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Die Erfindung, welche diese Anmeldung betrifft, ist das Vorsehen eines Überwachungssystems zum Vorsehen eines Mittels zur Bestimmung des sicheren Betriebs von Leistungszellen, und typischerweise jener, welche als Teil eines Akkupacks vorgesehen sind.
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Es ist erforderlich, dass Akkupacks, wie beispielsweise jene, welche für eine Verwendung bei dem Vorsehen einer Leistung zum Betreiben eines Elektrowerkzeugs vorgesehen sind, und welche in typischster Weise gegenwärtig eine Reihe von Lithium-Leistungszellen enthalten, ein Fehler-Überwachungssystem aufweisen, um unter den normalen Verwendungsbedingungen die Sicherheit eines Betriebs der Leistungszellen sicherzustellen, wenn diese mit dem Elektrowerkzeug verbunden sind. Diese Anforderung gab es schon immer, aber aufgrund der Entdeckung der relativ hohen Brandgefahr beim Versagen von Lithiumbatterien bzw. -akkus sind nun strengere Regeln für die Überwachung der Leistungszellen entwickelt worden.
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Auf dem Gebiet der Verwendung von Leistungszellen zum Betreiben von Elektrowerkzeugen wurde ein neuer Standard, EN 62841-1, entwickelt, welcher nun in Kraft getreten ist. Genauer gesagt legt Anhang K dieses Standards neue Anforderungen fest, um sicherzustellen, dass die Sicherheit des Akku-/ Werkzeug-/ Lader-Systems gewährleistet ist, und diese sind erforderlich, um sicherzustellen, dass in einem anormalen Ladezustand der Leistungszellen ein Ladefehler nicht in einem Überladen einer einzelnen Leistungszelle resultiert.
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Um dies zu erzielen, wurde es für erforderlich erachtet, dass ein ausgefeilteres Überwachungssystem verwendet wird. Allerdings gelten die Herstellungskosten desselben als unerschwinglich hoch, und somit ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, ein Überwachungssystem vorzusehen, welches das erforderliche Niveau an Verlässlichkeit aufweist und zugleich kostengünstiger ist.
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Bei einem ersten Aspekt bzw. Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Überwachung des Betriebs eines Akkupacks für ein Elektrowerkzeug vorgesehen, wobei der Akkupack eine Mehrzahl von Leistungszellen beinhaltet, welche miteinander verbunden sind, um eine Leistungszufuhr ausgehend von dem Akkupack zu dem Elektrowerkzeug vorzusehen, wenn das Elektrowerkzeug elektrisch und mechanisch mit dem Akkupack verbunden ist, und wobei eine Überwachungsschaltung vorgesehen ist, um die einzelnen Leistungszellen des Akkupacks zu überwachen, und eine integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung vorgesehen ist, um diese Überwachungsschaltung ausgehend von einem Betriebsbereitschafts-Modus zu einem aktiven Modus umzuschalten.
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Typischerweise wird die Verwendung der Überwachungsschaltung genutzt, um die Überwachung von einzelnen Leistungszellen des Akkupacks zu ermöglichen.
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Bei einer Ausführungsform ist die Vorrichtung derart vorgesehen, dass diese mit 1-poligen (1P) Akkupacks betrieben werden kann, und bei einer anderen Ausführungsform ist die Vorrichtung derart vorgesehen, dass diese mit einem 2-poligen (2P) Akkupack verwendet werden kann.
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Bei einer Ausführungsform initiiert der Lader für eine Verbindung mit dem Akkupack, um die Leistungszellen darin zu laden, typischerweise dann, wenn dieser anfänglich elektrisch mit dem Akkupack verbunden ist, einen Testzyklus in dem Akkupack.
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Bei einer Ausführungsform wird der Testzyklus durch die Simulation einer exzessiven oder „Überspannungs“-Situation, welche ein ausreichendes Niveau aufweist, initiiert, um so zu bewirken, dass die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung diese erfasst und ausgehend von einem Betriebsbereitschafts-Modus in einen aktiven Modus platziert wird.
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Typischerweise löst die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung, sobald diese in dem aktiven Modus platziert ist, den Betrieb der Überwachungsschaltung aus, welche, falls diese korrekt betrieben wird bzw. richtig arbeitet, ein Signal an den Lader sendet, um die Änderung hinsichtlich eines Betriebsmodus anzugeben.
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Typischerweise wird der Lader dann den Lade-Zyklus starten, falls der Lader dieses Signal empfängt, da dieser weiß, dass das Überwachungssystem in dem Pack funktioniert, und so wird das Laden der Leistungszellen überwacht.
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Allerdings erfasst der Lader dann, dass die erforderliche Überwachungsschaltung nicht korrekt funktioniert, falls durch den Lader kein Signal empfangen wird oder ein alternatives Signal empfangen wird, um ein Komponentenversagen in dem Akkupack anzugeben, und das Laden der Leistungszellen in dem Akkupack wird nicht durchgeführt werden.
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Gemäß der Erfindung verwendet die Vorrichtung die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung in Verbindung mit einer Anzahl an zusätzlichen Komponenten, die als eine Einrichtung dienen soll, um zu kontrollieren bzw. zu prüfen, dass die erforderliche Überwachungsschaltung für die einzelnen Leistungszellen betrieben werden kann, bevor das Laden der Leistungszellen in dem Akkupack beginnt bzw. gestartet wird, und führt so unter Verwendung der Hauptfunktionsweise der integrierten Spannungs-Überwachungsschaltung effektiv eine Selbstkontrollfunktion durch. Daher umfasst dieser Akkupack typischerweise eine integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung und eine Überwachungsschaltung, um so das Laden der Leistungszellen des Akkupacks zu überwachen, wenn diesem als ein Ergebnis eines Lade-Zyklus eines Betriebs eines Laders, welcher elektrisch mit den Anschlüssen des Akkupacks verbunden ist, mit welchem wiederum die Leistungszellen verbunden sind, elektrische Leistung zugeführt wird, wobei nach einer elektrischen Verbindung des Laders und des Akkupacks im Vorfeld eines beliebigen Lade-Zyklus zuerst durch den Lader und den Akkupack ein Testzyklus durchgeführt wird.
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Typischerweise wird der Testzyklus vor dem Beginn eines Ladens der Leistungszellen durchgeführt, und dieser wird dadurch initiiert, dass der Lader derart betrieben wird, dass dieser einen exzessiven oder „Überspannungs“-Zustand in dem Akkupack simuliert, welcher ein ausreichendes Niveau aufweist, um so zu bewirken, dass die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung diesen erfasst und, falls diese korrekt betrieben wird bzw. richtig arbeitet, ausgehend von einem Betriebsbereitschafts-Modus in einen aktiven Modus verändert bzw. umgeschaltet wird.
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Typischerweise löst die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung, falls diese korrekt betrieben wird und zu dem aktiven Modus umgeschaltet wurde, den Betrieb der Überwachungsschaltung aus, welche, falls diese korrekt betrieben wird bzw. richtig arbeitet, ein Signal an den Lader sendet, um die korrekte Änderung bzw. Umschaltung in einem Betriebsmodus anzugeben und der Lader wird dann den Lade-Zyklus starten, falls der Lader dieses Signal empfängt, dass die Überwachungsschaltung den Betriebsmodus umgeschaltet hat, da dieser weiß, dass das Überwachungssystem in dem Pack funktioniert, und so wird das Laden der Leistungszellen überwacht.
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Allerdings erfasst der Lader dann, dass die erforderliche Überwachungsschaltung nicht korrekt funktioniert und das Laden der Leistungszellen in dem Akkupack wird nicht durchgeführt werden, falls durch den Lader kein Signal empfangen wird oder ein alternatives Signal empfangen wird, um ein Komponentenversagen in dem Akkupack anzugeben.
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Nun werden spezifische Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, wobei;
- 1 ein System für eine Verwendung mit dem 1 P/20 V-System veranschaulicht;
- 2 ein Überwachungssystem mit 2 P/20 V ODER 1 P/40 V, das aufeinanderfolgende Auslösungen verwendet, veranschaulicht;
- 3 ein Überwachungssystem mit 2 P/20 V ODER 1 P/40 V mit gleichzeitigen Auslösungen veranschaulicht; und
- 4 eine Baugruppe veranschaulicht, die gemäß einer Ausführungsform der Erfindung ein Elektrowerkzeug, einen Akkupack und einen Lader beinhal tet.
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Unter Bezugnahme auf 4 wird zuerst ein Elektrowerkzeug 2 veranschaulicht, das mit einem Akkupack 4 verbunden ist, welcher, wenn dieser hiermit verbunden ist, ermöglicht, dass dem Elektrowerkzeug 2 die notwendige Leistung zugeführt wird, damit dieses betrieben wird. Dies ermöglicht daher, dass das Elektrowerkzeug entfernt von einer Hauptleistungszufuhr, und ohne eine Verbindung zu dieser zu erfordern, verwendet wird. Obwohl die Erfindung zur Verwendung bei Akkupacks der Art, welche mit einem Elektrowerkzeug verbunden werden kann, gedacht ist, ist festzuhalten, dass die Erfindung bei Akkupacks verwendet werden kann, welche für die Verwendung bei anderen Arten von Gegenständen vorgesehen sein können. Der Akkupack beinhaltet typischerweise ein Schutzgehäuse, welches externe elektrische Verbindungen 12 aufweist, um zu ermöglichen, dass ausgehend von diesem Leistung zugeführt wird, wenn dieses mit den elektrischen Verbindungen 16 des Gegenstands wie beispielsweise des Elektrowerkzeugs 2 verbunden ist, oder diesem eine Leistung zugeführt wird, wenn der Akkupack von dem Elektrowerkzeug getrennt wird und stattdessen über einen mechanischen Eingriff und über eine elektrische Verbindung über die Verbindungen 12 des Akkupacks und 14 des Laders mit einem Akkulader 6 verbunden ist, welcher wiederum über einen Stecker 8 und ein Kabel 10 mit einer anderen Leistungsquelle wie beispielsweise der Hauptleistungszufuhr verbunden ist.
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Innerhalb des Akkupacks ist eine Mehrzahl von Leistungszellen vorgesehen, welche elektrisch verbunden sind, um zu ermöglichen, dass die Leistung ausgehend davon dem Elektrowerkzeug zugeführt wird, wenn dieses damit verbunden ist, und dass dieses mit Leistung geladen wird, wenn der Akkupack mit der Ladevorrichtung verbunden ist. Es ist wünschenswert, dass die Leistungszellen jeweils ein im Wesentlichen einheitliches bzw. gleichmäßiges Ladeniveau aufweisen, sodass die davon ausgehende Leistung gleichmäßig entladen und dann gleichmäßig geladen werden können.
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Unter Bezugnahme auf 1 wird dann mit dem Akkulader, dem Akkupack und den darin befindlichen Leistungszellen, die elektrisch verbunden sind, und zwar bevor der Lade-Zyklus beginnt, und daher bei dem Start des Ladevorgangs, ein Testzyklus Q1 durch den Lader aktiviert, und im Ergebnis werden die VC2 und VC3-Eingänge des Eingangs der integrierten Spannungs-Überwachungsschaltung ein vorgegebenes Spannungs-Schwellenniveau überschreiten. Wenn diese korrekt betrieben wird bzw. richtig arbeitet, wird sich der integrierte Spannungs-Überwachungsschaltungs-Ausgang verändern und Q10 aktivieren, und dann sollte die Überwachungsschaltung der Vorrichtung den Zustand erfassen und ein Signal an den Lader senden, um diese Zustandsänderung anzugeben, und dadurch dem Lader bestätigen, dass die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung und die anderen Komponenten der Überwachungsschaltung korrekt betrieben werden bzw. richtig arbeiten, und so können die Lade-Zyklen beginnen, wobei diese wie erforderlich überwacht werden.
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Um den Testzyklus gemäß der Ausführungsform der Erfindung und vor dem Start des Lade-Zyklus zu aktivieren, wird eine 12 V-Spannung an den NTC-Ausgang angelegt und diese wird durch die Steuerungs-Software in dem Lader erzeugt, sodass die 12 V zugeführt werden, wenn die erste elektrische Verbindung mit dem Elektrowerkzeug hergestellt wird, und dann wird der Lader darauf warten, die angemessene Reaktions-ID ausgehend von dem Akkupack zu empfangen, die angibt, dass in dem Akkupack alles korrekt funktioniert, und an diesem Punkt stoppt bzw. hört der Lader auf, die 12 V-Zufuhr vorzusehen bzw. diese zuzuführen, und die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung in dem Akkupack wird auf den Betriebsbereitschafts-Modus zurückgesetzt, und der Lader, die Akkupack-Überwachungsschaltung und die Leistungszellen sind bereit, um den normalen Lade-Zyklus vorzusehen und zu empfangen.
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Unter Bezugnahme auf 2 wird nun eine weitere Ausführungsform der Erfindung gezeigt, bei welcher ein Überwachungssystem gemäß der Erfindung, welches unter Verwendung von aufeinanderfolgenden Auslösungen mit einem 2P/ 20 V-System oder einem 1P/ 40 V-System verwendet werden kann, veranschaulicht wird.
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Bei dieser Ausführungsform sollten, wenn das Testsignal von 12 V dem NTC ausgehend von dem Lader zugeführt wird, dann, da bei dieser Ausführungsform zwei integrierte Spannungs-Überwachungsschaltungen vorgesehen sind, beide einen Betriebsmodus umschalten, und so werden 2-mal 2 k Widerstand parallel vorliegen, also ist zu erwarten, dass 500 Ohm gemessen werden, wenn die integrierten Schaltungen und die Überwachungsschaltung des Akkupacks korrekt betrieben werden bzw. richtig arbeiten, und, sollte dies der Fall sein, wird das Aktivierungssignal an den Lader gesendet werden, die 12 V-Zufuhr wird gestoppt, die integrierten Schaltungen können zurückgesetzt werden und der Lade-Zyklus kann beginnen.
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Falls die integrierten Schaltungen nicht korrekt betrieben werden bzw. nicht richtig arbeiten, dann wird nur die Z-Diode gemessen werden, welche nicht die erforderlichen 500 Ohm zuführen wird, und so wird kein Aktivierungssignal an den Lader gesendet und somit wird kein Lade-Zyklus beginnen. Bei einem anderen Fehlerzustand wird, falls die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung korrekt betrieben wird bzw. richtig arbeitet, der FET hingegen nicht, die Messung dann 1000 + 100 Ohm betragen, und diese unterscheidet sich wieder von dem erforderlichen Wert von 500 Ohm, und so wird das Aktivierungssignal nicht an den Lader gesendet werden, und der Lade-Zyklus wird nicht beginnen.
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Unter Bezugnahme auf 3, welche ein Überwachungssystem mit 2 P/20 V ODER 1 P/40 V mit gleichzeitigen Auslösungen veranschaulicht, wird eine weitere Ausführungsform gezeigt, und bei dieser Ausführungsform werden, wenn das Testsignal von 12 V auf dem NTC an den Akkupack angelegt wird, dann beide integrierte Spannungs-Überwachungsschaltungen zu der gleichen Zeit umschalten, und es werden 2-mal 2 k Widerstand parallel vorliegen, also ist wieder zu erwarten, dass 500 Ohm erfasst werden, und, falls dem so ist, wird das Aktivierungssignal an den Lader gesendet, um einen korrekten Betrieb der Überwachungsschaltung anzugeben, die 12 V-Zufuhr wird aufgehoben, die integrierten Schaltungen werden zurückgesetzt und der Lade-Zyklus beginnt. Falls Komplikationen auftreten, dann wird wieder einmal, da bei 2 nur die ZenerDiode bzw. Z-Diode gemessen wird, welche die inkorrekte Ablesung ausgeben wird, wie dies der Fall sein wird, falls die integrierte Schaltung funktioniert, der FET hingegen nicht, und welche eine Messung von 1000 + 100 Ohm vorsehen wird, und diese unterscheidet sich von der erforderlichen Ablesung von 500 Ohm, wenn alles korrekt funktioniert, und so wird das Aktivierungssignal nicht an den Lader gesendet werden, und der Lade-Zyklus wird nicht beginnen.
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Das beschriebene System und Verfahren sieht daher die erforderliche Niveausteigerung einer betriebssicheren Überwachung vor, welche auch getestet werden kann, um zu ermöglichen, dass das gesamte Ladeniveau korrekt ist, und nun, da jede Zelle unabhängig gesteuert und unabhängig überwacht werden muss, kann dies erzielt werden, indem die integrierte Spannungs-Überwachungsschaltung oder integrierte Schaltung (IC) wie hierin beschrieben genutzt wird, um so die Überwachung jeder einzelnen Zelle auf eine effiziente und sichere Weise zu ermöglichen, sowie dass das Überwachungssystem als Teil eines Testzyklus kontrolliert wird, bevor es möglich ist, den Lade-Zyklus zu jeder Gelegenheit vorzusehen.
