TW202038528A - 電池供電的家用電器和電池充電站 - Google Patents

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湯瑪斯 邦寧
班傑明 弗雷索克
羅伯 法里林豪斯
馬汀 黑爾米希
羅倫茲 希倫
克里斯汀 霍茲
傑哈德 尹森柏格
安德瑞 莫澤巴赫
羅曼 奧特曼
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尼克拉斯 范堤費倫
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Abstract

本發明涉及一種具有家用電器、充電站和多個電池單元的系統。所述系統的控制裝置配置為使得連接到充電站上的電池單元能夠根據用於運行家用電器以實施使用過程而連接到家用電器上的電池單元的放電來充電。本發明還涉及一種家用電器和一種充電站。由此能實現，利用僅兩個電池單元或至少減少數量的電池單元實施特別長的使用過程而不會為了給電池充電而中斷，並且同時達到電池單元的盡可能長的壽命。

Description

電池供電的家用電器和電池充電站
發明領域
本發明涉及一種具有家用電器、充電站和多個電池單元的系統以及一個家用電器和一個充電單元。
發明背景
以電池供電的家用電器、例如電池吸塵器具有如下缺點，即，使用被電池運行時間所限制。因此，通常提供備用電池，以便能夠在沒有較大中斷的情況下繼續使用過程。如果處於運行中的電池為空，則空的電池能夠立即用充滿電的備用電池來替換，所述備用電池在充電站中充電並且保持在充好電的狀態中。最初使用的並且現在耗盡的電池又連接到充電站上以用於充電。在較長的使用過程、例如對較大房間吸塵時可能發生，在使用過程結束之前，備用電池為空。在這種情況下，將最初使用的電池從充電站取出、更換在家用電器中的備用電池並且又將備用電池連接到充電站上以用於充電。因為通常所述最初使用的電池在該時刻僅部分地充電，上面所述的電池更換以越來越短的時間間隔重複，直至最終兩個電池幾乎都為空並且使用過程必須中止，直至所述電池中的至少一個電池又充滿電。
如今，該問題例如藉由如下方式解決，即，在家用電器上設有用於電源線的緊急連接端。然而這樣失去了電池供電的優點，即，不需要干擾性的線纜並且也不需要靠近的插座。另一種解決方案在於設置較大數量的備用電池和用於這些備用電池的相應的充電站。這一方面提高了成本而另一方面所述備用電池中的多個備用電池大多保持在充滿電的狀態中，這降低了電池的使用壽命。如果在特別長的使用過程中使用了最後的且很少使用的備用電池，則其電池壽命通常很短。
基於上面描述的問題越來越多地使用能夠實現所謂的快速充電的充電站，以便使電池的充電時間最小化。然而，這樣的相對於正常的充電速度加速的充電可能導致電池損壞並縮短電池壽命。
上面提到的、由現有技術已知的特徵可以單獨地或以任意的組合與以下描述的按照本發明的技術方案和實施形式之一組合。
發明概要
本發明的任務在於，提供一種解決上面問題的改進方案。按照本案主要請求的系統以及按照本案進一步請求的家用電器和充電站用於解決上述問題。有利的實施形式由從屬專利申請範圍得出。
一種具有家用電器、充電站和多個電池單元的系統用於解決所述問題。所述系統包括控制裝置，所述控制裝置這樣配置，使得連接到充電站上的電池單元能夠根據用於運行家用電器以實施使用過程而連接到家用電器上的電池單元的放電來充電。
藉由本發明可以有利地實現，僅當需要時才加速地給電池單元充電，以便能夠連續地使用家用電器。因此，電池單元通常能夠正常地或者甚至緩慢地並且以此特別愛護地充電。有利地，僅當未完全充電的電池單元處於充電站中並且家用電器同時運行、即正在消耗電流時，才加速地充電。總體上能夠實現電池的長壽命並且同時有針對性地確保盡可能連續地使用純電池供電的家用電器。
因此，提高了電池供電的家用電器的準備就緒性並且可以以電池單元實現家用電器實施使用過程的近似無限的使用持續時間。
近似無限的使用持續時間意味著藉由電池單元基本上無限制地持續運行家用電器而沒有不希望的充電暫停，僅是具有用於更換電池單元的短暫的中斷。可以僅使用兩個電池單元或至少使用明顯減少數量的電池單元實施非常長的使用過程而沒有為了對電池充電的干擾性中斷，並且同時可以實現電池單元的盡可能長的壽命，所述電池單元在達到壽命結束時需要換新。
由此家用電器可以省去用於連接到外部電網上的裝置。特別是，所述系統包括正好兩個或三個電池單元。優選地，所述家用電器設置成，使得家用電器僅藉由電池單元供應用於運行家用電器的電能。可選地，可以設置連接到外部電網上的連接端，以便對連接到家用電器上的電池單元充電。在一種實施方案中，設有用於家用電器的基站。連接到家用電器上的電池單元可以藉由將家用電器連接到基站上來充電。所述基站連接到外部電網上。在一種實施方案中，所述基站包括基站控制裝置。
家用電器例如是家用清潔器、家用食品料理器、家用縫紉裝置或用於家庭手工藝者的工具、如家用電池驅動螺絲刀。使用過程例如是清潔房間或房間的地板、自動或部分自動地對食品或飲料進行食品料理或者家庭維修或安裝過程。使用過程是連續的過程。使用過程可能藉由暫停而中斷，然而所述暫停不是由於耗盡的電池而引起。
充電站是與家用電器分開的、用於對電池單元充電的儀器，所述電池單元連接到充電站上。所述充電站連接到外部電網上。外部電網例如藉由插座提供電能，所述電能可以藉由電源線引導。在一種實施方案中，所述充電站包括充電站控制裝置。
電池單元可以是單個電池或具有多個電池的電池組。用於運行家用電器的電池單元可以對家用電器供給電能。在一種實施方案中，所述電池單元包括電池單元控制裝置、特別是所謂的電池管理系統(BMS)。連接到家用電器或充電站上的電池單元也可以稱為家用電器的電池單元或充電站的電池單元。電池運行時間是連接到家用電器上的電池單元可以為家用電器提供電能的最大可能的持續時間，其中，為了電池運行時間的可比較性，以家用電器的恆定的參考功率作為基礎。當達到定義的放電下限時，存在已放電的、空的或耗盡的電池單元。當荷電狀態相當於定義的充電上限時，存在充滿電的電池單元。放電下限充電上限基本上都不是技術上可供使用的下限或上限，而是對應於用於保護電池單元的製造商的資料，或者在一種實施方案中在上限與下限之間按照製造商資料藉由控制裝置確定。特別是，電池單元是結構上相同的。優選地，所述系統具有正好兩個或正好三個電池單元。原則上可以設有一個另外的電池單元或者多個另外的電池單元，例如在具有特別高的功率需求的使用過程或家用電器中。電池的壽命與最大可用容量或者從電池的交貨狀態直至壽命結束的充電和放電循環的次數有關，例如當僅還存在與交貨狀態相比技術上最大可用容量的80%或者達到預定數量(例如千次)的充電/放電循環時，達到壽命的終點。可以藉由如下方式確定最大可用容量的程度，其方式為，對電池(在沒有限制控制裝置的作用的情況下)最大地充電，接通家用電器並且測量直至家用電器由於電池單元耗盡而中止其運行的時間。隨著電池單元的老化，最大可用容量(以下簡稱為“充電容量”)由於老化現象而降低。荷電狀態給出當前充電了最大可用容量的百分之多少，並且接著供使用。
放電是能夠以數值給出的變數。根據電池單元的放電來充電意味著，所述控制包括如下演算法，所述演算法將給出放電的輸入變數轉換為用於控制充電過程的輸出變數。
在一種實施形式中，所述控制裝置這樣配置，使得能夠在如下充電範圍內對充電站的連接到充電站上的電池單元充電，所述充電範圍相當於家用電器的用於運行家用電器以實施使用過程而連接到家用電器上的電池單元的放電。這意味著，在更換電池單元之後，以該充電範圍充電的電池單元能夠以與之前所更換的電池單元相同的範圍放電。特別是，所述充電範圍可以包含損耗補償。放電是大於零的絕對值。所述兩個電池單元的情況例如關於電功率或荷電狀態的改變相反。
損耗補償是用於補償可能出現的能量損耗的大於零的值。如果家用電器的電池單元釋放特定的能量而對應地充電站的電池單元補充相同的特定的能量並且最終用充電站的電池單元替換家用電器的電池單元，則可能基於在所述整個過程上的能量損耗而產生差異。如果例如作為家用電器的吸塵器的電池單元由於使用過程而以例如400W放電並且充電站的電池單元同樣以400W充電，則在更換電池單元之後可能產生總共例如100W的功率損耗。藉由設置所述損耗補償(在所提到的示例中為100W)，則能夠特別可靠地實現時間上無限制的使用持續時間。特別是，所述損耗補償是損耗功率補償。在一種實施方案中，所述損耗補償作為固定的參數、優選作為放電的份額而保存在控制裝置中和/或基於在當前的或過去的使用過程期間的測量優選藉由控制裝置確定。在一種實施方案中，所述損耗補償例如根據當前的充電容量、當前的內阻、當前的荷電狀態和/或家用電器或充電站的電池單元的類型確定或者從所保存的參數值例如藉由查找表相應地選擇。可選地，在確定損耗溫度時可以考慮環境溫度和/或家用電器設置、例如吸塵器的當前的功率級。
在一種實施形式中，所述控制裝置配置成，使得充電站的電池單元可以在如下充電範圍內充電直至家用電器的電池單元耗盡，所述充電範圍相當於電池單元在實施使用過程期間的放電或者所述充電範圍等於電池單元在實施使用過程期間的放電加上損耗補償。因此所述充電範圍是根據放電和必要時損耗所需要的充電範圍。如果充電站的電池單元已經幾乎充滿電，則相應地緩慢地充電，並且當電池單元耗盡時，相應地快速地充電。這樣可以延長電池單元的壽命。在充電站的電池單元替換了家用電器的耗盡的電池單元之後，使用者可以以幾乎如在之前替換下的電池單元的電池運行時間繼續實施使用過程。有利地，使用者可以估計電池運行時間。在一種實施方案中，(備用)電池單元的充電時間段等於要替換的電池單元的放電時間段。
在一種實施形式中，所述充電站可以以兩種不同的充電速度、優選以三種或四種不同的充電速度充電。特別是可以緩慢地、正常地或加速地充電。加速的充電意味著以非常高或者過高的充電速度充電，所述充電速度大於正常。在一種實施方案中，加速的充電是以專業術語稱之為“快速充電”的充電。在一種實施方案中，以正常充電速度充電涉及符合標準的充電速度、即非“快速充電”。藉由設置多個充電速度，可以實現充電站的電池單元的充電速度匹配於家用電器的同時處於運行中的電池單元的放電速度，優選在考慮損耗補償的情況下。此外，還可以以緩慢的充電速度、即以比正常充電速度低的速度充電。這樣可以避免提供否則需要的額外的電池單元。由技術上決定地，在速度理論上相等時可能發生例如直至百分之十的偏差。不同的充電速度可以根據電池單元和/或電池類型而不同地確定。
在一種實施方案中，所述系統配置成，使得在充電容量不同而其他方面相同的電池單元中，僅對具有較大充電容量的電池單元(其通常較少地老化)以最高可能的速度充電或者說加速地充電。因為在老化程度高的電池單元中，加速充電會導致電池單元剩餘壽命比在老化程度較低的電池單元中超比例地更大地減少，由此可以實現所使用的電池單元的均勻使用壽命。這樣避免了只有一個電池單元可用或者購買新的電池單元，導致必須以不同能力的電池運行家用電器。
在一種實施形式中，所述充電站和所述電池單元設置成，使得能夠這樣加速地充電，使得充電站的電池單元能夠連續地或者至少近似連續地以所必需的充電範圍充電。這樣可以在充電站的電池單元充電期間以剛好足以達到所必需的充電範圍的充電速度來充電。這樣電池單元的壽命可以特別有效地延長。
所必需的充電範圍是放電的特別是加上損耗補償的絕對值。這避免了不必要地以最大可能的充電速度來充電。
在一種實施形式中，藉由確定家用電器的電池單元經家用電器消耗的電功率、即放電功率來確定放電。這樣所述放電可以非常簡單地確定。電功率或放電功率是電流強度與電壓的乘積，所述電壓由電池單元為了實施使用過程而向家用電器提供。在一種實施方案中，所述放電功率由家用電器控制裝置或電池單元控制裝置測量或確定。備選地或補充地，所述放電基於或者考慮家用電器的電池單元所測量的電流強度、所測量的電壓、總共提取的能量、內阻和/或荷電狀態的情況下來確定。放電的測量和/或確定優選藉由家用電器控制裝置或者電池單元控制裝置進行。特別是，荷電狀態可以藉由測量電池單元的內阻來確定。
在一種實施形式中，所述放電是當前的放電、即在運行家用電器期間當前的值。因此按照該實施形式，連接到充電站上的電池單元可以在運行家用電器期間根據用於運行家用電器以實施使用過程而連接到家用電器上的電池單元的當前的放電來充電。在該實施形式中，在家用電器中的電池單元使用期間，連續地或者以時間間隔地測量每單位時間或者每時間間隔消耗多少電功率，以便根據該測量值來充電。該實施形式能特別準確地實現：在所述充電站中的所述電池單元或者在一個或多個充電站中的多個電池單元能夠這樣充電，使得家用電器的空的電池單元可以在沒有時間延遲的情況下用充電站的電池單元來替換，所述充電站的電池單元為了達到總體上近似無限的使用持續時間而充分地充電。因為在充電站的充電過程中，以當前的放電形式考慮了家用電器的當前的能量消耗，所以可以特別可靠地時間上無限制地使用所述家用電器。
在一種實施形式中，所述控制裝置這樣控制充電站的電池單元的充電，使得充電站的電池單元的當前充電功率相當於處於運行中的家用電器的電池單元的當前放電功率或者等於處於運行中的家用電器的電池單元的當前放電功率加上損耗功率補償。家用電器的連續使用就緒性可以這樣特別可靠地實現。
在一種實施形式中，所述家用電器，優選家用電器控制裝置，或家用電器的電池單元，優選電池單元控制裝置，確定和/或測量放電功率，並將所確定的放電功率傳輸給充電站，以便能夠根據當前的放電功率來對充電站的電池單元充電。當前的充電功率由此可以近似即時地匹配於當前的放電功率。藉由這種方式的同步可以特別可靠地實現連續的使用就緒性。
在一種實施方案中規定，所述充電站具有充電站控制裝置，所述家用電器具有家用電器控制裝置，和/或所述電池單元具有電池單元控制裝置。這能實現特別高效的資料獲取和協同的資料流通，以便能特別可靠地實現近似無限的使用持續時間。為此在一種實施方案中，還可以設置用於對連接到基站上的家用電器的電池單元充電的基站。特別是，所述基站配備有基站控制裝置。在一種進一步擴展方案中，所述系統包括外部計算單元或介面。特別是，所述外部計算單元具有計算控制裝置。優選地，所述外部計算單元是優選具有應用程式或者雲端應用的智慧手機或伺服器。
在一種實施方案中，所述控制藉由充電站控制裝置、家用電器控制裝置、電池單元控制裝置、基站控制裝置和/或計算控制裝置來進行。在一種實施方案中，為所述控制而使用的設備包括有線連接的和/或無線的通信介面。
在一種實施形式中，所述放電是預測的放電、即預測的值。連接到充電站上的電池單元可以根據用於運行家用電器以實施使用過程而連接到家用電器上的電池單元的預測的放電來充電。該實施形式能以低的技術花費實現：以特別簡單地構造的系統實現近似無限的使用持續時間。
在一種實施形式中，所述預測的放電基於測量或確定至少一個在過去中實施的使用過程的放電來確定。由此可以避免對當前放電的耗費的即時檢測和傳輸。在過去中實施的使用過程是已結束的過程、例如房間的地板清潔的完成、即與後續或當前的使用過程在時間上沒有重疊。
在一種實施方案中，在過去中實施的使用過程期間的放電藉由家用電器或電池單元測量或確定。在一種實施形式中，所述家用電器和/或所述電池單元存儲關於放電、優選關於時間的放電變化曲線的資料。在一種實施方案中，具有存儲的資料的家用電器、特別是家用電器控制裝置將資料優選有線連接地傳輸給電池單元。備選地可以規定，當家用電器連接到基站上時，所述家用電器將資料傳輸給基站。優選地，所述基站然後將資料優選有線連接地轉發給充電站。在一種實施方案中，當電池單元連接到充電站上時，所述電池單元將所存儲的關於放電的資料特別是有線連接地傳輸給充電站。
在一種實施形式中，所述預測的放電相當於至少一個在過去中實施的使用過程的平均放電。因此，需要非常少的計算能力的比較簡單的計算方式就可能足以提供對於充電過程充分可用的預測的放電值、即放電功率。例如在使用過程期間的暫停會導致平均放電功率下降，並且因此也可以降低充電功率。在一種實施方案中，所述平均放電是在一個或多個使用過程期間測量或確定了的按平均計算的放電功率。在一種實施方案中，所述平均放電是在已知的使用過程持續時間內每次使用過程平均所取出(提取)的能量、即在具有已知的使用過程持續時間的使用過程期間總共提取的能量。在此，優選地對過去的多個使用過程取平均。可以從所取出的能量確定特定使用過程的平均放電或平均放電功率。在一種實施方案中，確定對於不同的、定義的使用過程(例如房間的地板清潔或者房間的牆壁吸塵)的平均放電。特別是，所述使用過程可以藉由家用電器設置而自動地配屬。
在一種實施形式中，所述放電功率基於當前的放電功率和預測的放電功率來確定。這樣能獲得特別可靠的功能性。
在一種實施形式中，僅將用於替換所述家用電器的電池單元的所述充電站的電池單元設置為恰好或總是家用電器的電池單元。避免附加的備用電池單元。在一種實施形式中，對於恰好或總是家用電器的電池單元，設置至少兩個電池單元用於替換所述家用電器的電池單元。以此方式可以將所需的充電範圍分配到所述至少兩個電池單元上。這能避免或減少加速充電。在一種實施形式中，所述至少兩個電池單元中的僅一個電池單元連接到充電站上。這使得能夠使用簡單構造的充電站。在一種實施形式中，所述至少兩個電池單元或者全部所述至少兩個電池單元連接到各一個充電站上或連接到僅一個充電站上。這使得能夠評估連接到充電站上的各個電池單元的狀態。
在一種實施形式中，所述控制裝置這樣配置，使得家用電器的電池單元的放電能夠分配到多個電池單元上，這樣使得所述多個電池單元總體上在如下充電範圍內充電，所述充電範圍相當於家用電器的電池單元的放電或者所述充電範圍等於家用電器的電池單元的放電加上損耗補償。在家用電器的電池單元耗盡之後，所述電池單元可以藉由所述多個電池單元中至少一個電池單元來替換。在充電過程中和在選擇用於家用電器中時，可以考慮各個電池單元的各自的狀態。特別是，充電站、家用電器或控制裝置接收或確定系統基本資訊、系統狀態資訊、電池單元的電池單元基本資訊和/或電池單元的電池單元狀態資訊。優選地，根據所述四種所提到的資訊中至少之一控制充電站的電池單元的充電和/或選擇要充電的電池單元以用於替換正在使用的家用電器的的電池單元。特別是可以在電池單元的記憶體上存儲系統基本資訊、系統狀態資訊、電池單元基本資訊和/或電池單元狀態資訊。
所述電池單元基本資訊包括從廠商交付電池單元起的充電容量、從廠商交付起的最大充電電流、最大充電電壓和/或電池單元的類型、即在電池單元中使用的電池材料、例如鎳鎘(NiCd)、鎳金屬氫化物(NiMH)、鋰離子(Li-Ion)或鋰離子聚合物(Li-Ion-Poly)。電池單元狀態資訊包括電池單元的當前的荷電狀態、當前的充電容量、當前的充電電流、當前的充電電壓和/或當前的內阻。在一種實施方案中，測量環境溫度。可以根據環境溫度確定充電容量，以便特別精確，因為充電容量隨溫度下降而降低。系統基本資訊包括所有被系統所包括的電池單元的總數和/或用於家用電器的電池單元的連接端的數量和/或所述至少一個充電站。系統狀態資訊包括所有電池單元的總荷電狀態、即當前儲存在系統的所有電池單元中的總能量，所述電池單元還包括處於使用中的電池單元和未連接到家用電器上的電池單元。
在一種實施方案中，將放電同時分配到兩個電池單元上，即在家用電器的電池單元放電期間兩個電池單元同時被充電，所述電池單元在其耗盡之後用所述兩個電池單元來替換。按照該實施方案，處於運行中的電池單元用兩個電池單元來代替。例如，具有大的充電容量的電池單元可以藉由分別具有由老化導致的低的充電容量的兩個備用電池單元來替換。在一種實施方案中，所述家用電器具有附加的連接位，使得對於為了替換而取出的家用電器的電池單元，可以將一個或兩個電池單元代替取出的電池單元連接到家用電器上。在藉由兩個電池單元替換一個電池單元之後，兩個連接到家用電器上的電池單元優選僅用一個電池單元來替換，從而一個連接位重新保持空出。
在一種實施方案中，以時間上連續的方式將放電分配到兩個電池單元上。例如，如果家用電器的電池單元具有大的充電容量而所述多個電池單元中的一個具有低的充電容量，則可以先用低充電容量的充滿電的電池單元來替換所述家用電器的電池單元，並且增加作為下一個要充電的具有較大充電容量的電池單元的不同充電容量的差異。
在一種實施方案中，充電上限和/或放電下限藉由控制裝置來確定和/或存儲，優選對於每個放電充電循環和/或對於每個電池單元。按照這種方式提高電池單元的壽命。此外可以簡化將放電在時間上接連地分配到多個電池單元上。在一種實施方案中，所述充電上限和/或所述放電下限根據所確定的損耗或損耗補償、根據當前的荷電狀態、根據當前的充電容量和/或根據環境溫度確定。對當前的荷電狀態的考慮能提高電池單元的壽命，例如對已經幾乎充滿電的電池單元較緩慢地充電而對空的電池單元較快速地充電。對當前的充電容量的考慮可以相應地確定充電上限和/或放電下限，以補償電池單元由於老化而產生的不同充電容量，例如在一種實施方案中，提高對於所使用的具有較低的當前充電容量的電池單元的放電下限。對環境溫度的考慮可以用於修正所確定的當前的充電容量和/或損耗補償。例如，在溫度較高的情況下損耗降低，由此被取出更高的能量。在一種實施形式中，老化較高的電池單元相比於老化程度較少或者較新的電池單元更受愛護地充電。特別是，備選地或者補充於充電上限或放電下限，還可以調節充電電流強度或充電電壓。這樣能夠實現對電池單元老化的控制並且由此提高電池單元的壽命。
在一種實施形式中，當在充電站中的電池單元已達到充電上限、即充滿電時，要求使用者將所使用的電池單元用充電站中的電池單元來替換。這樣可以避免處於充電站中的充滿電的電池單元的縮短壽命的充電維持。
本發明的另一方面涉及一種家用電器、特別是用於上面描述的系統的家用電器。所述家用電器包括能由使用者更換的用於運行家用電器的電池單元以及用於控制家用電器的家用電器控制裝置。家用電器設置成，使得電池單元在實施使用過程期間的放電藉由電池單元的家用電器控制裝置和/或電池單元控制裝置確定和/或傳輸到充電站或控制裝置上。藉由確定放電、即放電功率獲得用於對充電站中的電池單元充電的輸入變數，這能實現近似無限的使用持續時間。藉由所述傳輸可以使特別簡單地構造的系統實現近似無限的使用持續時間。所述傳輸可以在即時確定之後立即進行或者借助於緩存在使用過程結束之後進行。對於開頭描述的用於解決所述任務的系統的說明內容連同定義、特徵和實施形式也應用于本發明的該方面。
本發明的另一方面涉及一種充電站、特別是用於上面所述系統的充電站，用於對家用電器的電池單元充電，即所述電池單元設置用於連接和運行家用電器。充電站設置成，使得所述充電站能夠接收輸入變數、特別是家用電器的電池單元的放電、即放電功率，並且根據輸入變數對連接到充電站上的電池單元充電。對於開頭描述的用於解決所述任務的系統的說明內容連同定義、特徵和實施形式也應用於本發明的該方面。
較佳實施例之詳細說明
圖1示出吸塵器的示例作為能夠以電池單元2、3運行的家用電器1。電池單元3可以由使用者連接到家用電器1的連接端18上並且手動地更換。為了清潔表面6可以借助於家用電器1的風機5經由抽吸通道4將汙物藉由可交換的附件從表面6吸起。在家用電器1處於運行期間，可以藉由遠離的充電站10給電池單元2、即備用電池單元充電。充電站10具有充電站控制裝置11並且藉由插座連接到外部電網上。因此充電站10可以基本上靜止地運行，而家用電器1可以移動地並且獨立於外部電網運行。在實施使用過程(這裡：清潔表面6)結束之後，家用電器1可以連接到可選存在的具有基站控制裝置14的基站9上，所述基站可以藉由家用電器1的電導線對家用電器1的電池單元3充電。可選地設置具有計算控制裝置15的外部計算單元7，以便向使用者提供使用者介面和/或控制電池單元2、3的充電過程。家用電器1裝備有家用電器控制裝置12。
圖2示出一個實施例，所述實施例附加於圖1的實施例示出了無線連接19，以用於在充電站控制裝置11與家用電器控制裝置12之間交換資料。電池單元3的當前的放電優選即時地由家用電器1向充電站10傳輸。在一種實施方案中，電池單元控制裝置13(參見圖3)、基站控制裝置14和/或計算控制裝置15被設置用於無線資料交換。可以將由多個設備所確定的資料相互連結，以便例如從多個電池單元2、3中選擇一個特別合適的電池單元2來充電和/或向使用者顯示更換耗盡的電池單元。
圖3示出一個電池單元2、3，所述電池單元裝備有至少一個電池16和一個電池單元控制裝置13。在一種實施方案中規定，當充電站10的電池單元2充滿電或者達到充電上限時停止充電過程，所述電池單元2設置用於替換家用電器1的電池單元3。如果充電過程已停止，則藉由家用電器1或充電站10的電池單元2、3、藉由充電站10、基站9、家用電器1或藉由外部計算單元7向使用者顯示或用聲學信號通知，優選向使用者以指令或建議表示替換成電池單元2。
圖4示出家用電器1的電池單元3的放電變化曲線和充電站10的電池單元2的相應的充電變化曲線的示意性簡化的示例。如所述兩個電池單元2、3在圖4中的各變化曲線的對比所示，荷電狀態的變化彼此相反。相同的情況也適用於未示出的放電功率和充電功率的變化曲線。為了簡化，線性地表示所述變化曲線。實際上在使用家用電器1期間放電功率和電池單元3的荷電狀態在時間t上的變化均部分地明顯波動。在吸塵器中，放電功率例如在從光滑地板向地毯過渡時以及在切換到更高的功率級時上升。相應地，電池單元3的荷電狀態CO 將更陡峭地下降。對於放電-充電循環，分別在時間t上繪製兩個變化曲線。如圖4上部所示，家用電器1的電池單元3的荷電狀態CO 由於向家用電器1供應用於使用過程的電能，而在放電時間段t0 至t1 從荷電狀態CA (該荷電狀態優選已被確定為電池單元3的先前充電時間段的充電上限)下降到荷電狀態CE 。充電上限優選等於或小於80%的荷電狀態C80% 。荷電狀態CE 優選是所確定的放電下限，所述放電下限大於0%的荷電狀態C0% 。充電時間段t0 至t1 優選與同一個放電-充電循環的放電時間段一樣長和/或與此同時發生。在所示出的放電-充電循環的充電時間段中，充電站10的電池單元2的荷電狀態CI 上升而電池單元3的荷電狀態CO 下降。為此電池單元2以等於電池單元3的放電功率加上損耗補償來充電。如果當前的放電功率非常高，而正常的充電速度不足以達到按照當前的放電功率加上損耗補償所必需的充電功率，則可以短暫地加速充電，從而總是在時刻t1 達到那時被耗盡的電池單元3之前已被充電到的荷電狀態CA 。如果當前的放電功率相應低或電池單元2在已經部分充好電的狀態下連接到充電站10上，則可以以較緩慢的充電速度充電。
在一種實施形式中，所述電池單元控制裝置13是電池管理系統，也簡稱BMS。這能可靠地測量電池單元的當前的荷電狀態、電池單元的當前的充電容量、環境溫度和/或電池溫度。優選地，所述BMS集成在電池單元中。在一種實施方案中，電池單元2、3除了具有BMS之外還具有附加的記憶體、例如快閃記憶體和/或(附加的)功率測量裝置。
在一種實施形式中，為了測量用於描述和/或表徵荷電狀態或充電以及放電過程的放電功率，測量或確定電流強度、電壓和/或內阻。在一種實施方案中，為了確定荷電狀態可以參考電磁或靜電變數、例如磁通、電磁力、庫侖力、洛倫茲力、電磁磁通密度。
在一種實施形式中規定，在電池單元控制裝置13的保護電子裝置中總是檢測當前的電壓、即電壓變化曲線以及當前的電流強度、即電流變化曲線。因此，可以使用電池單元的控制裝置13隨時間確定放電功率。優選地，將最後使用過程的放電功率(關於時間的變化曲線)、平均的放電功率或所提取的能量、電阻或荷電狀態變化與過去使用過程的過去的放電曲線相比較。這樣可以基於下一次循環的預期的放電功率(關於時間的變化曲線)、平均的放電功率或所必需的能量的評估，進行統計上的分析和優化充電控制。因此可以確定可能必需的放電功率(關於時間的變化曲線)、平均的放電功率或所必需的能量並且將其用於控制充電過程。
在一種實施方案中規定，使用者可以根據所使用的電池單元3的放電按照需要，啟動或不啟動(停用)上面描述的用於對電池單元2充電的功能，例如藉由應用程式或藉由在家用電器或基站9上的選擇可能性，例如開關。該配置是否啟動可以在家用電器上、在電池單元2、3上、在基站9或計算單元7上藉由顯示器、例如藉由LED 17或者在應用程式中向使用者顯示。
1:家用電器 2,3:電池單元 4:抽吸通道 5:風機 6:清潔表面 7:外部計算單元 9:基站 10:充電站 11,12,13,14,15:控制裝置 16:電池 17:LED 18:連接端 19:無線連接 CI,CO,C0%, C80%:荷電狀態 t:時間 t0,t1:充電時間段 CA:荷電狀態,充電上限 CE:荷電狀態,放電下限
以下也借助附圖更詳細地闡述本發明的實施例。只要未相反地說明，實施例的各特徵就可以單獨地或者多個地與所要求保護的技術方案相組合。所要求的保護範圍不限於所述實施例。圖中： 圖1是充電站和家用電器的示意圖； 圖2是無線傳輸的示意圖； 圖3是電池單元的示意圖； 圖4是充電和放電變化曲線的示意圖。
1:家用電器
2,3:電池單元
4:抽吸通道
5:風機
6:清潔表面
10:充電站
11,12:控制裝置
17:LED
18:連接端

Claims (15)

  1. 一種具有家用電器、充電站和多個電池單元的系統，其特徵在於，控制裝置配置為使得連接到充電站之電池單元根據連接到家用電器之電池單元的放電來充電，所述電池單元用於運行家用電器以實施使用過程。
  2. 如請求項1所述的系統，其中，所述控制裝置配置為使得充電站的連接到充電站上的電池單元在如下充電範圍內充電，所述充電範圍相當於家用電器的用於運行家用電器以實施使用過程而連接到家用電器上的電池單元的放電。
  3. 如請求項1或2所述的系統，其中，所述控制裝置配置為使得充電站的電池單元在如下充電範圍內充電直至家用電器的電池單元耗盡，所述充電範圍等於電池單元在實施使用過程期間的放電加上損耗補償。
  4. 如請求項1至3中任一項所述的系統，其中，所述充電站和所述電池單元設置為使得能夠以至少兩種不同的充電速度來充電。
  5. 如請求項1至4中任一項所述的系統，其中，所述控制裝置控制充電站的電池單元的充電，使得充電站的電池單元的當前充電功率等於家用電器的處於運行中的電池單元的當前放電功率加上損耗功率補償。
  6. 如請求項5所述的系統，其中，所述家用電器或所述家用電器的電池單元確定當前的放電功率並且將其傳輸到充電站，以使充電站的電池單元根據當前的放電功率充電。
  7. 如請求項1至6中任一項所述的系統，其中，所述放電是預測的放電。
  8. 如請求項7所述的系統，其中，所述控制裝置配置為使得基於對至少一個在過去中實施的使用過程的測量確定所述預測的放電。
  9. 如請求項8所述的系統，其中，所述預測的放電相當於至少一個在過去中實施的使用過程的平均放電。
  10. 如請求項1至9中任一項所述的系統，其中，對於家用電器的正好一個電池單元設置充電站的僅一個電池單元或者至少兩個電池單元，來替換家用電器的所述電池單元。
  11. 如請求項1至10中任一項所述的系統，其中，所述控制裝置配置為使得家用電器的電池單元的放電能夠分配到多個電池單元上，從而所述多個電池單元總體上在如下充電範圍內充電，所述充電範圍相當於家用電器的電池單元的放電。
  12. 如請求項1至11中任一項所述的系統，其中，所述控制裝置配置為使得藉由控制裝置確定和/或存儲充電上限和/或放電下限。
  13. 如請求項12所述的系統，其中，所述控制裝置配置為使得，當充電站中的電池單元已達到充電上限時，要求使用者將所使用的電池單元用充電站中的電池單元替換。
  14. 一種家用電器，包括能由使用者更換的用於運行家用電器的電池單元和用於控制家用電器的家用電器控制裝置，其特徵在於，所述家用電器設置為使得電池單元在實施使用過程期間的放電可以藉由家用電器控制裝置或者電池單元的電池單元控制裝置確定並且將其傳輸到充電站上。
  15. 一種用於對家用電器用的電池單元充電的充電站，其特徵在於，所述充電站設置為使得，所述充電站能夠接收輸入變數，特別是家用電器的電池單元的放電，並且根據所述輸入變數對連接到充電站上的電池單元充電。
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