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Die Erfindung betrifft einen heizbaren Transport und Aufbewahrungsbehälter für wiederaufladbare Batterien, insbesondere Lithium-Ionen-Akkumulatoren.
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Handwerker, die in einem Außenbereich tätig sind, beispielsweise auf einer Baustelle, sind oftmals auf Elektrowerkzeuge angewiesen, die ohne ständigen Anschluss an ein öffentliches Stromnetz betreibbar sein müssen. Derartige Elektrowerkzeuge umfassen für ihren Betrieb in der Regel ein wiederaufladbares Batteriesystem. Gegenwärtig werden hierfür bevorzugt Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt, welche sich durch eine hohe Energiedichte und einen nur schwach ausgeprägten Memory-Effekt auszeichnen.
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Die Fähigkeit einer wiederaufladbaren Batterie, elektrische Verbraucher zuverlässig mit elektrischer Energie zu versorgen, hängt in erheblichem Maße von den in der Umgebung der Batterie herrschenden thermischen Bedingungen ab. Denn sowohl die beim Bereitstellen als auch bei der Aufnahme von elektrischer Energie – im Sinne eines Wiederaufladens – in der Batterie ablaufenden elektrochemischen Prozesse sind in nicht unerheblichem Maße von der Betriebstemperatur der Batterie abhängig.
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Gerade zur kalten Jahreszeit kann die abgebbare Leistung eines Lithium-Ionen-Akkumulators sinken, da sich beim Lithium-Ionen-Akku bei Kälte aufgrund der stark zunehmenden Viskosität der in Li-Zellen verwendeten Elektrolyte der Innenwiderstand erhöht. Zudem können evtl. die verwendeten Elektrolyte bei Temperaturen um –25 °C einfrieren.
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Von maßgeblicher Bedeutung für einen störungsfreien Betrieb besagter Batterien – dies gilt nicht nur für genannte Batterien auf Lithium-Ionen-Basis, sondern generell für beliebige wiederaufladbare Batteriesysteme – ist somit die Schaffung thermisch wohldefinierter Umgebungsbedingungen für den Betrieb. Dies bedeutet gerade im Hinblick auf die auf einer Baustelle oder in einem Servicefahrzeug regelmäßig auftretenden, erheblichen Temperaturschwankungen, dass diese durch geeignete, thermisch mit der Batterie gekoppelte Temperiervorrichtungen ausgeglichen werden sollten, um die Umgebungstemperatur der Batterie und somit auch die Temperatur der Batterie selbst innerhalb eines optimalen Temperaturintervalls halten zu können.
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Moderne Temperiervorrichtungen sind oftmals in Form von Wärmetauschern ausgebildet, die von einem Wärmeübertragungsfluid durchströmbare Temperierelemente aufweisen. An besagte Temperierelemente werden die zu wärmenden bzw. kühlenden Batterieeinheiten flächig angebracht und somit thermisch mit dem Wärmeübertragungsfluid gekoppelt, wie z. B. in
DE 10 2014 203 943 A1 oder
DE 10 2014 206 861 A1 offenbart. Nachteilig bei diesen Systemen ist der technisch und finanziell notwendige Aufwand zur Realisierung eines Kreislaufs mit Wärmeübertragungsfluid. Heizeinrichtungen für Autobatterien, die in der Art eines Batteriegehäuses ausgeführt sind, sind ebenfalls seit langem bekannt.
DE 177 10 73 A1 oder
DE 40 27 149 A1 beschreiben jeweils einen Kasten mit flächenhaften, elektrisch betriebenen Heizelementen zum Heizen einer Autobatterie zum Zwecke des Erhalts der elektromotorischen Kraft der Batterie, wobei die erzeugte Wärmemenge über die Außenwand der Batterie in deren Innenraum geleitetet wird. Diese Heizeinrichtungen sind jedoch nur für eine Autobatterie geeignet und werden fest im Motorraum eines Fahrzeuges montiert.
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Aus der
CA 2197542 A1 ist ein heizbarer Stoffbeutel für ein Mobiltelefon bekannt, der den Betrieb des Telefons beim Wintersport mittels Wärmens des Lithium-Ionen-Akkus sicherstellen soll. Ein derartiger Beutel ist jedoch für Elektrowerkzeuge und insbesondere deren Transport oder Lagerung in einem Servicefahrzeug weniger geeignet.
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Aufgabe der Erfindung ist es, eine mobile Batterieheizvorrichtung in Form eines Transport- und Aufbewahrungsbehälters mit Heizeinrichtung für Lithium-Ionen-Akkus bereitzustellen, die eine mehrstündige Lagerung derselben bei einer Temperatur oberhalb des Gefrierpunktes erlaubt, wobei der Behälter robust und kompatibel zu den in Servicefahrzeugen in üblicher Weise verwendeten Stapelboxen sein soll.
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Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch eine Batterieheizvorrichtung gemäß dem Anspruch 1. Zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Erfindungsgemäß wird eine Batterieheizvorrichtung bereitgestellt zur Aufbewahrung und zum Warmhalten von wiederaufladbaren Batterien von Elektrowerkzeugen, wobei die Batterieheizvorrichtung elektrisch betreibbar ist.
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Die Batterieheizvorrichtung umfasst einen rigiden, kastenförmigen Transport- und Aufbewahrungsbehälter, der in Form einer Stapelbox ausgeführt ist. Die Außenabmessungen des Behälters entsprechen vorzugsweise den Außenabmessungen handelsüblicher Stapelboxsysteme für Werkzeuge bzw. zur Verwendung in Servicefahrzeugeinrichtungen zur Lagerhaltung in dem Servicefahrzeug.
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Dieser Transport- und Aufbewahrungsbehälter weist thermisch isolierte Wandungen auf. Der von den Wandungen umschlossene Hohlraum ist über eine, einen äußeren Gehäuseabschluss bildende, Klappe oder einen Deckel, der lösbar mit den Seitenwänden verbunden, d. h. insgesamt abnehmbar, oder kippbar an einer Seitenwand befestigt ist, zugänglich. Der Deckel kann hierbei mittels einer Spannvorrichtung kraftschlüssig mit den Seitenwänden verbindbar sein, um ein Abfallen des Deckels während des Transportes der Batterieheizvorrichtung zu verhindern.
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Bevorzugt ist der Transport- und Aufbewahrungsbehälter doppelwandig ausgeführt, wobei die Innen- und die Außenwandung thermisch voneinander isoliert sind. Vorzugsweise ist zwischen der Innen- und der Außenwandung eine thermisch isolierende Zwischenschicht, z. B. aus einem Schaummaterial oder einer Steinwolle, angeordnet. Es kann aber auch eine thermisch hocheffiziente Vakuum-Wärmeisolation vorgesehen sein, wobei der zwischen Innen- und Außenwandung gebildete Hohlraum evakuiert ist.
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Die Außenwandung ist hierbei aus einem starren, strapazierfähigen Material, vorzugsweise aus einem Metall, wie z. B. Aluminium. Die Innenwandung hingegen ist aus einem elektrisch isolierenden, d. h. nicht-leitfähigem, Material oder zumindest auf ihrer mit den Akkumulatoren in Kontakt tretenden Seite mit einem solchen Material überzogen, beispielsweise lackiert. Vorzugsweise besteht die Innenwandung aus einem hoch wärmeleitfähigen Material.
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Für einen vereinfachten, d. h. bequemen, Transport kann die Batterieheizvorrichtung an der Außenwandung der Transport- und Aufbewahrungsbehälter angeordnete Trag- oder Haltegriffe aufweisen. Beispielsweise kann an den beiden Querseiten einer quaderförmigen Batterieheizvorrichtung jeweils ein abklappbarer Tragegriff befestigt sein.
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Außerdem umfasst die Batterieheizvorrichtung eine elektrisch betriebene Heizeinrichtung. Diese Heizeinrichtung kann beispielsweise eine Heiz- bzw. Wärmplatte oder eine Heizfolie umfassen, die im Innenraum des Transport- und Aufbewahrungsbehälters (ganzflächig) zum Beispiel auf dem Boden aufgebracht ist. Die Heizeinrichtung kann auch in die Wandung (z. B. die Innenwandung eines doppelwandig ausgeführten Transport- und Aufbewahrungsbehälters) integrierte Heizdrähte aufweisen.
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Erfindungsgemäß ist die elektrisch betriebene Heizeinrichtung der Batterieheizvorrichtung sowohl mit 220 V als auch mit 12 V betreibbar. Hierzu umfasst die Batterieheizvorrichtung eine Stromversorgungseinheit, die sowohl einen herkömmlichen Stromanschluss für das öffentliche Stromnetz als auch einen Stromanschluss zum Betrieb der Batterieheizvorrichtung an einem 12 V-Bordnetz eines Kraftfahrzeuges, z. B. über den Zigarettenanzünder, aufweist.
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Die Stromversorgungseinheit umfasst einen Spannungswandler (z. B. einen Transformator), der die an dem jeweiligen Stromanschluss bereitgestellte Spannung auf eine Spannung transformiert, die für den Betrieb der Heizeinrichtung benötigt ist.
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Außerdem weist die Batterieheizvorrichtung eine Steuer- und Regeleinheit auf, die mit der Heizeinrichtung, mit der Stromversorgungseinheit und mit einem im Innenraum des Transport- und Aufbewahrungsbehälters angeordneten Temperatursensor, z. B. einem NTC-Widerstand, verbunden ist. Die Steuer- und Regeleinheit ist so konstruiert, dass eine im Innenraum vorliegende Innentemperatur unter 0°C verhindert wird, solange eine ausreichende Spannung an einem der beiden Stromanschlüsse der Stromversorgungseinheit anliegt. Die im Innenraum des Transport- und Aufbewahrungsbehälters zu haltende Innentemperatur beträgt bevorzugt 5°C, wobei vorgesehen sein kann, dass die Steuer- und Regeleinheit derart ausgebildet ist, dass mittels ihr eine beliebige Sollinnentemperatur in einem Bereich zwischen 0°C und 30°C vorgebbar ist.
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Weiterhin ist die Steuer- und Regeleinheit derart ausgebildet, dass bei Betrieb der Batterieheizvorrichtung an einem Bordnetz eines Fahrzeuges bei längerer Einschaltdauer der Heizeinrichtung und einem Absinken der Bordspannung unter 11,5 Volt die Steuer- und Regeleinheit die Heizeinrichtung selbständig auf eine Mindesttemperatur von z. B. 0°C herunterschaltet oder die Heizeinrichtung komplett abschaltet, um die Belastung der Autobatterie, beispielsweise über Nacht bei ausgeschaltetem Motor, zu minimieren.
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Der Vorteil der Batterieheizvorrichtung ist, dass sie z. B. in einem Servicefahrzeug als Aufbewahrungsbehälter für Lithium-Ionen-Akkus bzw. von Elektrowerkzeugen mit einem Lithium-Ionen-Akku verwendbar ist, wobei die Batterieheizvorrichtung in ihrer Funktion als Transport- und Aufbewahrungsbehälter auf eine Baustelle mitgenommen werden kann. Der Akku wird auch in der kalten Jahreszeit oder über Nacht stets warmgehalten, sodass er uneingeschränkt einsatzbereit ist. Eine Lagerung der Lithium-Ionen-Akku bei Nichtgebrauch innerhalb eines gewärmten Gebäudes kann somit entfallen.
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Dadurch ist es auch ermöglicht, ein vorzeitiges Ausfallen eines Lithium-Ionen-Akkus aufgrund seiner Lagerung bei Temperaturen unterhalb des Gefrierpunktes zuverlässig zu verhindern.
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Die Erfindung kann weiter derart ausgebildet sein, dass die Batterieheizvorrichtung zusätzlich wenigstens eine Ladestation für Akkumulatoren innerhalb des Transport- und Aufbewahrungsbehälters aufweist. Es können hierfür elektrische Kontakte an vorgegebenen Positionen in oder an der Wandung vorgesehen sein. Es kann aber auch ein induktiv arbeitendes Ladesystem vorgesehen sein, welches z. B. über eine in der Bodenplatte der Batterieheizvorrichtung integrierte, den Qi-Standard unterstützende Sendespule und ggf. separate, mit jeweils einer Empfangsspule ausgestattet Ladeadapter zum Anschluss von Akkus, deren Elektrowerkzeug eine drahtlose Aufladung (z. B. gemäß dem Qi-Standard) nicht unterstützen.
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Gemäß einer weiteren Ausgestaltungsvariante ist der Innenraum des Transport- und Aufbewahrungsbehälters, d. h. der Bereich, der mit Akkumulatoren in Kontakt kommt, aus einem schwer-entzündlichen (d. h. nicht-brennbaren) Material bzw. mit einem solchen überzogen, sodass ein gewisser Brandschutz gegeben ist.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von einem Ausführungsbeispiel näher erläutert, wobei gleiche oder ähnliche Merkmale mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Dazu zeigt in schematischer Darstellung die Figur eine Batterieheizvorrichtungung in angeschnittener Schrägdraufsicht.
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Die Transport- und Aufbewahrungsbehälter weist die Außenwandung 1 aus Aluminium, die Innenwandung 2 aus Stahl und die thermisch isolierende Zwischenschicht 3 auf. Auf dem Boden des Transport- und Aufbewahrungsbehälters ist die Heizeinrichtung 4, hier in Form einer Heizplatte, aufgebracht. Mittels des ebenfalls doppelwandig ausgeführten Deckels 5 ist die Zugangsöffnung 7 der Batterieheizvorrichtung verschließbar, wobei der Deckel 5 mittels der Schnappverschlüsse 9 (in der Figur ist nur einer dargestellt) kraftschlüssig mit der Außenwandung 1 verbindbar ist.
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Die Steuer- und Regeleinheit 6 ist mit der Heizeinrichtung 4 verbunden, wobei die mit dem Temperatursensor 8 erfasste Innentemperatur auf einen vorgegebenen Temperaturwert regelbar ist.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Außenwandung
- 2
- Innenwandung
- 3
- thermisch isolierende Zwischenschicht
- 4
- Heizeinrichtung
- 5
- Deckel
- 6
- Steuer- und Regeleinheit
- 7
- Zugangsöffnung
- 8
- Temperatursensor
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102014203943 A1 [0006]
- DE 102014206861 A1 [0006]
- DE 1771073 A1 [0006]
- DE 4027149 A1 [0006]
- CA 2197542 A1 [0007]
