DE202013102567U1 - Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators - Google Patents
Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators Download PDFInfo
- Publication number
- DE202013102567U1 DE202013102567U1 DE202013102567U DE202013102567U DE202013102567U1 DE 202013102567 U1 DE202013102567 U1 DE 202013102567U1 DE 202013102567 U DE202013102567 U DE 202013102567U DE 202013102567 U DE202013102567 U DE 202013102567U DE 202013102567 U1 DE202013102567 U1 DE 202013102567U1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- electrical
- accumulators
- electrical device
- affected
- accumulator
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
- H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
- H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits
- H02J7/0031—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits using battery or load disconnect circuits
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
- H01M10/482—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte for several batteries or cells simultaneously or sequentially
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
- H01M50/572—Means for preventing undesired use or discharge
- H01M50/574—Devices or arrangements for the interruption of current
- H01M50/581—Devices or arrangements for the interruption of current in response to temperature
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
- G01R31/36—Arrangements for testing, measuring or monitoring the electrical condition of accumulators or electric batteries, e.g. capacity or state of charge [SoC]
- G01R31/382—Arrangements for monitoring battery or accumulator variables, e.g. SoC
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/425—Structural combination with electronic components, e.g. electronic circuits integrated to the outside of the casing
- H01M2010/4271—Battery management systems including electronic circuits, e.g. control of current or voltage to keep battery in healthy state, cell balancing
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2200/00—Safety devices for primary or secondary batteries
- H01M2200/10—Temperature sensitive devices
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/30—Batteries in portable systems, e.g. mobile phone, laptop
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Mobiles elektrisches Gerät (10), insbesondere Handwerkzeug (12), Gartengerät oder handgeführtes Gartenwerkzeug, mit elektrisch betriebenem Antriebsmotor (14) für rotierende, oszillierende und/oder umlaufende Werkzeugträger (16) oder Bearbeitungswerkzeuge (18), dessen elektrische Energieversorgung (20) wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Lithium-Ionen-Akkumulatoren (22) gleicher Bauart und weitgehend gleicher Kapazität und Nennspannung umfasst, denen jeweils getrennt arbeitende Überwachungseinrichtungen (24) zur permanenten Überwachung elektrischer und/oder physikalischer Parameter wie aktueller Spannungen, Stromstärken und/oder Temperaturen an den einzelnen Akkumulatoren (22) zugeordnet sind, die mit einer Schutzschaltung (26) gekoppelt sind, die zumindest bei auftretenden Unterspannungen und/oder Übertemperaturen eine Spannungs- und/oder Stromstärkenbegrenzung und/oder eine Trennung des betroffenen Akkumulators (22) oder der betroffenen Akkumulatoren (22) von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes (10) vorsehen.Mobile electrical device (10), in particular hand tool (12), garden implement or hand-guided garden tool, with electrically operated drive motor (14) for rotating, oscillating and / or rotating tool carrier (16) or machining tools (18), the electrical power supply (20) at least comprises two electrically connected in series lithium-ion batteries (22) of the same type and largely the same capacity and rated voltage, each separately operating monitoring devices (24) for permanent monitoring electrical and / or physical parameters such as current voltages, currents and / or temperatures the individual accumulators (22) are associated, which are coupled to a protective circuit (26), the at least at undervoltages and / or overtemperatures a voltage and / or current limiting and / or a separation of the affected accumulator (22) or the affected accumulators (22) from we Provide iteren electrical components of the electrical device (10).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein mobiles elektrisches Gerät, insbesondere ein Handwerkzeug oder Gartengerät o. dgl. mit elektrisch betriebenem Antriebsmotor für rotierende, oszillierende und/oder umlaufende Werkzeugträger oder Bearbeitungswerkzeuge, dessen elektrische Energieversorgung wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Lithium-Ionen-Akkumulatoren gleicher Bauart und weitgehend gleicher Kapazität und Nennspannung umfasst. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Lithium-Ionen-Akkumulatoren gleicher Bauart und weitgehend gleicher Kapazität und Nennspannung, insbesondere zur elektrischen Energieversorgung eines mobilen elektrischen Gerätes wie eines Handwerkzeuges, eines Gartengerätes o. dgl. The present invention relates to a mobile electrical device, in particular a hand tool or garden tool o. The like. With electrically operated drive motor for rotating, oscillating and / or rotating tool carrier or machining tools, the electrical power supply at least two electrically connected in series lithium-ion batteries of the same type and largely equal capacity and rated voltage. The invention further relates to an arrangement with at least two electrically connected in series lithium-ion batteries of the same type and largely the same capacity and rated voltage, in particular for the electrical power supply of a mobile electrical device such as a hand tool, a garden tool o.
Mobile elektrische Geräte mit Akkumulatoren, die sich stromnetzunabhängig betreiben lassen, sind seit langer Zeit bekannt. Mit der zunehmend höheren Energiedichte und den fallenden Kosten moderner Akkumulatoren werden nicht nur tragbare EDV-Geräte, sondern bspw. auch Handwerkzeugmaschinen, Gartengeräte oder andere Geräte mit Akkumulatoren ausgestattet, so dass sie unabhängig von einem öffentlichen Stromnetz zur Spannungsversorgung und damit ohne störende Kabel für längere Zeiträume an nahezu beliebigen Orten eingesetzt und betrieben werden können. Mobile electrical devices with accumulators that can be operated independently of the power supply have been known for a long time. With the increasingly higher energy density and the falling costs of modern accumulators not only portable computing devices, but also, for example, hand tools, gardening equipment or other devices are equipped with batteries so that they are independent of a public power grid to power and thus without disturbing cables for longer Periods can be used and operated at almost any location.
Als Akkumulatoren mit ausreichend hoher Energiedichte werden insbesondere sog. Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt. Solche Lithium-Ionen-Akkus weisen nicht nur eine relativ hohe Energiedichte auf, sondern sie sind thermisch stabil und unterliegen einem nur sehr geringen Memory-Effekt, wodurch sie auch bei wenig sorgfältigem Aufladeverhalten eine ausreichend hohe Kapazität verfügbar halten können. Je nach eingesetzter Bauart der Akkumulatoren können diese unterschiedliche Betriebsparameter aufweisen, bspw. unterschiedliche Zellenspannungen, Temperaturempfindlichkeiten oder maximal zulässige Lade- oder Entladeströme. As accumulators with sufficiently high energy density in particular so-called. Lithium-ion accumulators are used. Such lithium-ion batteries not only have a relatively high energy density, but they are thermally stable and subject to only a very small memory effect, whereby they can keep a sufficiently high capacity available even with little careful charging behavior. Depending on the type of accumulator used, these may have different operating parameters, for example different cell voltages, temperature sensitivities or maximum permissible charging or discharging currents.
Trotz ihres weit gefächerten Einsatzspektrums und ihrer universellen Einsetzbarkeit setzt eine hohe Lebensdauer der Lithium-Ionen-Akkumulatoren gleichwohl deren sorgfältige Behandlung voraus. Die sog. Zyklenlebensdauer ist abhängig von der Art und der Qualität des Akkus, von der Temperatur, und von der Art der Nutzung des Akkus, insbesondere den (Ent-)Ladehüben, der Ladeschlussspannung und der Stärke der Lade- sowie Entladeströme. Bei hohen Temperaturen kann sich die Zyklenhaltbarkeit deutlich verringern, weshalb der Akku am besten bei Raumtemperatur verwendet werden sollte. Niedrige Temperaturen während des Betriebs können den Akkus ebenfalls schaden, während eine Lagerung bei tiefen Temperaturen in aller Regel keine Probleme verursacht. Ein Laden und Entladen mit relativ flachen Ladekurven kann die Haltbarkeit deutlich erhöhen. So kann bspw. ein Lithium-Ionen-Akku, von dem statt 100% nur 50% der maximalen Kapazität entladen und dann wieder geladen werden, die mehr als doppelte Zyklenzahl durchhalten. Der Grund hierfür ist, dass bei vollständig entladenem und vollständig geladenem Akku hohe Belastungen für die Elektroden entstehen. Ebenso erhöhen starke Lade- und Entladeströme die mechanischen und thermischen Belastungen und wirken sich so negativ auf die Zyklenzahl aus. Despite their wide range of applications and their universal applicability, a long service life of lithium-ion batteries nevertheless requires their careful handling. The so-called cycle life depends on the type and quality of the battery, the temperature, and the type of use of the battery, in particular the (discharge) loading strokes, the end-of-charge voltage and the strength of the charging and discharging currents. At high temperatures, the cycle life can be significantly reduced, which is why the battery should be used best at room temperature. Low temperatures during operation can also damage the batteries, while storage at low temperatures usually causes no problems. Loading and unloading with relatively flat charging curves can significantly increase the durability. For example, a lithium-ion battery, from which instead of 100% only 50% of the maximum capacity can be discharged and then recharged, can withstand more than twice the number of cycles. The reason for this is that when fully discharged and fully charged battery high loads for the electrodes. Likewise, high charge and discharge currents increase the mechanical and thermal loads and thus have a negative effect on the number of cycles.
Bei einem mobilen Einsatz in Elektrogeräten können zahlreiche der genannten Risiken auftreten, die die Lebensdauer der als elektrische Energieversorgung eingesetzten Akkumulatoren herabsetzen können. Dies trifft insbesondere bei einem Einsatz Handwerkzeuggeräten zu, da hierbei besonders ungünstige Betriebsbedingungen gehäuft auftreten können, so bspw. relativ hohe oder tiefe Temperaturen, Spannungsspitzen oder häufigere Tiefentladungen durch einen robusten Einsatz der Handwerkzeuge, bspw. auf Baustellen oder im Bereich von Außenmontagen. Aus diesem Grund sollte bei solchen Einsatzbedingungen der Betriebssicherheit der Akkumulatoren eine erhöhte Aufmerksamkeit gewidmet werden. Mobile use in electrical appliances can cause many of these risks, which can reduce the life of the batteries used as an electrical power supply. This is especially true when using hand tools, as this can occur more often unfavorable operating conditions, such as. Relatively high or low temperatures, voltage spikes or more frequent deep discharges by a robust use of hand tools, eg. On construction sites or in the field of outdoor installations. For this reason, the reliability of the accumulators should be given increased attention in such conditions of use.
Das vorrangige Ziel der vorliegenden Erfindung wird darin gesehen, ein besonders betriebssicheres und langlebiges mobiles elektrisches Gerät, insbesondere ein Handwerkzeug mit elektrisch betriebenem Antriebsmotor für rotierende, oszillierende und/oder umlaufende Werkzeugträger oder Bearbeitungswerkzeuge zur Verfügung zu stellen, dessen elektrische Energieversorgung wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Lithium-Ionen-Akkumulatoren gleicher Bauart und weitgehend gleicher Kapazität und Nennspannung umfasst. Bei diesem elektrischen Gerät soll insbesondere die elektrische Energieversorgung möglichst gut gegen Beschädigungen aller Art durch unsachgemäße Behandlung und/oder durch besonders harte Einsatzbedingungen geschützt und abgesichert sein, was vorrangig durch eine entsprechend ausgelegte Überwachungsschaltung realisiert sein sollte. The primary object of the present invention is seen to provide a particularly reliable and durable mobile electrical device, in particular a hand tool with electrically powered drive motor for rotating, oscillating and / or rotating tool carriers or machining tools available, the electrical power supply at least two electrically in series switched lithium-ion batteries of the same type and largely the same capacity and rated voltage includes. In this electrical device, in particular, the electrical power supply should be protected and protected as well as possible against damage of all kinds by improper treatment and / or by particularly harsh operating conditions, which should be realized primarily by a suitably designed monitoring circuit.
Diese genannten Ziele der Erfindung werden durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche erreicht. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung finden sich in den Unteransprüchen. So schlägt die Erfindung zur Lösung der genannten Aufgabe ein mobiles elektrisches Gerät vor, das insbesondere ein Handwerkzeug mit elektrisch betriebenem Antriebsmotor für rotierende, oszillierende und/oder umlaufende Werkzeugträger oder Bearbeitungswerkzeuge sein kann. Die elektrische Energieversorgung des elektrischen Gerätes bzw. des Handwerkzeuges umfasst wenigstens zwei elektrisch in Reihe geschaltete Lithium-Ionen-Akkumulatoren gleicher Bauart und weitgehend gleicher Kapazität und Nennspannung, denen jeweils getrennt arbeitende Überwachungseinrichtungen zur permanenten Überwachung elektrischer und/oder physikalischer Parameter wie aktueller Spannungen, Stromstärken und/oder Temperaturen an den einzelnen Akkumulatoren zugeordnet sind, die wiederum mit einer Schutzschaltung gekoppelt sind, die zumindest bei auftretenden Unterspannungen und/oder Übertemperaturen eine Spannungs- und/oder Stromstärkenbegrenzung und/oder eine Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen. Darüber hinaus können weitere Parameter überwacht und zur Steuerung der Akkumulatoren herangezogen werden, die einen Einfluss auf die Funktion und/oder Lebensdauer der Akkumulatoren haben können. Solche weiteren Parameter können insbesondere eine Stromaufnahme oder auch eine Untertemperatur sein. These stated objects of the invention are achieved by the subject-matter of the independent claims. Further advantageous embodiments of the invention can be found in the subclaims. Thus, the invention proposes to solve the above problem, a mobile electrical device, which may be in particular a hand tool with electrically operated drive motor for rotating, oscillating and / or rotating tool carrier or processing tools. The electrical power supply of the electrical device or the hand tool comprises at least two electrically connected in series lithium-ion batteries of the same type and largely the same capacity and rated voltage, each separately operating monitoring devices for permanent monitoring electrical and / or physical parameters such as current voltages, currents and / or temperatures at the individual batteries are assigned, which in turn are coupled to a protection circuit, which provide at least when occurring undervoltages and / or excess temperatures, a voltage and / or current limiting and / or separation of the affected accumulator or affected accumulators of other electrical components of the electrical device. In addition, other parameters can be monitored and used to control the accumulators, which can have an influence on the function and / or life of the accumulators. Such additional parameters may be, in particular, a current consumption or an under temperature.
Darüber hinaus können die Schutzschaltungen vorsehen, dass auch bei auftretenden Überspannungen und/oder Untertemperaturen Spannungs- und/oder Stromstärkenbegrenzungen vorgesehen sind, wobei wahlweise auch eine Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorgesehen sein kann. Während Überspannungen insbesondere bei Ladevorgängen auftreten und hier zu Problemen führen können, können Unterspannungen besonders im laufenden Betrieb des Geräts zu ernsthaften Problemen und zu Beschädigungen der Akkumulatoren führen. Auftretende Überspannungen lassen sich durch entsprechende Vorkehrungen im Ladegerät normalerweise absichern, während Unterspannungen, die im Betrieb auftreten, entweder von einer geeigneten Schutzschaltung im Gerät und/oder von einer entsprechenden Schutzschaltung im Akkumulator abzusichern sind. In addition, the protection circuits can provide that voltage and / or current limiting are provided even in the event of overvoltages and / or undercurrents, optionally also a separation of the affected accumulator or the affected accumulators of other electrical components of the electrical device can be provided. While overvoltages can occur in particular during charging processes and can lead to problems here, undervoltages can lead to serious problems and damage to the accumulators, especially during operation of the device. Occurring overvoltages can be secured by appropriate precautions in the charger normally, while under-voltages that occur in operation, either by a suitable protection circuit in the device and / or by a corresponding protection circuit in the accumulator are hedged.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät können insbesondere zwei identische und elektrisch in Reihe geschaltete Lithium-Ionen-Akkumulatoren verbaut sein, die in einem gemeinsamen Gehäusefach des elektrischen Gerätes oder räumlich getrennt voneinander in jeweils separaten Gehäusefächern des Gerätes angeordnet sind. Sinnvollerweise können die Akkumulatoren zu Wartungszwecken ohne Zuhilfenahme von Werkzeug aus ihren Gehäusefächern entnommen und dort wieder eingesetzt werden. Die Anordnung der Akkus im Gerät, d.h. die Anordnung der entsprechenden Gehäusefächer zur Aufnahme der Akkumulatoren richtet sich nach den jeweiligen Platzverhältnissen bzw. nach dem verfügbaren Einbauraum oder wahlweise auch nach Vorgaben einer Gewichtsbalance des Gerätes, was bspw. bei Handwerkzeugen von Bedeutung sein kann, da eine sinnvolle Gewichtsverteilung normalerweise ergonomische Vorteile mit sich bringt, während eine ungünstige Gewichtsverteilung zu einer schnelleren Ermüdung des Benutzers führen kann, da hierbei unnötig hohe Haltekräfte auftreten können. In particular, two identical and electrically connected in series lithium-ion batteries can be installed in the electrical device according to the invention, which are arranged in a common housing compartment of the electrical device or spatially separated from each other in each separate housing compartments of the device. It makes sense to the accumulators can be removed for maintenance purposes without the aid of tools from their housing compartments and used there again. The location of the batteries in the device, i. the arrangement of the corresponding housing compartments for receiving the batteries depends on the space available or according to the available installation space or optionally according to specifications of a weight balance of the device, which, for example, may be of importance in hand tools, since a meaningful weight distribution usually ergonomic advantages brings, while an unfavorable weight distribution can lead to a faster fatigue of the user, since this unnecessarily high holding forces can occur.
Die Überwachungseinrichtungen des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes können gemäß einer vorteilhaften Ausführungsvariante jeweils Schutzschaltungen zur Erkennung von elektrischen Kurzschlüssen bei einer erfassten Überschreitung einer maximal zulässigen Stromstärke am betroffenen Akkumulator bzw. an den in Serie geschalteten Akkumulatoren sowie zur Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen. Auf diese Weise können die Akkumulatoren vor Beschädigungen durch eine zu hohe Stromstärke oder durch einen elektrischen Kurzschluss geschützt werden. Zudem können die Schutzschaltungen vorzugsweise auch jeweils Einrichtungen zur zumindest temporären Strombegrenzung bei einer festgestellten Überschreitung der als maximal zulässig definierten Stromstärke aufweisen. The monitoring devices of the electrical device according to the invention, according to an advantageous embodiment, each protection circuits for detecting electrical short circuits in a detected exceeding a maximum allowable current to the battery or to the series-connected accumulators and the separation of the affected accumulator or affected accumulators of other electrical Provide components of the electrical device. In this way, the batteries can be protected from damage caused by excessive current or by an electrical short circuit. In addition, the protective circuits may preferably also each have means for at least temporary current limiting in a detected overshoot of the maximum permissible defined current.
Eine Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes sieht vor, dass dessen Überwachungseinrichtungen jeweils Schutzschaltungen aufweisen, die jedem einzelnen Akkumulator zugeordnet sind und die eine Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen, sobald eine Schutzschaltung wenigstens eines Akkumulators anspricht. Hierbei ist vorgesehen, dass jedem einzelnen von mehreren Akkumulatoren jeweils eine Schutzschaltung zugeordnet ist, die jeweils autonom die Parameter des ihm zugeordneten Akkumulators überwacht und/oder für dessen elektrischen Trennung vom Gerät sorgt, sobald ein Fehler und/oder eine Fehlfunktion erkannt wurde. D.h., die Schutzelektronik zur Absicherung der Akkus und deren Betriebssicherheit ist schaltungstechnisch und physisch immer am Akku selbst angeordnet, so dass diese unter allen Umständen geschützt und abgesichert werden können, unabhängig von ihrem Ladezustand. Die den einzelnen Akkus zugeordnete Schutzelektronik kann auch bei einem halbleeren oder einem relativ altem Akku für die erforderliche Absicherung sorgen, auch wenn dieser ggf. mit einem neuen Akku kombiniert ist. Ein typisches Problem, das hier auftreten kann, ist die schnellere Entladung von alten Akkus und/oder deren schnellerer Spannungsabfall. Die den einzelnen Akkus zugeordneten Schutzschaltungen können selbst diesen Fall absichern. Wenn dagegen nur eine Schutzelektronik im Gerät, nicht jedoch im Akku vorhanden wäre, könnte dies zu vielfältigen Problemen führen, z.B. bei Verwendung eines ungeeigneten oder falschen Ladegerätes. Dagegen können die erfindungsgemäß abgesicherten Akkus in beliebigen Fremdgeräten eingesetzt werden, ohne dass damit irgendwelche Risiken für die Lebensdauer der Akkus verbunden sind. A variant of the electrical device according to the invention provides that its monitoring devices each have protective circuits which are assigned to each individual battery and provide for a separation of the affected accumulator or affected accumulators of other electrical components of the electrical device, as soon as a protective circuit of at least one accumulator responds. It is provided that each of a plurality of accumulators each have a protective circuit is assigned, each autonomously monitors the parameters of its associated accumulator and / or ensures its electrical isolation from the device as soon as a fault and / or malfunction was detected. That is, the protection electronics for securing the batteries and their reliability is circuitry and physically always arranged on the battery itself, so that they can be protected and secured under all circumstances, regardless of their state of charge. The protection electronics associated with the individual batteries can provide the required protection even with a half-empty or a relatively old battery, even if this is possibly combined with a new battery. A typical problem that can occur here is the faster discharge of old batteries and / or their faster voltage drop. The protective circuits assigned to the individual batteries can even protect this case. If, on the other hand, only one protective electronics were present in the device, but not in the battery, this could lead to many problems, eg when using an unsuitable or incorrect charger. In contrast, the According to the invention insured batteries are used in any foreign equipment, without causing any risks for the life of the batteries are connected.
Eine weitere Variante des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes kann vorsehen, dass die Schutzschaltungen bei einer festgestellten Überschreitung der als maximal zulässig definierten Stromstärke eine zumindest temporäre elektrische Trennung des Antriebsmotors und/oder weiterer elektrischer Verbraucher von den Akkumulatoren vorsehen. Darüber hinaus kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Schutzschaltungen bei einer festgestellten Über- oder Unterschreitung der als maximal zulässig definierten Spannung eine zumindest temporäre elektrische Trennung des Antriebsmotors und/oder weiterer elektrischer Verbraucher von den Akkumulatoren vorsehen. A further variant of the electrical device according to the invention can provide that the protective circuits provide an at least temporary electrical separation of the drive motor and / or other electrical consumers of the accumulators at a detected overshoot of the maximum permissible current strength defined. In addition, it can preferably be provided that the protective circuits provide for an at least temporary electrical separation of the drive motor and / or other electrical loads from the accumulators at a detected overshoot or undershoot of the maximum permissible voltage defined.
So können die Überwachungseinrichtungen jeweils Schutzschaltungen zur Erfassung und Erkennung von elektrischen Überspannungen bei Überschreitung einer maximal zulässigen Spannung und/oder von zu hohen Stromstärken am betroffenen Akkumulator bzw. an den in Serie geschalteten Akkumulatoren sowie zur Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen. Vorzugsweise weisen bei dieser Variante die Schutzschaltungen jeweils Einrichtungen zur Spannungsbegrenzung bei einer festgestellten Überschreitung der als maximal zulässig definierten Spannung an den Akkumulatoren auf. Hierbei können die Schutzschaltungen bei einer festgestellten Überschreitung der als maximal zulässig definierten Spannung eine zumindest temporäre elektrische Trennung des Antriebsmotors und/oder weiterer elektrischer Verbraucher von den Akkumulatoren vorsehen, was wiederum einer Vermeidung von Beschädigungen der Akkumulatoren und/oder der mit diesen elektrischen verbundenen Steuerschaltungen dienen kann. Thus, the monitoring devices each protection circuits for detection and detection of electrical surges when exceeding a maximum allowable voltage and / or excessive current to the battery or to the series-connected accumulators and the separation of the affected accumulator or affected accumulators of other electrical Provide components of the electrical device. Preferably, in this variant, the protective circuits each have means for limiting the voltage at a detected excess of the maximum permissible voltage defined on the accumulators. In this case, the protective circuits can provide an at least temporary electrical separation of the drive motor and / or further electrical load from the accumulators, if the exceeding of the maximum permissible defined voltage, which in turn serve to avoid damage to the accumulators and / or associated with these electrical control circuits can.
Darüber hinaus weisen die Schutzschaltungen vorzugsweise jeweils Einrichtungen zur Spannungs- oder Stromstärkenbegrenzung und/oder zur Deaktivierung der Akkus bei einer festgestellten Unterspannung der Akkus, d.h. bei einer Unterschreitung der als minimal erforderlich definierten Spannungen an den Akkumulatoren auf. Hierbei können die Schutzschaltungen bei einer festgestellten Unterschreitung der minimal notwendigen Spannungen eine zumindest temporäre elektrische Trennung des Antriebsmotors und/oder weiterer elektrischer Verbraucher von den Akkumulatoren vorsehen, was wiederum einer Vermeidung von Beschädigungen der Akkumulatoren und/oder der mit diesen elektrischen verbundenen Steuerschaltungen dienen kann. Unterspannungen können unmittelbar zu Zersetzungserscheinungen an den Kathoden der Akkus und zur Auflösung des Metalloxids und metallischer Elektrodenträger führen. Da bei Unterspannungen, die im Betrieb der Akkus auftreten, die Zellen überfordert sind oder sich am Ende eines Ladezyklus befinden, ist es notwendig, für diese Fälle eine Abschaltung und Trennung der elektrischen Verbindungen zwischen den Akkus und den Verbrauchern des elektrischen Gerätes zu sorgen. In addition, the protection circuits preferably each have means for limiting the voltage or current limitation and / or for deactivating the batteries in the event of a detected undervoltage of the batteries, i. when falling below the minimum required voltages defined on the accumulators. In this case, the protective circuits can provide an at least temporary electrical separation of the drive motor and / or further electrical load from the accumulators, which in turn can serve to avoid damage to the accumulators and / or connected to these electrical control circuits at a detected shortfall of the minimum necessary voltages. Under-voltages can lead directly to decomposition phenomena at the cathodes of the accumulators and to the dissolution of the metal oxide and metallic electrode carriers. Since undervoltages that occur in the operation of the batteries, the cells are overwhelmed or at the end of a charge cycle, it is necessary to provide for these cases, a shutdown and disconnection of the electrical connections between the batteries and the consumers of the electrical device.
Wahlweise können die Schutzschaltungen zudem jeweils Einrichtungen zur Strombegrenzung bei einer festgestellten Überschreitung der als maximal zulässig definierten Stromstärke an den Akkumulatoren aufweisen. Hierbei können die Schutzschaltungen bei einer festgestellten Überschreitung der als maximal zulässig definierten Stromstärke eine zumindest temporäre elektrische Trennung des Antriebsmotors und/oder weiterer elektrischer Verbraucher von den Akkumulatoren vorsehen, was wiederum einer Vermeidung von Beschädigungen der Akkumulatoren und/oder der mit diesen elektrischen verbundenen Steuerschaltungen dienen kann. Optionally, the protective circuits may also each have means for limiting the current at a detected overshoot of the maximum permissible defined current to the accumulators. In this case, the protective circuits can provide an at least temporary electrical separation of the drive motor and / or other electrical loads from the accumulators when a detected exceeding the maximum allowable defined current, which in turn serve to avoid damage to the accumulators and / or associated with these electrical control circuits can.
Wahlweise kann das elektrische Gerät auch mit Überwachungseinrichtungen versehen sein, die jeweils Schutzschaltungen zur Erkennung von Übertemperaturen bei Überschreitung einer maximal zulässigen Temperatur am betroffenen Akkumulator bzw. an den in Serie geschalteten Akkumulatoren sowie zur Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen. Eine weitere sinnvolle Variante des elektrischen Gerätes sieht vor, dass dessen Überwachungseinrichtungen jeweils Schutzschaltungen zur Erkennung von Untertemperaturen bei Unterschreitung einer minimal zulässigen Temperatur am betroffenen Akkumulator bzw. an den in Serie geschalteten Akkumulatoren, insbesondere von Temperaturen unterhalb 0 °C, sowie zur Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen. Da die bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät eingesetzten Lithium-Ionen-Akkus typischerweise empfindlich auf Untertemperaturen, insbesondere auf Temperaturen unterhalb von ca. 0 °C reagieren, kann es sinnvoll sein, bei solchen Te mperaturbereichen den Betrieb durch Abschalten bzw. Deaktivieren der Akkus bzw. ihrer Steuerelektronik zu unterbinden, damit die Akkus durch einen längeren Betrieb bei zu niedrigen Temperaturen nicht dauerhaft geschädigt werden. Optionally, the electrical device may also be provided with monitoring devices, each of which protective circuits for detecting excess temperatures when exceeding a maximum allowable temperature on the battery or battery connected in series and for separating the battery or the affected accumulators of other electrical components of the provide electrical device. Another useful variant of the electrical device provides that its monitoring devices each protection circuits for detecting under-temperatures when falling below a minimum allowable temperature at the affected battery or to the series-connected accumulators, in particular of temperatures below 0 ° C, and to separate the affected Provide accumulator or the affected accumulators of other electrical components of the electrical device. Since the lithium-ion batteries used in the electrical device according to the invention typically sensitive to under-temperatures, especially to temperatures below about 0 ° C, it may be useful in such Te mperaturbereichen the operation by switching off or deactivating the batteries or to prevent their control electronics, so that the batteries are not permanently damaged by prolonged operation at too low temperatures.
Bei den Varianten des elektrischen Gerätes, die mit einer solchen Überwachung der Temperaturbereiche ausgestattet sind, kann eine zeitgesteuerte Wiederaktivierung von elektrischen Komponenten und/oder des elektrischen Antriebsmotors vorgesehen sein, sofern die festgestellte Temperatur der Akkumulatoren nach einer definierten Zeitdauer innerhalb eines bestimmten Bereichs liegt. Auf diese Weise wird verhindert, dass der Benutzer bei einer nicht mehr gegebenen Beschädigungsgefahr für die Akkumulatoren am weiteren bestimmungsgemäßen Einsatz des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes gehindert ist. In the variants of the electrical device, which are equipped with such a monitoring of the temperature ranges, a time-controlled re-activation of electrical components and / or the electric drive motor may be provided, provided that the detected temperature of the Accumulators after a defined period of time is within a certain range. In this way it is prevented that the user is prevented in a no longer given risk of damage to the batteries on further intended use of the electrical device according to the invention.
Wahlweise oder zusätzlich kann bei dem elektrischen Gerät jedoch auch vorgesehen sein, dass zur erneuten Freigabe der Akkumulatoren und/oder deren elektrische Verbindung mit weiteren Komponenten des Geräts und/oder mit dem elektrischen Antriebsmotor nach einer Trennung oder Abschaltung eine Quittierung über einen zusätzlichen Drucktaster oder Schalter erforderlich ist. Vorteilhaft kann im Interesse einer erhöhten Benutzerfreundlichkeit darüber hinaus eine zusätzliche optische Anzeige oder eine Signaleinrichtung o. dgl. sein. So kann bspw. eine temporäre oder nur durch aktive Freigabe aufhebbare Trennung der Akkumulatoren von weiteren Komponenten des Geräts und/oder vom elektrischen Antriebsmotor über wenigstens eine optische Anzeige- oder Signaleinrichtung kenntlich gemacht werden. Alternatively or additionally, in the electrical device, however, also be provided that for re-release of the batteries and / or their electrical connection with other components of the device and / or with the electric drive motor after disconnection or shutdown an acknowledgment via an additional push button or switch is required. In addition, in the interest of increased user friendliness, an additional optical display or a signaling device or the like may be advantageous. Thus, for example, a temporary or can only be canceled by active release separation of the batteries of other components of the device and / or the electric drive motor via at least one optical display or signaling device be identified.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät können die Lithium-Ionen-Akkumulatoren bspw. jeweils eine Nennspannung zwischen ca.12 und ca. 25 Volt aufweisen, wobei bei elektrischen Handwerkzeugen insbesondere Nennspannungen von jeweils ca. 18 V sinnvoll und praktikabel sind. Hierbei kann vorgesehen sein, dass die Lithium-Ionen-Akkumulatoren jeweils eine Überspannungsfestigkeit von bis zu 45 Volt, insbesondere jeweils von bis zu 60 V aufweisen. Außerdem haben sich Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit Nennkapazitäten von ca. 1 bis 5 Amperestunden als praktikabel erwiesen, wobei bei typischen elektrischen Handwerkzeugen insbesondere Akkus mit Nennkapazitäten zwischen ca. 1,5 und 3 Amperestunden zum Einsatz kommen können. In the case of the electrical device according to the invention, the lithium-ion accumulators may, for example, each have a rated voltage of between about 12 and about 25 volts, with rated electrical voltages of in each case approx. 18 V being sensible and practicable for electric hand tools. It can be provided that the lithium-ion batteries each have an overvoltage resistance of up to 45 volts, in particular in each case up to 60 V. In addition, lithium-ion batteries with nominal capacities of about 1 to 5 ampere hours have proven to be practicable, with typical electric hand tools in particular batteries with nominal capacities between about 1.5 and 3 ampere hours can be used.
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Anordnung mit mindestens zwei elektrisch in Reihe geschalteten Lithium-Ionen-Akkumulatoren gleicher Bauart und weitgehend gleicher Kapazität und Nennspannung, die insbesondere der elektrischen Energieversorgung eines mobilen elektrischen Gerätes wie eines Handwerkzeuges mit elektrisch betriebenem Antriebsmotor für rotierende, oszillierende und/oder umlaufende Werkzeugträger oder Bearbeitungswerkzeuge dienen können. Hierbei können den wenigstens zwei Lithium-Ionen-Akkumulatoren jeweils getrennt arbeitende Überwachungseinrichtungen zur permanenten Überwachung elektrischer und/oder physikalischer Parameter wie aktueller Spannungen, Stromstärken und/oder Temperaturen an den einzelnen Akkumulatoren zugeordnet sein, die mit einer Schutzschaltung gekoppelt sind, die zumindest bei auftretenden Überspannungen und/oder Übertemperaturen eine Spannungsbegrenzung und/oder eine Trennung des betroffenen Akkumulators oder der betroffenen Akkumulatoren von weiteren elektrischen Komponenten des elektrischen Gerätes vorsehen. Weitere Varianten dieser erfindungsgemäßen Anordnung können Merkmale aufweisen, wie sie zuvor anhand verschiedener Ausführungsvarianten des erfindungsgemäßen elektrischen Gerätes erläutert wurden. Diese Gerätevarianten beziehen sich gleichermaßen auf verschiedene Ausführungsvarianten der Anordnung zweier elektrisch in Reihe geschalteter Lithium-Ionen-Akkumulatoren. The present invention furthermore relates to an arrangement having at least two lithium-ion accumulators connected in series of the same design and substantially the same capacity and rated voltage, in particular the electrical power supply of a mobile electrical device such as a hand-held power tool with electrically driven drive motor for rotating, oscillating and / or or rotating tool carrier or machining tools can serve. In this case, the at least two lithium-ion batteries each separately operating monitoring devices for permanent monitoring of electrical and / or physical parameters such as current voltages, currents and / or temperatures can be assigned to the individual accumulators, which are coupled to a protective circuit, at least when occurring Overvoltages and / or excess temperatures provide a voltage limitation and / or a separation of the affected accumulator or the affected accumulators of other electrical components of the electrical device. Other variants of this arrangement according to the invention may have features as they have been explained above with reference to various embodiments of the electrical device according to the invention. These device variants relate equally to different embodiments of the arrangement of two electrically connected in series lithium-ion batteries.
Eine weitere, in der Praxis sehr vorteilhafte Funktion der erfindungsgemäßen Akkumulatoren kann darin bestehen, dass diese eine Art treppenstufenförmiges Schaltsystem aufweisen, wodurch jeweils gleiche Akkus in verschiedenen Geräten verwendet werden können, z.B. bei Akkuschraubern, Rasenmähern etc. Dies kann dadurch erreicht werden, dass sich die den Akkus zugeordnete Schutz- und Steuerelektronik den jeweiligen Geräten anpasst und dafür sorgt, dass die Akkus in den unterschiedlichsten Betriebssituationen abgesichert und geschützt bleiben. Mit dem Begriff des treppenstufenförmigen Schaltsystems ist insbesondere gemeint, dass je nach eingesetzten Akkuzellen unterschiedliche Ströme zugelassen werden können, die teilweise nur für eine sehr geringe Zeitdauer fließen dürfen (Quasi-stationärer Betrieb). Da bei den eingesetzten Universal-Akkus zuvor nicht bekannt ist, in welchen Geräten diese eingesetzt werden und welche Stromprofile dort auftreten können, sieht das Steuerkonzept vor, dass jeweils ein definierter Dauerstrom für eine definierte maximale Zeitdauer erlaubt wird, der sich nach der Zelle richtet. So kann bspw. ein Strom zwischen 30 und 60 Ampere für eine maximale Zeitdauer von einer bis 1,5 Sekunden zugelassen werden. Ein höherer Strom von bspw. 60 bis 90 Ampere kann demzufolge für einen kürzeren Zeitraum von z.B. maximal 150 Millisekunden zugelassen werden, während höhere Ströme von z.B. über 100 Ampere nur noch für eine maximale Zeitdauer von z.B. zwei Millisekunden zugelassen werden. Diese hier als Treppenstufencharakteristik bezeichnete Schaltcharakteristik erlaubt es, die Akkus in den unterschiedlichsten Geräten einzusetzen, ohne dass zuvor bekannt sein muss, wie das exakte Verbrauchs- und Anforderungsprofil der Geräte aussieht. Die Maxime, die hierbei zu keinem Zeitpunkt verletzt wird, besteht darin, dass die Akkumulatorenmodule selbst sicher stellen, dass ihre Zellen zu keinem Zeitpunkt überfordert werden, so dass damit eine große Vielzahl unterschiedlicher Geräte gleichermaßen betrieben werden können. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass keine aufwändigen Protokolle, Produktions- und/oder Betriebsprotokolle erforderlich sind, die ansonsten für eine reibungslose Kommunikation zwischen den Geräten und den Akkus unverzichtbar wären, da ansonsten die Gefahr bestünde, die Akkus durch bestimmte Betriebsbedingungen zu beschädigen oder zu zerstören, die nicht abgesichert sind. Another, in practice very advantageous function of the accumulators according to the invention may consist in that they have a kind of stair-step-shaped switching system, whereby in each case the same batteries can be used in different devices, eg battery-operated screwdrivers, lawnmowers, etc. This can be achieved in that the protective and control electronics associated with the batteries are adapted to the respective devices and ensure that the batteries are protected and protected in a wide variety of operating situations. By the term staircase-shaped switching system is meant in particular that, depending on the battery cells used different currents can be allowed, some of which may only flow for a very short period of time (quasi-stationary operation). Since the universal batteries used are not previously known in which devices they are used and which power profiles can occur there, the control concept provides that in each case a defined continuous current for a defined maximum period of time is allowed, which depends on the cell. For example, a current between 30 and 60 amperes may be allowed for a maximum period of one to 1.5 seconds. A higher current of, for example, 60 to 90 amps can therefore be allowed for a shorter period of, for example, a maximum of 150 milliseconds, while higher currents of, for example, over 100 amperes are only allowed for a maximum period of, for example, two milliseconds. This switching characteristic, referred to here as a step-step characteristic, makes it possible to use the batteries in a wide variety of devices without it being necessary to first know what the exact consumption and requirement profile of the devices looks like. The maxim, which is not violated here at any time, is that the accumulator modules themselves ensure that their cells are not overwhelmed at any time, so that so a large variety of different devices can be operated equally. Another advantage is that no elaborate protocols, production and / or operating protocols are required, otherwise for a smooth communication between the devices and the batteries would be indispensable, otherwise there would be a risk of damaging or destroying the battery by certain operating conditions that are not secured.
Für den Fachmann versteht sich von selbst, dass diese angegebenen Werte für die treppenstufenartige Schutz- und Absicherungscharakteristik lediglich beispielhaft zu verstehen sind und je nach Kapazität der Akkus, deren spezifischen Eigenschaften, der Umgebungs- und/oder Betriebsbedingungen sowie der typischerweise auftretenden Lastfälle verschiedener Geräte variieren können. It will be understood by those skilled in the art that these stated values for the step-like protection and protection characteristic are merely exemplary and vary depending on the capacity of the batteries, their specific properties, the ambient and / or operating conditions and the typically occurring load cases of various devices can.
Das elektrische Gerät kann wahlweise zwei Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit einer Gesamtnennspannung von ca. 36 Volt oder auch drei Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit einer Gesamtnennspannung von ca. 54 Volt aufweisen. Nach oben hin sind diese Werte ggf. erweiterbar, da auch Geräte mit vier oder mehr gleichartigen Akkumulatoren denkbar sind, bspw. mobile Schweißgeräte o. dgl., die eine höhere Stromaufnahme haben und höhere Spannungen (z.B. Ultraschall-Schweißgerät) für eine sinnvolle Einsetzbarkeit benötigen. The electrical device can optionally have two lithium-ion batteries with a total rated voltage of about 36 volts or three lithium-ion batteries with a total nominal voltage of about 54 volts. Upwards, these values can be extended if necessary, since devices with four or more similar accumulators are conceivable, for example mobile welding devices or the like, which have a higher current consumption and require higher voltages (eg ultrasonic welding device) for a sensible use ,
Ggf. können einzelne Geräte durch zusätzliche Kondensatoren oder auch Spulen ergänzt werden. So sieht eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen elektrischen Geräts vor, dass den Akkumulatoren wenigstens ein Kondensatormodul und/oder ein Spulensatz zur kurzzeitigen Erhöhung der abrufbaren Stromstärke bei auftretenden Lastspitzen des Geräts zugeordnet sind. Hierdurch kann die Kapazität in vorteilhafter Weise zu sehr geringen zusätzlichen Kosten kurzfristig erhöht werden, was sich bspw. vorteilhaft für ein Liefermoment eines elektrischen Antriebsmotors auswirken kann, der bei kurzfristig auftretenden hohen Lasten eine höhere Stromaufnahme haben kann. Possibly. Individual devices can be supplemented by additional capacitors or coils. Thus, a further embodiment variant of the electrical device according to the invention provides that the accumulators are assigned at least one capacitor module and / or a coil set for briefly increasing the retrievable current intensity when load peaks of the device occur. In this way, the capacity can be increased in the short term advantageously at very low additional cost, which may, for example, be advantageous for a delivery torque of an electric drive motor, which may have a higher power consumption at high loads occurring at short notice.
Darüber hinaus sollte erwähnt werden, dass auch einzelne Akkumulatoren, wie sie oben beschrieben wurden, in Geräten eingesetzt werden und dort je nach Bedarf schnell ausgetauscht werden können. Durch die erfindungsgemäße Konfiguration mit der dem einzelnen Akku zugeordneten Schutzschaltung stellt es in der Praxis kein Problem dar, auch solche Akkus kurzfristig einzusetzen und auszutauschen, die nicht ihren vollen Ladezustand haben, da ihre Schutzschaltung sie vor Tiefentladung, Unter- und Übertemperatur und anderen Betriebsbedingungen schützt und darüber hinaus alle Arten von denkbaren Fehlfunktionen absichern kann. In addition, it should be mentioned that individual accumulators, as described above, are used in devices and can be quickly replaced there as needed. Due to the configuration according to the invention with the protection circuit associated with the individual battery, it is no problem in practice to use and exchange even those batteries that do not have their full charge state, since their protection circuit protects them from deep discharge, under and over temperature and other operating conditions And beyond that, it can safeguard all sorts of conceivable malfunctions.
Ein weiterer vorteilhafter Aspekt, der bisher noch nicht erwähnt wurde, besteht darin, dass mit Hilfe der Akkumulatoren gezielt auf die Ergonomie und Handhabbarkeit der tragbaren elektrischen Geräte Einfluss genommen werden kann, da je nach Platzierung und Positionierung der Akkus im Gerät unterschiedliche Gewichtsverteilungen erzielt werden können, so dass die Gewichtsbalance im Idealfall für eine optimale Ergonomie bereits bei der Konstruktion des Gerätes erreicht werden kann. Dies kann die unterschiedlichsten Handwerkzeuge betreffen, aber auch für alle Arten von tragbaren Gartengeräten und anderen tragbaren Werkzeugen Anwendung finden, bspw. für Heckenscheren, Kettensägen etc. Another advantageous aspect, which has not yet been mentioned, is that with the help of the accumulators targeted influence on the ergonomics and manageability of portable electrical devices can be influenced, since depending on the placement and positioning of the batteries in the device different weight distributions can be achieved so that the weight balance can ideally be achieved already during the construction of the device for optimum ergonomics. This can affect a wide variety of hand tools, but also for all types of portable gardening tools and other portable tools application, eg. For hedge trimmers, chainsaws, etc.
Darüber hinaus ist es sinnvoll, bei dem erfindungsgemäßen elektrischen Gerät geeignete Schutzelemente vorzusehen, insbesondere für einen geeigneten ESD-Schutz, d.h. für einen Schutz gegen Beschädigungen durch elektrostatische Entladung zu sorgen. So ist es von Vorteil, wenn zumindest einem der wenigstens zwei in Serie geschalteten Akkumulatoren eine bidirektionale Diode (Diac) parallel geschaltet ist. Selbstverständlich ist es noch vorteilhafter, wenn jedem der wenigstens zwei in Serie geschalteten Akkumulatoren jeweils eine bidirektionale Diode (Diac) parallel geschaltet ist. Darüber hinaus kann dem elektrischen Verbraucher, insbesondere dem elektrischen Antriebsmotor des Geräts eine Freilaufdiode parallel geschaltet sein. So kann innerhalb der beiden Akkupacks jedem der beiden Akkumulatoren jeweils eine bidirektionale Diode, ein sog. Diac, parallel geschaltet sein. Diese Diacs sorgen dafür, dass sich bei ungleich geladenen Akkumulatoren oder bei Akkumulatoren mit stark unterschiedlichen elektrischen Werten oder Kapazitäten keine ungewollten Entladungseffekte ergeben, gleichzeitig aber bei Überschreiten der Durchbruchsspannungen die Schutzelektronik durch den Bypass entlastet wird, was einem effektiven ESD-Schutz entspricht. So sorgen die parallel geschalteten Diacs dafür, dass die Stromversorgung des Motors unterbrochen wird, wenn einer der Akkus bzw. Akkupacks nicht richtig arbeitet, der andere dagegen schon, um bei solchen Situationen die Entladung oder Beschädigung des ordnungsgemäß arbeitenden Akkus zu verhindern. Zusätzlich ist es sinnvoll, dem Motor oder elektrischen Verbraucher eine Freilaufdiode parallel zu schalten, die bei auftretenden Spannungsspitzen am Motor für einen Schutz der Energieversorgung, bestehend aus dem Akku bzw. den beiden in Serie geschalteten Akkupacks, sorgen kann. In addition, it makes sense to provide suitable protective elements in the electrical device according to the invention, in particular for a suitable ESD protection, i. to provide protection against damage due to electrostatic discharge. Thus, it is advantageous if at least one of the at least two batteries connected in series has a bidirectional diode (Diac) connected in parallel. Of course, it is even more advantageous if each of the at least two series-connected accumulators in each case a bidirectional diode (Diac) is connected in parallel. In addition, the electric load, in particular the electric drive motor of the device, a freewheeling diode may be connected in parallel. Thus, within the two battery packs, each of the two accumulators can each have a bidirectional diode, a so-called diac, connected in parallel. These diacs ensure that in unequally charged batteries or accumulators with very different electrical values or capacities no unwanted discharge effects, but at the same time when exceeding the breakdown voltages, the protection electronics is relieved by the bypass, which corresponds to an effective ESD protection. Thus, the diacs connected in parallel ensure that the power supply of the motor is interrupted if one of the rechargeable batteries or rechargeable battery packs does not work properly, the other one already, in order to prevent in such situations, the discharge or damage of the properly working battery. In addition, it makes sense to connect a freewheeling diode in parallel to the motor or the electrical load, which can provide protection of the power supply consisting of the battery or the two series-connected battery packs when voltage spikes occur on the motor.
Klarstellend sei darauf hingewiesen, dass der im vorliegenden Zusammenhang häufig verwendete Begriff „Akkumulator“ normalerweise das einbaufertige und austauschbare Akkumodul bzw. Akkupack bezeichnet, nicht jedoch die einzelne Zelle eines solchen Moduls. D.h., wenn im vorliegenden Zusammenhang der Begriff „Akkumulator“ verwendet wird, so ist damit normalerweise das Akkumodul oder Akkupack gemeint. For the sake of clarity, it should be noted that the term "accumulator", which is frequently used in the present context, normally designates the ready-to-install and exchangeable accumulator module or accumulator pack, but not the individual cell of such a module. That is, when the term "accumulator" is used herein, it usually means the battery module or battery pack.
Im Folgenden sollen Ausführungsbeispiele die Erfindung und ihre Vorteile anhand der beigefügten Figuren näher erläutern. Die Größenverhältnisse der einzelnen Elemente zueinander in den Figuren entsprechen nicht immer den realen Größenverhältnissen, da einige Formen vereinfacht und andere Formen zur besseren Veranschaulichung vergrößert im Verhältnis zu anderen Elementen dargestellt sind. In the following, embodiments of the invention and their advantages based on the explain in more detail attached figures. The proportions of the individual elements to one another in the figures do not always correspond to the actual size ratios, since some shapes are simplified and other shapes are shown enlarged in relation to other elements for better illustration.
Für gleiche oder gleich wirkende Elemente der Erfindung werden identische Bezugszeichen verwendet. Ferner werden der Übersicht halber nur Bezugszeichen in den einzelnen Figuren dargestellt, die für die Beschreibung der jeweiligen Figur erforderlich sind. Die dargestellten Ausführungsformen stellen lediglich Beispiele dar, wie die erfindungsgemäße Vorrichtung oder das erfindungsgemäße Verfahren ausgestaltet sein können und stellen keine abschließende Begrenzung dar. For identical or equivalent elements of the invention, identical reference numerals are used. Furthermore, for the sake of clarity, only reference symbols are shown in the individual figures, which are required for the description of the respective figure. The illustrated embodiments are merely examples of how the device or method of the invention may be configured and are not an exhaustive limitation.
Die schematische Darstellung der
Die schematische Draufsicht der
Die schematische Perspektivansicht der
Die Draufsicht der
Wie es die Draufsicht der
Die
Das schematische Blockschaltbild der
So kann die Überwachungseinrichtung
Darüber hinaus können die Überwachungseinrichtungen
Eine weitere sinnvolle Variante der elektrischen Energieversorgung
Die schematische Darstellung der
Die Lithium-Ionen-Akkumulatoren
Die schematische Perspektivansicht der
Was hier anhand der Kettensäge
Die
Die
Zusätzlich sollte die Schaltung gemäß
Klarstellend sei auch an dieser Stelle nochmals darauf hingewiesen, dass der im vorliegenden Zusammenhang häufig verwendete Begriff „Akkumulator
Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf eine bevorzugte Ausführungsform beschrieben. Es ist jedoch für einen Fachmann vorstellbar, dass Abwandlungen oder Änderungen der Erfindung im Umfang der nachfolgenden Schutzansprüche gemacht werden können, ohne dabei den Schutzbereich der nachstehenden Ansprüche zu verlassen. The invention has been described with reference to a preferred embodiment. However, it is conceivable for a person skilled in the art that modifications or changes of the invention can be made within the scope of the following claims, without departing from the scope of the following claims.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- mobiles elektrisches Gerät, elektrisches Gerät mobile electrical device, electrical device
- 1212
- Handwerkzeug hand tool
- 1414
- Antriebsmotor, elektrischer Antriebsmotor Drive motor, electric drive motor
- 1616
- Werkzeugträger tool carrier
- 1818
- Bearbeitungswerkzeug processing tool
- 2020
- elektrische Energieversorgung electric energy supply
- 2222
- Lithium-Ionen-Akkumulator, Lithium-Ionen-Akku, Akku Lithium-ion battery, lithium-ion battery, rechargeable battery
- 2323
- Akkupack battery Pack
- 2424
- Überwachungseinrichtung monitoring device
- 2626
- Schutzschaltung protection circuit
- 2828
- Gehäusefach housing specialist
- 3030
- Rasenmäher mowing machine
- 3232
- Gehäusedeckel housing cover
- 3434
- Akkugehäuse battery case
- 3636
- Anschlusskontakte, elektrische Anschlusskontakte Connection contacts, electrical connection contacts
- 3838
- Einschubrahmen guide frame
- 4040
- Einschubrichtung insertion direction
- 4242
- Kontaktschlitz contact slot
- 4444
- Kontaktfeder contact spring
- 4646
- Anschlusssymbol connector icon
- 4848
- Kettensäge chainsaw
- 5050
- Handgriff, Handführungsgriff, hinterer Handgriff Handle, hand guide handle, rear handle
- 5252
- Griffbügel, vorderer Griffbügel Handle, front handlebar
- 5454
- elektrischer Antriebsmotor electric drive motor
- 5656
- Sägekette saw chain
- 5858
- Sägeschwert sawbar
- 6060
- Akkuschrauber Cordless Screwdriver
- 6262
- Zweirichtungsdiode, bidirektionale Diode, Diac Bidirectional diode, bidirectional diode, Diac
- 6464
- Freilaufdiode Freewheeling diode
Claims (27)
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202013102567U DE202013102567U1 (en) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators |
CH01433/13A CH708116B1 (en) | 2013-06-14 | 2013-08-21 | Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators. |
FR1358245A FR3007208B3 (en) | 2013-06-14 | 2013-08-28 | MOBILE ELECTRICAL APPARATUS WITH AT LEAST TWO LITHIUM ION BATTERIES AND ARRANGEMENT OF TWO OF THESE BATTERIES CONNECTED ELECTRICALLY IN SERIES |
ATGM50113/2013U AT14506U1 (en) | 2013-06-14 | 2013-08-29 | Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators |
AU2014100127A AU2014100127A4 (en) | 2013-06-14 | 2014-02-13 | Mobile electric device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such batteries electrically connected in series |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE202013102567U DE202013102567U1 (en) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE202013102567U1 true DE202013102567U1 (en) | 2013-07-17 |
Family
ID=48985473
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE202013102567U Expired - Lifetime DE202013102567U1 (en) | 2013-06-14 | 2013-06-14 | Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
AT (1) | AT14506U1 (en) |
AU (1) | AU2014100127A4 (en) |
CH (1) | CH708116B1 (en) |
DE (1) | DE202013102567U1 (en) |
FR (1) | FR3007208B3 (en) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USRE45897E1 (en) | 2008-04-14 | 2016-02-23 | Stanley Black & Decker, Inc. | Battery management system for a cordless tool |
US9406915B2 (en) | 2014-05-18 | 2016-08-02 | Black & Decker, Inc. | Power tool system |
US9893384B2 (en) | 2014-05-18 | 2018-02-13 | Black & Decker Inc. | Transport system for convertible battery pack |
DE102017000714A1 (en) | 2017-01-26 | 2018-07-26 | Borgward Trademark Holdings Gmbh | Method, battery management system and vehicle for charge-wake-up mode |
DE112015003376B4 (en) | 2014-07-22 | 2021-07-08 | Makita Corporation | Electrically powered chainsaw |
CN113330626A (en) * | 2020-09-03 | 2021-08-31 | 宁德新能源科技有限公司 | Electrochemical device and electronic device |
US11211664B2 (en) | 2016-12-23 | 2021-12-28 | Black & Decker Inc. | Cordless power tool system |
Families Citing this family (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102015207730A1 (en) * | 2015-04-28 | 2016-11-03 | Robert Bosch Gmbh | Charger for a battery pack of a hand tool |
CN108110198A (en) * | 2017-12-18 | 2018-06-01 | 浙江动新能源动力科技股份有限公司 | A kind of belt switch Mechanism Combination formula battery pack inserting piece device |
CN115399134B (en) * | 2022-10-10 | 2023-11-07 | 江苏理工学院 | Bidirectional self-adaptive sweet potato harvesting mechanism |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE3844093A1 (en) * | 1988-12-28 | 1990-07-05 | Metabowerke Kg | ELECTRIC HAND TOOL WITH INDEPENDENT POWER SUPPLY |
CA2406500C (en) * | 2001-10-01 | 2008-04-01 | Research In Motion Limited | An over-voltage protection circuit for use in a charging circuit |
JP5432761B2 (en) * | 2010-02-12 | 2014-03-05 | 株式会社マキタ | Electric tool powered by multiple battery packs |
JP5461221B2 (en) * | 2010-02-12 | 2014-04-02 | 株式会社マキタ | Electric tool powered by multiple battery packs |
-
2013
- 2013-06-14 DE DE202013102567U patent/DE202013102567U1/en not_active Expired - Lifetime
- 2013-08-21 CH CH01433/13A patent/CH708116B1/en unknown
- 2013-08-28 FR FR1358245A patent/FR3007208B3/en not_active Expired - Lifetime
- 2013-08-29 AT ATGM50113/2013U patent/AT14506U1/en not_active IP Right Cessation
-
2014
- 2014-02-13 AU AU2014100127A patent/AU2014100127A4/en not_active Expired
Cited By (24)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
USRE45897E1 (en) | 2008-04-14 | 2016-02-23 | Stanley Black & Decker, Inc. | Battery management system for a cordless tool |
US10361651B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-07-23 | Black & Decker Inc. | Cordless power tool system |
US10972041B2 (en) | 2014-05-18 | 2021-04-06 | Black & Decker, Inc. | Battery pack and battery charger system |
US10333454B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-06-25 | Black & Decker Inc. | Power tool having a universal motor capable of being powered by AC or DC power supply |
US9893384B2 (en) | 2014-05-18 | 2018-02-13 | Black & Decker Inc. | Transport system for convertible battery pack |
US9406915B2 (en) | 2014-05-18 | 2016-08-02 | Black & Decker, Inc. | Power tool system |
US10177701B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-01-08 | Black & Decker, Inc. | Cordless power tool system |
US10236819B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-03-19 | Black & Decker Inc. | Multi-voltage battery pack |
US10250178B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-04-02 | Black & Decker Inc. | Cordless power tool system |
US10291173B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-05-14 | Black & Decker Inc. | Power tool powered by power supplies having different rated voltages |
US10541639B2 (en) | 2014-05-18 | 2020-01-21 | Black & Decker, Inc. | Cordless power tool system |
US9871484B2 (en) | 2014-05-18 | 2018-01-16 | Black & Decker Inc. | Cordless power tool system |
US11152886B2 (en) | 2014-05-18 | 2021-10-19 | Black & Decker Inc. | Battery pack and battery charger system |
US10333453B2 (en) | 2014-05-18 | 2019-06-25 | Black & Decker Inc. | Power tool having a universal motor capable of being powered by AC or DC power supply |
US10608574B2 (en) | 2014-05-18 | 2020-03-31 | Black And Decker, Inc. | Convertible battery pack |
US10615733B2 (en) | 2014-05-18 | 2020-04-07 | Black & Decker Inc. | Power tool having a brushless motor capable of being powered by AC or DC power supplies |
US10840559B2 (en) | 2014-05-18 | 2020-11-17 | Black & Decker Inc. | Transport system for convertible battery pack |
US9583793B2 (en) | 2014-05-18 | 2017-02-28 | Black & Decker Inc. | Power tool system |
US11005412B2 (en) | 2014-05-18 | 2021-05-11 | Black & Decker Inc. | Battery pack and battery charger system |
US11005411B2 (en) | 2014-05-18 | 2021-05-11 | Black & Decker Inc. | Battery pack and battery charger system |
DE112015003376B4 (en) | 2014-07-22 | 2021-07-08 | Makita Corporation | Electrically powered chainsaw |
US11211664B2 (en) | 2016-12-23 | 2021-12-28 | Black & Decker Inc. | Cordless power tool system |
DE102017000714A1 (en) | 2017-01-26 | 2018-07-26 | Borgward Trademark Holdings Gmbh | Method, battery management system and vehicle for charge-wake-up mode |
CN113330626A (en) * | 2020-09-03 | 2021-08-31 | 宁德新能源科技有限公司 | Electrochemical device and electronic device |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
AT14506U1 (en) | 2015-12-15 |
FR3007208B3 (en) | 2015-09-04 |
CH708116A2 (en) | 2014-12-15 |
AU2014100127A4 (en) | 2014-03-20 |
CH708116B1 (en) | 2017-09-29 |
FR3007208A3 (en) | 2014-12-19 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE202013102567U1 (en) | Mobile electrical device with at least two lithium-ion batteries and arrangement of two such electrically connected in series accumulators | |
DE202011110568U1 (en) | Power supply interface for an electrical tool powered by a plurality of battery packs and adapters | |
DE19963450B4 (en) | Power supply system for battery powered devices | |
DE112013004220B4 (en) | Power tool with control unit | |
EP1952518B1 (en) | Rechargeable battery for connection to a load | |
DE202017101159U1 (en) | Electric multiple tool system with battery pack | |
DE102005029020A1 (en) | Portable tool storage device with power supply unit | |
EP2645526B1 (en) | Electrical device and method for operating an electric device | |
DE102006042603A1 (en) | loader | |
DE102020215035A1 (en) | Exchangeable battery pack with a monitoring unit and with at least one switching element for interrupting or enabling a charging or discharging current | |
DE102019220475A1 (en) | Electrical processing device with a power supply device | |
DE102007010493A1 (en) | Gardening tool, particularly lawn mower, has accumulator arrangement and solar cell arrangement for supplying driving motor and electrical cooling unit is provided for cooling accumulator arrangement supplied with electrical energy | |
DE102020210377A1 (en) | Exchangeable battery pack and/or electrical consumers with an electromechanical interface for the energy supply | |
WO2021198473A1 (en) | Smart drill machine with data monitoring/smart medical electric drive instrument with data monitoring | |
EP3678216B1 (en) | Battery pack and gardening and/or forestry system | |
EP3564911B1 (en) | Device for detecting operating data of a motorised tool and system | |
DE102021214995A1 (en) | Electrical device with a plurality of electromechanical battery interfaces | |
WO2023083651A1 (en) | Method for charging or discharging an exchangeable energy store by means of an electrical device and system comprising an exchangeable energy store and an electrical device for carrying out the method | |
DE102010045550A1 (en) | Control and method for a handheld electric machine tool | |
EP3698450B1 (en) | Method for operating multiple battery packs inserted into an electric device and corrresponding electric device | |
DE102020209398A1 (en) | Method for detecting electrical error states of a replaceable battery pack and/or an electrical device that can be connected to the replaceable battery pack and system for carrying out the method | |
WO2023041218A1 (en) | Interface module for operating an electrical consumer with at least one exchangeable energy storage device and a method for controlling the electrical consumer by means of the interface module | |
AT515034B1 (en) | Device for controlling electrical energy storage | |
DE202022106322U1 (en) | Control circuit for operating an electrical energy store | |
EP4236009A1 (en) | System, battery pack, electrically driven processing device or charger and method for operating a system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
R207 | Utility model specification |
Effective date: 20130905 |
|
R150 | Utility model maintained after payment of first maintenance fee after three years | ||
R151 | Utility model maintained after payment of second maintenance fee after six years | ||
R152 | Utility model maintained after payment of third maintenance fee after eight years | ||
R071 | Expiry of right |