WO2008122353A2 - Energiespeichereinheit, arbeitsgerät, ladegerät und arbeitskit für den landschaftsbau - Google Patents

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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the present invention relates to an energy storage unit for an electrically driven implement, in particular for landscape, forestry and horticulture (hereinafter referred to as "landscaping"), with a housing having a longitudinal axis, with at least one energy storage cell disposed within the housing is, and with an interface unit fixed to the housing, by means of which the energy storage unit is connectable to the working device.
  • landscaping landscape, forestry and horticulture
  • the invention further relates to a charger for charging a rechargeable energy storage unit, with a charger housing, to which an interface arrangement is designed for coupling an energy storage unit to be charged, and with a DC power supply arrangement, which provides a DC voltage for a charging electronics and is arranged in the housing.
  • the present invention relates to an electrically driven implement, in particular for landscaping, with a device housing, to which an energy storage unit can be attached, and with an electric motor, which can be powered from the energy storage unit with power.
  • the present invention relates to a working kit for landscaping, with a working device, a charger and at least one energy storage unit.
  • Electrically powered work tools for landscaping are either mains powered; In this case, the implement is constantly connected to an electrical cable with a mains voltage, which considerably limits the area of use.
  • Other electrically powered landscaping implements are powered by a rechargeable energy storage unit.
  • lithium-based batteries are already known; However, these accumulators are only partially suitable for use in landscaping. Because lithium-based batteries are only usable within relatively narrow temperature limits (ie dischargeable or loadable).
  • the housing is divided in the longitudinal direction into a first region for receiving the energy storage cell (s) and a second region for receiving an electronic unit.
  • the division of the housing into different areas in the longitudinal direction makes it possible to design the interaction between the energy storage unit, charger and implement for professional use.
  • the housing is designed to accommodate at least two different cell types of energy storage cells.
  • the housing of the energy storage unit can be designed so that it can be equipped with different cell types and / or a different number of cells.
  • the charger for energy storage units of different power may be formed.
  • a first cell type has a certain length and a first diameter
  • a second cell type has the determined - same - length and a second diameter which is larger than the first diameter
  • the first type of cell may be, for example, a type 18650 cell with a length of about 65 mm and a diameter of about 18 mm.
  • the second type of cell may be, for example, a type 26650 cell having the same length and a diameter of about 26 mm.
  • the second cell type has - with otherwise identical parameters - a higher energy capacity.
  • the region for receiving the energy storage cell is rectangular in cross section.
  • the energy storage unit can be formed overall approximately cuboid, wherein the energy storage cells are preferably received in the longitudinal direction in the housing.
  • the proposed rectangular shape it is also possible to provide different energy storage sizes by providing housing with the same rectangular cross-section, but different lengths.
  • housing with the same rectangular cross-section, but different lengths.
  • substantially the same advantage can be obtained by using a uniform cross-section. Because with the same rectangular cross-section different lengths of energy storage units can be used in the tools.
  • the prerequisite is that the interface unit is identically formed and arranged in all housing types, in particular in the region of an end face of the housing.
  • the width of the rectangular shape corresponds to a multiple of a diameter of an energy storage cell.
  • the available space in the housing of the energy storage unit space can be optimally utilized. Since it is particularly preferred if the energy storage cells accommodated in the housing are spaced somewhat laterally, it is understood that the above dimensioning of the width of the rectangular shape takes this "game" into account. In the case of n energy storage cells arranged next to one another, the internal dimension of the housing must consequently be selected in the width such that at least the n-1-fold spacing between them is taken into account. In general, although it is also conceivable to arrange the energy storage cells in the transverse direction immediately adjacent to each other. In this case, the inner dimension of the housing in the width direction is preferably identical to a multiple of the diameter of the single cell.
  • the width of the rectangular shape corresponds to a multiple of the first diameter, that is to say a multiple of the diameter of the thinner cell of the first type.
  • the height of the rectangular shape corresponds to a multiple of the second diameter.
  • the width of the rectangular shape is three times the diameter of the thinner cell, and the height of the rectangular shape is four times the diameter of the thicker cell type.
  • the interface unit is arranged in the region of an end face of the housing, which is aligned transversely to the longitudinal direction. It is structurally comparatively simple to provide different types of housing, which are constant in terms of width and height, but have different lengths L. Furthermore, such an arrangement of the interface unit on the housing of the energy storage unit, that on the working device a receiving compartment can be provided which surrounds the energy storage units at least predominantly and at the bottom of a corresponding interface arrangement is provided.
  • an electrical contact section of the interface unit is fixed to a carrier plate, which is aligned transversely to the longitudinal direction.
  • the carrier plate is a partition plate between the first and the second region.
  • the energy storage unit has at least two carrier plates, on which the at least one energy storage cell and the electronic unit are fixed and which are aligned transversely to the longitudinal direction.
  • the carrier plates, the energy storage cell (s) and the electronics unit as a preassembled unit which is inserted into the housing during final assembly.
  • the housing of the energy storage unit has a cup part with a generally closed bottom and an opening opposite the bottom in the longitudinal direction and a cover part that closes the opening of the cup part.
  • a preassembled unit of carrier plates, energy storage cell (s) and electronics unit can be easily inserted through the opening in the cup part, wherein the lid part can then be snapped onto an edge of the opening of the cup part or thermally welded. Gluing is also conceivable to ensure a permanent connection.
  • the interface unit is preferably arranged in the region of the bottom of the cup part, but may alternatively be arranged in the region of the lid part.
  • At least two air openings for introducing or discharging air are formed on the housing of the energy storage unit, wherein at least one first air opening in the region of a first longitudinal end of the housing and at least one second air opening in the region of a second longitudinal end of the housing are formed ,
  • airflow may be provided via the charger or implement and may serve to cool (in summer) or even heat (in winter) the energy storage cell (s).
  • the air in the housing is guided from one to the other air opening so that not only the energy storage cell but also the electronic unit can be flowed through by the air.
  • the electronics unit can be thermally influenced within the housing of the energy storage unit.
  • air any gas may be introduced into the housing while also heating the gas. That can be. For cooling, it may also be sufficient to introduce gas at ambient temperature (ambient air) into the housing of the energy storage unit.
  • a further advantageous embodiment provides that the electronic unit has a memory in which a storage unit identifier of the energy storage unit is stored, wherein the storage unit identifier of a working device and / or a charger and / or a service device is readable and / or readable.
  • each energy storage unit can be identified by the respective working device or charger. Since, as I said, energy storage units of different capacity and equipment should be combined with any equipment, this identification allows that the implement and / or the charger can be tuned in an optimal manner to the specific type of energy storage unit or vote by yourself. A mechanical coding is not required.
  • the electronic unit has a charging electronics, by means of which a charging process of the at least one energy storage cell is controllable.
  • the concept of providing a charging electronics in the energy storage unit itself makes it possible to form the charger without special "intelligence".
  • the electronics for targeted and safe charging of the respective energy storage cell is located in direct allocation to this in the energy storage cell, so that it may be sufficient in the simplest case, when the charger provides a DC voltage substantially.
  • This embodiment is also considered independent of the division of the housing into a first and a second area as a separate invention.
  • the charging electronics is designed to control the charging process automatically and to obtain the required charging power via a DC voltage generated by the charger.
  • the adaptation with regard to the required current intensity, the voltage ultimately applied to the energy storage cells (charge end voltage) and further parameters is preferably set by the charging electronics within the energy storage cell.
  • the electronic unit of the energy storage cell has a drive circuit for driving an electric motor of the implement.
  • the drive circuit in the energy storage unit makes it possible to operate the implement optimally adapted to the respective type of energy storage unit.
  • the drive circuit in the energy storage unit generally does not include any power components such as thyristors, etc., but does have the intelligence required to achieve optimum interaction between the energy storage cell and the implement.
  • the power components and the power components are housed in the energy storage unit.
  • Each energy storage unit has electronic components which are used both by a protective circuit and by the drive circuit.
  • Each energy storage unit generally has a so-called protective circuit, which shuts off the energy storage cell, for example, when operating outside the allowable temperature range and / or outside allowable electrical size ranges.
  • the electronic unit has a memory for storing different characteristics for operating different implements and / or different modes and / or a receiving section for receiving a device identifier, wherein the drive circuit in response to a received device identifier and / or depending on a selected operating mode selects one of the stored characteristics for driving the electric motor.
  • the electronic unit has a memory for storing the current state of charge of the at least one energy storage cell, wherein the drive circuit controls the electric motor as a function of the state of charge.
  • the electric motor can only be operated at a lower power so as to extend the available working time. Furthermore, this may indicate to a user that an exchange of the energy storage unit will soon be required.
  • the energy storage unit has a plurality of energy storage cells which are divided into at least two parallel branches, each branch having at least two energy storage cells in series.
  • the same output voltage is always provided at the output of the energy storage unit regardless of the type.
  • a node is arranged between two energy storage cells of a branch, wherein at least one node of a branch is connected to a corresponding node of an adjacent parallel branch via an electrical connection means.
  • this serves for balancing during charging of the energy storage unit.
  • the connecting device has a fuse section.
  • the connection of parallel branches can then be separated if excessively large currents flow over it. This may be the case, for example, if one of several parallel cases has a defect in the form of a short circuit.
  • the connection device is designed as a fuse section. The fuse section melts at high currents and thus separates the parallel connection.
  • This embodiment is also considered independent of the division of the housing into a first and a second area as a separate invention.
  • such a fuse section serves to limit the current flow between the parallel cells to low or safety-critical currents.
  • the fuse section is formed as a prefabricated punched and / or bent part of a metallically conductive sheet metal material.
  • the fuse section can be provided inexpensively.
  • the stamped and / or bent part is designed to connect at least two elongate energy storage cells to one another at their end faces.
  • the fuse section can be disposed directly between the cells, so that expensive wiring is not necessary.
  • the fuse portion formed as a punched and / or bent part can be formed as part of such a connecting device which connects, for example, two cells in the serial direction by means of a normal connecting portion and realizes a connection to the parallel branch via an integrally formed with this fuse section.
  • the punching and / or bending component can be protected until it is safely and safely fixed (by soldering, welding or the like) against external mechanical influences on the energy storage cells.
  • the energy storage unit has an electrical heating element.
  • the heating element may for example be an electrical resistance element or the like, which is integrated directly into the housing, for example adjacent to the energy storage cell or the energy storage cells.
  • the heating element - as required - can be supplied with electric current from the energy storage cell.
  • the heating element can also be activated during the operation of the energy storage unit and / or during charging of the energy storage unit.
  • the heating element can be supplied with electric current from the charger which is connected to the interface unit.
  • the operating time of the energy storage unit is reduced when the heating element is switched on or the charging time is extended.
  • this can be compensated in a comparatively simple way by a larger number of exchangeable energy storage units.
  • the charger provides only a DC voltage at the interface arrangement for coupling an energy storage unit, which is preferably regulated to a constant value.
  • the setting of the charging current and other electrical parameters preferably takes place via a charging electronics, which is provided in the energy storage unit.
  • a charging electronics which is provided in the energy storage unit.
  • the charger can be formed with little or no "intelligence”.
  • the thermal load of electronic components can be reduced within the charger, so that a cooling of these components may not be required.
  • a fan is arranged in the housing of the charger and if the interface arrangement of the charger has an air opening, via which air can be exchanged with the energy storage unit.
  • the fan allows air to be forced into the energy storage unit or pulled out of the energy storage unit.
  • the interior of the energy storage unit can be thermally influenced during charging by means of the fan.
  • the fan is connected to the air opening via a channel and if the DC voltage supply arrangement is arranged outside the channel.
  • the DC voltage supply arrangement advantageously provides "only" a regulated DC voltage, a complex thermal influence on the DC voltage supply arrangement is generally not necessary.
  • a heating device is arranged in the housing.
  • the heater may be used, for example, in cold ambient conditions, to heat air that is injected into the energy storage unit (eg, by the fan).
  • the heating device may additionally or alternatively also be designed to heat the energy storage unit by radiation or by heat conduction.
  • the energy storage unit is better protected within the receiving compartment and moreover can be more easily thermally influenced, in particular for operation in harsh working environments.
  • the receiving compartment is adapted to the energy storage unit so that at least 30%, in particular at least 50% and particularly preferably 60% of the surface of an energy storage unit used in the compartment are covered by the receiving compartment.
  • the energy storage unit is completely inserted into a receiving compartment, so that only one end side thereof is visible to the outside. Furthermore, it is advantageous if a housing interface arrangement for connection to an interface unit of the energy storage unit is arranged at the bottom of the receiving compartment.
  • display means are provided on the energy storage unit in order to indicate the respective operating state (state of charge).
  • the display means may be provided in the region of the end face, which remains visible when the energy storage unit inserted outside of the housing of the implement.
  • the display means may be provided on the end face facing the bottom of the receiving compartment or in the region thereof.
  • the device housing has an opening in the region of the bottom of the receiving compartment, through which such a display device arranged on the energy storage unit can be seen from outside the device housing.
  • the implement has a discharge electronics, which can be connected via the housing interface arrangement with an electronic unit of the energy storage unit, wherein the discharge electronics is supplied via the electronic unit with a DC voltage from the energy storage unit.
  • a fan is connected to the motor.
  • the fan is generally operated during operation of the motor. It is of course possible to provide a coupling between the engine and the fan if so desired.
  • the fan can in particular serve to thermally influence the electric motor and / or the power electronics activating this motor in the working device.
  • the device housing is designed such that an air flow generated by the fan can be conducted past the motor.
  • a flap is formed on the device housing, wherein the air flow generated by the fan is guided in dependence on the position of the flap to the motor or not.
  • air flow generated by the fan can also be used to thermally influence the energy storage unit used in the working device.
  • the energy storage unit and the motor are arranged adjacent to one another in the device housing, with a thermal bulkhead being arranged therebetween. In this way, the mutual thermal influence of the electric motor on the one hand and an energy storage unit used in the working device can be minimized.
  • the device housing is designed such that an air flow generated by the fan is blown out of the housing away from the operator.
  • the air is blown out at the bottom of the housing or forward, toward a tool of the implement.
  • the working device has a heating device which is designed to heat the energy storage unit and / or the motor.
  • the heater may be configured to heat air that is blown by the fan to the engine and / or the energy storage unit.
  • the heating device can also be designed to thermally influence the energy storage unit and / or the motor by heat conduction or radiation.
  • the heating device is an electrical heating device fed from the energy storage unit.
  • Figure 1 is a schematic representation of a work kit according to the invention with two different working devices, a charger and two different types of energy storage units according to the present invention.
  • FIG. 2 shows a first schematic perspective illustration of an energy storage unit according to the invention
  • Fig. 3 is a schematic perspective view of the energy storage unit of Fig. 2 from the opposite side;
  • FIG. 4 shows a schematic longitudinal section through an embodiment of an energy storage unit according to the invention
  • FIG. 5 shows a representation corresponding to FIG. 4 of an alternative embodiment of an energy storage unit according to the invention
  • FIG. 6 shows two cross-sectional views of an energy storage unit according to the invention, showing the dimensioning of the height and width and with different assembly variants;
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 6 with a further equipment variant;
  • FIG. 6 shows two cross-sectional views of an energy storage unit according to the invention, showing the dimensioning of the height and width and with different assembly variants;
  • FIG. 7 shows a representation corresponding to FIG. 6 with a further equipment variant;
  • FIG. 8 shows a schematic longitudinal sectional view through a housing of an energy storage unit according to the invention.
  • FIG. 9 is a schematic perspective view of an embodiment of a preassembled unit of energy storage cells, carrier plates and an electronics unit for insertion into a housing of an energy storage unit according to the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of the electronics contained in an energy storage unit, in a working device or in a charging device for illustrating the "interaction" of these electronics during operation of the working kit according to the invention
  • FIG. 11 shows a schematic longitudinal sectional view through an inventive working device
  • Fig. 12 is a schematic cross-sectional view through a charger according to the invention.
  • FIG. 13 shows a schematic illustration of how a housing of an energy storage unit with different numbers, types and circuits of energy storage cells can be equipped to provide different types of energy storage units;
  • Fig. 14 shows a schematic plan view in the longitudinal direction of energy storage cells in a housing of an energy storage unit according to the invention with a preferred electrical connection device; and Fig. 15 is a schematic representation of a stamped part for the realization of a connecting device for the memory cells of an energy storage unit according to the invention.
  • a working kit for landscaping is generally designated 10.
  • the work kit 10 includes a work implement 12, e.g. in the form of a hedge trimmer, which has a housing 13. Furthermore, the working kit 10 has a charger 14. The charger 14 has a housing 15 and serves to charge an energy storage unit 16, respectively.
  • the work kit 10 further includes a plurality of energy storage units 16 of the same or different type.
  • FIG. 1 shows two different types of energy storage units 16, 16a.
  • the energy storage units 16, 16a have substantially the same cross-section, but are of different lengths.
  • both energy storage units 16, 16a fit into the same charger 14 and are alternatively usable with the implement 12, as indicated schematically in FIG.
  • the work kit 10 may further include other implements 12 ', such as the illustrated scarifier, which is also operable by the energy storage units 16, 16a of the same type and different types.
  • the work kit 10 is designed for professional use.
  • the energy storage units 16 each have a very high energy density and are in particular equipped with rechargeable batteries based on lithium.
  • work kit 10 to be described in more detail means to be used even in adverse environmental conditions, so for example in professional use in winter or in very warm ambient conditions.
  • FIGS. 2 and 3 show in schematic form an embodiment of an energy storage unit 16 according to the invention obliquely from the front or obliquely behind.
  • the energy storage unit 16 has a length L in a longitudinal direction 18. At the longitudinally opposite ends of the energy storage unit 16, a first end face 20 and a second end face 22 are provided. One of four side surfaces is shown at 24 in FIG. 2 for the sake of completeness.
  • the energy storage unit 16 is generally cuboid, with said length L, a width B and a height H.
  • the housing of the energy storage unit 16 preferably also has a transversely projecting, preferably circumferential flange 26.
  • Display elements for indicating an operating state are likewise provided on the first end face 20 and designated by 28.
  • an interface unit 30 is further provided in the region of the second end face 22, preferably directly on the second end face 22, an interface unit 30 is further provided.
  • the interface unit 30 includes an electrical contact portion for electrically connecting the energy storage unit 16 to a work tool 12 and a charger 14.
  • the electrical contact portion of the interface unit 30 may be formed in a conventional manner by a male connector or the like.
  • the electrical contact portion of the interface unit 30 is adapted to clock corresponding interface components of the implement 12 or the charger 14 by the energy storage unit 16 is moved in the longitudinal direction 18 to the corresponding interface components.
  • the interface unit 30 may further include a mechanical interface to secure the energy storage unit 16 to the implement 12 (or the charger 14).
  • mechanical interface means such as latching means, may also be formed in the region of one of the side surfaces 24 or on the flange 16.
  • the mechanical interface preferably has no type coding and is identical in all energy storage units 16, 16a.
  • first air openings 32 and second air openings 34 are formed on the housing 36 of the energy storage unit 16 .
  • the first air openings 32 are provided in the region of the first end side 20, in the illustrated case on a side surface 24 adjacent to the first end side 20.
  • the second air openings 34 are provided in the region of the second end side 22, in the illustrated case directly on the second end side 22nd
  • an air flow through the energy storage unit 16 in the longitudinal direction 18 can be set to thermally influence components located in the housing 36.
  • 4 shows an embodiment of an energy storage unit 16 in a schematic longitudinal section. It can be seen that the energy storage unit 16 is divided in the longitudinal direction 18 into a first region 40 and a second region 42. In the first area 40, a plurality of energy storage cells 44 is accommodated.
  • the energy storage cells 44 are each designed as standard cells (for example of the type 18650 or of the type 26650).
  • the energy storage cells 44 are arranged in the first region 40 aligned in the longitudinal direction.
  • a plurality of energy storage cells 44 may be disposed adjacent to each other in the transverse direction.
  • a plurality (in the illustrated case two) of energy storage cells 44 can be arranged one behind the other in the longitudinal direction 18.
  • the second region 42 is subdivided into two individual regions 42A, 42B, which are arranged in the longitudinal direction 18 at opposite ends of the first region 40.
  • an electronics unit 46 is accommodated in the second area 42. Further, in the second area 42, the interface unit 30 is provided. By dividing the second area 42 into two individual areas 42A, 42B, the electronics unit 46 may be arranged in the one single area 42A and the interface unit 30 in the other single area 42B. However, a part of the electronics unit 46 may also be arranged in the second individual area 42B, as is indicated schematically by the division of the electronic unit into individual units 46A, 46B.
  • FIG. 5 shows an alternative embodiment of an energy storage unit 16 according to the invention, in which the second region 42 is formed as a uniform region at one axial end of the housing 36. Both the electronics unit 46 and the interface unit 30 are preferably arranged in the second region 42, in the region of the second end face 22.
  • the energy storage unit 16 is rectangular in cross-section, with a width B and a height H.
  • the energy storage unit 16 is designed either with a first type of energy storage cell 44a or with a second one Type of energy storage cells 44b to be populated.
  • the second energy storage cells 44b have a larger diameter Db than the diameter Da of the first energy storage cells 44a.
  • the dimensions B, H are chosen to accommodate a maximum number of energy storage cells of both types in the rectangular cross-section housing 36 as follows.
  • the height H corresponds to a multiple of the diameter Db of the second energy storage cells 44b, in the illustrated case four times the diameter Db.
  • the width B corresponds to a multiple of the diameter Da of the first energy storage cells 44a, in this case three times the diameter Da.
  • the dimensioning in the one direction B depending on the diameter of the one energy storage cell type 44a and the dimensioning in the other direction H depending on the diameter of the other type of energy storage cell 44b however, a good compromise for both mounting variants can be achieved.
  • eight pieces of the second memory cell type 44b can be accommodated in cross section, of the first memory cell type 44a a total of fifteen pieces, in the case of a matrix-like arrangement in each case.
  • sixteen pieces of the first energy storage cell type 44a can be accommodated in an array 3 - 2 - 3 - 3 - 2 - 3. In this variant, there may be some coverage in the width B direction adjacent memory cells 44a, as shown in Fig. 7.
  • FIG. 8 shows a preferred embodiment of a housing 36 for an energy storage unit 16 according to the invention.
  • the housing 36 has a pot part 50 which includes the second end face 22 as the bottom and the four side faces 24.
  • the cup part 50 has an opening which can be closed by means of a cover part 52 completed housing 36 to create.
  • the flange 26 may be integrally formed on the cover part 52.
  • the cover part 52 can be connected in any way with the cup part, for example latching, by a bond, by a welding method or the like.
  • the cup part 50 and the lid part 52 are preferably made of plastic.
  • the second end face 22 may also be arranged in the region of the cover part 52; In this case, the flange 26 (if present) would be arranged in the region of the bottom of the cup part 50.
  • FIG. 9 shows a preferred variant of the components arranged in the interior of the housing 36. More specifically, in the housing 36, a preassembled unit of a plurality of memory cells 44, the electronics unit 46 and the interface unit 30 is disposed.
  • the pre-assembled unit shown in Fig. 9 corresponds to the structure, as shown in Fig. 5.
  • the preassembled unit has a first support plate 54 in the form of a partition plate, which separates the first region 40 from the second region 42.
  • the electronics unit 46 is fixed on one side of the partition plate 54.
  • the memory cells 44 are arranged on the other side of the partition plate 54.
  • the preassembled unit also has a second carrier plate 56.
  • a first plurality of memory cells 44 is arranged in the longitudinal direction 18 between the partition plate 54 and the second support plate 56.
  • the preassembled unit has a third carrier plate 58.
  • a second plurality (normally identical to the first plurality) of memory cells 44 is arranged between the second carrier plate 56 and the third carrier plate 58.
  • the carrier plates 54, 56, 58 each have openings 60, some of which are indicated schematically in FIG. 9.
  • the openings 60 make it possible to set up an air flow through the energy storage unit 16 in the longitudinal direction 18, in particular the electronic unit 46 and the storage cells 44 being flowed through.
  • a contact strip 62 of the interface unit 30 is further arranged.
  • the contact strip 62 has a plurality of individual electrical contacts 64, for example in the form of blade contacts, which can be contacted in the longitudinal direction.
  • the electronics unit 46 has a printed circuit board arrangement 66 which is fixed on the same side of the first carrier plate 54.
  • the printed circuit board assembly 66 has a plurality of electronic components 68.
  • FIG. 9 further shows that heating elements 69 can be integrated in the preassembled unit, for example in the form of electrical resistance heating elements.
  • the memory cells 44 of the preassembled unit of FIG. 9 are connected to one another in series and / or in parallel.
  • electrical connection means may be arranged directly on the respective memory cells 44, in particular on their end faces facing the carrier plates 54, 56, 58.
  • corresponding electrical connection means may be provided on the carrier plates 54, 56, 58.
  • the main task of the carrier plates 54, 56, 58 is to mechanically fix the memory cells 44 in relation to each other to form a total of a preassembled unit that can be handled as a unit to be inserted into the housing 36 in substantially one step become.
  • the memory cells 44 are arranged in the cross-sectional direction, preferably spaced from one another, as shown in particular in FIG. This makes it possible to flow the energy storage cells 44 over the entire circumference with a gas in order to influence the energy storage cells 44 thermally (in particular to cool, but possibly also to heat).
  • the dimensions H, B are indeed to be selected as a function of the diameters Da, Db of the different types of memory cell 44a, 44b, wherein preferably still a certain clearance or a certain distance between the memory cells 44 in the cross-sectional direction is calculated.
  • FIG. 10 is a schematic illustration of each of the electronic units included in the individual components of the work kit 10 of the present invention. It can be seen that the electronic units shown each have interface units with, for example, at least five contacts. In Fig. 10, the contacts of all components are interconnected to simplify the illustration. In reality, however, the electronics unit 46 of an energy storage cell 16 is alternatively connected to the electronics unit of the charger 14 or to the electronics unit of the implement 12.
  • the charger 14 has a plus DC voltage connection 72 and a minus DC voltage connection 74.
  • a plus DC voltage connection 76 and a minus DC voltage connection 78 are provided on the electronics unit 46 of the energy storage cell 16. These terminals 76, 78 are realized as contacts 64 of the interface unit 30.
  • Another contact 80 of the interface unit 30 is an ID contact to which an identification identifier of the energy storage unit 16 can be transmitted.
  • the contact 80 may be formed as a simple contact for reading the identification code, or as a signal contact, in particular for bidirectional communication. With the option of a bidirectional transmission z.
  • any desired communication data can be exchanged between the energy storage unit 16 and the charger 14 or between the energy storage unit 16 and the implement 12 ,
  • the interface arrangement 30 has a contact 82 for a temperature signal (NTC signal).
  • NTC signal a temperature signal
  • a temperature of the energy storage unit 16 can be detected by a suitable (preferably internal) sensor and transmitted to the charger 14 or to the implement 12.
  • a suitable (preferably internal) sensor can be detected by a suitable (preferably internal) sensor and transmitted to the charger 14 or to the implement 12.
  • the contact 84 of the interface unit 30 is designed as a signal ground contact, that is, as a ground contact for the signal contacts 80, 82.
  • the contacts 84 and 74 can also be combined as a ground connection; In this case, four individual contacts in the interface unit 30 are sufficient.
  • the electronics unit 46 of the energy storage unit 16 preferably includes a charging electronics 86, a Motoran Kunststoffscnies 88, a protective circuit 90, a state of charge memory 92, which is associated with the charging electronics 86, a characteristic memory 94, which is the Motoran Kunststoffscnies 88 associated, and an identifier memory 96, in which a Memory unit identifier of the respective particular energy storage unit 16 is stored.
  • the charger 14 has an interface unit 97 for connection to the interface unit 30 of the energy storage unit 16 and includes a module 98 for temperature monitoring, a module 100 for charge management, a display 102, a fan 104 and optionally a heating element 106.
  • the electronics of the implement 12 include a housing interface 110 which is connectable to the interface unit 30 of the energy storage unit 16, a discharge electronics 112, an electric motor 114 for driving a tool of the implement 12, a fan 116, a heater 118 (optional). and a device identifier memory 120.
  • the energy storage unit 16 When the energy storage unit 16 is connected to the implement 12, the energy storage unit 16 first notifies the identifier (ID) from the identification memory 96. As a result, for example, a copy security can be realized. Furthermore, the energy storage unit 16 notifies the work implement 12 of the power data that can be realized with the energy storage unit 16. Alternatively, these are stored in the implement 12 as a function of the identifier from the identifier memory 96.
  • the electronics of the implement 12 can perform the control of the motor 114 adapted, in particular with regard to the power limit data. Furthermore, the working device 12, the current state of charge is transmitted from the state of charge memory 92, so that the implement 12 may affect the engine control in dependence on the still available energy. For example, it is conceivable to operate the engine with a lower power when the energy storage unit 16 is almost completely discharged.
  • the corresponding "unloading management" is preferably carried out by the discharge electronics 112 in the implement 12.
  • a motor drive circuit 88 present in the electronics unit 46, which is used to drive the motor 114.
  • a characteristic memory 94 in which different characteristic curves are used for operating the engine under different boundary conditions and / or with different implements.
  • a number of characteristic curves corresponding to different working devices 12 can be stored in the characteristic memory 94 and / or a number of characteristic curves as a function of different operating modes.
  • the protective circuit present in the electronics unit 46 contains components for limiting the current and / or voltage. These components can also be used by the Motoran Kunststoffscnies 88, so that you can save considerable component costs.
  • the protection circuit 90 and the motor drive circuit 88 can be integrated with each other.
  • the suppressor / motor drive circuit 88, 90 may also include the required power components to drive the motor.
  • the power current for driving the motor 114 is guided via the DC voltage contacts 76, 78.
  • Communication of the intelligence of the implement 12 and the electronics unit 46 may be via signals that are modulated onto the power circuit.
  • the actuators on the implement 12 only have to switch currents which amount to a maximum of 25%, ideally not more than 15% of the permissible peak current.
  • the temperature of the energy storage unit 16 can be determined via the circuit 98 (via the temperature contact 82).
  • the charge management 100 can thus be carried out depending on the temperature.
  • the charge management 100 can essentially consist of a temperature-dependent DC voltage supply which provides a regulated DC voltage.
  • the exact charging curves, etc. may be stored in the charging electronics 86 of the electronics unit 46, so that the actual charging "management" is carried out via the charging electronics 86 assigned to the energy storage unit 16 (if present there).
  • this management can also be contained alone in the charger 14, see reference numeral 86 '.
  • the electronics of the energy storage unit 16 is in the latter case, for example, only a monitoring electronics communicating parameters to the charger 14 (or to the implement 12).
  • a charge status display preferably takes place during charging via a charge status display (display elements 28) on the energy storage cell 16. Alternatively or additionally, the charge status display can also be carried out on the charger 14 (display 102).
  • the discharge electronics 112 of the implement 12 shuts off the implement 12 when the voltage reported by the energy storage unit 16 falls below a predetermined lower limit.
  • the three components of the work kit 10 can each have for professional use appropriate measures for thermal influence.
  • a heating element 69 which is fed from the energy storage cells 44 (or via the charger 14), can be integrated in the energy storage unit 16.
  • a fan 104 which can ensure cooling of the energy storage unit 16 (in particular in the case of rapid charges and / or at high ambient temperatures).
  • a thermal influence can also take place via the heating device 106 which is optionally present in the charger 14. This can, for example, heat the air which is blown by the fan 104 into the energy storage unit 16 in order to heat it.
  • a heater 118 may be provided in the implement 12, which may serve to heat the engine 114 (in cold weather conditions). However, if desired, the heater 118 may also be used to heat the energy storage unit 16 that is inserted into the implement 12.
  • a service device for energy storage units 16 is shown, which may be formed as a self-sufficient device.
  • the service device 121 may serve the The service unit 121 may be powered by an energy storage unit 16 or from a network. If necessary, it can also serve to read data into the energy storage unit 16, such as the memory unit identifier.
  • Fig. 11 shows in schematic form an implement 12 according to the present invention.
  • FIG. 1 While in FIG. 1 a working device 12 is shown in which the energy storage unit 16 is used essentially from the side (relative to a longitudinal axis of the working device 12 in the form of a hedge trimmer), the energy storage unit 16 in the working device 12 of FIG be used diagonally above.
  • the implement 12 of FIG. 11 has a first switch 124 associated with a front (upper) handle 122. Furthermore, the implement 12 has a second switch 128 associated with a rear handle 126.
  • an electric motor 114 is disposed, in an orientation transverse to the longitudinal axis of the implement 12, which is determined by the axis of a tool (cutter bar 132).
  • An output shaft of the engine 114 is connected to a transmission 130 (for example, a single-stage transmission) that can drive the cutter bar 132, for example, via an eccentric drive (not shown).
  • a transmission 130 for example, a single-stage transmission
  • an eccentric drive not shown
  • a protective shield 134 is also provided.
  • the energy storage unit 16 is, as I said, inserted obliquely from above into the housing 13, more specifically into a provided in the housing 13 receiving compartment 138.
  • the receptacle 138 is formed so that the energy storage unit 16 is at least 60% surrounded by the housing 13 , It can be seen that, therefore, when the energy storage unit 16 is inserted, substantially the first end face 20 can be seen on the outside, or an area adjacent to it, via which, for example, the display means 28 can be seen.
  • a housing opening 136 can be provided on the housing 13, via which the display means 28' arranged in the region of the bottom of the receiving compartment 138 can be seen.
  • a fan 140 is provided in the housing 13.
  • the fan 140 may be coupled to the output of the motor 114 and to the output of the transmission 130 for being driven thereby.
  • the air moved by the fan 140 is moved so that it is blown out via an air outlet 142, which is preferably directed away from a user.
  • the air outlet 142 is provided on the underside of the housing 13.
  • the fan 140 draws in air that enters the housing 13 from above the housing 13 and is guided past the motor 114 and / or the energy storage unit 16, as indicated by double arrows in FIG. 11.
  • a so-called winter flap 144 may be provided within the housing 13.
  • the winter flap 144 ensures in the position shown that the motor 114 and / or the energy storage unit 16 is flown through air.
  • the forced supply of outside air to the motor 114 or the energy storage unit 16 is limited or completely prevented. If it is not possible to decouple the fan from the drive, in this embodiment, outside air is directly blown out again without flowing past the motor 114 or the energy storage unit 16.
  • a further air inlet opening may be provided on the underside of the housing 13, as shown schematically at 145.
  • a thermal osch Ott 146 is provided which reduces or prevents heat exchange between the energy storage unit 16 and the electric motor 114. In this way, for example, overheating of the energy storage unit 16 due to the heating motor 114 can be avoided.
  • the motor 114 may also be skewed (e.g., parallel to the orientation of the receiving compartment 138).
  • the transmission 130 may include an angle gear adapted for this purpose.
  • Fig. 12 shows in schematic form a charger 14 in a cross-sectional view.
  • a fan 104 is arranged, which is operated in the illustrated embodiment so that outside air through the first air openings 32, through the energy storage unit 16 in the axial direction into an opening 105 of the housing 15 is sucked.
  • the air is blown out of the housing 15 via an unspecified opening, for example on the underside of the housing 15.
  • the fan 104 blows air into the energy storage unit.
  • a kind of "channel” is set up for this purpose, over which the air is guided.
  • the charge management circuit 100 is preferably not located within this channel and, thus, is not actively powered by air. However, an air exchange via an unspecified housing wall is not excluded. Further, in the housing 15, a heater 106 may be arranged, which heats the air. In this case, the heated air from the fan 104 would be injected into the energy storage unit 16 to heat the energy storage unit 16.
  • the housing 15 of the charger 14 may also be designed so that the air thus heated is not discharged through the first air openings 32 to the environment but is returned to the housing 15, so as to increase the efficiency.
  • the energy storage unit 16 is generally charged within a certain temperature band.
  • the memory cells 44 are lithium-based memory cells, damage to these cells can thereby be avoided. Because below a certain temperature (eg 0 0 C), a lithium cell can not be charged, as this would then precipitate on an electrode metallic lithium and the cell could be damaged.
  • the temperature of the energy storage unit 16 can be measured on the charger 14 either from the outside (via the temperature monitor 98).
  • a temperature sensor which transmits the current temperature to the charger 14 via the temperature contact 82, can likewise be integrated in the energy storage cell 44.
  • the charger 14 can also be used outdoors at very low ambient temperatures.
  • FIG. 13 shows the basic concept for combining individual memory cells 44 with a memory cell kit for the energy storage unit 16.
  • the number of memory cells 144 in a branch 148 is denoted by S below, the number of branches 148 by P.
  • Fig. 13 different energy storage unit 16 are shown, which are equipped differently.
  • the relatively large sized energy storage cell is configured as a type 8S3P cell, i. with eight memory cells 44 per branch 148 and three branches 148. This results in a total rated voltage of 28.8 V at the outer terminals of the energy storage unit 16 at an exemplary rated voltage of 3.6 V per single cell 44.
  • the individual memory cells are each of the type 44a with the slightly smaller diameter (see Fig. 6).
  • energy storage units 16 are 8S2P (with type 44b memory cells and 28.8 V external terminal voltage), 10S3P (with memory cells 44a and 36 V external terminal voltage) 8S4P (with 44a type memory cells and an external terminal voltage of 28.8V - according to the equipment shown in Fig. 7), and 8SIP (with memory cells of the type 44b and an external terminal voltage of 28.8V). While the first-mentioned energy storage unit types each have a length corresponding to two memory cells 44 (corresponding to energy storage unit 16 in FIG. 1 or in FIG 4), the latter type can be made shorter, with the length corresponding to a memory cell 44, as shown at 16a in FIG.
  • a nominal voltage for an electric motor 114 of a working device 12 is preferably 27 V.
  • the respective terminal voltage provided by the energy storage units 16 is transformed to the appropriate rated voltage for the motor 114, not necessarily using a transformer.
  • FIG. 13 also shows that the nodes between individual memory cells 44a of a branch are in each case electrically connected to nodes 152 of adjacent, parallel branches 148 lying parallel thereto, namely by means of a schematically indicated connection device 150.
  • Such a "single cell" parallel connection facilitates balancing, in particular during charging of the energy storage unit 16.
  • connection device 150 As a "safety cell connector", in particular as fuses. Although only one connection device 150 is shown in FIG. 13, it is understood that ideally a plurality of SI connection devices 150 are provided in order to switch in parallel all memory cells 44a in each cell.
  • Fig. 14 shows in schematic form a plan view of such a structure of connecting devices.
  • the memory unit 16 used by way of example is of the type 8S2P.
  • connection devices 150 are each formed by parallel connectors 162, which are designed as stamped parts and each have a fuse region 166. As soon as between two parallel single cells (for example, due to a defect of one of the cells 44) too much current should flow through the parallel connector 162, the fuse 166 melts and interrupts the parallel connection. In this way, it is possible to prevent the cells parallel to a defective cell from discharging in the short-circuit and also being damaged.
  • the connectors 150 may be formed as individual connectors in the form of parallel connectors 162.
  • FIG. 15 shows an alternative embodiment in which a connector 150 includes both the series connectors 161 and parallel connectors 162.
  • the connecting device 150 may in turn be formed as a stamped part.
  • the illustrated contours correspond to a punching line 164.
  • connection device 150 can be provided, at least in the fuse regions 166, with a jacket 168, for example in the form of plastic, which is sprayed around the fuse regions 166.
  • a jacket 168 for example in the form of plastic, which is sprayed around the fuse regions 166.
  • FIG. 16 shows, in schematic form, how an energy storage unit 16 having an electronics unit 46, which includes a protection circuit 90 and a motor drive circuit 88, may be used to drive the electric motor 114 of the work equipment 12.
  • the two switches 124, 128 are not disposed in a power train between the energy storage unit 16 and the motor 114 and therefore do not need to carry high power currents.
  • the power current is instead routed through at least two electrical lines that run exclusively between the energy storage unit 16 and the motor 114. It is understood that in this embodiment, if appropriate, further contacts should be present on the energy storage unit 16. Alternatively, however, it is also possible to modulate the signals of the switches 124, 128 onto the power-carrying lines between the energy storage unit 16 and the motor 114.
  • the switches 124, 128 can be dimensioned significantly smaller, since the currents carried over are substantially lower than the drive currents for the motor 114.
  • the currents can amount to a maximum of 15% of the permissible motor peak current.
  • switches in the present application can be designed both as a switch and as a potentiometer. Furthermore, the switches can be designed both electromechanically and electronically.
  • the motor 114 is preferably a brushless motor.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit (16) für ein elektrisch angetriebenes Arbeitsgerät (12), insbesondere für den Landschafts-, Forst- und Gartenbau, mit einem Gehäuse (36), das eine Längsachse aufweist, mit wenigstens einer Energiespeicherzelle (44), die innerhalb des Gehäuses (36) angeordnet ist, und mit einer an dem Gehäuse (36) festgelegten Schnittstelleneinheit (30), mittels der die Energiespeichereinheit (16) mit dem Arbeitsgerät (12) verbindbar ist. Dabei ist das Gehäuse (36) in Längsrichtung (18) in einen ersten Bereich (40) zur Aufnahme der Energiespeicherzelle(n) (44) und einen zweiten Bereich (42) zur Aufnahme einer Elektronikeinheit (46) aufgeteilt.

Description

Energiespeichereinheit. Arbeitsgerät. Ladegerät und Arbeitskit für den Landschaftsbau
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichereinheit für ein elektrisch angetriebenes Arbeitsgerät, insbesondere für den Landschafts-, Forst- und Gartenbau (im Folgenden kurz "Landschaftsbau"), mit einem Gehäuse, das eine Längsachse aufweist, mit wenigstens einer Energiespeicherzelle, die innerhalb des Gehäuses angeordnet ist, und mit einer an dem Gehäuse festgelegten Schnittstelleneinheit, mittels der die Energiespeichereinheit mit dem Arbeitsgerät verbindbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner ein Ladegerät zum Laden einer aufladbaren Energiespeichereinheit, mit einem Ladegerätgehäuse, an dem eine Schnittstellenanordnung zur Ankopplung einer zu ladenden Energiespeichereinheit ausgebildet ist, und mit einer Gleichspannungsversorgungsanordnung, die eine Gleichspannung für eine Ladeelektronik bereitstellt und in dem Gehäuse angeordnet ist. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung ein elektrisch angetriebenes Arbeitsgerät, insbesondere für den Landschaftsbau, mit einem Gerätegehäuse, an dem eine Energiespeichereinheit anbringbar ist, und mit einem elektrischen Motor, der aus der Energiespeichereinheit mit Leistung versorgt werden kann.
Schließlich betrifft die vorliegende Erfindung ein Arbeitskit für den Landschaftsbau, mit einem Arbeitsgerät, einem Ladegerät und wenigstens einer Energiespeichereinheit.
Auf dem Gebiet des Landschaftsbaus ist es bekannt, eine Vielzahl von Arbeitsgeräten zu nutzen, wie Heckenscheren, Freischneider, Kettensägen, Vertikutierer etc.
Es ist bekannt, solche Arbeitsgeräte entweder mittels eines Verbrennungsmotors oder elektrisch anzutreiben. Im professionellen Einsatz ist bislang die Anwendung von Arbeitsgeräten mit Verbrennungsmotoren bevorzugt.
Elektrisch angetriebene Arbeitsgeräte für den Landschaftsbau sind entweder netzgespeist; in diesem Fall ist das Arbeitsgerät ständig mit einem elektrischen Kabel mit einer Netzspannung verbunden, was den Einsatzbereich erheblich einschränkt. Andere elektrisch angetriebene Arbeitsgeräte für den Landschaftsbau werden aus einer aufladbaren Energiespeichereinheit gespeist.
Während solche Geräte für geringe Leistungen im privaten Bereich durchaus nutzbringend sein können, ist die Anwendung im professionellen Einsatz bislang nicht erfolgt.
Dies liegt zum einen an der vergleichsweise geringen Leistungsdichte herkömmlicher Speicherzellen (beispielsweise Nickel-Cadmium-Zellen). Akkumulatoren auf Lithium- Basis sind zwar bereits bekannt; diese Akkumulatoren sind jedoch für den Einsatz im Landschaftsbau nur bedingt geeignet. Denn Akkumulatoren auf Lithium-Basis sind nur innerhalb vergleichsweise enger Temperaturgrenzen verwendbar (d.h. entladbar bzw. ladbar).
Ferner leiden bekannte Arbeitsgeräte, die aus einem aufladbaren Energiespeicher angetrieben werden, an einer vergleichsweise schlechten Ergonomie. Dies äußerst sich beispielsweise in Störkonturen, wenn der Akkumulator außen an dem Gehäuse des Arbeitsgerätes angebracht ist. Ferner passt häufig zu einem Arbeitsgerät nur ein ganz bestimmter Energiespeichertyp.
Vor dem obigen Hintergrund ist es die Aufgabe der Erfindung, eine verbesserte Energiespeichereinheit, ein verbessertes Ladegerät, ein verbessertes Arbeitsgerät und ein verbessertes Arbeitskit für den Landschaftsbau anzugeben.
Diese Aufgabe wird bei der eingangs genannten Energiespeichereinheit dadurch gelöst, dass das Gehäuse in Längsrichtung in einen ersten Bereich zur Aufnahme der Energiespeicherzelle(n) und einen zweiten Bereich zur Aufnahme einer Elektronikeinheit aufgeteilt ist.
Die Unterteilung des Gehäuses in unterschiedliche Bereiche in Längsrichtung ermöglicht es, das Zusammenspiel zwischen Energiespeichereinheit, Ladegerät und Arbeitsgerät für den professionellen Einsatz auszugestalten.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn in dem Gehäuse eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen aufgenommen ist.
Hierdurch kann eine relativ hohe Energiekapazität der Energiespeichereinheit erzielt werden, beispielsweise mittels einer Mehrzahl von Standardzellen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist das Gehäuse zur Aufnahme von wenigstens zwei unterschiedlichen Zellentypen von Energiespeicherzellen ausgelegt. Anders ausgedrückt, kann das Gehäuse der Energiespeichereinheit so ausgebildet sein, dass eine Bestückung mit unterschiedlichen Zellentypen und/oder einer unterschiedlichen Anzahl von Zellen möglich ist.
Dies ermöglicht, von der Leistung her unterschiedliche Energiespeichereinheiten mit dem gleichen Gehäuse zu realisieren. Demzufolge kann ein Arbeitsgerät mit Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Leistung betrieben werden. Anders herum kann so ein Arbeitskit eingerichtet werden, bei dem Energiespeichereinheiten mit jeweils dem gleichen Gehäuse beliebig in unterschiedliche Arbeitsgeräte eingesetzt werden können. Insbesondere für den professionellen Einsatz entfällt daher der logistische Aufwand, bestimmte Energiespeichereinheiten immer bestimmten Arbeitsgeräten zuzuordnen.
Auch auf Seiten des Ladegerätes ist es möglich, die Ergonomie zu verbessern. Insbesondere kann das Ladegerät für Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Leistung (jedoch gleichen Gehäuses) ausgebildet sein.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist ein erster Zellentyp eine bestimmte Länge und einen ersten Durchmesser auf, und ein zweiter Zellentyp weist die bestimmte - gleiche - Länge und einen zweiten Durchmesser auf, der größer ist als der erste Durchmesser.
Der erste Zellentyp kann beispielsweise eine Zelle vom Typ 18650 sein, mit einer Länge von ca. 65 mm und einem Durchmesser von ca. 18 mm.
Der zweite Zellentyp kann beispielsweise eine Zelle vom Typ 26650 sein, mit der gleichen Länge und einem Durchmesser von ca. 26 mm.
Der zweite Zellentyp hat - bei ansonsten gleichen Parametern - eine höhere Energiekapazität. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist der Bereich zur Aufnahme der Energiespeicherzelle im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet.
Bei dieser Ausführungsform kann die Energiespeichereinheit insgesamt etwa quaderförmig ausgebildet sein, wobei die Energiespeicherzellen vorzugsweise in Längsrichtung in dem Gehäuse aufgenommen sind.
Bei der vorgeschlagenen Rechteckform ist es zudem möglich, unterschiedliche Energiespeichergrößen dadurch vorzusehen, dass man Gehäuse mit gleichem Rechteckquerschnitt, jedoch unterschiedlicher Länge bereitstellt. Obgleich oben erwähnt wurde, dass es bevorzugt ist, nur einen einzigen Gehäusetyp zu verwenden, kann durch die Verwendung eines einheitlichen Querschnitts im Wesentlichen der gleiche Vorteil erzielt werden. Denn bei gleichem Rechteckquerschnitt können unterschiedlich lange Energiespeichereinheiten in die Arbeitsgeräte eingesetzt werden. Voraussetzung ist, dass die Schnittstelleneinheit bei allen Gehäusetypen identisch ausgebildet und angeordnet ist, insbesondere im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses.
Von besonderem Vorzug ist es, wenn die Breite der Rechteckform einem Mehrfachen eines Durchmessers einer Energiespeicherzelle entspricht.
Bei dieser Ausführungsform kann der in dem Gehäuse der Energiespeichereinheit zur Verfügung stehende Bauraum optimal ausgenutzt werden. Da es besonders bevorzugt ist, wenn die in dem Gehäuse aufgenommenen Energiespeicherzellen in Querrichtung etwas voneinander beabstandet sind, versteht sich, dass die oben genannte Bemaßung der Breite der Rechteckform dieses "Spiel" berücksichtigt. Bei n nebeneinander angeordneten Energiespeicherzellen ist folglich die Innenabmessung des Gehäuses in der Breite so zu wählen, dass wenigstens der n-1 -fache Abstand dazwischen berücksichtigt wird. Generell ist es zwar auch denkbar, die Energiespeicherzellen in Querrichtung unmittelbar benachbart zueinander anzuordnen. In diesem Fall ist das Innenmaß des Gehäuses in Richtung der Breite vorzugsweise identisch einem Mehrfachen des Durchmessers der einzelnen Zelle.
Die folgenden Angaben von Abmessungen bzw. Relationen von Abmessungen vom Gehäuse zu Abmessungen von Energiespeicherzellen sollen daher sowohl die eine als auch die andere Möglichkeit beinhalten, also die Möglichkeit, die Energiespeicherzellen in dem Gehäuse sowohl mit als auch ohne Abstand anzuordnen.
So ist es von besonderem Vorteil, wenn die Breite der Rechteckform einem Mehrfachen des ersten Durchmessers entspricht, also einem Mehrfachen des Durchmessers der dünneren Zelle vom ersten Typ.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform entspricht die Höhe der Rechteckform einem Mehrfachen des zweiten Durchmessers.
Bei den genannten Dimensionierungsvorschriften der Abmessungen von Höhe bzw. Breite der Rechteckform lassen sich in idealer Weise unterschiedliche Kombinationen von Energiespeicherzellen bei minimal möglichem Außenvolumen des Gehäuses unterbringen.
So ist es beispielsweise bevorzugt, wenn die Breite der Rechteckform dem dreifachen Durchmesser der dünneren Zelle entspricht, und wenn die Höhe der Rechteckform dem vierfachen Durchmesser des dickeren Zellentyps entspricht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Schnittstelleneinheit im Bereich einer Stirnseite des Gehäuses angeordnet, die quer zu der Längsrichtung ausgerichtet ist. Hierbei ist es zum einen konstruktiv vergleichsweise einfach, unterschiedliche Gehäusetypen bereitzustellen, die hinsichtlich der Breite und der Höhe konstant sind, jedoch unterschiedliche Längen L besitzen. Weiterhin ermöglicht eine solche Anordnung der Schnittstelleneinheit an dem Gehäuse der Energiespeichereinheit, dass an dem Arbeitsgerät ein Aufnahmefach vorgesehen werden kann, das die Energiespeichereinheiten zumindest überwiegend umschließt und an dessen Boden eine entsprechende Schnittstellenanordnung vorgesehen ist.
Es ist ferner bevorzugt, wenn ein elektrischer Kontaktabschnitt der Schnittstelleneinheit an einer Trägerplatte festgelegt ist, die quer zu der Längsrichtung ausgerichtet ist.
Auf diese Weise kann der elektrische Kontaktabschnitt sicher in dem Gehäuse festgelegt werden. Vorzugsweise ist die Trägerplatte eine Trennplatte zwischen dem ersten und dem zweiten Bereich.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Energiespeichereinheit wenigstens zwei Trägerplatten auf, an denen die wenigstens eine Energiespeicherzelle und die Elektronikeinheit festgelegt sind und die quer zu der Längsrichtung ausgerichtet sind.
Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, die Trägerplatten, die Energiespeicherzelle (n) und die Elektronikeinheit als eine vormontierte Einheit bereitzustellen, die bei der Endmontage in das Gehäuse eingesetzt wird.
So ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gehäuse der Energiespeichereinheit ein Topfteil mit einem generell geschlossenen Boden und einer dem Boden in Längsrichtung gegenüberliegenden Öffnung sowie ein Deckelteil aufweist, dass die Öffnung des Topfteiles verschließt. Bei dieser Ausführungsform kann eine vormontierte Einheit aus Trägerplatten, Energiespeicherzelle(n) und Elektronikeinheit auf einfache Weise über die Öffnung in das Topfteil eingeführt werden, wobei das Deckelteil anschließend auf einen Rand der Öffnung des Topfteiles aufgerastet oder thermisch verschweißt werden kann. Auch ein Verkleben ist denkbar, um eine dauerhafte Verbindung zu gewährleisten.
Die Schnittstelleneinheit ist dabei vorzugsweise im Bereich des Bodens des Topfteiles angeordnet, kann jedoch alternativ auch im Bereich des Deckelteils angeordnet sein.
Auch ist es bevorzugt, wenn an dem Gehäuse der Energiespeichereinheit wenigstens zwei Luftöffnungen zum Einführen bzw. Abführen von Luft ausgebildet sind, wobei wenigstens eine erste Luftöffnung im Bereich eines ersten Längsendes des Gehäuses und wenigstens eine zweite Luftöffnung im Bereich eines zweiten Längsendes des Gehäuses ausgebildet sind.
Dies ermöglicht, die in dem Gehäuse angeordnete Energiespeicherzelle(n) mit Luft zu beströmen, um die Energiespeicherzelle thermisch zu beeinflussen. Beispielsweise kann ein solcher Luftstrom über das Ladegerät oder das Arbeitsgerät bereitgestellt werden und dazu dienen, die Energiespeicherzelle (n) zu kühlen (im Sommer) oder sogar zu erwärmen (im Winter).
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Luft in dem Gehäuse von der einen zu der anderen Luftöffnung so geführt wird, so dass nicht nur die Energiespeicherzelle sondern auch die Elektronikeinheit von der Luft beströmbar ist.
Bei dieser Ausführungsform kann auch die Elektronikeinheit innerhalb des Gehäuses der Energiespeichereinheit thermisch beeinflusst werden.
Obgleich vorliegend der Begriff "Luft" gewählt wurde, versteht sich, dass ein beliebiges Gas in das Gehäuse eingeleitet werden kann, wobei das Gas auch erwärmt wor- den sein kann. Zum Kühlen kann es auch hinreichend sein, Gas mit Umgebungstemperatur (Umgebungsluft) in das Gehäuse der Energiespeichereinheit einzuführen.
Eine weitere vorteilhafte Ausfuhrungsform sieht vor, dass die Elektronikeinheit einen Speicher aufweist, in dem eine Speichereinheitskennung der Energiespeichereinheit abgespeichert ist, wobei die Speichereinheitskennung von einem Arbeitsgerät und/ oder einem Ladegerät und/oder einem Servicegerät auslesbar und/oder einlesbar ist.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass jede Energiespeichereinheit von dem jeweiligen Arbeitsgerät bzw. Ladegerät identifizierbar ist. Da, wie gesagt, Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Kapazität und Bestückung mit beliebigen Arbeitsgeräten kombinierbar sein sollen, ermöglicht diese Identifikation, dass das Arbeitsgerät und/oder das Ladegerät sich in optimaler Weise auf den speziellen Typ von Energiespeichereinheit abstimmen lassen bzw. von selber abstimmen. Eine mechanische Kodierung ist nicht erforderlich.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit eine Ladeelektronik aufweist, mittels der ein Ladevorgang der wenigstens einen Energiespeicherzelle steuerbar ist.
Da für jeden Typ von Energiespeichereinheit das gleiche Ladegerät verwendbar sein soll, ist es möglich, eine universelle Ladeelektronik in dem Ladegerät unterzubringen. Dieses Konzept stößt jedoch insbesondere dann an Grenzen, wenn im Laufe der Zeit neue Typen von Energiespeichereinheiten hinzukommen, auf die das Ladegerät noch nicht abgestimmt ist.
Das Konzept, eine Ladeelektronik in der Energiespeichereinheit selber vorzusehen, ermöglicht es, das Ladegerät ohne besondere "Intelligenz" auszubilden. Die Elektronik zur gezielten und sicheren Aufladung der jeweiligen Energiespeicherzelle befindet sich in unmittelbarer Zuordnung hierzu in der Energiespeicherzelle, so dass es im einfachsten Fall hinreichend sein kann, wenn das Ladegerät im Wesentlichen eine Gleichspannung bereitstellt. Diese Ausführungsform wird auch unabhängig von der Aufteilung des Gehäuses in einen ersten und einen zweiten Bereich als eigene Erfindung angesehen.
Daher ist es besonders vorteilhaft, wenn die Ladeelektronik dazu ausgelegt ist, den Ladevorgang selbsttätig zu steuern und die erforderliche Ladeleistung über eine von dem Ladegerät erzeugte Gleichspannung zu erhalten.
Die Anpassung hinsichtlich der erforderlichen Stromstärke, der letztendlich an die Energiespeicherzellen angelegten Spannung (Ladeschlussspannung) und weiterer Parameter wird hingegen vorzugsweise von der Ladeelektronik innerhalb der Energiespeicherzelle eingestellt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Elektronikeinheit der Energiespeicherzelle eine Ansteuerschaltung zum Ansteuern eines elektrischen Motors des Arbeitsgerätes auf.
Die Ansteuerschaltung in der Energiespeichereinheit ermöglicht, das Arbeitsgerät jeweils in optimaler Weise angepasst an den jeweiligen Energiespeichereinheitstyp zu betreiben.
Es versteht sich dabei, dass die Ansteuerschaltung in der Energiespeichereinheit in der Regel keine Leistungsbauteile wie Thyristoren etc. beinhaltet, jedoch die erforderliche Intelligenz, um ein optimales Zusammenspiel von Energiespeicherzelle und Arbeitsgerät zu realisieren. Alternativ sind in der Energiespeichereinheit auch die Leistungsbauteile untergebracht.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn die Elektronikeinheit elektronische Bauteile aufweist, die sowohl von einer Schutzbeschaltung als auch von der Ansteuerschaltung genutzt werden. Jede Energiespeichereinheit weist in der Regel eine so genannte Schutzbeschaltung auf, die die Energiespeicherzelle beispielsweise bei Betrieb außerhalb des zulässigen Temperaturbereiches und/oder außerhalb zulässiger elektrischer Größenbereiche abschaltet.
Daher ist es vorteilhaft, wenn bestimmte Komponenten, die sowohl bei einer Schutzbeschaltung als auch bei einer Ansteuerschaltung notwendig sind, von den beiden Schaltungen gemeinschaftlich genutzt werden.
Vorteilhaft ist es ferner, wenn die Elektronikeinheit einen Speicher zur Speicherung unterschiedlicher Kennlinien zum Betrieb verschiedener Arbeitsgeräte und/oder verschiedener Betriebsarten und/oder einen Empfangsabschnitt zum Empfang einer Gerätekennung aufweist, wobei die Ansteuerschaltung in Abhängigkeit von einer empfangenen Gerätekennung und/oder in Abhängigkeit von einer gewählten Betriebsart eine der gespeicherten Kennlinien zum Ansteuern des elektrischen Motors auswählt.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn die Elektronikeinheit einen Speicher zur Speicherung des aktuellen Ladezustandes der wenigstens einen Energiespeicherzelle aufweist, wobei die Ansteuerschaltung den elektrischen Motor in Abhängigkeit von dem Ladezustand ansteuert.
Beispielsweise kann der elektrische Motor dann, wenn die Energiespeichereinheit nahezu vollständig entladen ist, nur noch mit einer geringeren Leistung betrieben werden, um so die zur Verfügung stehende Arbeitszeit auszudehnen. Ferner kann hierdurch einem Benutzer angezeigt werden, dass demnächst ein Austausch der Energiespeichereinheit erforderlich ist.
Ebenso ist es vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen aufweist, die auf wenigstens zwei parallele Zweige aufgeteilt sind, wobei jeder Zweig wenigstens zwei Energiespeicherzellen in Serie aufweist. Durch die Parallelschaltung von Energiespeicherzellen ist eine Skalierung der Energiekapazität der Energiespeichereinheit relativ einfach möglich.
Im Idealfall wird am Ausgang der Energiespeichereinheit unabhängig vom Typ immer die gleiche Ausgangsspannung bereitgestellt.
Es ist jedoch auch denkbar, die Anzahl der in Serie in einem Parallelzweig verbauten Bauteile variabel auszugestalten. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Typen von Energiespeichereinheiten unterschiedliche Ausgangsspannungen bereitstellen. Die zum Betrieb derartiger unterschiedlicher Energiespeichereinheiten mit ein und dem gleichen Arbeitsgerät erforderlichen Anpassungen können auf vergleichsweise einfache Weise realisiert werden. Denn das Arbeitsgerät erhält die Speichereinheitsken- nung, und/oder umgekehrt erhält die Energiespeichereinheit eine Gerätekennung, so dass die erforderlichen Anpassungen durch die energiespeichereinheitsseitig und/ oder arbeitsgeräteseitig implementierte "Intelligenz" vorgenommen werden können.
Dabei ist es von Vorteil, wenn zwischen zwei Energiespeicherzellen eines Zweiges jeweils ein Knoten angeordnet ist, wobei zumindest ein Knoten eines Zweiges mit einem entsprechenden Knoten eines benachbarten parallelen Zweiges über eine elektrische Verbindungseinrichtung miteinander verbunden ist.
Dies ermöglicht, dass sich unterschiedliche Ladezustände von parallelen Energiespeicherzellen ausgleichen können, so dass übermäßig hohe Belastungen einzelner Zellen vermieden werden.
Insbesondere dient dies zur Balancierung während des Ladens der Energiespeichereinheit.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Verbindungseinrichtung einen Schmelzsicherungsabschnitt aufweist. Bei dieser Ausführungsform kann die Verbindung von parallelen Zweigen dann aufgetrennt werden, wenn hierüber übermäßig große Ströme fließen. Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn eine von mehreren parallelen Fällen einen Defekt in Form eines Kurzschlusses aufweist. Um zu vermeiden, dass sich die hierzu parallelen Zellen über die kurzgeschlossene Zelle entladen, ist die Verbindungseinrichtung als Schmelzsicherungsabschnitt ausgebildet. Der Schmelzsicherungsabschnitt schmilzt bei zu hohen Strömen und trennt damit die Parallelverbindung.
Dies führt zwar dazu, dass die parallelen Zweige nicht mehr vollkommen symmetrisch arbeiten. Andererseits kann hierdurch der Betrieb der Energiespeichereinheit auch bei Defekt einer einzelnen Zelle aufrechterhalten werden.
Diese Ausführungsform wird auch unabhängig von der Aufteilung des Gehäuses in einen ersten und einen zweiten Bereich als eigene Erfindung angesehen.
Es versteht sich, dass ein solcher Fehlerzustand durch geeignete Mittel angezeigt werden kann, um die betroffene Energiespeichereinheit bei Gelegenheit auszutauschen (oder zu reparieren).
Generell dient ein solcher Schmelzsicherungsabschnitt dazu, den Stromfluss zwischen den parallelen Zellen auf geringe bzw. sicherheitsunkritische Ströme zu begrenzen.
Dabei ist es von besonderem Vorteil, wenn der Schmelzsicherungsabschnitt als vorgefertigtes Stanz- und/oder Biegeteil aus einem metallisch leitenden Blechmaterial ausgebildet ist.
Bei dieser Ausführungsform kann der Schmelzsicherungsabschnitt kostengünstig bereitgestellt werden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Stanz- und/oder Biegeteil dazu ausgebildet, wenigstens zwei längliche Energiespeicherzellen an ihren Stirnseiten miteinander zu verbinden.
Bei dieser Ausführungsform kann der Schmelzsicherungsabschnitt unmittelbar zwischen den Zellen angeordnet werden, so dass aufwändige Verdrahtungen nicht notwendig sind.
Ferner kann der als Stanz- und/oder Biegeteil ausgebildete Schmelzsicherungsabschnitt als Teil einer solchen Verbindungseinrichtung ausgebildet werden, die beispielsweise zwei Zellen mittels eines normalen Verbindungsabschnittes in serieller Richtung miteinander verbindet und über einen einstückig hiermit ausgebildeten Schmelzsicherungsabschnitt eine Verbindung zu dem parallelen Zweig realisiert.
Dabei ist es auch möglich, den Schmelzsicherungsabschnitt zumindest lokal mit einem Schutzmaterial zu umgeben, beispielsweise mit Kunststoff zu umspritzen.
Auf diese Weise kann das Stanz- und/oder Biegebauteil geschützt werden, bis es sicher und ungefährdet gegenüber äußeren mechanischen Einflüssen an den Energiespeicherzellen festgelegt ist (durch Löten, Schweißen oder Ähnliches).
Insgesamt ist es ferner vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit ein elektrisches Heizelement aufweist.
Das Heizelement kann beispielsweise ein elektrisches Widerstandselement sein oder Ähnliches, das unmittelbar in das Gehäuse integriert ist, beispielsweise benachbart zu der Energiespeicherzelle bzw. den Energiespeicherzellen.
Durch das Heizelement ist es möglich, die Energiespeichereinheit auch bei ungünstigen Einsatzbedingungen (im Winter) innerhalb zulässiger Temperaturbetriebsbereiche zu halten. Demzufolge kann der Einsatz solcherart betriebener Arbeitsgeräte auch auf ungünstige Witterungsverhältnisse ausgedehnt werden, was für den professionellen Einsatz vorteilhaft ist.
Besonders bevorzugt ist es dabei, wenn das Heizelement - nach Bedarf - mit elektrischem Strom aus der Energiespeicherzelle versorgbar ist.
Demzufolge kann das Heizelement auch während des Betriebs der Energiespeichereinheit und/oder beim Laden der Energiespeichereinheit aktiviert werden.
Im letzteren Fall ist es jedoch bevorzugt, wenn das Heizelement mit elektrischem Strom aus dem Ladegerät versorgbar ist, das an die Schnittstelleneinheit angeschlossen ist.
Es versteht sich, dass die Betriebsdauer der Energiespeichereinheit sich bei eingeschaltetem Heizelement verringert bzw. die Ladezeit verlängert. Dies kann jedoch auf vergleichsweise einfache Weise durch eine größere Anzahl von austauschbaren Energiespeichereinheiten kompensiert werden.
Bei dem gattungsgemäßen Ladegerät, wie es eingangs genannt wurde, ist es erfindungsgemäß zur Lösung der eingangs gestellten Aufgabe vorgesehen, dass die Gleichspannung an der Schnittstellenanordnung bereitgestellt ist.
Mit anderen Worten stellt das Ladegerät an der Schnittstellenanordnung zur Ankopp- lung einer Energiespeichereinheit lediglich eine Gleichspannung bereit, die vorzugsweise auf einen konstanten Wert geregelt ist.
Die Einstellung des Ladestromes und anderer elektrischer Parameter erfolgt jedoch vorzugsweise über eine Ladeelektronik, die in der Energiespeichereinheit vorgesehen ist. Hier bei kann das Ladegerät ohne oder mit wenig "Intelligenz" ausgebildet werden. Ferner kann die thermische Belastung von Elektronikkomponenten innerhalb des Ladegerätes verringert werden, so dass eine Kühlung dieser Komponenten gegebenenfalls nicht erforderlich ist.
So ist es von besonderem Vorteil, wenn in dem Gehäuse keine Ladeelektronik angeordnet ist.
Ferner ist es bevorzugt, wenn in dem Gehäuse des Ladegerätes ein Lüfter angeordnet ist und wenn die Schnittstellenanordnung des Ladegerätes eine Luftöffnung aufweist, über die Luft mit der Energiespeichereinheit ausgetauscht werden kann.
Durch den Lüfter kann Luft zwangsweise in die Energiespeichereinheit eingeführt werden oder aus der Energiespeichereinheit gezogen werden. Jedenfalls kann das Innere der Energiespeichereinheit während des Ladens mittels des Lüfters thermisch beeinflusst werden.
Vorteilhaft ist hierbei ferner, wenn der Lüfter über einen Kanal mit der Luftöffnung verbunden ist und wenn die Gleichspannungsversorgungsanordnung außerhalb des Kanals angeordnet ist.
Hierdurch ergibt sich insbesondere ein kompakter Aufbau, und eine effiziente thermische Beeinflussung der Energiespeichereinheit ist möglich.
Da die Gleichspannungsversorgungsanordnung vorteilhafterweise "nur" eine geregelte Gleichspannung bereitstellt, ist eine aufwändige thermische Beeinflussung der Gleichspannungsversorgungsanordnung in der Regel nicht notwendig.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist in dem Gehäuse eine Heizeinrichtung angeordnet. Die Heizeinrichtung kann, beispielsweise bei kalten Umgebungsbedingungen, verwendet werden, um Luft zu erwärmen, die in die Energiespeichereinheit eingeblasen wird (beispielsweise mittels des Lüfters).
Die Heizeinrichtung kann zusätzlich oder alternativ auch dazu ausgebildet sein, die Energiespeichereinheit durch Strahlung oder durch Wärmeleitung zu erwärmen.
Bei dem erfindungsgemäßen elektrisch angetriebenen Arbeitsgerät ist es von besonderem Vorteil, wenn an dem Gerätegehäuse ein Aufnahmefach zur Aufnahme einer Energiespeichereinheit vorgesehen ist.
Während es herkömmlicherweise üblich ist, austauschbare Energiespeichereinheiten außen an einem Gehäuse anzubringen, beispielsweise rastend, ermöglicht die erfindungsgemäße Ausbildung eines Aufnahmefaches an dem Gerätegehäuse, Störkonturen weitgehend zu vermeiden.
Ferner ist die Energiespeichereinheit innerhalb des Aufnahmefaches besser geschützt und kann zudem leichter thermisch beeinflusst werden, insbesondere für den Betrieb in rauen Arbeitsumgebungen.
Von besonderem Vorteil ist es, wenn das Aufnahmefach so an die Energiespeichereinheit angepasst ist, dass wenigstens 30 %, insbesondere wenigstens 50 % und besonders bevorzugt 60 % der Oberfläche einer in das Fach eingesetzten Energiespeichereinheit von dem Aufnahmefach abgedeckt sind.
Besonders bevorzugt ist es, wenn die Energiespeichereinheit vollständig in ein Aufnahmefach eingesetzt ist, so dass lediglich eine Stirnseite hiervon nach außen hin sichtbar ist. Ferner ist es vorteilhaft, wenn eine Gehäuseschnittstellenanordnung zur Verbindung mit einer Schnittstelleneinheit der Energiespeichereinheit am Boden des Aufnahmefachs angeordnet ist.
Wie bereits oben erläutert, ermöglicht eine solche Ausbildung, dass Energiespeichereinheiten unterschiedlicher Länge (in Längsrichtung der Energiespeichereinheit bzw. des Aufnahmefachs gesehen) mit dem gleichen Arbeitsgerät verbindbar sind.
Generell ist es ferner vorteilhaft, wenn an der Energiespeichereinheit Anzeigemittel vorgesehen sind, um den jeweiligen Betriebszustand anzuzeigen (Ladezustand).
Dabei können die Anzeigemittel im Bereich der Stirnseite vorgesehen sein, die bei eingesetzter Energiespeichereinheit außen an dem Gehäuse des Arbeitsgerätes sichtbar verbleibt. Alternativ ist es auch möglich, die Anzeigemittel an der dem Boden des Aufnahmefaches zugewandten Stirnseite bzw. im Bereich hiervon anzuordnen.
In diesem Fall ist es bevorzugt, wenn das Gerätegehäuse im Bereich des Bodens des Aufnahmefaches eine Öffnung aufweist, durch die hindurch eine solche an der Energiespeichereinheit angeordnete Anzeigeeinrichtung von außerhalb des Gerätegehäuses erkennbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Arbeitsgerät eine Entladeelektronik auf, die über die Gehäuseschnittstellenanordnung mit einer Elektronikeinheit der Energiespeichereinheit verbindbar ist, wobei die Entladeelektronik über die Elektronikeinheit mit einer Gleichspannung aus der Energiespeichereinheit versorgt wird.
Dies ermöglicht, die aus der Energiespeichereinheit von dem Arbeitsgerät entnommene Leistung in Abhängigkeit von am Arbeitsgerät vorhandenen Bedingungen einzustellen. Beispielsweise kann bei einer aufgrund eines zu dicken Astes klemmenden Heckenschere eine zu hohe Stromaufnahme durch die Entladeelektronik begrenzt werden.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausführungsform ist an den Motor ein Lüfter angeschlossen.
Dies führt dazu, dass bei Betrieb des Motors der Lüfter generell mitbetrieben wird. Es ist natürlich möglich, zwischen dem Motor und dem Lüfter eine Kupplung vorzusehen, falls dies gewünscht ist.
Der Lüfter kann insbesondere dazu dienen, den elektrischen Motor und/oder die diesen Motor ansteuernde Leistungselektronik in dem Arbeitsgerät thermisch zu beeinflussen.
So ist es von besonderem Vorteil, wenn das Gerätegehäuse so ausgebildet ist, dass ein von dem Lüfter erzeugter Luftstrom an dem Motor vorbeileitbar ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist an dem Gerätegehäuse eine Klappe ausgebildet, wobei der von dem Lüfter erzeugte Luftstrom in Abhängigkeit von der Stellung der Klappe zu dem Motor geleitet wird oder auch nicht.
Auf diese Weise kann beispielsweise ein Winterbetrieb eingerichtet werden, bei dem die Zufuhr von kalter Luft zu dem Motor nicht erwünscht ist.
Ferner versteht sich, dass der von dem Lüfter erzeugte Luftstrom auch dazu verwendet werden kann, die in das Arbeitsgerät eingesetzte Energiespeichereinheit thermisch zu beeinflussen.
Es ist ferner insgesamt vorteilhaft, wenn die Energiespeichereinheit und der Motor benachbart zueinander in dem Gerätegehäuse angeordnet sind, wobei dazwischen ein Thermoschott angeordnet ist. Auf diese Weise kann die wechselseitige thermische Beeinflussung des elektrischen Motors einerseits und einer in das Arbeitsgerät eingesetzten Energiespeichereinheit minimiert werden.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn das Gerätegehäuse so ausgebildet ist, dass ein von dem Lüfter erzeugter Luftstrom aus dem Gehäuse von der Bedienperson weg ausgeblasen wird.
Auf diese Weise kann eine Störung der Bedienperson durch ausgeblasene Luft vermieden werden.
Vorzugsweise wird die Luft an der Unterseite des Gehäuses ausgeblasen oder nach vorne, hin zu einem Werkzeug des Arbeitsgerätes.
Gemäß einer weiteren insgesamt bevorzugten Ausfuhrungsform weist das Arbeitsgerät eine Heizeinrichtung auf, die dazu ausgelegt ist, die Energiespeichereinheit und/oder den Motor zu beheizen.
Die Heizeinrichtung kann dazu ausgelegt sein, Luft zu erwärmen, die mittels des Lüfters zu dem Motor und/oder der Energiespeichereinheit geblasen wird.
Alternativ kann die Heizeinrichtung auch dazu ausgelegt sein, die Energiespeichereinheit und/oder den Motor durch Wärmeleitung oder -Strahlung thermisch zu beeinflussen.
Von besonderem Vorteil ist es dabei, wenn die Heizeinrichtung eine aus der Energiespeichereinheit gespeiste elektrische Heizeinrichtung ist.
Zu allen in den Unteransprüchen beanspruchten Ausführungsformen ist zu bemerken, dass diese jeweils eigene Erfindungen darstellen, auch ohne das Merkmal einer Unterteilung des Gehäuses der Energiespeichereinheit in einen ersten und einen zweiten Bereich.
Es versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Arbeitskits mit zwei unterschiedlichen Arbeitsgeräten, einem Ladegerät und zwei unterschiedlichen Typen von Energiespeichereinheiten gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 eine erste schematische perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 3 eine schematische perspektivische Ansicht der Energiespeichereinheit der Fig. 2 von der entgegengesetzten Seite;
Fig. 4 einen schematischen Längsschnitt durch eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 5 eine der Fig. 4 entsprechende Darstellung einer alternativen Ausführungs- form einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 6 zwei Querschnittsansichten einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit mit Darstellung der Bemessung der Höhe und Breite sowie mit unterschiedlichen Bestückungsvarianten; Fig. 7 eine der Fig. 6 entsprechende Darstellung mit einer weiteren Bestückungsvariante;
Fig. 8 eine schematische Längsschnittansicht durch ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 9 eine schematische perspektivische Darstellung einer Ausführungsform einer vormontierten Einheit aus Energiespeicherzellen, Trägerplatten und einer Elektronikeinheit zum Einsetzen in ein Gehäuse einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit;
Fig. 10 eine schematische Darstellung der in einer Energiespeichereinheit, in einem Arbeitsgerät bzw. in einem Ladegerät enthaltenen Elektronik zur Darstellung des "Zusammenspiels" dieser Elektroniken beim Betrieb des erfindungsgemäßen Arbeitskits;
Fig. 11 eine schematische Längsschnittansicht durch ein erfindungsgemäßes Arbeitsgerät;
Fig. 12 eine schematische Querschnittsansicht durch ein erfindungsgemäßes Ladegerät;
Fig. 13 eine schematische Darstellung, wie ein Gehäuse einer Energiespeichereinheit mit unterschiedlichen Anzahlen, Typen und Beschaltungen von Energiespeicherzellen bestückbar ist, um unterschiedliche Typen von Energiespeichereinheiten bereitzustellen;
Fig. 14 eine schematische Draufsicht in Längsrichtung auf Energiespeicherzellen in einem Gehäuse einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit mit einer bevorzugten elektrischen Verbindungseinrichtung; und Fig. 15 eine schematische Darstellung eines Stanzteils zur Realisierung einer Verbindungseinrichtung für die Speicherzellen einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit.
In Fig. 1 ist ein Arbeitskit für den Landschaftsbau generell mit 10 bezeichnet.
Das Arbeitskit 10 beinhaltet ein Arbeitsgerät 12, z.B. in Form einer Heckenschere, das ein Gehäuse 13 aufweist. Ferner weist das Arbeitskit 10 ein Ladegerät 14 auf. Das Ladegerät 14 weist ein Gehäuse 15 auf und dient dazu, jeweils eine Energiespeichereinheit 16 zu laden.
Das Arbeitskit 10 beinhaltet ferner eine Mehrzahl von Energiespeichere'inheiten 16 gleichen oder unterschiedlichen Typs.
In Fig. 1 sind beispielsweise zwei unterschiedliche Typen von Energiespeichereinheiten 16, 16a gezeigt. Die Energiespeichereinheiten 16, 16a weisen im Wesentlichen den gleichen Querschnitt auf, sind jedoch unterschiedlich lang. Beide Energiespeichereinheiten 16, 16a passen jedoch in das gleiche Ladegerät 14 und sind alternativ mit dem Arbeitsgerät 12 verwendbar, wie es in Fig. 1 schematisch angedeutet ist.
Das Arbeitskit 10 kann ferner weitere Arbeitsgeräte 12' umfassen, wie beispielsweise den dargestellten Vertikutierer, der ebenfalls mittels der Energiespeichereinheiten 16, 16a gleichen und unterschiedlichen Typs betreibbar ist.
Das Arbeitskit 10 ist für den professionellen Einsatz ausgebildet. Die Energiespeichereinheiten 16 weisen jeweils eine sehr hohe Energiedichte auf und sind insbesondere mit Akkumulatoren auf Lithium-Basis bestückt.
Da alle Typen von Energiespeichereinheiten 16, 16a in alle Arbeitsgeräte 12 bzw. Ladegeräte 14 passen, ergibt sich eine höchstmögliche Flexibilität. Aufwändige logistische Maßnahmen zur Zuordnung bestimmter Typen von Energiespeicher- einheiten zu bestimmten Arbeitsgeräten 12 und/oder Ladegeräten 14 sind nicht notwendig.
Ferner weist das Arbeitskit 10 noch näher zu beschreibende Mittel auf, um auch bei widrigen Umgebungsbedingungen verwendet zu werden, also beispielsweise im professionellen Einsatz im Winter oder bei sehr warmen Umgebungsbedingungen.
Fig. 2 und 3 zeigen in schematischer Form eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 16 von schräg vorne bzw. schräg hinten.
Die Energiespeichereinheit 16 weist in einer Längsrichtung 18 eine Länge L auf. An den in Längsrichtung entgegengesetzten Enden der Energiespeichereinheit 16 sind eine erste Stirnseite 20 bzw. eine zweite Stirnseite 22 vorgesehen. Eine von vier Seitenflächen ist in Fig. 2 der Vollständigkeit halber mit 24 dargestellt.
Die Energiespeichereinheit 16 ist generell quaderförmig ausgebildet, mit der genannten Länge L, einer Breite B und einer Höhe H.
Im Bereich der ersten Stirnseite 20 weist das Gehäuse der Energiespeichereinheit 16 bevorzugt ferner einen in Querrichtung vorstehenden, vorzugsweise umlaufenden Flansch 26 auf.
Anzeigeelemente zum Anzeigen eines Betriebszustandes (beispielsweise Ladezustand) sind ebenfalls an der ersten Stirnseite 20 vorgesehen und mit 28 bezeichnet.
Alternativ ist es möglich, solche Anzeigeelemente auch im Bereich der zweiten Stirnseite 22 vorzusehen (beispielsweise an einer Seitenfläche 24 benachbart zu der zweiten Stirnseite 22). Diese alternative Form von Anzeigeelementen ist in Fig. 3 mit 28' bezeichnet. Im Bereich der zweiten Stirnseite 22, bevorzugt unmittelbar an der zweiten Stirnseite 22, ist ferner eine Schnittstelleneinheit 30 vorgesehen. Die Schnittstelleneinheit 30 beinhaltet einen elektrischen Kontaktabschnitt, um die Energiespeichereinheit 16 mit einem Arbeitsgerät 12 und einem Ladegerät 14 elektrisch zu verbinden. Der elektrische Kontaktabschnitt der Schnittstelleneinheit 30 kann in an sich bekannter Weise durch eine Messerleiste oder Ähnliches gebildet sein. Der elektrische Kontaktabschnitt der Schnittstelleneinheit 30 ist dazu ausgebildet, entsprechende Schnittstellenkomponenten des Arbeitsgerätes 12 oder des Ladegerätes 14 zu kon taktieren, indem die Energiespeichereinheit 16 in Längsrichtung 18 auf die entsprechenden Schnittstellenkomponenten zu bewegt wird.
Die Schnittstelleneinheit 30 kann ferner eine mechanische Schnittstelle beinhalten, um die Energiespeichereinheit 16 an dem Arbeitsgerät 12 (oder dem Ladegerät 14) festzulegen. Derartige mechanische Schnittstellenmittel, wie beispielsweise Rastmittel, können jedoch auch im Bereich von einer der Seitenflächen 24 oder an dem Flansch 16 ausgebildet sein. Bevorzugt weist die mechanische Schnittstelle keine Typenkodierung auf und ist bei allen Energiespeichereinheiten 16, 16a identisch ausgebildet.
An dem Gehäuse 36 der Energiespeichereinheit 16 sind ferner erste Luftöffnungen 32 und zweite Luftöffnungen 34 ausgebildet. Die ersten Luftöffnungen 32 sind im Bereich der ersten Stirnseite 20 vorgesehen, im dargestellten Fall an einer Seitenfläche 24 benachbart zu der ersten Stirnseite 20. Die zweiten Luftöffnungen 34 sind im Bereich der zweiten Stirnseite 22 vorgesehen, im dargestellten Fall unmittelbar an der zweiten Stirnseite 22.
Mittels der ersten und der zweiten Luftöffnungen 32, 34 kann ein Luftstrom durch die Energiespeichereinheit 16 in Längsrichtung 18 eingerichtet werden, um in dem Gehäuse 36 befindliche Bauteile thermisch zu beeinflussen. Fig. 4 zeigt eine Ausführungsform einer Energiespeichereinheit 16 im schematischen Längsschnitt. Es ist zu erkennen, dass die Energiespeichereinheit 16 in Längsrichtung 18 in einen ersten Bereich 40 und einen zweiten Bereich 42 unterteilt ist. In dem ersten Bereich 40 ist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 44 aufgenommen. Die Energiespeicherzellen 44 sind dabei jeweils als Standardzellen ausgebildet (beispielsweise vom Typ 18650 bzw. vom Typ 26650). Die Energiespeicherzellen 44 sind in dem ersten Bereich 40 in Längsrichtung ausgerichtet angeordnet. Eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 44 kann in Querrichtung benachbart zueinander angeordnet sein. Ferner kann innerhalb des ersten Bereichs 40 eine Mehrzahl (im dargestellten Fall zwei) von Energiespeicherzellen 44 in Längsrichtung 18 hintereinander angeordnet sein.
Die Verschaltung der Energiespeicherzellen 44 untereinander wird nachstehend erläutert werden.
Der zweite Bereich 42 ist bei der Ausführungsform der Fig. 4 in zwei Einzelbereiche 42A, 42B unterteilt, die in Längsrichtung 18 an entgegengesetzten Enden des ersten Bereiches 40 angeordnet sind.
In dem zweiten Bereich 42 ist insbesondere eine Elektronikeinheit 46 aufgenommen. Ferner ist in dem zweiten Bereich 42 die Schnittstelleneinheit 30 vorgesehen. Bei Aufteilung des zweiten Bereiches 42 in zwei Einzelbereiche 42A, 42B kann die Elektronikeinheit 46 in dem einen Einzelbereich 42A angeordnet sein und die Schnittstelleneinheit 30 in dem anderen Einzelbereich 42B. In dem zweiten Einzelbereich 42B kann jedoch auch ein Teil der Elektronikeinheit 46 angeordnet sein, wie es schematisch durch die Aufteilung der Elektronikeinheit in Einzeleinheiten 46A, 46B angedeutet ist.
Fig. 5 zeigt eine alternative Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 16, bei der der zweite Bereich 42 als ein einheitlicher Bereich an einem axialen Ende des Gehäuses 36 ausgebildet ist. Sowohl die Elektronikeinheit 46 als auch die Schnittstelleneinheit 30 sind dabei bevorzugt in dem zweiten Bereich 42 angeordnet, und zwar im Bereich der zweiten Stirnseite 22.
Fig. 6 zeigt zwei schematische Querschnittsansichten einer erfindungsgemäßen Energiespeichereinheit 16. Die Energiespeichereinheit 16 ist im Querschnitt rechteck- förmig, mit einer Breite B und einer Höhe H. Die Energiespeichereinheit 16 ist dazu ausgelegt, entweder mit einem ersten Typ von Energiespeicherzellen 44a oder mit einem zweiten Typ von Energiespeicherzellen 44b bestückt zu werden. Die zweiten Energiespeicherzellen 44b haben einen größeren Durchmesser Db als der Durchmesser Da der ersten Energiespeicherzellen 44a.
Die Abmessungen B, H sind, um eine maximale Anzahl von Energiespeicherzellen beiden Typs in dem im Querschnitt rechteckförmigen Gehäuse 36 unterzubringen, folgendermaßen gewählt. Die Höhe H entspricht einem Mehrfachen des Durchmessers Db der zweiten Energiespeicherzellen 44b, im dargestellten Fall dem vierfachen Durchmesser Db. Andererseits entspricht die Breite B einem Mehrfachen des Durchmessers Da der ersten Energiespeicherzellen 44a, im vorliegenden Fall dem dreifachen Durchmesser Da.
Dies hat im gewählten Beispiel zur Folge, dass bei Bestückung mit den zweiten Energiespeicherzellen 44b in Richtung der Breite B etwas überschüssiges Spiel bzw. "Luft" vorhanden ist, wohingegen in Richtung der Höhe H bei Bestückung mit den ersten Energiespeicherzellen 44a etwas Spiel bzw. "Luft" vorhanden ist.
Insgesamt führt die Dimensionierung in der einen Richtung B in Abhängigkeit von dem Durchmesser des einen Energiespeicherzellentyps 44a und die Dimensionierung in der anderen Richtung H in Abhängigkeit von dem Durchmesser des anderen Ener- giespeicherzellentyps 44b jedoch dazu, dass ein guter Kompromiss für beide Bestückungsvarianten erzielbar ist. So lassen sich von dem zweiten Speicherzellentyp 44b im Querschnitt acht Stück aufnehmen, von dem ersten Speicherzellentyp 44a insgesamt fünfzehn Stück, bei jeweils matrixartiger Anordnung.
Wie es in Fig. 7 gezeigt ist, lassen sich von dem ersten Energiespeicherzellentyp 44a sogar sechzehn Stück unterbringen, in einer Anordnung 3 - 2 - 3 - 3 - 2 - 3. Bei dieser Variante kann es in Richtung der Breite B eine gewisse Überdeckung von benachbarten Speicherzellen 44a geben, wie es in Fig. 7 dargestellt ist.
Fig. 8 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform eines Gehäuses 36 für eine erfindungsgemäße Energiespeichereinheit 16.
Das Gehäuse 36 weist bei dieser Ausführungsform ein Topfteil 50 auf, das als Boden die zweite Stirnseite 22 beinhaltet sowie die vier Seitenflächen 24. Im Bereich der ersten Stirnseite 20 weist das Topfteil 50 eine Öffnung auf, die mittels eines Deckelteils 52 verschließbar ist, um ein abgeschlossenes Gehäuse 36 zu schaffen. Der Flansch 26 kann an dem Deckelteil 52 einstückig angeformt sein. Das Deckelteil 52 kann auf beliebige Art und Weise mit dem Topfteil verbunden sein, beispielsweise rastend, durch eine Verklebung, durch ein Schweißverfahren oder Ähnliches. Das Topfteil 50 und das Deckelteil 52 sind vorzugsweise aus Kunststoff hergestellt.
Alternativ kann die zweite Stirnseite 22 auch im Bereich des Deckelteils 52 angeordnet sein; in diesem Fall würde der Flansch 26 (sofern vorhanden) im Bereich des Bodens des Topfteiles 50 angeordnet sein.
Fig. 9 zeigt eine bevorzugte Variante der im Inneren des Gehäuses 36 angeordneten Komponenten. Genauer gesagt wird in dem Gehäuse 36 eine vormontierte Einheit aus einer Mehrzahl von Speicherzellen 44, der Elektronikeinheit 46 und der Schnittstelleneinheit 30 angeordnet. Die in Fig. 9 dargestellte vormontierte Einheit entspricht dabei dem Aufbau, wie er in Fig. 5 gezeigt wurde. Die vormontierte Einheit weist eine erste Trägerplatte 54 in Form einer Trennplatte auf, die den ersten Bereich 40 von dem zweiten Bereich 42 trennt.
Auf der einen Seite der Trennplatte 54 ist die Elektronikeinheit 46 festgelegt. Auf der anderen Seite der Trennplatte 54 sind die Speicherzellen 44 angeordnet.
Die vormontierte Einheit weist ferner eine zweite Trägerplatte 56 auf. Eine erste Mehrzahl von Speicherzellen 44 ist in Längsrichtung 18 ausgerichtet zwischen der Trennplatte 54 und der zweiten Trägerplatte 56 angeordnet. Ferner weist die vormontierte Einheit eine dritte Trägerplatte 58 auf. Eine zweite Mehrzahl (im Normalfall identisch der ersten Mehrzahl) von Speicherzellen 44 ist zwischen der zweiten Trägerplatte 56 und der dritten Trägerplatte 58 angeordnet.
Die Trägerplatten 54, 56, 58 weisen jeweils Öffnungen 60 auf, von denen in Fig. 9 einige schematisch angedeutet sind. Die Öffnungen 60 ermöglichen, dass in Längsrichtung 18 ein Luftstrom durch die Energiespeichereinheit 16 eingerichtet werden kann, wobei insbesondere die Elektronikeinheit 46 und die Speicherzellen 44 beströmt werden.
Auf der den Speicherzellen 44 abgewandten Seite der ersten Trägerplatte (Trennplatte) 54 ist ferner eine Kontaktleiste 62 der Schnittstelleneinheit 30 angeordnet. Die Kontaktleiste 62 weist eine Mehrzahl von einzelnen elektrischen Kontakten 64 auf, beispielsweise in Form von Messerkontakten, die in Längsrichtung kontaktierbar sind.
Die Elektronikeinheit 46 weist eine Leiterplattenanordnung 66 auf, die an der gleichen Seite der ersten Trägerplatte 54 festgelegt ist. Die Leiterplattenanordnung 66 weist eine Mehrzahl von elektronischen Bauelementen 68 auf.
In Fig. 9 ist ferner gezeigt, dass in die vormontierte Einheit Heizelemente 69 integriert werden können, beispielsweise in Form von elektrischen Widerstandsheizelementen. Ferner versteht sich, dass die Speicherzellen 44 der vormontierten Einheit der Fig. 9 untereinander seriell und/oder parallel verbunden sind. Zu diesem Zweck können elektrische Verbindungseinrichtungen unmittelbar an den jeweiligen Speicherzellen 44 angeordnet sein, insbesondere an deren Stirnseiten, die zu den Trägerplatten 54, 56, 58 hin weisen. Es versteht sich auch, dass entsprechende elektrische Verbindungseinrichtungen an den Trägerplatten 54, 56, 58 vorgesehen sein können. Die Hauptaufgabe der Trägerplatten 54, 56, 58 ist jedoch die mechanische Festlegung der Speicherzellen 44 in Relation zueinander, so dass insgesamt eine vormontierte Einheit gebildet wird, die als eine Einheit gehandhabt werden kann, um in im Wesentlichen einem Schritt in das Gehäuse 36 eingesetzt zu werden.
Mit Bezug auf die Fig. 6 bis 9 versteht sich, dass die Speicherzellen 44 in Querschnittsrichtung, vorzugsweise beabstandet zueinander, angeordnet werden, wie es insbesondere in Fig. 6 gezeigt ist. Dies ermöglicht, die Energiespeicherzellen 44 über den gesamten Umfang mit einem Gas zu beströmen, um die Energiespeicherzellen 44 thermisch zu beeinflussen (insbesondere zu kühlen, gegebenenfalls aber auch zu erwärmen).
Demzufolge sind die Abmessungen H, B zwar in Abhängigkeit von den Durchmessern Da, Db der unterschiedlichen Speicherzellentypen 44a, 44b zu wählen, wobei bevorzugt jeweils noch ein gewisses Spiel bzw. ein gewisser Abstand zwischen den Speicherzellen 44 in Querschnittsrichtung einberechnet wird.
Fig. 10 ist eine schematische Darstellung der jeweils in den Einzelkomponenten des Arbeitskits 10 der vorliegenden Erfindung enthaltenen Elektronikeinheiten. Man erkennt, dass die gezeigten Elektronikeinheiten jeweils Schnittstelleneinheiten mit beispielsweise wenigstens fünf Kontakten aufweisen. In Fig. 10 sind die Kontakte sämtlicher Komponenten untereinander verbunden, um die Darstellung zu vereinfachen. In der Realität ist die Elektronikeinheit 46 einer Energiespeicherzelle 16 jedoch alternativ mit der Elektronikeinheit des Ladegeräts 14 oder mit der Elektronikeinheit des Arbeitsgerätes 12 verbunden. Das Ladegerät 14 weist einen Plus-Gleichspannungsanschluss 72 und einen Minus- Gleichspannungsanschluss 74 auf. In entsprechender Weise sind an der Elektronikeinheit 46 der Energiespeicherzelle 16 ein Plus-Gleichspannungsanschluss 76 und ein Minus-Gleichspannungsanschluss 78 vorgesehen. Diese Anschlüsse 76, 78 sind als Kontakte 64 der Schnittstelleneinheit 30 realisiert. Ein weiterer Kontakt 80 der Schnittstelleneinheit 30 ist ein ID-Kontakt, an dem eine Identifikationskennung der Energiespeichereinheit 16 übermittelt werden kann. Der Kontakt 80 kann als einfacher Kontakt zum Auslesen der Identifikationskennung ausgebildet sein, oder als Signalkontakt, insbesondere für eine bidirektionale Kommunikation. Bei der Option einer bidirektionalen Übertragung kann z. B. eine Kennung von einem Ladegerät 14 bzw. einem Arbeitsgerät 12 empfangen werden kann.Generell können bei Realisierung einer bidirektionalen Kommunikation über den Kontakt 80 beliebige Kommunikationsdaten zwischen der Energiespeichereinheit 16 und dem Ladegerät 14 bzw. zwischen der Energiespeichereinheit 16 und dem Arbeitsgerät 12 ausgetauscht werden.
Ferner weist die Schnittstellenanordnung 30 einen Kontakt 82 für ein Temperatursignal (NTC-Signal) auf. Dabei kann im einfachsten Fall eine Temperatur der Energiespeichereinheit 16 von einem geeigneten (vorzugsweise internen) Sensor erfasst werden und an das Ladegerät 14 bzw. an das Arbeitsgerät 12 übermittelt werden. Alternativ ist es auch möglich, über diesen Temperaturkontakt 82 Temperaturen in die Elektronikeinheit 46 der Energiespeichereinheit 16 einzulesen (beispielsweise Umgebungstemperatur des Arbeitsgerätes 12).
Der Kontakt 84 der Schnittstelleneinheit 30 ist als Signalmassekontakt ausgebildet, also als Massekontakt für die Signalkontakte 80, 82. Die Kontakte 84 und 74 lassen sich auch als ein Masseanschluss zusammmenlegen; in diesem Fall reichen vier Einzelkontakte in der Schnittstelleneinheit 30.
In der Darstellung der Fig. 10 sind alle fünf Kontakte 76-82 der Energiespeichereinheit 16 mit sowohl dem Ladegerät 14 als auch dem Arbeitsgerät 12 verbunden. Wie gesagt, wird dies in der Praxis nur alternativ erfolgen. Femer ist es denkbar, dass bei der einen oder anderen Verbindung nicht alle Kontakte kontaktiert werden (beispielsweise beim Anschluss an ein einfaches Ladegerät 14 nur die Kontakte 76, 78).
Die Elektronikeinheit 46 der Energiespeichereinheit 16 beinhaltet bevorzugt eine Ladeelektronik 86, eine Motoransteuerschaltung 88, eine Schutzbeschaltung 90, einen Ladezustandsspeicher 92, der der Ladeelektronik 86 zugeordnet ist, einen Kennlinienspeicher 94, der der Motoransteuerschaltung 88 zugeordnet ist, und einen Kennungsspeicher 96, in dem eine Speichereinheitskennung der jeweiligen bestimmten Energiespeichereinheit 16 abgespeichert ist.
Das Ladegerät 14 weist eine Schnittstelleneinheit 97 zur Verbindung mit der Schnittstelleneinheit 30 der Energiespeichereinheit 16 auf und beinhaltet ein Modul 98 zur Temperaturüberwachung, ein Modul 100 für das Lademanagement, eine Anzeige 102, einen Lüfter 104 und gegebenenfalls eine Heizelement 106.
In entsprechender Weise beinhaltet die Elektronik des Arbeitsgerätes 12 eine Gehäuseschnittstelle 110, die mit der Schnittstelleneinheit 30 der Energiespeichereinheit 16 verbindbar ist, eine Entladeelektronik 112, einen elektrischen Motor 114 zum Antrieb eines Werkzeuges des Arbeitsgerätes 12, einen Lüfter 116, eine Heizeinrichtung 118 (optional) sowie einen Gerätekennungsspeicher 120.
Bei Verbindung der Energiespeichereinheit 16 mit dem Arbeitsgerät 12 teilt die Energiespeichereinheit 16 zunächst die Kennung (ID) aus dem Kennungsspeicher 96 mit. Hierdurch kann beispielsweise eine Kopiersicherheit realisiert werden. Ferner teilt die Energiespeichereinheit 16 dem Arbeitsgerät 12 die mit der Energiespeichereinheit 16 realisierbaren Leistungsdaten mit. Alternativ sind diese in dem Arbeitsgerät 12 in Abhängigkeit von der Kennung aus dem Kennungsspeicher 96 abgelegt.
In Abhängigkeit von den übermittelten Leistungsdaten kann die Elektronik des Arbeitsgerätes 12 die Ansteuerung des Motors 114 angepasst durchfuhren, insbesondere hinsichtlich der Leistungsgrenzdaten. Ferner wird dem Arbeitsgerät 12 der aktuelle Ladezustand aus dem Ladezustandsspeicher 92 übermittelt, so dass das Arbeitsgerät 12 in Abhängigkeit von der noch zur Verfügung stehenden Energie die Motorsteuerung beeinflussen kann. Beispielsweise ist es denkbar, den Motor mit einer geringeren Leistung zu betreiben, wenn die Energiespeichereinheit 16 nahezu vollständig entladen ist.
Das entsprechende Εntlademanagement" wird dabei vorzugsweise von der Entladeelektronik 112 in dem Arbeitsgerät 12 vollzogen.
Alternativ ist es auch denkbar, eine in der Elektronikeinheit 46 vorhandene Motoransteuerschaltung 88 zu nutzen, die zur Ansteuerung des Motors 114 verwendet wird. Dabei kann gegebenenfalls auf einen Kennlinienspeicher 94 zurückgegriffen werden, in dem unterschiedliche Kennlinien zum Betrieb des Motors bei unterschiedlichen Randbedingungen und/oder mit unterschiedlichen Arbeitsgeräten verwendet werden. Mit anderen Worten kann in den Kennlinienspeicher 94 eine Anzahl von Kennlinien entsprechend unterschiedlicher Arbeitsgeräte 12 abgelegt werden und/ oder eine Anzahl von Kennlinien in Abhängigkeit von unterschiedlichen Betriebsarten.
In diesem Fall kann auf eine aufwändige Elektronik in dem Arbeitsgerät 12 verzichtet werden.
Die in der Elektronikeinheit 46 vorhandene Schutzbeschaltung beinhaltet Bauelemente zur Strom- und/oder Spannungsbegrenzung. Diese Bauelemente können von der Motoransteuerschaltung 88 gleichfalls verwendet werden, so dass sich erhebliche Bauteilkosten einsparen lassen.
Mit anderen Worten können die Schutzbeschaltung 90 und die Motoransteuerschaltung 88 miteinander integriert werden. In diesem Fall kann die Schutzbeschaltung/Motoransteuerschaltung 88, 90 auch die erforderlichen Leistungsbauteile zur Ansteuerung des Motors beinhalten. Über die Gleichspannungskontakte 76, 78 wird hierbei der Leistungsstrom zur Ansteuerung des Motors 114 geführt.
Eine Kommunikation der Intelligenz des Arbeitsgerätes 12 und der Elektronikeinheit 46 kann über Signale erfolgen, die auf den Leistungsstromkreis aufmoduliert werden.
Bei dieser Ausführungsform kann es möglich sein (wie nachstehend unten anhand von Fig. 16 beschrieben), dass die Betätigungselemente an dem Arbeitsgerät 12 lediglich Ströme schalten müssen, die maximal 25 %, im Idealfall maximal 15 % des zulässigen Spitzenstromes betragen.
Bei Verbindung der Energiespeichereinheit 16 mit dem Ladegerät 14 kann über die Schaltung 98 die Temperatur der Energiespeichereinheit 16 ermittelt werden (über den Temperaturkontakt 82). Das Lademanagement 100 kann folglich temperaturabhängig durchgeführt werden.
Das Lademanagement 100 kann im dargestellten Fall im Wesentlichen aus einer temperaturabhängigen Gleichspannungsversorgung bestehen, die eine geregelte Gleichspannung bereitstellt. Die exakten Ladekurven etc. können in der Ladeelektronik 86 der Elektronikeinheit 46 abgespeichert sein, so dass das eigentliche Lade- "Management" über die der Energiespeichereinheit 16 zugewiesene Ladeelektronik 86 erfolgt (sofern dort vorhanden). In Fig. 10 ist jedoch angedeutet, dass dieses Management auch allein in dem Ladegerät 14 enthalten sein kann, siehe Bezugszeichen 86'. Die Elektronik der Energiespeichereinheit 16 ist in letzterem Fall bspw. lediglich eine Überwachungselektronik, die Parameter an das Ladegerät 14 kommuniziert (oder an das Arbeitsgerät 12). Bevorzugt erfolgt eine Ladestandsanzeige während des Ladens über eine Ladestandsanzeige (Anzeigeelemente 28) an der Energiespeicherzelle 16. Alternativ oder zusätzlich kann die Ladestandsanzeige auch an dem Ladegerät 14 erfolgen (Anzeige 102).
Generell ist es bevorzugt, wenn die Entladeelektronik 112 des Arbeitsgerätes 12 das Arbeitsgerät 12 abschaltet, wenn die von der Energiespeichereinheit 16 beritgestellt Spannung unter einen vorgegebene Untergrenze fällt.
Die drei Bauteile des Arbeitskits 10 können jeweils für den professionellen Einsatz über geeignete Maßnahmen zur thermischen Beeinflussung verfügen.
Wie bereits in Bezug auf Fig. 9 erwähnt, kann in die Energiespeichereinheit 16 ein Heizelement 69 integriert sein, das aus den Energiespeicherzellen 44 gespeist wird (oder über das Ladegerät 14).
Ferner kann es alternativ oder zusätzlich möglich sein, in das Ladegerät 14 einen Lüfter 104 zu integrieren, der für ein Abkühlen der Energiespeichereinheit 16 sorgen kann (insbesondere bei Schnellladungen und/oder bei hohen Umgebungstemperaturen). Ferner kann eine thermische Beeinflussung auch erfolgen über die in dem Ladegerät 14 optional vorhandene Heizeinrichtung 106. Diese kann beispielsweise die Luft erwärmen, die von dem Lüfter 104 in die Energiespeichereinheit .16 geblasen wird, um diese zu erwärmen.
Ferner kann in dem Arbeitsgerät 12 eine Heizeinrichtung 118 vorgesehen sein, die zum einen dazu dienen kann, den Motor 114 zu erwärmen (bei kalten Witterungsverhältnissen). Die Heizeinrichtung 118 kann jedoch gegebenenfalls auch dazu verwendet werden, die Energiespeichereinheit 16 zu erwärmen, die in das Arbeitsgerät 12 eingesetzt ist.
In Fig. 10 ist bei 121 ein Servicegerät für Energiespeichereinheiten 16 gezeigt, das als autarkes Gerät ausgebildet sein kann. Das Servicegerät 121 kann dazu dienen, den aktuellen Zusatnd der Energiespeichereinheit auszulesen und ggf. für einen Benutzer anzuzeigen.Das Servicegerät 121 kann von einer Energiespeichereinheit 16 oder aus einem Netz gespeist sein. Es kann ggf. auch dazu dienen, Daten in die Energiespeichereinheit 16 einzulesen, wie z.B. die Speichereinheitskennung.
Fig. 11 zeigt in schematischer Form ein Arbeitsgerät 12 gemäß der vorliegenden Erfindung.
Während in Fig. 1 ein Arbeitsgerät 12 gezeigt ist, bei dem die Energiespeichereinheit 16 im Wesentlichen von der Seite (bezogen auf eine Längsachse des Arbeitsgerätes 12 in Form einer Heckenschere) eingesetzt wird, kann die Energiespeichereinheit 16 bei dem Arbeitsgerät 12 der Fig. 11 von schräg oben eingesetzt werden.
Das Arbeitsgerät 12 der Fig. 11 weist einen ersten Schalter 124 auf, der einem vorderen (oberen) Handgriff 122 zugeordnet ist. Ferner weist das Arbeitsgerät 12 einen zweiten Schalter 128 auf, der einem hinteren Handgriff 126 zugeordnet ist.
In dem Gehäuse 13 des Arbeitsgerätes 12 ist ein elektrischer Motor 114 angeordnet, und zwar in einer Ausrichtung quer zu der Längsachse des Arbeitsgerätes 12, die durch die Achse eines Werkzeuges (Messerbalken 132) bestimmt ist.
Eine Ausgangswelle des Motors 114 ist mit einem Getriebe 130 (beispielsweise einem einstufigen Getriebe) verbunden, das den Messerbalken 132 beispielsweise über einen Exzentertrieb (nicht dargestellt) antreiben kann.
Vor dem vorderen Handgriff 122 ist ferner ein Schutzschild 134 vorgesehen.
Die Energiespeichereinheit 16 wird, wie gesagt, von schräg oben in das Gehäuse 13 eingesetzt, genauer gesagt in ein in dem Gehäuse 13 vorgesehenes Aufnahmefach 138. Das Aufnahmefach 138 ist so ausgebildet, dass die Energiespeichereinheit 16 zumindest zu 60 % von dem Gehäuse 13 umgeben ist. Man erkennt, dass daher bei eingesetzter Energiespeichereinheit 16 im Wesentlichen die erste Stirnseite 20 außen zu sehen ist, oder ein Bereich benachbart hierzu, über den beispielsweise die Anzeigemittel 28 erkennbar sind.
Sofern Anzeigemittel 28' im Bereich der zweiten Stirnseite 22 angeordnet sind, kann an dem Gehäuse 13 eine Gehäuseöffhung 136 vorgesehen sein, über die die im Bereich des Bodens des Aufnahmefaches 138 angeordneten Anzeigemittel 28' erkennbar sind.
Zur thermischen Beeinflussung des Motors 114 und/oder der eingesetzten Energiespeichereinheit 16 ist in dem Gehäuse 13 ein Lüfter 140 vorgesehen. Der Lüfter 140 kann mit dem Ausgang des Motors 114 bzw. mit dem Ausgang des Getriebes 130 gekoppelt sein, um von diesen angetrieben zu werden.
Innerhalb des Gehäuses 13 wird die von dem Lüfter 140 bewegte Luft so bewegt, dass diese über einen Luftauslass 142 ausgeblasen wird, der vorzugsweise von einem Anwender weg gerichtet ist. Beispielsweise ist der Luftauslass 142 an der Unterseite des Gehäuses 13 vorgesehen. Der Lüfter 140 saugt Luft an, die von oberhalb des Gehäuses 13 in das Gehäuse 13 eintritt und an dem Motor 114 und/oder an der Energiespeichereinheit 16 vorbeigeführt wird, wie es durch Doppelpfeile in Fig. 11 angedeutet ist.
In Fig. 11 ist ferner erkennbar, dass innerhalb des Gehäuses 13 eine so genannte Winter klappe 144 vorgesehen sein kann. Die Winter klappe 144 sorgt in der gezeigten Stellung dafür, dass der Motor 114 und/oder die Energiespeichereinheit 16 durch Luft beströmt wird. In einer alternativen, schematisch angedeuteten Stellung der Winterklappe 144' wird die Zwangszufuhr von Außenluft zu dem Motor 114 bzw. der Energiespeichereinheit 16 beschränkt oder vollständig unterbunden. Sofern es nicht möglich ist, den Lüfter von dem Antrieb abzukoppeln, wird bei dieser Ausführungs- form Außenluft unmittelbar wieder ausgeblasen, ohne an dem Motor 114 bzw. der Energiespeichereinheit 16 vorbei zu strömen. Zu diesem Zweck kann beispielsweise an der Unterseite des Gehäuses 13 eine weitere Lufteinlassöffnung vorgesehen sein, wie es schematisch bei 145 gezeigt ist.
Ferner ist bei dem Arbeitsgerät 12 zwischen dem Aufnahmefach 138 und dem Motor 114 ein Therm osch Ott 146 vorgesehen, das einen Wärmeaustausch zwischen der Energiespeichereinheit 16 und dem elektrischen Motor 114 verringert bzw. verhindert. Auf diese Weise kann beispielsweise ein Überhitzen der Energiespeichereinheit 16 aufgrund des sich erwärmenden Motors 114 vermieden werden.
Der Motor 114 kann beispielsweise auch schräg ausgerichtet sein (z.B. parallel zu der Ausrichtung des Aufnahmefaches 138).
Das Getriebe 130 kann ein zu diesem Zweck angepasstes Winkelgetriebe beinhalten.
Fig. 12 zeigt in schematischer Form ein Ladegerät 14 in einer Querschnittsansicht.
Man erkennt, dass in dem Ladegerät 14 (bzw. in dessen Gehäuse 15) ein Lüfter 104 angeordnet ist, der in der dargestellten Ausführungsform so betrieben wird, dass Außenluft über die ersten Luftöffnungen 32, durch die Energiespeichereinheit 16 in axialer Richtung hindurch in eine Öffnung 105 des Gehäuses 15 eingesaugt wird. Die Luft wird aus dem Gehäuse 15 über eine nicht näher bezeichnete Öffnung ausgeblasen, beispielsweise an der Unterseite des Gehäuses 15. Alternativ bläst der Lüfter 104 Luft in die Energiespeichereinheit.
Innerhalb des Gehäuses 15 ist zu diesem Zweck eine Art "Kanal" eingerichtet, über den die Luft geführt wird.
Es ist zu erkennen, dass die Schaltung für das Lademanagement 100 vorzugsweise nicht innerhalb dieses Kanals angeordnet ist und folglich nicht aktiv von Luft beströmt wird. Ein Luftaustausch über eine nicht näher bezeichnete Gehäusewand ist jedoch nicht ausgeschlossen. Ferner kann in dem Gehäuse 15 eine Heizeinrichtung 106 angeordnet sein, die die Luft erwärmt. In diesem Fall würde die erwärmte Luft von dem Lüfter 104 in die Energiespeichereinheit 16 eingeblasen werden, um die Energiespeichereinheit 16 zu erwärmen.
Das Gehäuse 15 des Ladegerätes 14 kann auch so ausgestaltet sein, dass die so erwärmte Luft durch die ersten Luftöffnungen 32 nicht an die Umgebung abgegeben wird sondern wieder in das Gehäuse 15 zurückgeführt wird, um so den Wirkungsgrad zu steigern.
Auf die bezeichnete Art und Weise kann erreicht werden, dass die Energiespeichereinheit 16 generell innerhalb eines bestimmten Temperaturbandes geladen wird. Insbesondere dann, wenn die Speicherzellen 44 Lithium-basierte Speicherzellen sind, kann hierdurch ein Schaden an diesen Zellen vermieden werden. Denn unterhalb einer bestimmten Temperatur (z.B. 0 0C) kann eine Lithium-Zelle nicht geladen werden, da dabei an einer Elektrode dann metallisches Lithium ausfallen und die Zelle geschädigt werden könnte.
Die Temperatur der Energiespeichereinheit 16 kann an dem Ladegerät 14 entweder von außen gemessen werden (über die Temperaturüberwachung 98). Alternativ kann in der Energiespeicherzelle 44 ebenfalls ein Temperatursensor integriert sein, der über den Temperaturkontakt 82 die aktuelle Temperatur an das Ladegerät 14 übermittelt.
Durch die Verwendung der Heizeinrichtung 106 kann das Ladegerät 14 auch im Außeneinsatz bei sehr niedrigen Umgebungstemperaturen verwendet werden.
Obgleich bei der in Fig. 12 dargestellten Ausführungsform die Elektronik des Ladegerätes 14 nicht aktiv von dem Lüfter 104 beströmt wird, kann alternativ auch vorgesehen sein, die Elektronik aktiv zu beströmen, beispielsweise in Luftstromrichtung hinter der Energiespeichereinheit 16. Fig. 13 zeigt das grundsätzliche Konzept zur Kombination von einzelnen Speicherzellen 44 zu einem Speicherzellenkit für die Energiespeichereinheit 16.
Es ist generell vorgesehen, von Speicherzellen 44 eine Anzahl von fünf bis zehn Zellen in Serie zu schalten und dann eine Mehrzahl solcher Zweige 144 parallel zu schalten (ein bis sechs parallele Zweige 148).
Die Anzahl der Speicherzellen 144 in einem Zweig 148 wird nachstehend mit S bezeichnet, die Anzahl der Zweige 148 mit P.
In Fig. 13 sind unterschiedliche Energiespeichereinheit 16 gezeigt, die unterschiedlich bestückt sind.
Beispielsweise ist die relativ groß dargestellte Energiespeicherzelle als Zelle vom Typ 8S3P ausgebildet, d.h. mit acht Speicherzellen 44 pro Zweig 148 und drei Zweigen 148. Dies ergibt bei einer beispielhaften Nennspannung von 3,6 V pro Einzelzelle 44 eine Gesamtspannung von 28,8 V an den Außenklemmen der Energiespeichereinheit 16.
Die einzelnen Speicherzellen sind jeweils vom Typ 44a mit dem etwas kleineren Durchmesser (vgl. Fig. 6).
Weitere alternative Typen von Energiespeichereinheiten 16 sind 8S2P (mit Speicherzellen vom Typ 44b und einer äußeren Klemmenspannung von 28,8 V), 10S3P (mit Speicherzellen 44a und einer äußeren Klemmenspannung von 36 V) 8S4P (mit Speicherzellen vom Typ 44a und einer äußeren Klemmenspannung von 28,8 V - entsprechend der Bestückung, die in Fig. 7 gezeigt ist), und 8SlP (mit Speicherzellen vom Typ 44b und einer äußeren Klemmenspannung von 28,8 V). Während die erstgenannten Energiespeichereinheitstypen jeweils als eine Länge entsprechend zwei Speicherzellen 44 besitzen (entsprechend Energiespeichereinheit 16 in Fig. 1 bzw. in Fig. 4), kann der letztgenannte Typ kürzer bauen, mit der Länge entsprechend einer Speicherzelle 44, wie es in Fig. 1 bei 16a gezeigt ist.
Die genannten Bestückungsvarianten passen jeweils in das gleiche Gehäuse 36, wie es in Fig. 13 schematisch angedeutet ist.
Aufgrund der unterschiedlichen Anzahl von Speicherzellen 44 in einem Zweig 148 ergeben sich unterschiedliche äußere Klemmenspannungen (28,8 V bzw. 36 V). Es versteht sich, dass die Nennspannung eines anzutreibenden Motors kleiner sein sollte als die kleinere dieser beiden Spannungen. Demzufolge beträgt eine Nennspannung für einen elektrischen Motor 114 eines Arbeitsgerätes 12 vorzugsweise 27 V.
Durch eine geeignete Elektronik wird die von den Energiespeichereinheiten 16 jeweils zur Verfügung gestellte Klemmenspannung auf die geeignete Nennspannung für den Motor 114 transformiert, wobei nicht notwendigerweise ein Transformator zu verwenden ist.
In Fig. 13 ist ferner gezeigt, dass die Knoten zwischen einzelnen Speicherzellen 44a eines Zweiges jeweils mit parallel hierzu liegenden Knoten 152 benachbarter, paralleler Zweige 148 elektrisch verbunden sind, und zwar mittels einer schematisch angedeuteten Verbindungseinrichtung 150.
Eine derartige "einzelzellweise" Parallelschaltung erleichtert eine Balancierung insbesondere während des Ladens der Energiespeichereinheit 16.
Allerdings besteht bei einer solchen Verschattung das Problem, dass beim Defekt einer Zelle (Kurzschluss der Zelle) sich die einzelnen, hierzu parallelen Zellen über die defekte Zelle entladen könnten.
Zu diesem Zweck ist vorgesehen, die Verbindungseinrichtung 150 als "Sicherheitszellverbinder" auszuführen, insbesondere als Schmelzsicherungen. Obgleich in Fig. 13 nur eine Verbindungseinrichtung 150 gezeigt ist, versteht sich, dass im Idealfall eine Mehrzahl von S-I Verbindungseinrichtungen 150 vorgesehen ist, um jeweils sämtliche Speicherzellen 44a einzelzellweise parallel zu schalten.
Fig. 14 zeigt in schematischer Form eine Draufsicht auf eine solche Struktur von Verbindungseinrichtungen. Die beispielhaft hierzu verwendete Speichereinheit 16 ist vom Typ 8S2P.
Man erkennt zunächst, dass stirnseitige Kontakte 160 der Speicherzellen 44 durch Serienverbinder 161 seriell miteinander verbunden sind. Ferner sind die Verbindungseinrichtungen 150 jeweils gebildet durch Parallelverbinder 162, die als Stanzteile ausgeführt sind und jeweils einen Schmelzsicherungsbereich 166 besitzen. Sobald zwischen zwei parallelen Einzelzellen (beispielsweise aufgrund eines Defektes von einer der Zellen 44) ein zu hoher Strom über den Parallelverbinder 162 fließen sollte, schmilzt die Schmelzsicherung 166 und unterbricht die Parallelverbindung. Hierdurch kann vermieden werden, dass die zu einer defekten Zelle parallelen Zellen sich kurzschlussartig entladen und ebenfalls Schaden nehmen.
Die Verbindungseinrichtungen 150 können als einzelne Verbinder in Form von Parallelverbindern 162 ausgebildet sein.
Fig. 15 zeigt eine alternative Ausführungsform, bei der eine Verbindungseinrichtung 150 sowohl die Serienverbinder 161 als auch Parallelverbinder 162 beinhaltet. Die Verbindungseinrichtung 150 kann wiederum als Stanzteil ausgebildet sein. Die dargestellten Konturen entsprechen einer Stanzlinie 164.
Ferner ist in Fig. 15 zu erkennen, dass die Verbindungseinrichtung 150 zumindest in den Schmelzsicherungsbereichen 166 mit einer Ummantelung 168 versehen sein kann, beispielsweise in Form von Kunststoff, der um die Schmelzsicherungsbereiche 166 herum gespritzt ist. Hierdurch kann die mechanische Festigkeit der Verbindungseinrichtung 150 insgesamt erhöht werden. Fig. 16 zeigt in schematischer Form, wie eine Energiespeichereinheit 16 mit einer Elektronikeinheit 46, die eine Schutzbeschaltung 90 und eine Motoransteuerschaltung 88 beinhaltet, dazu verwendet werden kann, den elektrischen Motor 114 des Arbeitsgerätes 12 anzusteuern. Bei dieser Ausführungsform sind die zwei Schalter 124, 128 nicht in einem Leistungsstrang zwischen der Energiespeichereinheit 16 und dem Motor 114 angeordnet und müssen daher keine hohen Leistungsströme führen. Der Leistungsstrom wird stattdessen über wenigstens zwei elektrische Leitungen geführt, die ausschließlich zwischen der Energiespeichereinheit 16 und dem Motor 114 verlaufen. Es versteht sich, dass bei dieser Ausführungsform an der Energiespeichereinheit 16 gegebenenfalls weitere Kontakte vorhanden sein sollten. Alternativ ist es jedoch auch möglich, die Signale der Schalter 124, 128 auf die leistung- führenden Leitungen zwischen Energiespeichereinheit 16 und Motor 114 aufzumo- dulieren.
In jedem Fall können die Schalter 124, 128 deutlich kleiner dimensioniert werden, da die hierüber geführten Ströme wesentlich geringer sind als die Ansteuerungsströme für den Motor 114. Beispielsweise können die Ströme maximal 15 % des zulässigen Motorspitzenstromes betragen.
Es versteht sich, dass die in der vorliegenden Anmeldung als Schalter bezeichneten Elemente 124, 128 sowohl als Schalter als auch als Potentiometer ausgebildet sein können. Ferner können die Schalter sowohl elektromechanisch als auch elektronisch ausgebildet sein.
Der Motor 114 ist vorzugsweise ein kollektorloser Motor.
Generell ist es auch denkbar, für alle unterschiedlichen Arbeitsgeräte 12 nur einen Motortyp zu verwenden, der durch unterschiedliche Beschaltung bzw. Ansteuerung für den jeweiligen Einsatzzweck ausgeführt bzw. angepasst ist.

Claims

Patentansprüche
1. Energiespeichereinheit (16) für ein elektrisch angetriebenes Arbeitsgerät (12), insbesondere für den Landschafts-, Forst- und Gartenbau, mit einem Gehäuse (36), das eine Längsachse aufweist, mit wenigstens einer Energiespeicherzelle (44), die innerhalb des Gehäuses (36) angeordnet ist, und mit einer an dem Gehäuse (36) festgelegten Schnittstelleneinheit (30), mittels der die Energiespeichereinheit (16) mit dem Arbeitsgerät (12) verbindbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
das Gehäuse (36) in Längsrichtung (18) in einen ersten Bereich (40) zur Aufnahme der Energiespeicherzelle(n) (44) und einen zweiten Bereich (42) zur Aufnahme einer Elektronikeinheit (46) aufgeteilt ist.
2. Energiespeichereinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (36) eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen (44) aufgenommen ist.
3. Energiespeichereinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) zur Aufnahme von wenigstens zwei unterschiedlichen Zellentypen (44a, 44b) von Energiespeicherzellen ausgelegt ist.
4. Energiespeichereinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Zellentyp (44a) eine bestimmte Länge und einen ersten Durchmesser (Da) aufweist, wobei ein zweiter Zellentyp (44b) die bestimmte Länge und einen zweiten Durchmesser (Db) aufweist, der größer ist als der erste Durchmesser (Da).
5. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (40) zur Aufnahme der Energiespeicherzelle(n) (44) im Querschnitt rechteckförmig ausgebildet ist.
6. Energiespeichereinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Rechteckform einem Mehrfachen eines Durchmessers einer Energiespeicherzelle (44) entspricht.
7. Energiespeichereinheit nach Anspruch 4 und nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der Rechteckform einem Mehrfachen des ersten Durchmessers (Da) entspricht.
8. Energiespeichereinheit nach Anspruch 4 und nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Höhe (H) der Rechteckform einem Mehrfachen des zweiten Durchmessers (Db) entspricht.
9. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinheit (30) im Bereich einer Stirnseite (20; 22) des Gehäuses (36) angeordnet ist, die quer zu der Längsrichtung (18) ausgerichtet ist.
10. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein elektrischer Kontakt (62) der Schnittstelleneinheit (30) an einer Trägerplatte (54) festgelegt ist, die quer zu der Längsrichtung (18) ausgerichtet ist.
11. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (16) wenigstens zwei Trägerplatten (54, 56, 58) aufweist, an denen die wenigstens eine Energiespeicherzelle (44) und die Elektronikeinheit (46) festgelegt sind und die quer zu der Längsrichtung (18) ausgerichtet sind.
12. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (36) ein Topfteil (50) mit einem generell geschlossenen Boden und einer dem Boden in Längsrichtung (18) gegenüberliegenden Öffnung sowie ein Deckelteil (52) aufweist, das die Öffnung des Topfteiles (50) verschließt.
13. Energiespeichereinheit nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelleneinheit (30) im Bereich des Bodens des Topfteiles (50) angeordnet ist.
14. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gehäuse (36) wenigstens zwei Luftöffnungen (32, 34) zum Einführen bzw. Abführen von Luft ausgebildet sind, wobei wenigstens eine erste Luftöffnung (32) im Bereich eines ersten Längsendes des Gehäuses (36) und wenigstens eine zweite Luftöffnung (34) im Bereich eines zweiten Längsendes des Gehäuses (36) ausgebildet sind.
15. Energiespeichereinheit nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Luft in dem Gehäuse (36) von der einen zu der anderen Luftöffnung (32, 34) so geführt wird, dass nicht nur die Energiespeicherzelle (44) sondern auch die Elektronikeinheit (46) von der Luft beströmbar ist.
16. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (46) einen Speicher (96) aufweist, in dem eine Speichereinheitskennung der Energiespeichereinheit (16) abgespeichert ist, wobei die Speichereinheitskennung von einem Arbeitsgerät (12) und/oder einem Ladegerät (14) und/oder von einem Servicegerät (121) auslesbar und/oder einlesbar ist.
17. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (46) eine Ladeelektronik (86) aufweist, mittels der ein Ladevorgang der wenigstens einen Energiespeicherzelle (44) steuerbar ist.
18. Energiespeichereinheit nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ladeelektronik (86) dazu ausgelegt ist, den Ladevorgang selbsttätig zu steuern und die erforderliche Ladeleistung über eine von einem Ladegerät (14) erzeugte Gleichspannung (72, 74) erhält.
19. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (46) eine Ansteuerschaltung (88) zum Ansteuern eines elektrischen Motors (114) des Arbeitsgerätes (12) aufweist.
20. Energiespeichereinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (46) elektronische Bauteile (68) aufweist, die sowohl von einer Schutzbeschaltung (90) als auch von der Ansteuerschaltung (88) genutzt werden.
21. Energiespeichereinheit nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (46) einen Speicher (94) zur Speicherung unterschiedlicher Kennlinien zum Betrieb verschiedener Arbeitsgeräte (12) und/ oder verschiedener Betriebsarten und/oder einen Empfangsabschnitt zum Empfang einer Gerätekennung (120) aufweist, wobei die Ansteuerschaltung (88) in Abhängigkeit von einer empfangenen Gerätekennung und/oder in Abhängigkeit von einer gewählten Betriebsart eine der gespeicherten Kennlinien zum Ansteuern des elektrischen Motors (114) auswählt.
22. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektronikeinheit (46) einen Speicher (92) zur Speicherung des aktuellen Ladezustandes der wenigstens einen Energiespeicherzelle (44) aufweist, wobei die Ansteuerschaltung (88) den elektrischen Motor (114) in Abhängigkeit von dem Ladezustand ansteuert.
23. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (16) eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen (44) aufweist, die auf wenigstens zwei parallele Zweige (148) aufgeteilt sind, wobei jeder Zweig (148) wenigstens zwei Energiespeicherzellen (44) in Serie aufweist.
24. Energiespeichereinheit nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen zwei Energiespeicherzellen (44) eines Zweiges (148) jeweils ein Knoten (152) angeordnet ist, wobei zumindest ein Knoten (152) eines Zweiges (148) mit einem entsprechenden Knoten (152) eines benachbarten parallelen Zweiges (148) über eine Verbindungseinrichtung (150) miteinander verbunden ist.
25. Energiespeichereinheit nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (150) einen Schmelzsicherungsabschnitt (166) aufweist.
26. Energiespeichereinheit nach Anspruch 24 oder 25, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelzsicherungsabschnitt (166) als vorgefertigtes Stanz- und/oder Biegeteil aus einem metallisch leitenden Blechmaterial ausgebildet ist.
27. Energiespeichereinheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass das Stanz- und/oder Biegeteil dazu ausgebildet ist, wenigstens zwei längliche Energiespeicherzellen (44) an ihren Stirnseiten miteinander zu verbinden.
28. Energiespeichereinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (16) ein elektrisches Heizelement (69) aufweist.
29. Energiespeichereinheit nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (69) mit elektrischem Strom aus der Energiespeicherzelle (16) versorgbar ist.
30. Energiespeichereinheit nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Heizelement (69) mit elektrischem Strom aus einem Ladegerät (14) versorgbar ist, das an die Schnittstelleneinheit (30) angeschlossen ist.
31. Ladegerät (14) zum Laden einer aufladbaren Energiespeichereinheit (16), insbesondere nach einem der Ansprüche 1 bis 29, mit einem Gehäuse (15), an dem eine Schnittstellenanordnung (97) zur Ankopplung einer zu ladenden Energiespeichereinheit (16) ausgebildet ist, und mit einer Gleichspannungs- versorgungsanordnung (100), die eine Gleichspannung (72, 74) für eine Ladeelektronik (86) bereitstellt und in dem Gehäuse (15) angeordnet ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Gleichspannung (72, 74) an der Schnittstellenanordnung (97) bereitgestellt ist.
32. Ladegerät nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (15) keine Ladeelektronik angeordnet ist.
33. Ladegerät nach Anspruch 31 oder 32, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (15) ein Lüfter (104) angeordnet ist und die Schnittstellenenanord- nung (97) eine Luftöffnung (105) aufweist, über die Luft mit der Energiespeichereinheit (16) ausgetauscht werden kann.
34. Ladegerät nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass der Lüfter (104) über einen Kanal mit der Luftöffnung (105) verbunden ist und dass die Gleichspannungsversorgungsanordnung (100) außerhalb des Kanals angeordnet ist.
35. Ladegerät nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (15) eine Heizeinrichtung (106) angeordnet ist.
36. Elektrisch angetriebenes Arbeitsgerät (12), insbesondere für den Landschafts-, Forst- und Gartenbau, mit einem Gerätegehäuse (13), das ein Aufnahmefach (138) zur Aufnahme einer Energiespeichereinheit (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 30 aufweist, und mit einem elektrischen Motor (114), der aus der Energiespeichereinheit (16) mit Leistung versorgt wird.
37. Arbeitsgerät nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufnahmefach (138) so an die Energiespeichereinheit (16) angepasst ist, dass wenigstens 30 %, insbesondere wenigstens 50 % und besonders bevorzugt 60 % der Oberfläche einer in das Fach (138) eingesetzten Energiespeichereinheit (16) von dem Aufnahmefach (138) abgedeckt sind.
38. Arbeitsgerät nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass eine Gehäuseschnittstellenanordnung (110) zur Verbindung mit einer Schnittstelleneinheit (30) der Energiespeichereinheit (16) am Boden des Aufnahmefaches (138) angeordnet ist.
39. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerätegehäuse (13) im Bereich des Bodens des Aufnahmefaches (138) eine Öffnung (136) aufweist, durch die hindurch eine an der Energiespeichereinheit (16) angeordnete Anzeigeeinrichtung (28) von außerhalb des Gerätegehäuses (13) erkennbar ist.
40. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 36 bis 39, gekennzeichnet durch eine Entladeelektronik (112), die über die Gehäuseschnittstellenanordnung (HO) mit einer Elektronikeinheit (46) der Energiespeichereinheit (16) verbindbar ist, wobei die Entladeelektronik (112) über die Elektronikeinheit (46) mit einer Gleichspannung aus der Energiespeichereinheit (16) versorgt wird.
41. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 36 bis 40, dadurch gekennzeichnet, dass an den Motor (114) ein Lüfter (116) angeschlossen ist.
42. Arbeitsgerät nach Anspruch 41, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerätegehäuse (13) so ausgebildet ist, dass ein von dem Lüfter (116) erzeugter Luftstrom an dem Motor (114) vorbeileitbar ist.
43. Arbeitsgerät nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Gerätegehäuse (13) eine Klappe (144) ausgebildet ist, wobei der von dem Lüfter (116) erzeugte Luftstrom in Abhängigkeit von der Stellung der Klappe (144) zu dem Motor (114) geleitet wird.
44. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 36 bis 43, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeichereinheit (16) und der Motor (114) benachbart zueinander in dem Gerätegehäuse (13) angeordnet sind, wobei dazwischen ein Ther- moschott (146) angeordnet ist.
45. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 41 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass das Gerätegehäuse (13) so ausgebildet ist, dass ein von dem Lüfter (116) erzeugter Luftstrom aus dem Gehäuse (13) von der Bedienperson weg ausgeblasen wird.
46. Arbeitsgerät nach einem der Ansprüche 36 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass das Arbeitsgerät (12) eine Heizeinrichtung (118) aufweist, die dazu ausgelegt ist, die Energiespeichereinheit (16) und/oder den Motor (114) zu beheizen.
47. Arbeitsgerät nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizeinrichtung (118) eine aus der Energiespeichereinheit (16) gespeiste elektrische Heizeinrichtung (118) ist.
48. Arbeitskit für den Landschafts-, Garten- und Forstbau, mit einem Arbeitsgerät (12) nach einem der Ansprüche 36 bis 47, einem Ladegerät (14) nach einem der Ansprüche 31 bis 35 und wenigstens einer Energiespeichereinheit (16) nach einem der Ansprüche 1 bis 34.
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