WO2017190975A1 - Vorrichtung und verfahren zum entladen von mindestens einer akkuzelle einer handwerkzeugmaschine - Google Patents

Vorrichtung und verfahren zum entladen von mindestens einer akkuzelle einer handwerkzeugmaschine Download PDF

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Robert Bosch GmbH
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a device for discharging at least one rechargeable battery cell of a hand tool according to claim 1, as well as a method according to claim 11.
  • the interconnected battery cells are connected to a monitoring electronics.
  • the battery pack usually includes several battery cells, as well as a housing in which the battery cells are accommodated.
  • the use of Li-ion cells as rechargeable batteries is considered to be safe in their application, however, it may for example lead to a critical condition of the battery pack in which it due to a thermal or mechanical action from outside or by incorrect use, such as overloading or overloading In the Li-ion cells, a continuous electrochemical reaction occurs, in which the Li-ion cells can inflame or even explode.
  • the seriousness of the potential Explosion is dependent on the available, stored energy of the battery pack and thus of a state of charge of the battery pack.
  • the problem underlying the invention can be seen in proposing a device and a method which, in the case of a situation outside a specification of at least one battery cell of a battery pack, enables a rapid, controlled and, in the worst case, greatest possible discharge of a battery pack, in particular a battery pack in a handheld power tool. allows and thus minimizes an imminent danger by the at least one battery cell.
  • an apparatus for discharging at least one rechargeable battery cell of a handheld power tool comprising a control unit, at least one sensor for measuring a
  • Measured value as well as at least one electrical consumer.
  • the at least one consumer can be connected to the at least one battery cell by the control unit, depending on the measured value of the at least one sensor. This allows the control unit by reading at least one
  • the control unit itself can also serve as a sensor and, for example, measure a voltage.
  • the control unit can
  • a voltage may be, for example, a rest voltage of the at least one battery cell or a battery pack.
  • a battery pack usually consists of a plurality of battery cells that are electrically connected in series and / or in parallel so that they can operate or activate a specific electrical load, such as an electric motor or a heating unit.
  • the control unit can check on the basis of an algorithm, a table, a simulation or the like, whether the at least one measured value to a critical situation that leads to at least one battery cell or if the battery cell is already in a critical situation.
  • there are a plurality of defined detection stages which are dependent on a risk emanating from the at least one battery cell.
  • Control unit to be initiated. This can be done directly by the control unit or by additional controlled by the control unit components.
  • Discharging the at least one battery cell takes place with a defined
  • the battery cell needs to be discharged as quickly as possible, all available electrical consumers are put into operation. Depending on the detection level, it may be sufficient to slowly discharge the at least one battery cell. In particular, this is intended to reduce the risk potential of at least one battery cell when the control unit registers or recognizes a critical situation or a future critical situation.
  • the battery cell is discharged by connecting to at least one electrical load, thus reducing its potential for danger relative to its state of charge. For example, a critical situation or a critical condition may exist if the battery cell is outside its range
  • Be temperature range be a strong vibration or a fall or extreme acceleration of at least one battery cell.
  • the battery cell can also be exposed to overloading by a defective electrical consumer or a short circuit and thereby be exposed to an excessive discharge current.
  • the at least one sensor can for example be arranged directly on a battery cell or in an area near the at least one battery cell.
  • an outside temperature of a battery pack can also be measured in order to be able to estimate or calculate a future heating inside the battery pack and thus be able to initiate an early discharge or deactivation of the at least one battery cell.
  • the device is arranged in a battery pack. As a result, the device is directly in contact with the at least one battery cell.
  • the device can be integrated directly into a charging electronics or monitoring electronics of the battery pack.
  • the device can be retrofitted with compatible battery packs with the device to increase the security of the battery pack.
  • a direct integration of the device in a battery pack is also advantageous because at least one battery pack is used in addition to a used battery pack as a replacement to an uninterruptible
  • Enable workflow This can happen when handling the battery packs that they can fall on a hard surface or from a greater height.
  • the battery packs can also be damaged by moisture or corrosive substances.
  • the device integrated in the battery pack can reduce the risk potential and prevent the user from using a damaged battery pack.
  • an undamaged hand tool machine could also be thermally or electrically damaged by a damaged battery pack.
  • the operation of damaged battery cells can still increase a degree of damage and cause an exothermic reaction of the battery cells.
  • the device is arranged in a handheld power tool.
  • Hand tool is independent of a battery pack. In a battery pack is usually only little space for additional electronics or more
  • the arrangement of the device in a hand tool allows more freedom of design.
  • larger consumers can be used to convert the electrical energy of the battery pack, which require more installation space. For example, larger ones
  • Power resistors are used with heat sinks.
  • the device is in one
  • the device for discharging at least one battery cell can also be arranged in a charger or a charging station. It is advantageous that also already offered on the market or already used battery packs a test of the specifications can be subjected. Especially with old or used
  • Battery cells increase the danger of achieving a safety-critical condition. Furthermore, a battery pack can become very hot during a charging process and thus become unstable.
  • the advantage here is that the charger or
  • a charger can be electrically connected, for example via an adapter with one or more battery packs.
  • a battery pack can be used in a charging station, whereby by the
  • the at least one consumer is arranged in the portable power tool, in the battery pack or in the charging device.
  • at least one existing consumer can be controlled without additional effort and thus the state of charge of the at least one
  • Battery cell be lowered.
  • existing LEDs, existing workstation lighting or an existing radio transmitting device, such as Bluetooth can be used in the battery pack, in the power tool or the charging device.
  • consumers are like an existing identification LED, a display,
  • Battery cells in the battery pack or in the charger are already installed. Furthermore, additional electrical or electro-mechanical consumers can be used, which can be installed specifically for this purpose.
  • the at least one consumer is a passive or active component or component.
  • the consumer may preferably be a power resistor, a coil or a throttle, an electric motor and the like.
  • Capacitors can also be used.
  • the decisive factor here is to be able to extract as much electrical energy as possible from the electrochemical store and convert it into other forms of energy, such as movement or heat, or in the form of capacitors into a protected or
  • the at least one sensor is an acceleration sensor, a voltmeter, an ammeter, a position sensor, a barometer, a satellite-based position sensor such as GPS or a mobile radio receiver.
  • the various sensors make it possible to detect the external environmental conditions, the battery pack, the handheld power tool or the charging device. This can be, for example, the temperature, a single voltage, an acceleration or an impact, a drop height or rapid pressure change or a geographical position.
  • Geographic position could be satellite-based
  • Position sensor or mobile cell data can be determined or provided by a via a data network connected device. There may be geographic regions that are considered unsafe, for example, because there is no approval of the product or it is about
  • explosive areas such as in mining or the
  • Control unit in the battery pack, in the hand tool or the charger a controlled discharge of the battery cells are initiated. Furthermore, during such a recognized dangerous situation, further charging by the control unit could be prevented.
  • the at least one consumer is connected to the at least one battery cell and actively decoupled by the control unit.
  • This fulfills the function of an electric dead man's switch and increases the safety of the battery pack. If the control unit is not working properly or has no operating voltage, the battery pack will be discharged automatically. This always ensures that the emergency program for reducing a risk runs through the battery cells. This also happens without a correctly functioning control unit.
  • the at least one consumer can be connected to the at least one battery cell by a switching device which can be controlled by the control unit.
  • the control unit is connected to a switching device and can trigger the switching device.
  • the control unit does not have to switch high voltages or currents.
  • the switching device may include at least one transistor, a thyristor Relay, a semiconductor relay or the like. Combinations of serial or parallel circuit devices may also be advantageous.
  • a switching device may in contrast to the control unit
  • the at least one consumer can be connected to the at least one battery cell by the control unit. This allows the control unit for low-power consumers such
  • Displays, LEDs or lights act as switches in addition to any switches themselves.
  • a method for operating a device for discharging at least one battery cell.
  • at least one measured value is measured or determined by at least one sensor.
  • the at least one measured value is evaluated and used to recognize a state or a situation which is relevant to the operating characteristic of the at least one battery cell. If a state is detected by the control unit that is outside a specification of the battery cell or will deviate from the specification in the future, the at least one battery cell is connected or deactivated with at least one electrical consumer.
  • the at least one rechargeable cell can be discharged and so on
  • the danger potential can be reduced.
  • the danger potential is caused by a reduction of the state of charge or by deactivating the at least one battery cell.
  • the battery cell When deactivated, the battery cell can be separated from potential consumers such that a renewed
  • FIG. 1 is a schematic block diagram of a hand tool with a device according to a first embodiment
  • FIG. 2 is a schematic representation of a battery pack with a device according to the first embodiment
  • Fig. 3 is a schematic representation of a connected to a battery pack
  • Fig. 4 is a schematic representation of a device according to a second
  • FIG. 1 shows a schematic block diagram of an arrangement 1 or a handheld power tool 1 with a device 2 for unloading a
  • the device 2 in this case has a first sensor 4, which is designed as a temperature sensor 4. Furthermore, the device 2 has a second sensor 6, which is designed as an acceleration sensor 6. The two sensors 4, 6 are electrically connected to a control unit 8.
  • the control unit 8 may, for example, a
  • Microcontroller 8 or a computer unit 8 be. According to the
  • the microcontroller 8 in addition to the two sensors 4, 6 is also connected to battery cells 10 of the battery pack 3.
  • the microcontroller 8 can measure an open circuit voltage or a voltage of the battery cells 10 directly or indirectly under load.
  • the microcontroller 8 based on the measured temperature, voltage and acceleration within or outside the specification of the battery cells 10 a
  • Actuate switching device 12 which connects an additional electrical load 14 with the battery pack 3 to discharge the battery cells 10.
  • Accu cells 10 are Li (lithium) ion cells.
  • the consumer 14 is a power resistor according to the embodiment.
  • the power tool 1 a regular Consumer 16, which is an electric motor 16 and can be electrically connected by a user by means of a manual switch 18 with the battery pack 3, so that the electric motor 16 starts.
  • the microcontroller 8 can deactivate the switch 18, so that in the event of a critical situation of the
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a battery pack 3 with a
  • Device 2 according to the first embodiment.
  • the device 2 for discharging at least one battery cell 10 is integrated in a battery pack 3.
  • the battery cells 10 are connected in series, so that the voltage of the battery cells 10 accumulates.
  • the serially connected battery cells 10 are connected via the device 2 with a monitoring electronics 20 also integrated in the battery pack 3.
  • the monitoring electronics 20 can, for example, check whether a charging device 22 or a
  • Hand tool 1 is connected and regulate the voltage or a discharge current of the battery cells 10.
  • FIG. 3 illustrates a schematic representation of a charging device 22 connected to a battery pack 3 with a device 2 for discharging at least one battery cell 10 according to the first exemplary embodiment.
  • the device 2 is arranged in the loading device 22.
  • a charging electronics 24 optimized for the battery pack 3 current profile can be provided and the battery cells 10 are charged.
  • the charging device 22 can communicate with the monitoring electronics 20 via the charging electronics 24.
  • FIG. 4 shows a schematic representation of a device 2 for
  • the device 2 is designed according to the embodiment as an electronic deadman switch.
  • the microcontroller 8 measures at an output 26, a voltage at point P.
  • a resistor R and a capacitor C creates a damped RC element having a continuously decreasing voltage and by the microcontroller. 8 must be recharged at the output 26.
  • the microcontroller 8 can also act on its outputs 26 with a voltage such as 3.3V and thus serve as a voltage source. If the voltage at the point P, for example, below 1.5V, the microcontroller 8, the voltage at its output, for example, raise to 3.3V and thus briefly charge the capacitor C.
  • the capacitor C can also serve as a short-term supply of the microcontroller 8.
  • the capacitor C can always be recharged by the microcontroller 8 with decreasing voltage at the point P. If the recharging or the provision of a voltage at the output 26 of the microcontroller 8 is interrupted, for example, by a malfunction of the microcontroller 8, the voltage at the point P drops to a critical range, for example below 0.7 V, then the

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Abstract

Offenbart ist eine Vorrichtung zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle einer Handwerkzeugmaschine mit einer Steuerungseinheit, mit mindestens einem Sensor zum Messen mindestens eines Messwertes, mit mindestens einem elektrischen Verbraucher, wobei der mindestens eine Verbraucher von der Steuerungseinheit abhängig von dem Messwert des mindestens einen Sensors mit der mindestens einen Akkuzelle verbindbar ist. Des Weiteren ist ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle offenbart.

Description

Beschreibung
Titel
Vorrichtung und Verfahren zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle einer Handwerkzeugmaschine
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Entladen mindestens einer Akkuzelle einer Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 , sowie ein Verfahren nach Anspruch 1 1 .
Stand der Technik
Die Verwendung von Akkuzellen in Akkupacks elektrischer Handwerkzeugmaschinen, die über einen Netzanschluss elektrisch geladen werden, ist aufgrund der hohen Flexibilität beim Arbeiten besonders benutzerfreundlich und ermöglicht eine große Flexibilität. Auf diese Weise kann auch im Außenbereich oder an schwer zugänglichen Orten ohne direkte Stromzuleitung mit elektrischen Handwerkzeugmaschinen gearbeitet werden. Aufgrund der Vereinfachung des Handlings von Handwerkzeugmaschinen durch den Einsatz von Akkuzellen kommen diese heute in großer Zahl zum Einsatz. Gängige Akkupacks weisen häufig eine Mehrzahl von in Parallel- und/oder Reihenschaltung verbundenen, wiederaufladbaren Akkuzellen bzw. Akkumulatoren, beispielsweise
zylinderförmige Lithium-Ionen-Zellen auf. Die untereinander verbundenen Akkuzellen sind mit einer Überwachungselektronik verbunden. Das Akkupack umfasst in der Regel mehrere Akkuzellen, sowie ein Gehäuse in denen die Akkuzellen aufgenommen sind. Die Verwendung von Li-Ionen-Zellen als Akkuzellen gilt in ihrer Anwendung als sicher, jedoch kann es beispielsweise durch eine thermische oder mechanische Einwirkung von außen oder durch falsche Verwendung, wie beispielsweise Überladen oder Überlasten zu einem kritischen Zustand des Akkupacks führen, bei dem es in den Li-Ionen-Zellen zu einer durchgängigen elektrochemischen Reaktion kommt, bei der die Li-Ionen- Zellen entflammen oder sogar explodieren können. Die Schwere der potentiellen Explosion ist dabei abhängig von der zur Verfügung stehenden, gespeicherten Energie des Akkupacks und damit von einem Ladezustand des Akkupacks.
Offenbarung der Erfindung
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe kann darin gesehen werden, eine Vorrichtung und ein Verfahren vorzuschlagen, die bei einer Situation außerhalb einer Spezifikation mindestens einer Akkuzelle eines Akkupacks eine zügige, kontrollierte und im Ernstfall auch größtmögliche Entladung eines Akkupacks, insbesondere eines Akkupacks in einer Handwerkzeugmaschine, ermöglicht und somit eine drohende Gefahr durch die mindestens eine Akkuzelle minimiert.
Diese Aufgabe wird mittels des jeweiligen Gegenstands des unabhängigen Anspruchs 1 und des unabhängigen Anspruchs 1 1 gelöst. Vorteilhafte
Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von jeweils abhängigen
Unteransprüchen.
Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine Vorrichtung zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle einer Handwerkzeugmaschine vorgeschlagen, aufweisend eine Steuerungseinheit, mindestens einen Sensor zum Messen eines
Messwertes, sowie mindestens einen elektrischen Verbraucher. Der mindestens eine Verbraucher ist von der Steuerungseinheit, abhängig von dem Messwert des mindestens einen Sensors, mit der mindestens einen Akkuzelle verbindbar. Hierdurch kann die Steuerungseinheit durch Auslesen von mindestens einem
Sensor erkennen, ob eine für die mindestens eine Akkuzelle kritische Situation vorliegt. Die Steuerungseinheit selbst kann ebenfalls als Sensor dienen und beispielsweise eine Spannung messen. Die Steuerungseinheit kann
beispielsweise ein Mikrokontroller oder eine Rechnereinheit sein. Eine Spannung kann beispielsweise eine Ruhespannung der mindestens einen Akkuzelle oder eines Akkupacks sein. Ein Akkupack besteht üblicherweise aus einer Vielzahl an Akkuzellen, die derart elektrisch seriell und/oder parallel verbunden sind, dass sie einen bestimmten elektrischen Verbraucher, wie beispielsweise einen Elektromotor oder eine Heizeinheit, betreiben bzw. aktivieren können. Die Steuereinheit kann anhand eines Algorithmus, einer Tabelle, einer Simulation oder dergleichen überprüfen, ob der mindestens eine Messwert zu einer kritischen Situation der mindestens einen Akkuzelle führt oder ob die Akkuzelle sich bereits in einer kritischen Situation befindet. Vorzugsweise gibt es mehrere definierte Erkennungsstufen, die von einem von der mindestens einen Akkuzelle ausgehenden Risiko abhängig sind. Somit kann es auch ausreichen, einen Ladevorgang oder einen Betrieb eines Verbrauchers einzustellen, falls die mindestens eine Akkuzelle überlastet wird und sich dadurch zu stark oder zu schnell erwärmt. Je nach Erkennungsstufe kann ein entsprechend schnelles oder langsames Entladen der mindestens einen Akkuzelle durch die
Steuerungseinheit initiiert werden. Dies kann direkt durch die Steuerungseinheit oder durch zusätzliche durch die Steuereinheit geregelte Bauteile erfolgen. Das
Entladen der mindestens einen Akkuzelle erfolgt mit einer definierten
Stromstärke bzw. Leistung, die abhängig von der Art und Anzahl an
angeschlossenen Verbrauchern ist. Muss die Akkuzelle möglichst schnell entladen werden, so werden sämtliche verfügbare elektrische Verbraucher in Betrieb genommen. Abhängig von der Erkennungsstufe kann es ausreichen die mindestens eine Akkuzelle langsam zu entladen. Insbesondere soll hierdurch das Gefahrenpotential mindestens einer Akkuzelle reduziert werden, wenn die Steuerungseinheit eine kritische Situation oder eine zukünftige kritische Situation registriert bzw. erkennt. Die Akkuzelle wird durch Verbinden mit mindestens einem elektrischen Verbraucher entladen und so ihr Gefahrenpotential relativ zu ihrem Ladezustand gesenkt. Eine kritische Situation oder ein kritischer Zustand kann beispielsweise dann vorliegen, wenn die Akkuzelle außerhalb ihrer
Spezifikation bzw. außerhalb ihrer üblichen Betriebsbedingungen betrieben wird. Dies kann beispielsweise ein Unterschreiten oder Überschreiten eines
Temperaturbereiches sein, eine starke Erschütterung bzw. ein Sturz oder eine extreme Beschleunigung der mindestens einen Akkuzelle sein. Des Weiteren kann die Akkuzelle auch einer Überlastung durch einen defekten elektrischen Verbraucher oder einen Kurzschluss ausgesetzt und dadurch einem zu hohen Entladestrom ausgesetzt sein. Der mindestens eine Sensor kann beispielsweise direkt an einer Akkuzelle angeordnet sein oder in einem Bereich nahe der mindestens einen Akkuzelle. Beispielsweise kann auch eine Außentemperatur eines Akkupacks gemessen werden, um damit eine zukünftige Erwärmung im Inneren des Akkupacks abschätzen oder berechnen zu können und so eine frühzeitige Entladung oder Deaktivierung der mindestens einen Akkuzelle einleiten zu können. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Vorrichtung in einem Akkupack angeordnet. Hierdurch steht die Vorrichtung direkt im Kontakt mit der mindestens einen Akkuzelle. Dabei kann die Vorrichtung direkt in eine Ladeelektronik bzw. Überwachungselektronik des Akkupacks integriert sein. Somit können auch ältere Handwerkzeugmaschinen mit kompatiblen Akkupacks mit der Vorrichtung zur Steigerung der Sicherheit des Akkupacks nachgerüstet werden. Eine direkte Integration der Vorrichtung in einen Akkupack ist zudem vorteilhaft, da regelmäßig neben einem genutzten Akkupack mindestens ein Akkupack als Ersatz verwendet wird um einen unterbrechungsfreien
Arbeitsablauf zu ermöglichen. Hierbei kann bei der Handhabung der Akkupacks vorkommen, dass diese auf einen harten Untergrund oder aus einer größeren Höhe fallen können. Des Weiteren können die Akkupacks auch durch Nässe oder korrosive Stoffe beschädigt werden. Hierbei kann die in den Akkupack integrierte Vorrichtung das Gefahrenpotential senken und den Anwender davon abhalten einen beschädigten Akkupack zu nutzen. Hierdurch könnte ansonsten beispielsweise eine unbeschädigte Handwerkzeugmaschine durch ein beschädigtes Akkupack ebenfalls thermisch oder elektrisch geschädigt werden. Des Weiteren kann der Betrieb von beschädigten Akkuzellen einen Grad der Beschädigung noch steigern und eine exotherme Reaktion der Akkuzellen verursachen.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist die Vorrichtung in einer Handwerkzeugmaschine angeordnet ist. Die Anordnung in einer
Handwerkzeugmaschine ist dabei unabhängig von einem Akkupack. In einem Akkupack ist meist nur wenig Platz für zusätzliche Elektronik oder weitere
Komponenten. Die Anordnung der Vorrichtung in einer Handwerkzeugmaschine ermöglicht mehr Designfreiheit. Darüber hinaus können größere Verbraucher zum Umwandeln der elektrischen Energie des Akkupacks verwendet werden, die mehr Einbauraum beanspruchen. Beispielsweise können größere
Leistungswiderstände mit Kühlkörpern verwendet werden.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist die Vorrichtung in einer
Ladevorrichtung angeordnet. Die Vorrichtung zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle kann auch in einem Ladegerät oder einer Ladestation angeordnet sein. Hierbei ist von Vorteil, dass auch sich bereits auf dem Markt angebotene oder bereits genutzte Akkupacks einer Prüfung der Spezifikationen unterzogen werden können. Insbesondere bei alten bzw. verbrauchten
Akkuzellen steigt die Gefahr einen sicherheitskritischen Zustand zu erreichen. Des Weiteren kann sich ein Akkupacks bei einem Ladevorgang stark erwärmen und so instabil werden. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Ladegerät bzw.
Ladestation die Gefahr eines Brandes oder eines Schadens während eines
Ladevorgangs reduzieren kann. Ein Ladegerät lässt sich beispielsweise über einen Adapter mit einem oder mehreren Akkupacks elektrisch verbinden. Ein Akkupack kann in eine Ladestation eingesetzt werden, wobei durch das
Einsetzen zumindest eine elektrische Verbindung zwischen der Ladestation und dem Akkupack bzw. den einzelnen Akkuzellen hergestellt wird.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Verbraucher in der Handwerkzeugmaschine, in dem Akkupack oder in der Ladevorrichtung angeordnet. Somit kann ohne zusätzlichen Aufwand mindestens ein bestehender Verbraucher angesteuert und so der Ladezustand der mindestens einen
Akkuzelle gesenkt werden. Als mögliche elektrische Verbraucher können hierbei im Akkupack, in der Handwerkszeugmaschine oder der Ladevorrichtung bereits vorhandene LEDs, vorhandene Arbeitsstellenbeleuchtung oder eine vorhandene Funk-Sendeeinrichtung, wie beispielsweise Bluetooth dienen. Des Weiteren sind Verbraucher wie eine bereits vorhandene Identifikation-LED, ein Display,
Transistoren und Widerstände nutzbar, welche für die Balancierung der
Akkuzellen im Akkupack oder in der Ladevorrichtung bereits eingebaut sind. Des Weiteren können zusätzliche elektrische oder elektro-mechanische Verbraucher verwendet werden, die speziell für diesen Zweck eingebaut werden können.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Vorrichtung ist der mindestens eine Verbraucher ein passives oder aktives Bauteil oder Bauelement. Dabei kann der Verbraucher vorzugsweise ein Leistungswiderstand, eine Spule bzw. eine Drossel, ein Elektromotor und dergleichen sein. Halbleiterelemente oder
Kondensatoren können ebenfalls verwendet werden. Entscheidend ist hierbei dem elektrochemischen Speicher möglichst viel elektrische Energie entziehen zu können und entweder in andere Energieformen, wie Bewegung oder Wärme, umzuwandeln oder in Form von Kondensatoren in einen geschützten bzw.
getrennten Bereich zu transportieren, der beispielsweise weniger wärme- oder stoßempfindlich ist. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Sensor ein Beschleunigungssensor, ein Voltmeter, ein Amperemeter, ein Lagesensor, ein Barometer, ein satellitengestützter Positionssensor wie z.B. GPS oder ein Mobilfunkempfänger. Durch die verschiedenen Sensoren ist es möglich die äußeren Umgebungszustände, des Akkupacks, der Handwerkzeugmaschine oder der Ladevorrichtung zu erfassen. Dies kann zum Beispiel die Temperatur, eine Einzelspannung, eine Beschleunigung bzw. ein Aufprall, eine Fallhöhe bzw. schnelle Druckänderung oder eine geographische Position sein. Die
geographische Position könnte hierbei über einen satellitengestützten
Positionssensor-oder Mobilfunkzelldaten ermittelt werden oder von einem über ein datennetzverbundenes Gerät zur Verfügung gestellt werden. Dabei kann es geographische Region geben, die als unsicher gelten, beispielsweise weil für dieses keine Zulassung des Produktes besteht oder es sich um
explosionsgefährdete Bereiche handelt, wie z.B. im Bergbau oder der
Chemieindustrie. Beim Erfassen einer Situation oder einer Außenumgebung, die außerhalb der Spezifikation der Vorrichtung liegt, kann durch die
Steuerungseinheit im Akkupack, in der Handwerkzeugmaschine oder der Ladevorrichtung eine kontrollierte Entladung der Akkuzellen eingeleitet werden. Des Weiteren könnte während einer solchen erkannten Gefahrensituation ein weiteres Laden durch die Steuereinheit unterbunden werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Verbraucher mit der mindestens einen Akkuzelle verbunden und durch die Steuerungseinheit aktiv entkoppelbar. Dies erfüllt die Funktion eines elektrischen Totmannschalters und erhöht die Sicherheit des Akkupacks. Sofern die Steuerungseinheit nicht richtig funktioniert oder keine Betriebsspannung hat, wird automatisch die Entladung des Akkupacks eingeleitet. Hierdurch wird stets sichergestellt, dass das Notfallprogramm zur Reduzierung einer Gefahr durch die Akkuzellen abläuft. Dies geschieht hierbei auch ohne eine korrekt funktionierende Steuerungseinheit.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Verbraucher mit der mindestens einen Akkuzelle durch eine von der Steuerungseinheit steuerbare Schaltvorrichtung verbindbar. Dabei ist die Steuerungseinheit mit einer Schaltvorrichtung verbunden und lässt die Schaltvorrichtung auslösen. Auf diese Weise muss die Steuerungseinheit keine hohen Spannungen oder Ströme schalten. Die Schaltvorrichtung kann mindestens ein Transistor, ein Thyristor, ein Relais, ein Halbleiterrelais oder dergleichen sein. Kombinationen von seriell oder parallel geschalteten Schaltungsvorrichtungen können ebenfalls vorteilhaft sein. Eine Schaltvorrichtung kann im Gegensatz zur Steuerungseinheit
leistungsfähiger ausgeführt sein und bereits von einer leistungsschwachen Steuerungseinheit angesteuert werden. Hierdurch können die Herstellungskosten einer derartigen Vorrichtung reduziert werden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel ist der mindestens eine Verbraucher mit der mindestens einen Akkuzelle durch die Steuerungseinheit verbindbar. Hierdurch kann die Steuerungseinheit bei leistungsschwachen Verbrauchern wie
Displays, LEDs oder Beleuchtungen zusätzlich zu eventuellen Schaltern selbst als Schalter agieren.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle bereitgestellt. In einem ersten Schritt wird mindestens ein Messwert durch mindestens einen Sensor gemessen bzw. ermittelt. Durch eine Steuerungseinheit wir der mindestens eine Messwert ausgewertet und dazu genutzt einen Zustand bzw. eine Situation zu erkennen, die für die Betriebscharakteristik der mindestens einen Akkuzelle relevant ist. Wird von der Steuerungseinheit ein Zustand erkannt, der außerhalb einer Spezifikation der Akkuzelle ist oder künftig von der Spezifikation abweichen wird, so wird die mindestens eine Akkuzelle mit mindestens einem elektrischen Verbraucher verbunden oder deaktiviert. Hierdurch kann bei einer drohenden kritischen Situation oder einer eingetretenen kritischen Situation die mindestens eine Akkuzelle entladen und so ihr
Gefahrenpotential verringert werden. Insbesondere wird das Gefahrenpotential durch eine Verringerung des Ladezustandes oder durch Deaktivierung der mindestens einen Akkuzelle bewirkt. Bei einer Deaktivierung kann die Akkuzelle von möglichen Verbrauchern derart getrennt werden, dass eine erneute
Inbetriebnahme nicht mehr möglich ist um weitere Beschädigungen zu verhindern.
Im Folgenden werden anhand von stark vereinfachten schematischen
Darstellungen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung näher erläutert. Hierbei zeigen
Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm einer Handwerkzeugmaschine mit einer Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 eine schematische Darstellung eines Akkupacks mit einer Vorrichtung gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer mit einem Akkupack verbundenen
Ladevorrichtung mit einer Vorrichtung gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel und
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel.
In den Figuren weisen dieselben konstruktiven Elemente jeweils dieselben Bezugsziffern auf.
In der Figur 1 ist ein schematisches Blockbild einer Anordnung 1 bzw. einer Handwerkzeugmaschine 1 mit einer Vorrichtung 2 zum Entladen eines
Akkupacks 3 der Handwerkzeugmaschine 1 gemäß einem ersten
Ausführungsbeispiel dargestellt. Die Vorrichtung 2 weist hierbei einen ersten Sensor 4 auf, der als ein Temperatursensor 4 ausgeführt ist. Des Weiteren weist die Vorrichtung 2 einen zweiten Sensor 6 auf, der als ein Beschleunigungssensor 6 ausgeführt ist. Die beiden Sensoren 4, 6 sind mit einer Steuerungseinheit 8 elektrisch verbunden. Die Steuerungseinheit 8 kann beispielsweise ein
Mikrokontroller 8 oder eine Rechnereinheit 8 sein. Gemäß dem
Ausführungsbeispiel ist der Mikrokontroller 8 neben den beiden Sensoren 4, 6 auch mit Akkuzellen 10 des Akkupacks 3 verbunden. Hierdurch kann der Mikrokontroller 8 eine Leerlaufspannung oder eine Spannung der Akkuzellen 10 unter Belastung direkt oder indirekt messen. Somit kann der Mikrokontroller 8 basierend auf der gemessenen Temperatur, Spannung und Beschleunigung innerhalb oder außerhalb der Spezifikation der Akkuzellen 10 eine
Schaltvorrichtung 12 betätigen, die einen zusätzlichen elektrischen Verbraucher 14 mit dem Akkupack 3 verbindet um die Akkuzellen 10 zu entladen. Die
Akkuzellen 10 sind hierbei Li(Lithium)-lonen-Zellen. Der Verbraucher 14 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel ein Leistungswiderstand. Neben dem
Verbraucher 14 weist die Handwerkzeugmaschine 1 einen regulären Verbraucher 16, der ein Elektromotor 16 ist und durch einen Anwender mittels eines Handschalters 18 mit dem Akkupack 3 elektrisch verbunden werden kann, sodass der Elektromotor 16 anläuft. Der Mikrokontroller 8 kann hierbei den Schalter 18 deaktivieren, sodass im Falle einer kritischen Situation der
Akkuzellen 10 diese nicht stärker beschädigt werden können und so eine
Überlastung verhindert wird bzw. eine kontrollierte Entladung der Akkuzellen 10 durch den Lastwiderstand 14 eingeleitet werden kann. Dies kann dem Anwender auch akustisch oder optisch signalisiert werden. Die Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Akkupacks 3 mit einer
Vorrichtung 2 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Im Gegensatz zu Figur 1 ist hier die Vorrichtung 2 zum Entladen zumindest einer Akkuzelle 10 in einem Akkupack 3 integriert. Hierbei sind die Akkuzellen 10 in Reihe geschaltet, sodass sich die Spannung der Akkuzellen 10 aufsummiert. Die seriell geschalteten Akkuzellen 10 sind über die Vorrichtung 2 mit einer ebenfalls im Akkupack 3 integrierten Überwachungselektronik 20 verbunden. Die Überwachungselektronik 20 kann beispielsweise prüfen ob eine Ladevorrichtung 22 oder eine
Handwerkzeugmaschine 1 angeschlossen ist und die Spannung bzw. einen Entladestrom der Akkuzellen 10 regeln.
In Figur 3 ist eine schematische Darstellung einer mit einem Akkupack 3 verbundenen Ladevorrichtung 22 mit einer Vorrichtung 2 zum Entladen zumindest einer Akkuzelle 10 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel veranschaulicht. Im Gegensatz zu den bereits aufgezeigten Figuren ist die Vorrichtung 2 in der Ladevorrichtung 22 angeordnet. Über eine Ladeelektronik 24 kann ein für den Akkupack 3 optimierter Stromverlauf bereitgestellt werden und die Akkuzellen 10 geladen werden. Des Weiteren kann über die Ladelektronik 24 die Ladevorrichtung 22 mit der Überwachungselektronik 20 kommunizieren. Die Figur 4 zeigt eine schematische Darstellung einer Vorrichtung 2 zum
Entladen mindestens einer Akkuzelle 10 gemäß einem zweiten
Ausführungsbeispiel. Die Vorrichtung 2 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel als ein elektronischer Totmannschalter ausgeführt. Hierbei misst der Mikrokontroller 8 an einem Ausgang 26 eine Spannung am Punkt P. Durch einen Widerstand R und einen Kondensator C entsteht ein gedämpftes R-C-Glied, das eine kontinuierlich sinkende Spannung aufweist und durch den Mikrokontroller 8 nachgeladen werden muss am Ausgang 26. Hierfür kann der Mikrokontroller 8 seinen Ausgänge 26 auch mit einer Spannung wie beispielsweise 3.3V beaufschlagen und somit als Spannungsquelle dienen. Ist die Spannung am Punkt P beispielsweise unterhalb vom 1.5V kann der Mikrokontroller 8 die Spannung an seinem Ausgang beispielsweise auf 3.3V anheben und somit kurzzeitig den Kondensator C laden. Der Kondensator C kann hierbei auch als eine kurzzeitige Versorgung des Mikrokontrollers 8 dienen. Somit kann der Kondensator C vom Mikrokontroller 8 bei abfallender Spannung am Punkt P immer nachgeladen werden. Unterbleibt das Nachladen bzw. das Bereitstellen einer Spannung am Ausgang 26 des Mikrokontrollers 8 beispielsweise durch eine Fehlfunktion des Mikrokontrollers 8, sinkt die Spannung am Punkt P in einen kritischen Bereich beispielsweise unterhalb von 0.7V ab, so beginnt der
Transistor T3 zu sperren, sodass der von dem Akkupack 3 bereitgestellte Strom durch einen nun leitenden Transistor T2 über den Lastwiderstand 14 fließt und den Akkupack 3 entlädt. Bei einer zu hohen von dem Mikrokontroller 8 bereitgestellten Spannung wird ein Zenerpotential der Zenerdiode Z
überschritten, sodass diese leitend wird und ein Transistor T1 durchgesteuert wird und den Akkupack 3 ebenfalls über den Lastwiderstand 14 entlädt.

Claims

Ansprüche
1 . Vorrichtung (2) zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle (10) einer Handwerkzeugmaschine (1 ), aufweisend:
- eine Steuerungseinheit (8),
- mindestens einen Sensor (4, 6) zum Messen mindestens eines Messwertes,
- mindestens einen elektrischen Verbraucher (14, 16),
dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Verbraucher (14, 16) von der Steuerungseinheit (8) abhängig von dem Messwert des mindestens einen Sensors (4, 6) mit der mindestens einen Akkuzelle (10) verbindbar ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (2) in einem Akkupack (3) angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (2) in einer
Handwerkzeugmaschine (1 ) angeordnet ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , wobei die Vorrichtung (2) in einer
Ladevorrichtung (22) angeordnet ist.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der mindestens eine Verbraucher (14, 16) in der Handwerkzeugmaschine (1 ), in dem Akkupack (3) oder in der Ladevorrichtung (22) angeordnet ist.
6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der mindestens eine Verbraucher (14, 16) ein passives oder aktives Bauteil oder Bauelement ist.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der mindestens eine Sensor (4, 6) ein Beschleunigungssensor, ein Voltmeter, ein Amperemeter, ein Lagesensor, ein Barometer, ein satellitengestützter Positionssensor oder ein Mobilfunkempfänger ist.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mindestens eine Verbraucher (14, 16) mit der mindestens einen Akkuzelle (10) verbunden ist und durch die Steuerungseinheit (8) aktiv entkoppelbar ist.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mindestens eine Verbraucher (14, 16) mit der mindestens einen Akkuzelle (10) durch eine von der Steuerungseinheit (8) steuerbare Schaltvorrichtung (12, 18) verbindbar ist.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei der mindestens eine Verbraucher (14, 16) mit der mindestens einen Akkuzelle (10) durch die
Steuerungseinheit (8) verbindbar ist.
1 1. Verfahren zum Betreiben einer Vorrichtung (2) zum Entladen von mindestens einer Akkuzelle (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche aufweisend die Schritte:
- Messen mindestens eines Messwertes durch mindestens einen Sensor (4, 6),
- Auswerten des mindestens einen Messwertes durch eine Steuerungseinheit (8),
- Erkennen eines Zustandes mindestens einer Akkuzelle (10) anhand des mindestens einen Messwertes,
- Deaktivieren der mindestens einen Akkuzelle (10) oder Verbinden der mindestens einen Akkuzelle (10) mit mindestens einem Verbraucher (14, 16, 20, 24) bei einem Erkennen eines gegenwärtigen oder zukünftigen Zustandes der mindestens einen Akkuzelle (10) außerhalb der Spezifikation der Akkuzelle (10).
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