, the safety switch can be used to ensure that the output voltage of the battery pack is only provided when the switching matrix is configured accordingly. In particular, the device can thus initially determine the output voltage, with this only then actually being provided by the battery pack. In particular, this can prevent the battery pack from initially being connected to the device in a configuration state with an output voltage that is harmful to the device and thus briefly transmitting too high a voltage to the device. The safety of the battery pack or the system can thus be further increased.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Akkupack wenigstens eine Sicherungseinheit aufweist, um einen sicherheitskritischen Betriebszustand des Akkupacks zu verhindern, insbesondere einen durch eine fehlerhafte Verschaltung der Akkuzellen verursachten, sicherheitskritischen Stromfluss zu unterbrechen.In an advantageous development of the invention, it can be provided that the battery pack has at least one safety unit in order to prevent a safety-critical operating state of the battery pack, in particular to interrupt a safety-critical current flow caused by faulty connection of the battery cells.

Bei der Sicherungseinheit kann es sich beispielsweise um eine elektrische Sicherung handeln, wie eine Schmelzsicherung oder eine steuerbare Sicherung.The fuse unit can be, for example, an electrical fuse, such as a fuse or a controllable fuse.

Die Sicherungseinheit kann auch einen Strommesser oder einen Leistungsmesser aufweisen, der mit der Akkupacksteuerung kommunikationsverbunden ist und bei einem zu hohen Stromfluss der Akkupacksteuerung ein Abschalten des Akkupacks insgesamt, einzelner Akkuzellen und/oder Zellenstränge auslöst, und hierzu zum Beispiel die Akkupacksteuerung veranlasst, die Schaltmatrix in einen sicheren Schaltzustand zu umzukonfigurieren, oder den Sicherheitsschalter bzw. eine steuerbare Sicherung auszulösen.The safety unit can also have an ammeter or a power meter, which is connected to the battery pack control for communication and, if the current flow of the battery pack control is too high, triggers a shutdown of the battery pack as a whole, individual battery cells and/or cell strings, and for this purpose causes the battery pack control, for example, to switch the switching matrix in to reconfigure a safe switching state, or to trigger the safety switch or a controllable fuse.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Gerät ein von dem Akkupack betreibbares Gerät, insbesondere eine Elektrowerkzeugmaschine ist. Grundsätzlich kann sich das System allerdings zur Verwendung mit beliebigen elektrischen Geräten eignen, wie beispielsweise Lampen, Reinigungsgeräten (Staubsauger etc.), Fahrzeugen, Notebooks, Tablets, Smartphones oder sonstigen Geräten.In an advantageous development of the invention, it can be provided that the device is a device that can be operated by the battery pack, in particular an electric power tool. In principle, however, the system can be used with any electrical devices, such as lamps, cleaning devices (vacuum cleaners, etc.), vehicles, notebooks, tablets, smartphones or other devices.

Bei dem Gerät kann es sich auch um ein Ladegerät für das Akkupack handeln.The device can also be a charger for the battery pack.

Um die Modularität des Systems weiter zu erhöhen kann auch vorgesehen sein, dass das elektrische Gerät mehr als eine Geräteschnittstelle zur Aufnahme von mehr als einem Akkupack aufweist. Somit können beispielsweise mehrere konfigurierbare Akkupacks in dasselbe Gerät eingesetzt werden und innerhalb des Geräts parallel oder seriell verschaltet werden, in einer jeweils entsprechend geeigneten Konfiguration der Ausgangsspannung. Somit können beispielsweise zwei konfigurierbare Akkupacks mit demselben elektrischen Gerät verbunden werden, die jeweils zwischen einer ersten Ausgangsspannung und einer zweiten Ausgangsspannung konfigurierbar sind, wodurch das Gerät wahlweise mit der ersten Ausgangsspannung, der zweiten Ausgangsspannung oder einer beliebigen Kombination derselben betreibbar ist.In order to further increase the modularity of the system, it can also be provided that the electrical device has more than one device interface for accommodating more than one battery pack. Thus, for example, several configurable battery packs can be used in the same device and connected in parallel or in series within the device, in a correspondingly suitable configuration of the output voltage. Thus, for example, two configurable battery packs can be connected to the same electrical device, each of which can be configured between a first output voltage and a second output voltage, whereby the device can be operated either with the first output voltage, the second output voltage or any combination thereof.

Bei dem Akkupack kann es sich vorzugsweise um ein Lithium-Ionen-Akkupack handeln. Bei dem Akkupack kann es sich aber selbstverständlich auch um einen Nickel-Metall-Hybrid-Akkumulator, Nickel-Kadmium-Akkumulator oder Bleiakkumulator handeln. Grundsätzlich ist die Erfindung nicht auf einen bestimmten Akkupacktyp begrenzt zu verstehen.The battery pack can preferably be a lithium-ion battery pack. The battery pack can of course also be a nickel-metal hybrid battery, nickel-cadmium battery or lead-acid battery. In principle, the invention should not be understood as being limited to a specific type of battery pack.

Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Konfiguration eines konfigurierbaren Akkupacks, aufweisend zumindest die folgenden Verfahrensschritte:

a) Verschalten einer Mehrzahl Akkuzellen des Akkupacks mittels einer konfigurierbaren Schaltmatrix (des Akkupacks oder des Geräts) zur Festlegung einer Ausgangsspannung des Akkupacks; und
b) Beeinflussen der Schaltmatrix durch ein mit dem Akkupack verbundenes elektrisches Gerät zur Festlegung der Ausgangsspannung des Akkupacks.

The invention also relates to a method for configuring a configurable battery pack, having at least the following method steps:

a) connecting a plurality of battery cells of the battery pack by means of a configurable switching matrix (of the battery pack or of the device) to define an output voltage of the battery pack; and
b) influencing the switching matrix by an electrical device connected to the battery pack to determine the output voltage of the battery pack.

Auf vorteilhafte Weise kann damit ein modulares Konfigurationsverfahren bereitgestellt werden, wonach das Gerät vorzugsweise selbstständig eine geeignete Ausgangsspannung des Akkupacks von dem Akkupack anfordert. Besonders eignet sich die Erfindung, wenn die Akkupackschnittstelle des Akkupacks und entsprechende Geräteschnittstellen unterschiedlicher Geräte innerhalb des gemeinsamen Systems untereinander derart kompatibel sind, dass das konfigurierbare Akkupack beliebig zwischen Geräten mit verschiedener Betriebsspannung austauschbar ist, beispielsweise zwischen Geräten mit Betriebsspannungen von 18 Volt, 36 Volt oder 72 Volt.A modular configuration method can thus be provided in an advantageous manner, according to which the device preferably independently requests a suitable output voltage of the battery pack from the battery pack. The invention is particularly suitable if the battery pack interface of the battery pack and corresponding device interfaces of different devices within the common system are compatible with one another in such a way that the configurable battery pack can be exchanged between devices with different operating voltages, for example between devices with operating voltages of 18 volts, 36 volts or 72 volts.

In einer Weiterbildung der Erfindung kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix einzelne Zellenstränge zur Festlegung der Ausgangsspannung wahlweise parallel oder seriell miteinander verschaltet.In a further development of the invention, provision can be made in particular for the switching matrix to connect individual cell strings to one another either in parallel or in series to determine the output voltage.

Die Zellenstränge weisen vorzugsweise jeweils dieselbe Anzahl miteinander permanent verschalteter Akkuzellen auf.The cell strings preferably each have the same number of battery cells that are permanently connected to one another.

Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass ein einzelner Zellenstrang nur dann zur Verschaltung mit dem oder den weiteren Zellensträngen freigegeben wird (beispielsweise von dem BMS des Akkupacks), wenn der entsprechende Zellenstrang fehlerfrei ist.According to a development of the invention, it can be provided that an individual cell string is only released for connection to the one or more other cell strings (for example by the BMS of the battery pack) if the corresponding cell string is error-free.

Auf vorteilhafte Weise kann ein jeweiliger Zellenstrang vor dem Zusammenschalten durch die Schaltmatrix, vorzugsweise unmittelbar vor dem Zusammenschalten durch die Schaltmatrix, auf Fehlerfreiheit überprüft werden, beispielsweise dahingehend, ob einer der Zellenstränge oder eines der Akkupacks des Zellenstrangs tiefentladen oder auf sonstige Weise fehlerhaft ist. Auf diese Weise kann die Sicherheit des Akkupacks weiter erhöht werden. Ein defekter Zellenstrang kann beispielsweise von der weiteren Verwendung vollständig ausgeschlossen werden, wobei das Akkupack nach wie vor weiter verwendbar sein kann, beispielsweise mit reduzierter Ausgangsspannung, einem reduzierten Ausgangsstrom und/oder einer reduzierten Kapazität.Advantageously, a respective cell string can be checked for errors before it is connected by the switching matrix, preferably immediately before it is connected by the switching matrix, for example to determine whether one of the cell strings or one of the battery packs of the cell string is deeply discharged or open otherwise defective. In this way, the safety of the battery pack can be further increased. A defective string of cells can, for example, be completely excluded from further use, in which case the battery pack can continue to be used as before, for example with a reduced output voltage, a reduced output current and/or a reduced capacity.

Insofern eine Debalanzierung bzw. ein nicht ausgeglichenes Ladeverhältnis zwischen den einzelnen Zellensträngen festgestellt wird kann vorgesehen sein, dass die Akkupacksteuerung zunächst bevorzugt Zellenstränge mit höherem Ladezustand mit den Ausgängen des Akkupacks verbindet, um die Ladezustände wieder aneinander anzugleichen.If a debalancing or an unbalanced charge ratio between the individual cell strings is determined, it can be provided that the battery pack control initially preferentially connects cell strings with a higher charge level to the outputs of the battery pack in order to equalize the charge levels again.

In einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung kann außerdem vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix die Zellenstränge im Rahmen eines Ladevorgangs des Akkupacks einzeln oder in Gruppen nacheinander für den Ladevorgang verfügbar macht.In an advantageous development of the invention, it can also be provided that the switching matrix makes the cell strings available individually or in groups one after the other for the charging process as part of a charging process of the battery pack.

Beispielsweise indem die Zellenstränge während eines Ladevorgangs dem Ladegerät nacheinander für den Ladevorgang präsentiert werden, können diese selbst bei untereinander unausgeglichenen Ladezuständen sicher und vor allem auch schnell aufgeladen werden. Nachdem die Zellbalance wieder hergestellt wurde, kann optional auch noch eine kombinierte weitere Aufladung der Zellenstränge stattfinden.For example, by presenting the cell strings to the charger one after the other for the charging process during a charging process, they can be charged safely and, above all, quickly, even if the charging states are not balanced among themselves. After the cell balance has been restored, a further combined charging of the cell strings can optionally take place.

Das Umschalten der Schaltmatrix kann dabei vorzugsweise derart erfolgen, dass das Ladegerät jeweils nur ein Akkupack mit der entsprechenden Ausgangsspannung bzw. Kapazität wahrnimmt und selbst keine besonderen Maßnahmen ergreifen muss. Die Kompatibilität des konfigurierbaren Akkupacks mit verschiedenen Ladegeräten kann daher besonders hoch sein.The switching matrix can preferably be switched over in such a way that the charger only perceives one battery pack with the corresponding output voltage or capacity and does not have to take any special measures itself. The compatibility of the configurable battery pack with different chargers can therefore be particularly high.

Merkmale, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung, namentlich gegeben durch das erfindungsgemäße System oder das Verfahren, beschrieben wurden, sind auch für die anderen Gegenstände der Erfindung vorteilhaft umsetzbar. Ebenso können Vorteile, die im Zusammenhang mit einem der Gegenstände der Erfindung genannt wurden, auch auf die anderen Gegenstände der Erfindung bezogen verstanden werden.Features that have been described in connection with one of the objects of the invention, specifically given by the system or the method according to the invention, can also be advantageously implemented for the other objects of the invention. Likewise, advantages that were mentioned in connection with one of the objects of the invention can also be understood in relation to the other objects of the invention.

Ergänzend sei darauf hingewiesen, dass Begriffe wie „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ keine anderen Merkmale oder Schritte ausschließen. Ferner schließen Begriffe wie „ein“ oder „das“, die auf eine Einzahl von Schritten oder Merkmalen hinweisen, keine Mehrzahl von Merkmalen oder Schritten aus - und umgekehrt.In addition, it should be noted that terms such as "comprising", "having" or "with" do not exclude any other features or steps. Furthermore, terms such as "a" or "that" which indicate a singular number of steps or features do not exclude a plurality of features or steps - and vice versa.

In einer puristischen Ausführungsform der Erfindung kann allerdings auch vorgesehen sein, dass die in der Erfindung mit den Begriffen „umfassend“, „aufweisend“ oder „mit“ eingeführten Merkmale abschließend aufgezählt sind. Dementsprechend kann eine oder können mehrere Aufzählungen von Merkmalen im Rahmen der Erfindung als abgeschlossen betrachtet werden, beispielsweise jeweils für jeden Anspruch betrachtet. Die Erfindung kann beispielsweise ausschließlich aus den in Anspruch 1 genannten Merkmalen bestehen.In a puristic embodiment of the invention, however, it can also be provided that the features introduced in the invention with the terms “comprising”, “having” or “with” are listed exhaustively. Accordingly, one or more listings of features may be considered complete within the scope of the invention, e.g. considered for each claim. The invention can consist exclusively of the features mentioned in claim 1, for example.

Es sei erwähnt, dass Bezeichnungen wie „erstes“ oder „zweites“ etc. vornehmlich aus Gründen der Unterscheidbarkeit von jeweiligen Vorrichtungs- oder Verfahrensmerkmalen verwendet werden und nicht unbedingt andeuten sollen, dass sich Merkmale gegenseitig bedingen oder miteinander in Beziehung stehen.It should be mentioned that designations such as “first” or “second” etc. are primarily used for reasons of distinguishing the respective device or method features and are not necessarily intended to indicate that features are mutually dependent or related to one another.

Ferner sei betont, dass die vorliegend beschriebenen Werte und Parameter Abweichungen oder Schwankungen von ±10% oder weniger, vorzugsweise ±5% oder weniger, weiter bevorzugt ±1% oder weniger, und ganz besonders bevorzugt ±0,1% oder weniger des jeweils benannten Wertes bzw. Parameters mit einschließen, sofern diese Abweichungen bei der Umsetzung der Erfindung in der Praxis nicht ausgeschlossen sind. Die Angabe von Bereichen durch Anfangs- und Endwerte umfasst auch all diejenigen Werte und Bruchteile, die von dem jeweils benannten Bereich eingeschlossen sind, insbesondere die Anfangs- und Endwerte und einen jeweiligen Mittelwert.Furthermore, it should be emphasized that the values and parameters described here are deviations or fluctuations of ±10% or less, preferably ±5% or less, more preferably ±1% or less, and very particularly preferably ±0.1% or less of the respectively named Include value or parameter, provided that these deviations are not excluded in the implementation of the invention in practice. The specification of ranges by means of initial and final values also includes all those values and fractions that are enclosed by the range specified in each case, in particular the initial and final values and a respective mean value.

Die Erfindung betrifft auch ein von Anspruch 1 unabhängiges System, umfassend wenigstens ein elektrisches Gerät und zumindest ein konfigurierbares Akkupack, wobei das Akkupack mit dem Gerät verbindbar ist, um zwischen dem Gerät und dem Akkupack elektrische Leistung auszutauschen, und wobei die Ausgangsspannung des Akkupacks festlegbar ist, vorzugsweise (jedoch nicht zwingend) durch Einflussnahme des Geräts auf das Akkupack. Die weiteren Merkmale des Anspruchs 1 und der abhängigen Ansprüche sowie die in der vorliegenden Beschreibung beschriebenen Merkmale betreffen vorteilhafte Ausführungsformen und Varianten dieses Systems.The invention also relates to a system independent of claim 1, comprising at least one electrical device and at least one configurable battery pack, the battery pack being connectable to the device in order to exchange electrical power between the device and the battery pack, and the output voltage of the battery pack being definable , preferably (but not necessarily) by influencing the device on the battery pack. The further features of claim 1 and the dependent claims as well as the features described in the present description relate to advantageous embodiments and variants of this system.

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher beschrieben.Exemplary embodiments of the invention are described in more detail below with reference to the drawings.

Die Figuren zeigen jeweils bevorzugte Ausführungsbeispiele, in denen einzelne Merkmale der vorliegenden Erfindung in Kombination miteinander dargestellt sind. Merkmale eines Ausführungsbeispiels sind auch losgelöst von den anderen Merkmalen des gleichen Ausführungsbeispiels umsetzbar und können dementsprechend von einem Fachmann ohne Weiteres zu weiteren sinnvollen Kombinationen und Unterkombinationen mit Merkmalen anderer Ausführungsbeispiele verbunden werden.The figures each show preferred exemplary embodiments in which individual features of the present invention are shown in combination with one another. Features of an embodiment are also detached from the other features len of the same embodiment can be implemented and can accordingly easily be combined by a person skilled in other useful combinations and sub-combinations with features of other embodiments.

In den Figuren sind funktionsgleiche Elemente mit denselben Bezugszeichen versehen.Elements with the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

Es zeigen schematisch:

1 ein erfindungsgemäßes System mit einer Schaltmatrix in einer ersten Konfiguration zur Festlegung einer ersten Ausgangsspannung; und
2 das erfindungsgemäße System der 1 mit einer zweiten Konfiguration der Schaltmatrix zur Festlegung einer zweiten Ausgangsspannung.

They show schematically:

1 a system according to the invention with a switching matrix in a first configuration for determining a first output voltage; and
2 the inventive system of 1 with a second configuration of the switching matrix for defining a second output voltage.

Die 1 und 2 zeigen beispielhaft ein erfindungsgemäßes System 1 in zwei Betriebszuständen.the 1 and 2 show an example of a system 1 according to the invention in two operating states.

Das vorgeschlagene System 1 weist ein elektrisches Gerät 2 und ein konfigurierbares Akkupack 3 auf, wobei das Akkupack 3 mit dem Gerät 2 verbindbar ist, um zwischen dem Gerät 2 und dem Akkupack 3 elektrische Leistung auszutauschen. Bei dem Gerät 2 kann es sich insbesondere um ein von dem Akkupack 3 betreibbares Gerät 2 handeln, beispielsweise um eine Elektrowerkzeugmaschine oder um ein sonstiges Gerät 2 mit zumindest einem elektrischen Verbraucher 4. Es kann sich bei dem Gerät 2 allerdings grundsätzlich auch um ein Ladegerät für das Akkupack 3 handeln, um dem Akkupack 3 elektrische Energie zuzuführen.The proposed system 1 has an electrical device 2 and a configurable battery pack 3 , the battery pack 3 being able to be connected to the device 2 in order to exchange electrical power between the device 2 and the battery pack 3 . The device 2 can in particular be a device 2 that can be operated by the battery pack 3, for example a power tool or another device 2 with at least one electrical load 4. However, the device 2 can also be a charger for act the battery pack 3 to supply the battery pack 3 electrical energy.

Zur Verbindung zwischen dem Akkupack 3 und dem Gerät 2 weist das Akkupack 3 eine Akkupackschnittstelle 5 und das Gerät 2 eine Geräteschnittstelle 6 auf, die jeweils ausgebildet sind, um das Akkupack 3 zur Übertragung der elektrischen Leistung mit dem Gerät 2 zu verbinden. Für eine ausreichend mechanische Verbindung können optionale Rastmittel oder Führungssysteme vorgesehen sein (nicht dargestellt). Jede der beiden Schnittstellen 5, 6 weist vorzugsweise ein erstes Kontaktelement 7 und ein zweites Kontaktelement 8 auf (beispielsweise einen Plus-Spannungspol und einen Minus-Spannungspol), um die elektrische Leistung zu übertragen.For the connection between the battery pack 3 and the device 2, the battery pack 3 has a battery pack interface 5 and the device 2 has a device interface 6, which are each designed to connect the battery pack 3 to the device 2 for transmission of the electrical power. Optional latching means or guide systems can be provided (not shown) for a sufficiently mechanical connection. Each of the two interfaces 5, 6 preferably has a first contact element 7 and a second contact element 8 (for example a plus voltage pole and a minus voltage pole) in order to transmit the electrical power.

Die Schnittstellen 5, 6 können optional außerdem jeweils zumindest einen Datenkontakt 9 aufweisen, um elektrische Daten und/oder Steuerungssignale zwischen dem Gerät 2 und dem Akkupack 3 auszutauschen.The interfaces 5, 6 can optionally also each have at least one data contact 9 in order to exchange electrical data and/or control signals between the device 2 and the battery pack 3.

Das Akkupack 3 weist eine Mehrzahl Akkuzellen 10 auf, die im Ausführungsbeispiel auf einen ersten Zellenstrang 11 und einen zweiten Zellenstrang 12 verteilt sind. Innerhalb eines jeweiligen Zellenstrangs 11, 12 ist die Anzahl der Akkuzellen 10 vorzugsweise identisch. Im Ausführungsbeispiel sind alle Akkuzellen 10 eines jeweiligen Zellenstrangs 11, 12 in einer Reihenschaltung miteinander verbunden; dies ist allerdings nicht zwingend der Fall.The battery pack 3 has a plurality of battery cells 10 which are distributed over a first cell string 11 and a second cell string 12 in the exemplary embodiment. Within each cell string 11, 12, the number of battery cells 10 is preferably identical. In the exemplary embodiment, all battery cells 10 of a respective cell string 11, 12 are connected to one another in a series circuit; however, this is not necessarily the case.

Das Akkupack 3 weist außerdem eine konfigurierbare Schaltmatrix 13 zur elektronischen Verschaltung der Akkuzellen 10 auf. Hierdurch kann die Ausgangsspannung U₁, U₂ des Akkupacks 3 festgelegt werden.The battery pack 3 also has a configurable switching matrix 13 for the electronic interconnection of the battery cells 10 . As a result, the output voltage U ₁ , U ₂ of the battery pack 3 can be fixed.

Im Ausführungsbeispiel ist die Schaltmatrix 13 ausgebildet, um die einzelnen Zellenstränge 11, 12 zur Festlegung der Ausgangsspannung U₁, U₂ des Akkupacks 3 wahlweise parallel oder seriell miteinander zu verschalten. Eine Parallelschaltung ist beispielhaft in 1 und eine Serienschaltung bzw. Reihenschaltung in 2 gezeigt. Durch das Umschalten zwischen der Parallelschaltung und der Reihenschaltung ist die Schaltmatrix 13 somit eingerichtet, die Akkuzellen 10 derart zu verschalten, dass das Akkupack 3 wahlweise entweder eine erste Ausgangsspannung U₁ (vgl. 1) oder eine zweite Ausgangsspannung U₂ (vgl. 2) bereitstellt, wobei die zweite Ausgangsspannung U₂ der zweifachen ersten Ausgangsspannung U₁ entspricht.In the exemplary embodiment, the switching matrix 13 is designed to connect the individual cell strings 11, 12 to determine the output voltage U ₁ , U ₂ of the battery pack 3 either in parallel or in series with one another. A parallel connection is shown in 1 and a series circuit or series circuit in 2 shown. By switching between the parallel connection and the series connection, the switching matrix 13 is set up to connect the battery cells 10 in such a way that the battery pack 3 either has a first output voltage U ₁ (cf. 1 ) or a second output voltage U ₂ (cf. 2 ) provides, wherein the second output voltage U ₂ corresponds to twice the first output voltage U ₁ .

Um die Verschaltung der Akkuzellen 10 bzw. Zellenstränge 11, 12 zu konfigurieren, weist die Schaltmatrix 13 eine Mehrzahl elektronischen Schalter 14, 15, 16 auf. Im Ausführungsbeispiel sind genau drei elektronische Schalter 14, 15, 16 vorgesehen, bei denen es sich beispielsweise um Halbleiterschalter, wie Leistungs-MOSFETs, handeln kann. Die elektronischen Schalter 14, 15, 16 weisen Steuereingänge S auf, um den jeweiligen Schaltzustand festzulegen (ausgangsseitig eingeschaltet bzw. niederohmig oder ausgeschaltet bzw. hochohmig).In order to configure the interconnection of the rechargeable battery cells 10 or cell strings 11, 12, the switching matrix 13 has a plurality of electronic switches 14, 15, 16. In the exemplary embodiment, exactly three electronic switches 14, 15, 16 are provided, which can be, for example, semiconductor switches such as power MOSFETs. The electronic switches 14, 15, 16 have control inputs S in order to define the respective switching state (switched on or low-impedance or switched off or high-impedance on the output side).

Zur Bereitstellung der Parallelschaltung sind in dem Ausführungsbeispiel gemäß 1 ein erster elektronischer Schalter 14 und ein zweiter elektronischer Schalter 15 jeweils eingeschaltet. Über den ersten elektronischen Schalter 14 wird die Kathode K bzw. der Minuspol des ersten Zellenstrangs 11 mit der Kathode K bzw. dem Minuspol des zweiten Zellenstrangs 12 und mittels des zweiten elektronischen Schalters 15 die Anode A bzw. der Pluspol des zweiten Zellenstrangs 12 mit der Anode A bzw. dem Pluspol des ersten Zellenstrangs 11 verbunden. Der dritte elektronische Schalter 16 verbleibt in einem hochohmigen Zustand.To provide the parallel connection are in the embodiment according to 1 a first electronic switch 14 and a second electronic switch 15 are each switched on. The first electronic switch 14 connects the cathode K or the negative pole of the first cell string 11 to the cathode K or the negative pole of the second cell string 12, and the second electronic switch 15 connects the anode A or the positive pole of the second cell string 12 to the Anode A or the positive pole of the first string of cells 11 connected. The third electronic switch 16 remains in a high-impedance state.

Zur Bereitstellung der Reihenschaltung (vgl. 2) sind hingegen der erste elektronische Schalter 14 und der zweite elektronische Schalter 15 ausgeschaltet bzw. hochohmig und ausschließlich der dritte elektronische Schalter 16 eingeschaltet bzw. niederohmig, um die Anode A bzw. den Pluspol des zweiten Zellenstrangs 12 mit der Kathode K bzw. dem Minuspol des ersten Zellenstrangs 11 zu verbinden.To provide the series connection (cf. 2 ) On the other hand, the first electronic switch 14 and the second electronic switch 15 are switched off or have a high resistance and only the third electronic switch 16 is switched on or have a low resistance in order to connect the anode A or the positive pole of the second cell string 12 to the cathode K or the negative pole of the first cell string 11 to connect.

In beiden Zuständen ist jeweils die Kathode K bzw. der Minuspol des zweiten Zellenstrangs 12 mit dem zweiten Kontaktelement 8 der Akkupackschnittstelle 5 und die Anode A bzw. der Pluspol des ersten Zellenstrangs 11 mit dem ersten Kontaktelement 7 der Akkupackschnittstelle 5 verbunden.In both states, the cathode K or the negative pole of the second cell string 12 is connected to the second contact element 8 of the battery pack interface 5 and the anode A or the positive pole of the first cell string 11 is connected to the first contact element 7 of the battery pack interface 5 .

Zur Vermeidung eines Fehlerfalls kann optional vorgesehen sein, dass beispielsweise der erste elektronische Schalter 14 und der dritte elektronische Schalter 16 ausschließlich im Wechselbetrieb ansteuerbar sind und somit nie gleichzeitig eingeschaltet sein können. Hierzu können die Schalter 14, 16 gegebenenfalls auch einen gemeinsamen Steuereingang S aufweisen und/oder einer der beiden Schalter kann als PMOS-Transistor und der andere Schalter als NMOS-Transistor ausgebildet sein, um ein komplementäres Schaltverhalten bei gleichem Steuersignal abzubilden.To avoid an error, it can optionally be provided that, for example, the first electronic switch 14 and the third electronic switch 16 can only be controlled in alternating operation and can therefore never be switched on at the same time. For this purpose, the switches 14, 16 can optionally also have a common control input S and/or one of the two switches can be in the form of a PMOS transistor and the other switch can be in the form of an NMOS transistor in order to map a complementary switching behavior with the same control signal.

Optional kann außerdem vorgesehen sein, dass das System 1 eine Sicherungseinheit 17 oder mehrere Sicherungseinheiten 17 aufweist, um einen sicherheitskritischen Betriebszustand des Akkupacks 3 zu verhindern. Im Ausführungsbeispiel sind zwei als steuerbare Sicherungen ausgebildete Sicherungseinheiten 17 im Bereich jeder Kathode K eines Zellenstrangs 11, 12 dargestellt. Die Sicherungseinheiten 17 können alternativ oder ergänzend auch an den Anoden A eines oder beider Zellenstränge 11, 12 vorgesehen sein. Die Sicherungseinheiten 17 können optional außerdem zur Strom-, Spannungs- und/oder Leistungsmessung dienen.Provision can also optionally be made for the system 1 to have a safety unit 17 or a plurality of safety units 17 in order to prevent the battery pack 3 from being in a safety-critical operating state. In the exemplary embodiment, two fuse units 17 designed as controllable fuses are shown in the region of each cathode K of a cell string 11, 12. Alternatively or additionally, the fuse units 17 can also be provided on the anodes A of one or both cell strings 11, 12. The fuse units 17 can optionally also be used to measure current, voltage and/or power.

Das Akkupack 3 weist außerdem eine Akkupacksteuerung 18 auf, die vorzugsweise ein Batterie-Management-System (BMS) umfasst oder als Batterie-Management-System ausgebildet ist. Die Akkupacksteuerung 18 kann beispielsweise mittels der Sicherungseinheit 17 den Stromfluss innerhalb des Akkupacks 3 überwachen und gegebenenfalls unterbrechen.The battery pack 3 also has a battery pack controller 18, which preferably includes a battery management system (BMS) or is designed as a battery management system. The battery pack controller 18 can, for example, use the fuse unit 17 to monitor the flow of current within the battery pack 3 and interrupt it if necessary.

Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit kann außerdem vorgesehen sein, dass das System 1 wenigstens einen von der Schaltmatrix 13 unabhängigen Sicherheitsschalter 19 aufweist, vorzugsweise einen elektronischen Sicherheitsschalter 19 mit einem Sicherheitssteuereingang S', durch dessen Ansteuerung das Akkupack 3 wahlweise die Ausgangsspannung U₁, U₂ ausgangsseitig bereitstellt oder nicht bereitstellt. Der Sicherheitsschalter 19 kann wiederum durch die Akkupacksteuerung 18 angesteuert werden.To further increase safety, provision can also be made for the system 1 to have at least one safety switch 19 that is independent of the switching matrix 13, preferably an electronic safety switch 19 with a safety control input S', which actuates the battery pack 3 either to output voltage U ₁ , U ₂ provides or does not provide on the output side. The safety switch 19 can in turn be controlled by the battery pack controller 18 .

Es ist vorgesehen, dass das Gerät 2 dazu eingerichtet ist, die Ausgangsspannung U₁, U₂ des Akkupacks 3 durch Einflussnahme auf die Schaltmatrix 13 selbst festzulegen.Provision is made for the device 2 to be set up to set the output voltage U ₁ , U ₂ of the battery pack 3 itself by influencing the switching matrix 13 .

Die Schaltmatrix 13 kann beispielsweise wenigstens eine eingangsseitige Steuerleitung 20 aufweisen, um die Verschaltung der Akkuzellen 10 in Abhängigkeit von über die Steuerleitung 20 empfangenen Steuersignalen zu konfigurieren. In dem Ausführungsbeispiel ist beispielhaft eine erste Steuerleitung 20 mit der Akkupacksteuerung 18 des Akkupacks 3 verbunden und eine zweite, strichliniert dargestellte Steuerleitung 20 über die Akkupackschnittstelle 5 und die Geräteschnittstelle 6 mit einer Gerätesteuerung 21 des Geräts 2 verbunden. Das Gerät 2 kann somit wahlweise unmittelbar auf die Schaltmatrix 13 Einfluss nehmen, beispielsweise auf die einzelnen Steuereingänge S der elektronischen Schalter 14, 15, 16, oder mittelbar durch eine separate Kommunikationsverbindung zu der Akkupacksteuerung 18, die wiederum über die erste Steuerleitung 20 die Konfiguration der Schaltmatrix 13 einleitet.The switching matrix 13 can have, for example, at least one control line 20 on the input side in order to configure the interconnection of the rechargeable battery cells 10 as a function of control signals received via the control line 20 . In the exemplary embodiment, a first control line 20 is connected to the battery pack controller 18 of the battery pack 3 and a second control line 20 , shown in dashed lines, is connected to a device controller 21 of the device 2 via the battery pack interface 5 and the device interface 6 . The device 2 can thus optionally influence the switching matrix 13 directly, for example the individual control inputs S of the electronic switches 14, 15, 16, or indirectly through a separate communication connection to the battery pack controller 18, which in turn uses the first control line 20 to configure the Switching matrix 13 initiates.

Es kann außerdem vorgesehen sein, dass die Geräteschnittstelle 6 und/oder die Akkupackschnittstelle 5 eingerichtet sind, in dem miteinander verbundenen Zustand die Schaltmatrix 13 dazu zu veranlassen, die Ausgangsspannung U₁, U₂ des Akkupacks 3 festzulegen. Beispielsweise kann die Geräteschnittstelle 6 mechanisch oder auf sonstige Weise codiert sein, so dass der Gerätetyp nach dem Verbinden der Geräteschnittstelle 6 mit der Akkupackschnittstelle 5 erkennbar ist und das Gerät 2 somit durch das bloße Einstecken entsprechend auf die Schaltmatrix 13 Einfluss nimmt, um die geeignete Ausgangsspannung U₁, U₂ festzulegen.Provision can also be made for the device interface 6 and/or the battery pack interface 5 to be set up to cause the switching matrix 13 to set the output voltage U ₁ , U ₂ of the battery pack 3 when they are connected to one another. For example, the device interface 6 can be coded mechanically or in some other way, so that the device type can be identified after connecting the device interface 6 to the battery pack interface 5 and the device 2 thus influences the switching matrix 13 by simply plugging it in, in order to set the appropriate output voltage U ₁ , U ₂ set.

Auf diese Weise kann sichergestellt sein, dass das Gerät 2 für einen ordnungsgemäßen Betrieb ausschließlich entweder mit der ersten Ausgangsspannung U₁ oder mit der zweiten Ausgangsspannung U₂ von dem Akkupack 3 betreibbar ist, da das Gerät 2 schließlich selbst eingerichtet ist, die entsprechende Ausgangsspannung U₁, U₂ durch Einflussnahme auf die Schaltmatrix 13 festzulegen. Optional kann allerdings auch vorgesehen sein, dass das Gerät 2 mit beiden oder mehreren Ausgangsspannungen U₁, U₂ betreibbar ist und anwendungsspezifisch, also je nach Leistungsbedarf, im Betrieb eine geeignete Ausgangsspannung U₁, U₂ von dem Akkupack 3 anfordert. Dies kann insbesondere vorteilhaft sein, wenn das Gerät 2 als Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet ist und mit verschiedenen Leistungsstufen, Drehzahlen, Drehmomenten, etc. verwendbar sein soll.In this way it can be ensured that the device 2 can only be operated with either the first output voltage U ₁ or with the second output voltage U ₂ from the battery pack 3 for proper operation, since the device 2 itself is ultimately set up to output the corresponding output voltage U ₁ , U ₂ to be determined by influencing the switching matrix 13 . Optionally, however, it can also be provided that the device 2 can be operated with both or more output voltages U ₁ , U ₂ and requests a suitable output voltage U ₁ , U ₂ from the battery pack 3 during operation, depending on the application, i.e. depending on the power requirement. This can be particularly advantageous if the device 2 is designed as a power tool and with different which power levels, speeds, torques, etc. should be usable.

Insofern das Akkupack 3 nicht mit einem Gerät 2 verbunden ist, kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix 13 ausgangsseitig die niedrigste festlegbare Ausgangsspannung U₁ oder gar keine Ausgangsspannung U₁, U₂ bereitstellt. Vorzugsweise ist der Sicherheitsschalter 19 geöffnet, wenn das Akkupack 3 nicht mit einem Gerät 2 verbunden ist und wird vorzugsweise auch nach der Verbindung mit dem Gerät 2 erst dann freigegeben, nachdem die gewünschte Ausgangsspannung U₁, U₂ ausgewählt bzw. von der Schaltmatrix 13 konfiguriert wurde. Es kann somit beispielsweise vorgesehen sein, dass unmittelbar nach dem Zusammenstecken des Akkupacks 3 mit dem Gerät 2 die Schaltmatrix 13 durch das Gerät 2 zur Festlegung der Ausgangsspannung U₁, U₂ des Akkupacks 3 entsprechend beeinflusst wird, wonach nach der Festlegung der Ausgangsspannung U₁, U₂, beispielsweise durch weitere Anforderung des Geräts 2, die Ausgangsspannung U₁, U₂ von dem Sicherheitsschalter 19 freigegeben wird.If the battery pack 3 is not connected to a device 2, it can be provided that the switching matrix 13 provides the lowest definable output voltage U ₁ on the output side or no output voltage U ₁ , U ₂ at all. The safety switch 19 is preferably open when the battery pack 3 is not connected to a device 2 and is preferably only released after the connection to the device 2 after the desired output voltage U ₁ , U ₂ has been selected or configured by the switching matrix 13 would. It can thus be provided, for example, that immediately after the battery pack 3 is plugged into the device 2, the switching matrix 13 is influenced by the device 2 to determine the output voltage U ₁ , U ₂ of the battery pack 3, after which after the determination of the output voltage U ₁ , U ₂ , for example by further request from the device 2, the output voltage U ₁ , U ₂ is released by the safety switch 19 .

Optional kann auf vorteilhafte Weise die Schaltmatrix 13 nach Vorgabe der Akkupacksteuerung 18 einzelne Zellenstränge 11, 12 nur dann zur Verschaltung mit dem oder den weiteren Zellensträngen 11, 12 freigeben, wenn der entsprechende Zellenstrang 11, 12 fehlerfrei ist. Selbst eine Zellbalancierung kann vorgesehen sein, wonach durch entsprechendes Umschalten der einzelnen Zellenstränge 11, 12 die Zellbalance zwischen den Zellensträngen 11, 12 hergestellt wird. Dieses Verfahren ist grundsätzlich beim Laden und Entladen des Akkupacks 3 möglich und wird vorzugsweise von der Akkupacksteuerung 18 durchgeführt. Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass die Schaltmatrix 13 die Zellenstränge 11, 12 im Rahmen eines Ladevorgangs des Akkupacks 3 einzeln oder in Gruppen nacheinander für den Ladevorgang verfügbar macht. Dies kann - wie bereits ausgeführt - mittels der Akkupacksteuerung 18 erfolgen, gegebenenfalls aber auch von dem Ladegerät gesteuert werden.Optionally, the switching matrix 13 can only release individual cell strings 11, 12 for interconnection with the one or more cell strings 11, 12 according to the specifications of the battery pack controller 18 if the corresponding cell string 11, 12 is error-free. Even a cell balancing can be provided, after which the cell balance between the cell strings 11, 12 is established by switching the individual cell strings 11, 12 accordingly. In principle, this method is possible when charging and discharging the battery pack 3 and is preferably carried out by the battery pack controller 18 . For example, provision can be made for the switching matrix 13 to make the cell strings 11, 12 available one after the other for the charging process as part of a charging process for the battery pack 3, either individually or in groups. As already explained, this can be done by means of the battery pack control 18, but can also be controlled by the charger if necessary.

Claims

System (1), comprising an electrical device (2), a configurable battery pack (3) and a configurable switching matrix (13), wherein the battery pack (3) can be connected to the device (2) in order to switch between the device (2) and to exchange electrical power with the battery pack (3), the battery pack (3) having a plurality of battery cells (10), and the configurable switching matrix (13) being designed to electronically interconnect the battery cells (10) in order to generate an output voltage (U ₁ , U ₂ ) of the battery pack (3), characterized in that the device (2) is set up to set the output voltage (U ₁ , U ₂ ) of the battery pack (3) by influencing the switching matrix (13).

System (1) after claim 1 , characterized in that the battery pack (3) has the switching matrix (13).

System (1) after claim 1 or 2 , characterized in that the battery cells (10) of the battery pack (3) are distributed over at least a first cell string (11) and a second cell string (12), each cell string (11, 12) having the same number of battery cells (10) permanently connected to one another has, and wherein the switching matrix (13) is designed to connect the individual cell strings (11, 12) to determine the output voltage (U ₁ , U ₂ ) of the battery pack (3) either in parallel or in series with each other.

System (1) according to one of Claims 1 until 3 , characterized in that the switching matrix (13) has a plurality of electronic switches (14, 15, 16), in particular semiconductor switches, to configure the interconnection of the battery cells (10).

System (1) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the switching matrix (13) has at least one input-side control line (20) in order to configure the interconnection of the rechargeable battery cells (10) as a function of control signals received via the control line (20), the at least one control line (20) having is connected to a battery pack controller (18) of the battery pack (3) and/or can be connected to a device controller (21) of the device (2).

System (1) according to one of Claims 1 until 5 , characterized in that the battery pack (3) has a battery pack interface (5) and the device (2) has a device interface (6), the battery pack interface (5) and the device interface (6) being designed to To connect the transmission of electrical power to the device (2), and wherein the device interface (6) is also set up to interact with the battery pack (3) in the state connected to the battery pack interface (5) in such a way that the switching matrix (13) is caused to set the output voltage (U ₁ , U ₂ ) of the battery pack (3).

System (1) according to one of Claims 1 until 6 , characterized in that the switching matrix (13) is set up to interconnect the battery cells (10) in such a way that the battery pack (3) optionally provides either a first output voltage (U ₁ ) or a second output voltage (U ₂ ).

System (1) after claim 7 , characterized in that for proper operation the device (2) can be operated exclusively either with the first output voltage (U ₁ ) or with the second output voltage (U ₂ ) from the battery pack (3) and is set up to output the corresponding output voltage (U ₁ , U ₂ ) by influencing the switching matrix (13).

System (1) according to one of Claims 1 until 8th , characterized in that the switching matrix (13) is set up to connect the battery cells (10) in such a way that the battery pack (3) provides the lowest definable output voltage (U ₁ ) or no output voltage (U ₁ , U ₂ ) if the Battery pack (3) is separated from the device (2).

System (1) according to one of Claims 1 until 9 , characterized in that the battery pack (3) has at least one safety switch (19) that is independent of the switching matrix (13), preferably an electronic safety switch (19), which can be used to control the battery pack (3) to selectively change the output voltage (U ₁ , U ₂ ) provides or does not provide on the output side.

System (1) according to one of Claims 1 until 10 , characterized in that the battery pack (3) has at least one safety unit (17) in order to prevent a safety-critical operating state of the battery pack (3), in particular to interrupt a safety-critical current flow caused by faulty interconnection of the battery cells (10).

System (1) according to one of Claims 1 until 11 , characterized in that the device (2) is a device (2) that can be operated by the battery pack (3), in particular an electric power tool, or a charger for the battery pack (3).

Method for configuring a configurable battery pack (3), having at least the following method steps: a) Connecting a plurality of battery cells (10) of the battery pack (3) by means of a configurable switching matrix (13) to define an output voltage (U ₁ , U ₂ ) of the battery pack (3); and b) influencing the switching matrix (13) by an electrical device (2) connected to the battery pack (3) in order to determine the output voltage (U ₁ , U ₂ ) of the battery pack (3).

procedure after Claim 13 , characterized in that the switching matrix (13) connects individual cell strings (11, 12), each of which has the same number of battery cells (10) permanently connected to one another, to determine the output voltage (U ₁ , U ₂ ) either in parallel or in series.

procedure after Claim 14 , characterized in that an individual string of cells (11, 12) is only released for connection to the one or more other strings of cells (11, 12) if the corresponding string of cells (11, 12) is error-free.

procedure after Claim 14 or 15 , characterized in that the switching matrix (13) makes the cell strings (11, 12) available individually or in groups for the charging process as part of a charging process of the battery pack (3).