WO2021144153A1 - Akkupack für eine handwerkzeugmaschine, handwerkzeugmaschine und ladegerät - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a battery pack for a handheld power tool according to claim 1, as well as a handheld power tool according to claim 13, a charging device according to claim 14, and a tool system according to claim 15.
- Electric hand machine tools are known in principle and are supplied with power via a mains connection.
- cordless tools allow a high degree of flexibility when working, as they are particularly independent of mains power. In this way, for example, outdoor work can also be carried out conveniently, so that it is often provided that battery packs are used when a handheld power tool is in operation.
- a battery pack is to be understood as a preferably consisting of several electrically interconnected battery cells, which can store electrical energy that supplies the energy required to operate a handheld power tool, and can be exchanged in a chamber, an interface or the like Handicraft machine tool or the charger can be attached.
- an interface should be understood to mean a device that is intended to directly or indirectly establish an electrical and, in particular, a mechanical connection with a charger and / or a discharge side, that is to say the handheld tool machine.
- Such battery packs are known in principle and generally have a plurality of rechargeable batteries connected in parallel and / or in series, for example three cylindrical ion cells connected in series with, for example, 3.6 V each with a total voltage of 10, 8 V, on.
- the connected battery cells are connected to one another and to a battery pack electronics system which, in addition to the battery cells, includes other circuit components.
- the battery pack electronics take on the task of controlling the charging and discharging processes of the battery pack depending on parameters such as maximum permissible charging and discharging currents, cell temperature, and other variables.
- the battery pack generally also includes a battery pack housing in which the battery cells are either completely or partially accommodated, preferably by means of a cell holder.
- the cell holder itself forms a battery pack housing element of the battery pack housing.
- the battery pack is coupled to the handheld power tool by plugging in or pushing the interface of the battery pack into a complementary plug-in socket in the device housing.
- the interface is typically equipped with a locking mechanism.
- the interface also has contact slots in which contact elements can be arranged.
- the contact elements are in turn connected to the battery electronics. If the energy of the battery pack is used up, it can be removed and connected to a charging station with corresponding countercontact elements. If several battery packs are available, it is possible to remove the discharged battery pack from the handheld power tool and replace it with a charged one. As a rule, the nominal voltage and capacity of the battery pack used determine the performance and runtime of the handheld power tools.
- both the battery packs and the handheld power tools and chargers and thus the respective interfaces are subject to constant further development. development, whereby it is common that additional contact elements and mating contacts elements are to be implemented in the interfaces in order to exchange additional information between the devices. It is desirable, for reasons of handiness and manageability of both the battery pack and the handheld power tool, to keep the installation space required for the interface as compact as possible. In addition, for reasons of compatibility with previous models, there may be a requirement to change the geometry of the interface as little as possible compared to a previous model.
- hand machine tools, battery packs and chargers include mechanical or electrical coding elements that are matched to one another and through which the possible combinations of battery packs and hand machine tools or chargers are limited for reasons of compatibility.
- At least two of the contact elements are connected to the highest and lowest potential of the interconnected cells, that is, to the battery (+) and ground, via which power can be drawn from or supplied to the battery pack.
- the charging and discharging process runs preferably via these contact elements, but implementations with separate charging and discharging contacts are also known.
- MOSFETs Metal oxide semiconductor field effect transistors
- MOSFETs are ideal for this because of their high current carrying capacity and low resistivity.
- MOSFETs have a parasitic body diode, which is why, depending on the polarity, only one current direction can be blocked.
- the object of the invention is to improve the above-mentioned disadvantages and to provide an improved battery pack of the type mentioned, which, while maintaining a configuration of the battery pack interface with the same contact elements for charging and discharging, achieve an increased level of safety in battery operation.
- An inventive battery pack for a handheld power tool has a battery pack housing, with an interface for establishing a mechanical and electrical connection of the battery pack with the handheld power tool and / or a charger, the interface having at least a first contact element and a second contact element for electrical and / or mechanical contacting of corresponding mating contact elements on the handheld power tool and / or corresponding mating contact elements on the charger.
- the battery pack according to the invention has at least one battery cell and battery pack electronics.
- the battery pack electronics comprise a charging current path and a discharging current path.
- the charging current path is configured to connect the first contact element and the second contact element to the battery cell while the at least one battery cell is being charged, while the discharge current path is configured to connect the first contact element and the second contact element to the at least one battery cell while the at least one battery cell is being discharged to connect the battery cell.
- the charging current path and the discharging current path are at least partially electrically separated from one another.
- the battery pack has a first switching element for switching between at least the charging current path and the discharging current path.
- the invention makes it possible, while maintaining a minimal interface configuration with identical contact elements for the charging and discharging process, to at least partially separate the charging and discharging current paths from one another. and thus to be carried out differently. This possibility can, among other things, achieve an increased level of security for the battery pack.
- current limiters for example MOSFETs
- MOSFETs can be inserted in an advantageous polarity in the charging and discharging current paths in order to be able to switch off such charging and discharging currents, in particular to be able to switch them off separately.
- the at least partial separation of the charging and discharging current paths also makes it possible to dispense with an anti-serial MOSFET circuit in the discharging current path, which on the one hand saves costs and on the other hand minimizes the power loss due to additional electrical components that are energized during operation of the handheld power tool.
- the interface has a first mechanism for actuating the first switching element.
- the first mechanism can be a mechanism that can be operated manually by the user, for example a switch at a suitable but otherwise arbitrary point of the battery pack housing
- the first mechanism in one embodiment of the invention is integrated into the interface of the first battery pack in such a way that the first mechanism actuates the first switching element when the battery pack is connected to a corresponding interface of the handheld power tool and / or the charger via the interface.
- the battery pack automatically switches to the desired position when it is inserted into the hand tool or the charger.
- ten mode i.e. charging or discharging without a user having to consciously switch.
- the first switching element and the first mechanism are designed such that in a basic state in which the interface of the battery pack is not connected to a corresponding interface of the handheld power tool and / or the charger, the discharge current path or the charge current path are switched .
- the switchover between the discharge current path and the charging current path can be implemented particularly easily in this way.
- the first mechanism is designed in such a way that the first switching element switches the discharge current path when the battery pack is connected to the handheld power tool via the interface.
- the first mechanism is designed in such a way that the first switching element switches the charging current path when the Ak kupack is connected to the charger via the interface.
- the charging current path and the discharging current path preferably comprise a common section, the common section comprising at least one first current limiter, and the at least one first current limiter being configured to generate a discharge current when a limit value is exceeded, in particular a limit value of the discharge current and / or a limit value for the temperature.
- the at least one first current limiter can comprise n-type MOSFETs, the current-carrying capacity of which is designed for the expected discharge current. With regard to its polarity, the at least one first current limiter is advantageously built into the common section in such a way that, depending on the design of the current limiter, parasitic elements such as the body diode already mentioned in MOSFETs do not prevent the discharge current from being switched off.
- the charging current path has at least one second current limiter, the at least one second current limiter being used for this purpose. is directed to switch off a charging current when a limit value is exceeded, in particular a limit value of the charge current, and / or a limit value of the tempera ture, and / or a limit value of the cell voltage.
- the at least one second current limiter can comprise n-type MOSFETs in embodiments of the invention.
- the first switching element is arranged in the discharge current path, the first switching element and the second current limiter being connected in parallel.
- the first switching element is set up to bypass the at least one second current limiter when the first switching element switches the discharge current path. This avoids energization of the second current limiter associated with power loss when the battery pack is discharged.
- the first switching element is set up to switch between the charging current path, the discharging current path and a neutral state, with the at least one battery cell being electrically isolated from the first and / or from the second contact element in the neutral state. Because both the charging and discharging current paths are separated from the contact element in the neutral state, the battery pack has a particularly high level of security, for example with regard to unintentional discharge.
- the at least one first current limiter and / or the at least one second current limiter is an electrical component from the group of bipolar transistors (BJT), field effect transistors (FET) and metal-oxide-semiconductor field-effect transistors (MOSFET), especially n-type MOSFET.
- BJT bipolar transistors
- FET field effect transistors
- MOSFET metal-oxide-semiconductor field-effect transistors
- the invention comprises a handheld power tool, comprising an electric motor, a machine-side interface for mechanical and electrical coupling of the handheld power tool with a corresponding interface of a battery pack, and a battery pack as described above. written battery pack.
- the machine-side interface is designed in such a way that the first mechanism of the battery pack switches the discharge current path via the first switching element when the battery pack is connected to the machine-side interface of the handheld power tool.
- the invention comprises a charger for electrically charging a battery pack as described above, comprising a device-side interface le for mechanical and electrical coupling of the charger with a corresponding interface of the battery pack, wherein the device-side interface is designed such that the first mechanism of the battery pack switches the charging current path via the first switching element when the battery pack is coupled to the device-side interface.
- the present invention comprises a tool system comprising a battery pack as described above, a handheld power tool as described above, and a charger as described above.
- FIG. 1 shows an example of a view of a handheld power tool with a battery pack according to an embodiment of the invention
- Fig. 2 is a perspective exploded view of a battery pack according to egg ner embodiment of the invention
- FIG. 3 shows a schematic view of a circuit in a battery pack according to an embodiment of the invention, the circuit comprising a charging and a discharging current path;
- FIG. 4 shows a schematic view of a circuit in a battery pack according to a further embodiment of the invention, the circuit comprising a charging and a discharging current path.
- FIG. 1 shows a handheld power tool 300 according to an embodiment of the invention, which is designed as a cordless drill, for example. Accordingly, the handheld power tool 300 in the illustrated embodiment is mechanically and electrically connected to a battery pack 100 for a mains-independent power supply. It should be noted, however, that the present invention is not limited to cordless drills, but rather can be used in different handheld power tools 300.
- the hand-held power tool 300 has a gear 330 arranged in a housing 305 for transmitting a torque generated by a drive motor 335 to a drive shaft rotating about an axis x, on which a tool holder 320 for a tool (not shown) is attached, and a handle 315 on.
- an electronics 370 is arranged, which is in electronic and / or mechanical contact with the drive motor 335 and / or the gear 330.
- the handle 315 serves as a support surface for one hand of an operator of the handheld power tool 300 and generally has a longitudinal axis y, a front side 317 pointing along an axis x in the direction of the tool holder 320, a rear side 316, and two side surfaces 318.
- a first operating element 310 for the energy supply of the drive motor 335 is arranged, the first operating element 310 being manually accessible out of the housing 305 for the user. protrudes, so that, in a manner known per se, a pressure movement of the first operating element 310 enables control and / or regulation of the drive motor, preferably depending on the adjustment path of the first operating element 310, and also the voltage supply for the drive motor 335 can be switched on and / or off.
- the handheld power tool 300 has a second operating element 312 in the form of a slide switch for setting the direction of rotation of the drive motor 335 of the handheld power tool 300.
- the second operating element 312 is arranged displaceably perpendicular to the axis of rotation x of the drive shaft, in particular the tool receptacle 320 of the handheld power tool 300, so that the second operating element 312 is moved back and forth between a first position, a second position and a third position when actuated can.
- the first and second positions each define a direction of rotation of the drive motor.
- the second switching element has a third position, for example a central position, between the first position and the second position, with an electrical, electromechanical and / or mechanical interruption of the motor current taking place in the third position.
- the operation of the first switching element 310 can be mechanically blocked, the second operating element 312 having a locking effect on the first switching element 310 when moved into a third position.
- the second operating element 312 can be designed as a slide switch or, alternatively, as a toggle switch.
- the first operating element 310 and the second operating element 312 are arranged along the axis of rotation x in such a way that it is possible to operate both the first and the second operating element 310, 312 with the index finger or middle finger.
- the distance between the first operating element 310 and the second operating element 312 is selected such that one-handed operation of the handheld power tool 300 is possible.
- Both operating elements 310, 312 are also arranged in an area below the axis of rotation x and protrude from the housing 305. In the position shown in FIG. 1, battery pack 100 is attached to handle 315 of handheld power tool 300 and locked by locking means. The arrangement of the battery pack 100 below the handle 315 does not interfere with the operation of the handheld power tool 300.
- the locking means include, inter alia, a locking element and an actuating element 220.
- actuating the actuating means 220 the battery pack 100 can be released from the handle 315 of the handheld power tool 300.
- the handheld power tool 300 also has an interface 380.
- the battery pack 100 shown in FIGS. 1 and 2 is designed according to one embodiment of the invention as a sliding battery pack and has an interface 180 corresponding to the interface 380 of the handheld power tool 300.
- a rotating or swiveling battery pack is also possible, whereby the battery pack 100 can be releasably locked on the side opposite the pivot axis by locking, screwing, clamping or bracing on the housing 305 of the handheld power tool 300. In this way, a possible fall of the battery pack from the housing 305 can be effectively counteracted.
- the battery pack 100 has an interface 180 for a releasable mechanical and electrical connection to a corresponding interface 380 of the handheld power tool 300 or a corresponding interface of the charger.
- the battery pack 100 receiving means for. B. guide grooves and guide ribs
- the battery pack 100 inserted along the receiving means and the interface 180 of the battery pack 100 in the corresponding interface 380 of the hand power tool 300 or the corresponding interface of the charger is pushed.
- the battery pack 100 can be assigned to the handheld power tool 300 and / or the charger via the interfaces 180, 380.
- the interface 180 also includes contact elements for making electrical contact between the battery pack 100 and the handheld power tool 300 or the charger.
- the contact elements are either designed as voltage contact elements and serve as charging and / or discharging contact elements, or as signal contact elements that enable a signal to be transmitted from the battery pack 100 to the handheld power tool 300 or the charger and / or from the handheld power tool 300 or the charger to the battery pack 100 .
- the interface 180 comprises at least a first contact element 140 and a second contact element 150 for electrical contacting of corresponding mating contact elements on the handheld power tool 300 and / or corresponding mating contact elements on the charger. These contact elements 140, 150 are voltage contacts elements.
- the contact elements 140, 150 are each connected to the highest or lowest potential of at least one, but usually several interconnected battery cells, i.e. to the battery (+) and ground, so that the contact elements 140, 150 of the battery power can be removed or fed.
- the person skilled in the art recognizes in the exploded view of FIG. 2 that the reference symbol 150 marks the position at which the contact element 150 is contacted by the corresponding mating contact element when the battery pack 100 is assembled through the battery pack housing.
- the first contact element 140 and the second contact element 150 are connected to battery pack electronics 800, which can be designed to carry out certain switching and control operations of the battery pack 100.
- the battery pack electronics 800 are set up to connect the first contact element 140 and the second contact element 150 to the battery cell via a charging current path while the at least one battery cell is being charged.
- the battery pack electronics 800 is set up to connect the first contact element 140 and the second contact element 150 to the battery cell via a discharge current path while the at least one battery cell is being discharged.
- the battery pack 100 is pushed along the handle 315, and although along a lower outer surface of the handle 315 that is oriented essentially perpendicular to the longitudinal direction y of the handle 315.
- the battery pack 100 is locked on the handle 315 by locking means.
- the locking means include, inter alia, a locking element 210 shown in FIG. 2 and an actuating element 220.
- the battery pack 100 can be released from the handle 315 of the handheld power tool 300.
- the battery pack 100 After the battery pack 100 has been unlocked, it can be separated from the handle 315.
- the locking element 210 is brought into engagement with a corresponding receptacle, not shown in detail, in the handle 315 of the handheld power tool 300.
- the invention makes it possible, while maintaining a known interface configuration, for example the interface 180 shown in FIG. 2, with identical contact elements 140, 150 for the charging and discharging process, to at least partially separate the charging and discharging current path from one another and thus to be carried out differently.
- FIGS. 3 and 4 show part of the battery pack electronics 800, as well as part of the charging current path and the discharging current path from the contact element 140 to the at least one battery cell, represented here by a corresponding battery contact 142.
- the part of the charging current path and the discharging current path which leads from the other potential of the at least one battery to the contact element 150 is not shown.
- this part can only be a continuous electrical connection.
- the part of the charging current path and the discharging current path which leads from the other potential of the at least one battery cell to the contact element 150 can be constructed in an equivalent manner to the part shown in FIGS.
- the contact element 140 is, as already mentioned, connected to the battery contact 142 of the battery pack 100 via the charging current path and the discharging current path.
- a current direction when discharging the Battery pack is indicated by an arrow S E
- a current direction when charging the battery pack is indicated by an arrow SL.
- the charging current path and the discharging current path between the nodes 144 and 146 are electrically separated from one another and comprise common sections outside this area.
- a first current limiter 170 which in the present embodiment is a MOSFET, is arranged in a common section.
- the at least one first current limiter 170 is designed as an n-type MOSFET in the figure and is set up to switch off the discharge current when a limit value is exceeded, in particular a limit value for the discharge current and / or a limit value for the temperature. Its current carrying capacity is therefore designed for the expected discharge current.
- the parasitic body diodes 171, 172 of the MOSFETs 170 which allow a current to flow in the direction of the charging current even in the event that the first current limiter 170 switches off the discharge current, which is unsatisfactory.
- the charging current path therefore comprises a second current limiter 160, also shown as a MOSFET in FIG. 3, the second current limiter 160 being set up to reduce the charging current when a limit value is exceeded, in particular a limit value of the charging current and / or a limit value the temperature and / or a limit value of the cell voltage. Its current carrying capacity is therefore designed for the expected charging current.
- the body diode 161 of the second current limiter 160 is oriented in such a way that it does not let any current through when the charging current is switched off.
- the first current limiter 170 and the second current limiter 160 are connected in anti-series in the charging current path
- a first switching element 148 is used to switch between the charging current path and the discharging current path.
- the switching element 148 is arranged in the discharge current path, the first switching element 148 and the second current limiter 160 being connected in parallel between the nodes 144 and 146.
- the first switching element 148 accordingly bridges the second current limiter 160 when the first switching element 148 switches the discharge current path, and leads the potentially high discharge current past it. Details of the actuation of the switching element will be discussed later.
- the invention makes it possible to limit the charging and discharging currents 170, 160 with individual currents, even if charging and discharging of the battery pack 100 takes place via these contact elements 140, 150.
- the solution according to the invention avoids an anti-serial MOSFET circuit in the discharge current path, as a result of which both costs and power loss due to additional components that are energized during operation of the handheld power tool 300 are kept low.
- the switching element 148 With regard to the execution of the circuit by the switching element 148, it can be provided that this is carried out manually by a user, for example by means of a switch connected to the battery pack electronics 800 on the outside of the battery pack housing.
- digital technology based on radio, infrared, light or magnetism can be used to operate the switch 148 when the battery pack is connected to the handheld power tool 100 or the charger, where the corresponding interface also uses the appropriate technology must have, for example, a radio emitter or receiver.
- the interface 180 has a first mechanism, not shown, for actuating the first switching element 148.
- the first mechanism can be integrated into the interface 180 of the first battery pack 100 in such a way that the first mechanism actuates the first switching element 148 when the battery pack 100 is connected to a corresponding interface of the handheld power tool 300 and / or the charger via the interface 180. In this way, automatic switching is made possible when the user uses the battery pack in the handheld power tool or in the charger, and the corresponding operating mode, that is to say discharging or charging, is activated in each case.
- the first switching element 148 and the first mechanism are designed such that in a basic state in which the interface 180 of the battery pack 100 is not connected to a corresponding interface of the handheld power tool 300 and / or the charger, the discharge current path or the charging current path is switched on.
- the first mechanism is designed such that the first switching element 148 switches the discharge current path when the battery pack 100 is connected to the handheld power tool 300 via the interface 180.
- the first mechanism can in turn be actuated, for example, by a mechanism integrated in the interface 380 of the handheld power tool 300, such as the latching mechanism or mechanical coding elements that are already arranged on conventional handheld power tools 300. If the battery pack 100 is separated from the handheld power tool 300 again, the first mechanism switches the charging current path again via the switching element 148. In this embodiment it is therefore not necessary for the first mechanism to be actuated when the battery pack is connected to the charger.
- the first mechanism can be designed such that the first switching element 148 switches the charging current path when the battery pack 100 is connected to a charger via the interface 180.
- the first mechanism can in turn be actuated, for example, by a mechanism integrated in the interface of the charger, such as the latching mechanism or mechanical coding elements that are already arranged on conventional charging devices. If the battery pack 100 is disconnected from the charger again, the first mechanism switches the discharge current path again via the switching element 148. In this embodiment it is therefore not necessary for the first mechanism to be actuated when the battery pack is connected to the handheld power tool 300.
- the battery cell or the battery contact 142 is always electrically connected to the contact element 140, provided that the first 170 and second current limiter 160 do not switch off.
- the first switching element 148 is set up to switch between the charging current path, the discharging current path, and a neutral state, the at least one battery cell being electrically isolated from the first contact element 140 in the neutral state is.
- the neutral state is shown by a switching position 1483 of the first switching element 148, while the charging current path is switched in a switching position 1481 of the first switching element 148, and in a switching position 1482 of the first switching element 148 the discharge current path.
- identical reference symbols are used in FIGS. 3 and 4 for identical features.
- the discharge current is routed past the second current limiter 160 so that the power loss is not increased unnecessarily, as already explained in connection with FIG.
- the switching element 148 in the circuit shown in FIG. 4 is not arranged parallel to the second current limiter 160, but rather in series.
- the first mechanism switches the switching element 148 in the circuit shown in FIG. 4, the discharge current path and the charge current path, and in addition to this the neutral state.
- the neutral state is switched in the basic state of the battery pack, while the first mechanism is designed so that the first switching element 148 switches the discharge tromp path when the battery pack 100 via the interface 180 with the Hand machine tool 300 is connected.
- the first mechanism is also designed such that the first switching element 148 switches the charging current path when the battery pack 100 is connected to a charger via the interface 180.
- the machine-side interface 380 of the handheld power tool 300 is designed such that the first mechanism of the battery pack 100 switches the discharge current path via the first switching element 148 when the battery pack 100 is connected to the machine-side interface 380 of the handheld power tool 300.
- the interface of the charger is designed such that the first mechanism of the battery pack 100 switches the charging current path via the first switching element 148 when the battery pack 100 is connected to the device-side interface of the charger.
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Abstract
Die Erfindung beschreibt ein Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine weist ein Akkupackgehäuse auf, mit einer Schnittstelle zum Herstellen einer mechanischen und elektrischen Verbindung des Akkupacks mit der Handwerkzeugmaschine und/oder einem Ladegerät, wobei die Schnittstelle zumindest ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement zur elektrischen und/oder mechanischen Kontaktierung korrespondierender Gegenkontaktelemente an der Handwerkzeugmaschine und/oder korrespondierender Gegenkontaktelemente an dem Ladegerät aufweist. Ferner weist das erfindungsgemäße Akkupack zumindest eine Akkuzelle auf sowie eine Akkupackelektronik. Die Akkupackelektronik umfasst einen Ladestrompfad und einen Entladestrompfad. Der Ladestrompfad ist dazu eingerichtet, das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement während eines Aufladens der zumindest einen Akkuzelle mit der Akkuzelle zu verbinden, während der Entladestrompfad dazu eingerichtet ist, das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement während eines Entladens der zumindest einen Akkuzelle mit der Akkuzelle zu verbinden. Der Ladestrom pfad und der Entladestrompfad sind zumindest teilweise elektrisch voneinander getrennt. Ferner weist das Akkupack ein erstes Schaltelement zur Umschaltung zwischen zumindest dem Ladestrom pfad und dem Entladestrompfad auf. Ferner beschreibt die Erfindung eine Handwerkzeugmaschine und ein Ladegerät mit einer maschinen-Zgeräteseitigen Schnittstelle zur mechanischen und elektrischen Kopplung der Handwerkzeugmaschine bzw. des Ladegerätes mit einer korrespondierenden Schnittstelle eines wie vorstehend beschriebenes Akkupacks.
Description
Titel
Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine, Handwerkzeugmaschine und
Ladegerät
Beschreibung
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 1 sowie eine Handwerkzeugmaschine nach Anspruch 13, ein La degerät nach Anspruch 14, und ein Werkzeugsystem nach Anspruch 15.
Elektrische Handwerkzeugmaschinen sind grundsätzlich bekannt und werden über einen Netzanschluss mit Strom versorgt. Alternativ ermöglichen Akkugeräte eine hohe Flexibilität beim Arbeiten, da sie insbesondere unabhängig von Netz strom sind. Auf diese Weise können beispielsweise auch Außenarbeiten bequem durchgeführt werden, so dass bei einem Betrieb einer Handwerkzeugmaschine vielfach vorgesehen ist, Akkupacks einzusetzen.
Im Rahmen dieser Anmeldung ist unter einem Akkupack somit ein vorzugsweise aus mehreren elektrisch zusammengeschalteten Akkuzellen bestehendes Akku mulatorenpaket zu verstehen, das elektrische Energie speichern kann, die für den Betrieb einer Handwerkzeugmaschine benötigte Energie liefert, und aus tauschbar in einer Kammer, einer Schnittstelle oder dergleichen der Handwerk zeugmaschine beziehungsweise des Ladegerätes anbringbar ist. Insbesondere soll unter einer Schnittstelle eine Vorrichtung verstanden werden, die dazu vor gesehen ist, eine elektrische und insbesondere eine mechanische Verbindung mit einem Ladegerät und/oder einer Entladeseite, also der Handwerkzeugma schine direkt oder indirekt herzustellen.
Derartige Akkupacks sind grundsätzlich bekannt und weisen in der Regel eine Mehrzahl von in Parallel- und/oder Reihenschaltung verbundener wiederauflad bare Akkumulatoren, beispielsweise drei in Reihe geschaltete, zylinderförmige Li- lonen-Zellen mit z.B. je 3,6 V mit einer Gesamtspannung von 10,8 V, auf. Die verbundenen Akkuzellen sind zum einen untereinander, und zum anderen mit ei ner Akkupackelektronik verbunden, die außer den Batteriezellen noch weitere Schaltungsbestandteile umfasst. Die Akkupackelektronik übernimmt unter ande rem die Aufgabe, Lade- und Entladevorgänge des Akkupacks in Abhängigkeit von Parametern wie maximal zulässigen Lade- und Entladeströmen, Zelltempe ratur, und anderen Größen zu steuern.
Das Akkupack umfasst in der Regel ferner ein Akkupackgehäuse, in denen die Akkuzellen vorzugsweise mittels eines Zellhalters entweder vollständig oder teil weise aufgenommen sind. Alternativ bildet der Zellhalter selber ein Akkupackge häuseelement des Akkupackgehäuses aus.
Das Ankoppeln des Akkupacks an die Handwerkzeugmaschine erfolgt durch Einstecken beziehungsweise Einschieben der Schnittstelle des Akkupacks in ei ne komplementäre Einsteckbuchse des Gerätegehäuses. Um ein Lösen des Ak kupacks beispielsweise aufgrund von Vibrationen im Betrieb der Handwerk zeugmaschine zu vermeiden, ist die Schnittstelle typischerweise mit einem Ein rastmechanismus ausgestattet.
Die Schnittstelle weist ferner Kontaktschlitze auf, in denen Kontaktelemente an geordnet werden können. Die Kontaktelemente sind wiederum mit der Akkupa ckelektronik verbunden. Ist die Energie des Akkupacks verbraucht, so kann er entnommen und mit einer Ladestation mit entsprechenden Gegenkontaktelemen ten verbunden werden. Stehen mehrere Akkupacks zur Verfügung, so ist es möglich, das entladene Akkupack aus der Handwerkzeugmaschine zu entneh men und gegen ein geladenes auszutauschen. Dabei bestimmen in der Regel die Nennspannung und Kapazität des jeweils verwendeten Akkupacks die Leis tung und Laufzeit der Handwerkzeugmaschinen.
Sowohl die Akkupacks als auch die Handwerkzeugmaschinen und Ladegeräte und damit die jeweiligen Schnittstellen unterliegen einer steten Weiterentwick-
lung, wobei es üblich ist, dass zusätzliche Kontaktelemente und Gegenkontakte lemente in den Schnittstellen implementiert werden sollen, um zusätzliche Infor mationen zwischen den Geräten auszutauschen. Dabei ist es erstrebenswert, aus Gründen der Handlichkeit und Handhabbarkeit sowohl des Akkupacks als auch der Handwerkzeugmaschine, den für die Schnittstelle benötigten Bauraum so kompakt wie möglich zu halten. Darüber hinaus ergibt sich aus Gründen der Kompatibilität zu Vorgängermodellen gegebenenfalls die Forderung, die Geomet rie der Schnittstelle gegenüber einem Vorgängermodell so wenig wie möglich zu ändern. Unter anderem aus diesem Zusammenhang heraus beinhalten Hand werkzeugmaschinen, Akkupacks und Ladegeräte aufeinander abgestimmte, me chanische oder elektrische Kodierelemente, über welche die möglichen Kombi nationen von Akkupacks und Handwerkzeugmaschinen beziehungsweise Lade geräten aus Kompatibilitätsgründen limitiert wird.
Mindestens zwei der Kontaktelemente sind dabei mit dem höchsten und niedrigs ten Potential der miteinander verschalteten Zellen verbunden, das heißt mit Bat terie (+) und Masse, über die dem Akkupack Strom entnommen oder zugeführt werden kann. Aus Gründen der Kostenersparnis und um einen kompakten Bau raum der Schnittstelle zu erreichen, läuft der Lade- und Entladevorgang bevor zugterweise über dieseiben Kontaktelemente, es sind jedoch auch Umsetzungen mit getrennten Lade- beziehungsweise Entladekontakten bekannt.
Aufgrund steigender Anforderungen an die Sicherheit eines Akkupacks ist es je doch außerdem wünschenswert, sowohl Lade- als auch Entladeströme abschal ten zu können. Hierzu bieten sich aufgrund ihrer hohen Stromtragfähigkeit und geringen Resistivität Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) an. MOSFETs weisen jedoch eine parasitäre Body-Diode auf, weshalb je nach Pola rität immer nur eine Stromrichtung gesperrt werden kann.
Das oben beschriebene Kompatibilitätserfordernis der Akkupacks und das dar aus resultierende Erfordernis, Änderungen der Schnittstellengeometrie zu ver meiden, stellt sich als problematisch heraus hinsichtlich des Bedürfnisses nach erhöhter Sicherheit und der begrenzten Möglichkeiten, eine getrennte Stromab schaltung des Lade- und Entladestroms ohne Modifizierung der Akkupack schnittstelle zu erreichen.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile zu verbessern und ein verbessertes Akkupack der eingangs genannten Art bereitzustellen, das bei Beibehaltung einer Konfiguration der Akkupackschnittstelle mit denselben Kon taktelementen für Lade- und Entladevorgang ein erhöhtes Sicherheitsniveau im Akkubetrieb zu erreichen.
Diese Aufgabe wird durch ein Akkupack gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Varianten und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unter ansprüchen zu entnehmen.
Ein erfindungsgemäßes Akkupack für eine Handwerkzeugmaschine weist ein Akkupackgehäuse auf, mit einer Schnittstelle zum Herstellen einer mechani schen und elektrischen Verbindung des Akkupacks mit der Handwerkzeugma schine und/oder einem Ladegerät, wobei die Schnittstelle zumindest ein erstes Kontaktelement und ein zweites Kontaktelement zur elektrischen und/oder me chanischen Kontaktierung korrespondierender Gegenkontaktelemente an der Handwerkzeugmaschine und/oder korrespondierender Gegenkontaktelemente an dem Ladegerät aufweist. Ferner weist das erfindungsgemäße Akkupack zu mindest eine Akkuzelle auf sowie eine Akkupackelektronik. Die Akkupackelektro nik umfasst einen Ladestrompfad und einen Entladestrompfad. Der Ladestrom pfad ist dazu eingerichtet, das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktele ment während eines Aufladens der zumindest einen Akkuzelle mit der Akkuzelle zu verbinden, während der Entladestrompfad dazu eingerichtet ist, das erste Kontaktelement und das zweite Kontaktelement während eines Entladens der zumindest einen Akkuzelle mit der Akkuzelle zu verbinden. Der Ladestrompfad und der Entladestrompfad sind zumindest teilweise elektrisch voneinander ge trennt. Ferner weist das Akkupack ein erstes Schaltelement zur Umschaltung zwischen zumindest dem Ladestrompfad und dem Entladestrompfad auf.
Die Erfindung ermöglicht es, unter Beibehaltung einer minimalen Schnittstellen konfiguration mit identischen Kontaktelementen für den Lade- und Entladevor gang den Lade- und Entladestrompfad zumindest teilweise voneinander zu tren-
nen und somit unterschiedlich auszuführen. Durch diese Möglichkeit kann unter anderem ein erhöhtes Sicherheitsniveau des Akkupacks erreicht werden.
Ferner ist es vorteilhaft, dass im Lade- und Entladestrompfad jeweils Strombegrenzer, beispielsweise MOSFETs, in vorteilhafter Polarität eingefügt werden können, um derart Lade- und Entladestrom abschalten zu können, ins besondere separat abschalten zu können. Auch ist es durch die zumindest teil weise Trennung von Lade- und Entladestrompfad möglich, auf eine anti-serielle MOSFET-Schaltung im Entladestrompfad zu verzichten, was einerseits Kosten spart, und andererseits die Verlustleistung aufgrund zusätzlicher, im Betrieb der Handwerkzeugmaschine bestromter elektrischer Bauteile minimiert.
Weitere, nicht explizit genannte und individuell vorteilhafte Beschaltungen des Lade- und Entladestrompfades, die beispielsweise auf erweiterte Funktionalität abzielen, sind außerdem möglich.
Die Verwendung und Erweiterung bereits vorhandener mechanischer Mechanis men ermöglicht ferner eine Kompatibilität zu bereits vorhandenen Geräten, also Handwerkzeugmaschinen und Ladegeräten, was ein Vorteil für Endkunden ist, die einen bereits vorhandenen Satz an Geräten oder Akkupacks erweitern wol len.
In einer Ausführungsform der Erfindung weist die Schnittstelle einen ersten Me chanismus zur Betätigung des ersten Schaltelementes auf. Während der erste Mechanismus ein vom Benutzer manuell zu bedienender Mechanismus sein kann, beispielsweise ein Schalter an einer geeigneten, ansonsten aber beliebi gen Stelle des Akkupackgehäuses, ist der erste Mechanismus in einer Ausfüh rungsform der Erfindung derart in die Schnittstelle des ersten Akkupacks inte griert, dass der erste Mechanismus das erste Schaltelement betätigt, wenn das Akkupack über die Schnittstelle mit einer korrespondierenden Schnittstelle der Handwerkzeugmaschine und/oder des Ladegeräts verbunden wird.
Auf diese Weise schaltet das Akkupack automatisch bei Einführung in die Hand werkzeugmaschine beziehungsweise in das Ladegerät in den jeweils gewünsch-
ten Modus, also Aufladen beziehungsweise Entladen, ohne dass ein Benutzer eine Umschaltung bewusst vornehmen muss.
In einer Ausbildung der Erfindung sind das erste Schaltelement sowie der erste Mechanismus derart ausgebildet, dass in einem Grundzustand, in dem die Schnittstelle des Akkupacks nicht mit einer korrespondierenden Schnittstelle der Handwerkzeugmaschine und/oder des Ladegeräts verbunden ist, der Entlade strompfad oder der Ladestrompfad geschaltet sind. Wie an späterer Stelle noch genauer erläutert wird, kann auf diese Weise die Umschaltung zwischen Entla destrompfad und Ladestrompfad besonders einfach realisiert werden.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Mechanismus derart ausge bildet, dass das erste Schaltelement den Entladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack über die Schnittstelle mit der Handwerkzeugmaschine verbunden wird.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist der erste Mechanismus derart ausge bildet, dass das erste Schaltelement den Ladestrompfad schaltet, wenn das Ak kupack über die Schnittstelle mit dem Ladegerät verbunden wird.
Bevorzugterweise umfassen der Ladestrompfad und der Entladestrompfad einen gemeinsamen Abschnitt, wobei der gemeinsame Abschnitt zumindest einen ers ten Strombegrenzer umfasst, und wobei der zumindest eine erste Strombegren zer dazu eingerichtet ist, einen Entladestrom bei Überschreiten eines Grenzwer tes, insbesondere eines Grenzwertes des Entladestroms und/oder eines Grenz wertes der Temperatur abzuschalten. Der zumindest eine erste Strom begrenzer kann in Ausführungsformen der Erfindung n-typ MOSFETs umfassen, deren Stromtragfähigkeit auf den erwarteten Entladestrom ausgelegt ist. Hinsichtlich seiner Polarität ist der zumindest eine erste Strombegrenzer vorteilhafterweise so in den gemeinsamen Abschnitt eingebaut, dass je nach Bauform des Strombe grenzers unter Umständen vorhandene parasitäre Elemente wie die bereits ge nannte Body-Diode bei MOSFETs nicht ein Abschalten des Entladestroms be hindern.
In einer Ausführungsform hat der Ladestrompfad zumindest einen zweiten Strombegrenzer, wobei der zumindest eine zweite Strombegrenzer dazu einge-
richtet ist, einen Ladestrom bei Überschreiten eines Grenzwertes, insbesondere eines Grenzwertes des Ladestroms, und/oder eines Grenzwertes der Tempera tur, und/oder eines Grenzwertes der Zellspannung abzuschalten. Wie der zumin dest eine erste Strom begrenzer kann der zumindest eine zweite Strombegrenzer in Ausführungsformen der Erfindung n-typ MOSFETs umfassen.
In einer Ausführungsform ist das erste Schaltelement im Entladestrompfad ange ordnet, wobei das erste Schaltelement und der zweite Strom begrenzer parallel geschaltet sind.
In einer Ausführungsform ist das erste Schaltelement dazu eingerichtet, den zu mindest einen zweiten Strombegrenzer zu überbrücken, wenn das erste Schalt element den Entladestrompfad schaltet. So wird eine mit Verlustleistung einher gehende Bestromung des zweiten Strombegrenzers beim Entladen des Akku packs vermieden.
In einer Ausführungsform ist das erste Schaltelement dazu eingerichtet, zwi schen dem Ladestrompfad, dem Entladestrompfad, sowie einem neutralen Zu stand zu schalten, wobei in dem neutralen Zustand die zumindest eine Akkuzelle elektrisch von dem ersten und/oder von dem zweiten Kontaktelement getrennt ist. Dadurch, dass im neutralen Zustand sowohl Lade- als auch Entladestrompfad vom Kontaktelement getrennt sind, ergibt sich ein besonders hohes Sicherheits niveau des Akkupacks, beispielsweise hinsichtlich einer unbeabsichtigten Entla dung.
In einer Ausführungsform ist der zumindest eine erste Strombegrenzer und/oder der zumindest eine zweite Strombegrenzer ein elektrisches Bauteil aus der Gruppe der Bipolar-Transistoren (BJT), der Feldeffekt-Transistoren (FET), sowie der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET), insbesondere n- typ MOSFET.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die Erfindung eine Handwerkzeugma schine, umfassend einen Elektromotor, eine maschinenseitige Schnittstelle zur mechanischen und elektrischen Kopplung der Handwerkzeugmaschine mit einer korrespondierenden Schnittstelle eines Akkupacks, sowie ein wie vorstehend be-
schriebenes Akkupack. Dabei ist die maschinenseitige Schnittstelle derart aus gebildet, dass der erste Mechanismus des Akkupacks über das erste Schaltele ment den Entladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack mit der maschinensei tigen Schnittstelle der Handwerkzeugmaschine verbunden wird.
Ferner umfasst die Erfindung ein Ladegerät zum elektrischen Laden eines wie vorstehend beschriebenes Akkupacks, umfassend eine geräteseitige Schnittstel le zur mechanischen und elektrischen Kopplung des Ladegerätes mit einer kor respondierenden Schnittstelle des Akkupacks, wobei die geräteseitige Schnitt stelle derart ausgebildet ist, dass der erste Mechanismus des Akkupacks über das erste Schaltelement den Ladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack mit der geräteseitigen Schnittstelle gekoppelt wird.
Gemäß einem weiteren Aspekt umfasst die vorliegende Erfindung ein Werkzeug system, umfassend ein wie vorstehend beschriebenes Akkupack, eine wie vor stehend beschriebene Handwerkzeugmaschine, und ein wie vorstehend be schriebenes Ladegerät.
Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung erge ben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Er findung, welche in den Figuren dargestellt sind. Dabei ist zu beachten, dass die dargestellten Merkmale nur einen beschreibenden Charakter haben und auch in Kombination mit Merkmalen anderer oben beschriebener Weiterentwicklungen verwendet werden können und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgend einer Form einzuschränken.
Zeichnungen
Die Erfindung wird im Folgenden mit Bezug auf die beigefügten Figuren genauer beschrieben, wobei für gleiche Merkmale gleiche Bezugszeichen verwendet wer den. Die Zeichnungen sind schematisch und zeigen:
Fig. 1 beispielhaft eine Ansicht einer Handwerkzeugmaschine mit einem Akku pack gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung eines Akkupacks gemäß ei ner Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 3 eine schematische Ansicht einer Schaltung in einem Akkupack gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, die Schaltung umfassend einen Lade- und einen Entladestrompfad; und
Fig. 4 eine schematische Ansicht einer Schaltung in einem Akkupack gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, die Schaltung umfassend einen Lade- und einen Entladestrompfad.
Die Figur 1 zeigt ein als Handwerkzeugmaschine 300 gemäß einer Ausführungs form der Erfindung, welches beispielhaft als Akku-Bohrschrauber ausgebildet ist. Entsprechend ist die Handwerkzeugmaschine 300 in der dargestellten Ausfüh rungsform zur netzunabhängigen Stromversorgung mechanisch und elektrisch mit einem Akkupack 100 verbunden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf Akku-Bohrschrauber beschränkt ist, sondern vielmehr bei unterschiedlichen Handwerkzeugmaschinen 300 Anwendung finden kann. Die Handwerkzeugmaschine 300 weist ein in einem Gehäuse 305 ange ordnetes Getriebe 330 zur Übertragung eines von einem Antriebsmotor 335 er zeugten Drehmomentes auf eine um eine Achse x rotierende Antriebswelle, an welcher eine Werkzeugaufnahme 320 für ein nicht dargestelltes Werkzeug befes tigt ist, und einen Handgriff 315 auf. Innerhalb des Gehäuses 305 ist eine Elekt ronik 370 angeordnet, welche in elektronischem und/oder mechanischem Kon takt mit dem Antriebsmotor 335 und/oder dem Getriebe 330 steht. Der Handgriff 315 dient als Auflagefläche für eine Hand eines Bedieners der Handwerkzeug maschine 300 und weist in der Regel eine Längsachse y, eine Vorderseite 317, die entlang einer Achse x in Richtung der Werkzeugaufnahme 320 zeigt, eine Rückseite 316, und zwei Seitenflächen 318 auf.
Im Bereich des Handgriffes 315 ist ein erstes Bedienelement 310 für die Ener gieversorgung des Antriebsmotors 335 angeordnet, wobei das erste Bedienele ment 310 aus dem Gehäuse 305 für den Benutzer manuell zugänglich heraus-
ragt, so dass in einer an sich bekannten Art und Weise durch eine Druckbewe gung des ersten Bedienelementes 310 eine Steuerung und/oder Regelung des Antriebsmotors bevorzugterweise in Abhängigkeit vom Verstellweg des ersten Bedienelementes 310 ermöglicht werden kann, und auch die Spannungsversor gung für den Antriebsmotor 335 ein- und/oder ausgeschaltet werden kann. Fer nerweist die Handwerkzeugmaschine 300 ein zweites Bedienelement 312 in Form eines Schiebeschalters zum Einstellen der Drehrichtung des Antriebsmo tors 335 der Handwerkzeugmaschine 300 auf. Das zweite Bedienelement 312 ist senkrecht zur Drehachse x der Antriebswelle, insbesondere der Werkzeugauf nahme 320 der Handwerkzeugmaschine 300, verschieblich angeordnet, so dass das zweite Bedienelement 312 bei Betätigung zwischen einer ersten Position, ei ner zweiten Position und einer dritten Position hin und her bewegt werden kann. Dabei legen jeweils die erste und zweite Position eine Drehrichtung des An triebsmotors fest. Somit kann der Benutzer der Handwerkzeugmaschine 300 be reits anhand der Positionen des zweiten Bedienelements 312 erkennen, in wel chem Arbeitsmodus die Handwerkzeugmaschine 300 arbeitet. Zusätzlich weist das zweite Schaltelement zwischen der ersten Position und der zweiten Position eine dritte Position, beispielsweise eine Mittelstellung, auf, wobei in der dritten Position eine elektrische, elektromechanische und/oder mechanische Unterbre chung des Motorstroms erfolgt. So kann zum Beispiel die Bedienung des ersten Schaltelementes 310 mechanisch gesperrt sein, wobei das zweite Bedienele ment 312 bei Bewegung in eine dritte Position verriegelnd auf das erste Schalt element 310 wirkt. Dabei kann das zweite Bedienelement 312 wie dargestellt als Schiebeschalter oder alternativ als Kippschalter ausgeführt sein.
Das erste Bedienelement 310 und das zweite Bedienelement 312 sind entlang der Drehachse x derart angeordnet, dass es möglich ist, sowohl das erste als auch das zweite Bedienelement 310, 312 mit dem Zeigefinger oder Mittelfinger zu betätigen. Dabei ist der Abstand zwischen dem ersten Bedienelement 310 und dem zweiten Bedienelement 312 so gewählt, dass eine Einhandbedienung der Handwerkzeugmaschine 300 möglich ist. Beide Bedienelemente 310, 312 sind ferner in einem Bereich unterhalb der Drehachse x angeordnet und ragen aus dem Gehäuse 305 heraus.
In der in der Figur 1 gezeigten Position ist das Akkupack 100 an dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 befestigt und durch Verriegelungsmittel verriegelt. Durch die Anordnung des Akkupacks 100 unterhalb des Handgriffs 315 wird die Bedienung der Handwerkzeugmaschine 300 nicht gestört. Die nicht im Detail dargestellten Verriegelungsmittel umfassen unter anderem ein Verrie gelungselement und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betäti gungsmittels 220 kann das Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerk zeugmaschine 300 gelöst werden. Ferner weist die Handwerkzeugmaschine 300 eine Schnittstelle 380 auf.
Das in den Figuren 1 und 2 dargestellte Akkupack 100 ist gemäß einer Ausfüh rungsform der Erfindung als Schiebeakkupack ausgeführt, und weist eine zur Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 korrespondierende Schnitt stelle 180 auf. Alternativ zum Schiebeakkupack ist auch eine Ausführung als Dreh- oder Schwenkakkupack möglich, wobei das Akkupack 100 an der der Schwenkachse gegenüberliegenden Seite durch Verrasten, Verschrauben, Ver klemmen oder Verspannen an dem Gehäuse 305 der Handwerkzeugmaschine 300 lösbar arretiert werden kann. Auf diese Weise kann wirksam einem mögli chen Abfallen des Akkupacks vom Gehäuse 305 entgegengewirkt werden.
Zum lösbaren Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 oder an einem Ladegerät weist das Akkupack 100 eine Schnittstelle 180 zur lösbaren mechanischen und elektrischen Verbindung mit einer korrespon dierenden Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder einer korres pondierende Schnittstelle des Ladegerätes auf. Beim Anbringen des Akkupacks 100 werden Aufnahmemittel, z. B. Führungsnuten und Führungsrippen, der Handwerkzeugmaschine 300 oder des Ladegerätes zur Aufnahme der korres pondierenden Führungselemente des Akkupacks 100 mit diesen in Eingriff ge bracht, wobei das Akkupack 100 entlang der Aufnahmemittel eingeführt und die Schnittstelle 180 des Akkupacks 100 in die korrespondierende Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 oder die korrespondierende Schnittstelle des Ladegerätes geschoben wird. Über die Schnittstellen 180, 380 kann das Akku pack 100 der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder dem Ladegerät zugeordnet werden.
Wie in Figur 2 zu erkennen ist, umfasst die Schnittstelle 180 außerdem Kontakte lemente zur elektrischen Kontaktierung des Akkupacks 100 mit der Handwerk zeugmaschine 300 oder dem Ladegerät. Die Kontaktelemente sind entweder als Spannungskontaktelemente ausgebildet und dienen als Lade- und/oder Entlade kontaktelemente, oder als Signalkontaktelemente, die eine Signalübertragung vom Akkupack 100 zu der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät und/oder von der Handwerkzeugmaschine 300 oder dem Ladegerät zum Akku pack 100 ermöglichen. Die Schnittstelle 180 umfasst zumindest ein erstes Kon taktelement 140 und ein zweites Kontaktelement 150 zur elektrischen Kontaktie rung korrespondierender Gegenkontaktelemente an der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder korrespondierender Gegenkontaktelemente an dem Ladegerät. Es handelt sich bei diesen Kontaktelementen 140, 150 also um Spannungskontakte lemente. Dabei sind die Kontaktelemente 140, 150 jeweils mit dem höchsten be ziehungsweise mit dem niedrigsten Potential zumindest einer, in der Regel je doch mehrerer miteinander verschalteter Akkuzellen verbunden, also mit Batterie (+) und Masse, sodass über die Kontaktelemente 140, 150 der Batterie Strom entnommen oder zugeführt werden kann. Der Fachmann erkennt in der Explosi onsansicht der Figur 2, dass das Bezugszeichen 150 die Position markiert, an welcher das Kontaktelement 150 bei zusammengesetztem Akkupack 100 durch das Akkupackgehäuse hindurch von dem korrespondierenden Gegenkontakte lement kontaktiert wird.
Wie in Figur 2 dargestellt, sind das erste Kontaktelement 140 und das zweite Kontaktelement 150 mit einer Akkupackelektronik 800 verbunden, die dazu ein gerichtet sein kann, bestimmte Schalt- und Steuervorgänge des Akkupacks 100 vorzunehmen. Unter anderem ist die Akkupackelektronik 800 dazu eingerichtet, das erste Kontaktelement 140 und das zweite Kontaktelement 150 während ei nes Aufladens der zumindest einen Akkuzelle über einen Ladestrompfad mit der Akkuzelle zu verbinden. Außerdem ist die Akkupackelektronik 800 dazu einge richtet, das erste Kontaktelement 140 und das zweite Kontaktelement 150 wäh rend eines Entladens der zumindest einen Akkuzelle über einen Entladestrom pfad mit der Akkuzelle zu verbinden.
Zum Verriegeln des Akkupacks 100 am Handgriff 315 der Handwerkzeugma schine 300 wird das Akkupack 100 entlang des Handgriffs 315 geschoben, und
zwar entlang einer unteren, im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung y des Handgriffs 315 ausgerichteten Außenfläche des Handgriffs 315. In der in der Fi gur 1 gezeigten Position ist das Akkupack 100 durch Verriegelungsmittel am Handgriff 315 verriegelt. Die Verriegelungsmittel umfassen unter anderem ein in Figur 2 dargestelltes Verriegelungselement 210 und ein Betätigungselement 220. Durch Betätigung des Betätigungsmittels 220 kann das Akkupack 100 von dem Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 gelöst werden. Nach Entriege lung des Akkupacks 100 kann dieses vom Handgriff 315 getrennt werden. Beim Anbringen des Akkupacks 100 an einer Handwerkzeugmaschine 300 wird das Verriegelungselement 210 in Eingriff mit einer nicht näher gezeigten korrespon dierenden Aufnahme im Handgriff 315 der Handwerkzeugmaschine 300 ge bracht.
Wie eingangs erwähnt, ermöglicht es die Erfindung, unter Beibehaltung einer be kannten Schnittstellenkonfiguration, beispielsweise der in Figur 2 gezeigten Schnittstelle 180, mit identischen Kontaktelementen 140, 150 für den Lade- und Entladevorgang, den Lade- und Entladestrompfad zumindest teilweise voneinan der zu trennen und somit unterschiedlich auszuführen.
Die Figuren 3 und 4 zeigen diesbezüglich einen Teil der Akkupackelektronik 800, sowie einen Teil des Ladestrompfades und des Entladestrompfades von dem Kontaktelement 140 zu der zumindest einen Akkuzelle, hier durch einen entspre chenden Batteriekontakt 142 dargestellt. Der Teil des Ladestrompfades und des Entladestrompfades, der von dem anderen Potential der zumindest einen Ak kuzelle zum Kontaktelement 150 führt, ist nicht dargestellt. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass dieser Teil im einfachsten Fall lediglich eine durchgehen de elektrische Verbindung sein kann. Alternativ dazu kann der Teil des Lades trompfades und des Entladestrompfades, der von dem anderen Potential der zumindest einen Akkuzelle zum Kontaktelement 150 führt, äquivalent aufgebaut sein wie der in den Figuren 3 und 4 dargestellte Teil.
In der in Figur 3 gezeigten Schaltung ist das Kontaktelement 140, wie bereits er wähnt, über den Ladestrompfad und den Entladestrompfad mit dem Batteriekon takt 142 des Akkupacks 100 verbunden. Eine Stromrichtung beim Entladen des
Akkupacks ist durch einen Pfeil SE gekennzeichnet, und eine Stromrichtung beim Laden des Akkupacks ist durch einen Pfeil SL.
Der Fachmann erkennt, dass der Ladestrompfad und der Entladestrompfad zwi schen den Knotenpunkten 144 und 146 elektrisch voneinander getrennt sind, und außerhalb dieses Bereiches gemeinsame Abschnitte umfassen.
In einem gemeinsamen Abschnitt ist ein erster Strombegrenzer 170 angeordnet, der in der vorliegenden Ausführungsform ein MOSFET ist. Der zumindest eine erste Strombegrenzer 170 ist in der Figur als n-typ MOSFET ausgebildet und da zu eingerichtet, den Entladestrom bei Überschreiten eines Grenzwertes, insbe sondere eines Grenzwertes des Entladestroms und/oder eines Grenzwertes der Temperatur abzuschalten. Seine Stromtragfähigkeit ist demnach auf den erwar teten Entladestrom ausgelegt. Ebenfalls dargestellt sind die parasitären Body- Dioden 171, 172 der MOSFETs 170, die auch in dem Fall, dass der erste Strom begrenzer 170 den Entladestrom ausschaltet, einen Stromfluss in Richtung des Ladestroms zulassen, was unbefriedigend ist.
In der gezeigten Ausführungsform umfasst der Ladestrompfad daher einen zwei ten Strombegrenzer 160, in Figur 3 ebenfalls als MOSFET dargestellt, wobei der zweite Strombegrenzer 160 dazu eingerichtet ist, den Ladestrom bei Überschrei ten eines Grenzwertes, insbesondere eines Grenzwertes des Ladestroms, und/oder eines Grenzwertes der Temperatur, und/oder eines Grenzwertes der Zellspannung abzuschalten. Seine Stromtragfähigkeit ist demnach auf den er warteten Ladestrom ausgelegt. Die Body-Diode 161 des zweiten Strombegren zers 160 ist so orientiert, dass sie bei abgeschaltetem Ladestrom keinen Strom durchlässt. Der Fachmann erkennt, dass der erste Strombegrenzer 170 und der zweite Strombegrenzer 160 im Ladestrompfad anti-seriell geschaltet sind
Ein erstes Schaltelement 148 dient der Umschaltung zwischen dem Ladestrom pfad und dem Entladestrom pfad. Das Schaltelement 148 ist im Entladestrompfad angeordnet, wobei das erste Schaltelement 148 und der zweite Strombegrenzer 160 parallel zwischen den Knotenpunkten 144 und 146 geschaltet sind. Das ers te Schaltelement 148 überbrückt demnach den zweiten Strom begrenzer 160, wenn das erste Schaltelement 148 den Entladestrompfad schaltet, und führt den
potentiell hohen Entladestrom daran vorbei. Einzelheiten zur Betätigung des Schaltelements werden an späterer Stelle erörtert werden.
Durch die Erfindung ist es möglich, Lade- und Entladestrom mit einzelnen Strom begrenzen 170, 160 zu schalten, selbst wenn Laden und Entladen des Akkupacks 100 über dieseiben Kontaktelemente 140, 150 stattfindet. Gleichzeitig wird durch die erfindungsgemäße Lösung eine anti-serielle MOSFET Schaltung im Entladestrompfad vermieden, wodurch sowohl Kosten als auch Verlustleis tung aufgrund zusätzlicher, im Betrieb der Handwerkzeugmaschine 300 bestrom- ter Bauteile gering gehalten wird.
In Bezug auf die Ausführung der Schaltung durch das Schaltelement 148 kann vorgesehen sein, dass diese manuell durch einen Benutzer durchgeführt wird, beispielsweise durch einen mit der Akkupackelektronik 800 verbundenen Schal ter an der Außenseite des Akkupackgehäuses. Alternativ oder zusätzlich dazu kann eine digitale, auf Funk, Infrarot, Licht, oder Magnetismus basierende Tech nik verwendet werden, den Schalter 148 bei Verbinden des Akkupacks mit der Handwerkzeugmaschine 100 beziehungsweise dem Ladegerät zu betätigen, wo bei die jeweils korrespondierende Schnittstelle ebenfalls über entsprechende Technik verfügen muss, beispielsweise über einen Funkemitter beziehungsweise -empfänger.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung, die hinsichtlich der Kompa tibilität zu herkömmlichen Geräten vorteilhaft ist, weist die Schnittstelle 180 einen nicht dargestellten ersten Mechanismus zur Betätigung des ersten Schaltelemen tes 148 auf. Dabei kann der erste Mechanismus derart in die Schnittstelle 180 des ersten Akkupacks 100 integriert ist, dass der erste Mechanismus das erste Schaltelement 148 betätigt, wenn das Akkupack 100 über die Schnittstelle 180 mit einer korrespondierenden Schnittstelle der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder des Ladegeräts verbunden wird. Auf diese Weise wird ein automati sches Schalten ermöglicht, wenn der Benutzer den Akkupack in der Handwerk zeugmaschine beziehungsweise im Ladegerät verwendet, und es wird jeweils der entsprechende Betriebsmodus, also Entladen oder Laden, betätigt.
Entsprechend ist in einer Ausführungsform der Erfindung das erste Schaltele ment 148 sowie der erste Mechanismus derart ausgebildet, dass in einem Grundzustand, in dem die Schnittstelle 180 des Akkupacks 100 nicht mit einer korrespondierenden Schnittstelle der Handwerkzeugmaschine 300 und/oder des Ladegeräts verbunden ist, der Entladestrompfad oder der Ladestrompfad ge schaltet sind.
In dem Fall, dass im Grundzustand der Ladestrompfad geschaltet ist, ist der ers te Mechanismus so ausgebildet, dass das erste Schaltelement 148 den Entla destrompfad schaltet, wenn das Akkupack 100 über die Schnittstelle 180 mit der Handwerkzeugmaschine 300 verbunden wird. Der erste Mechanismus wiederum kann dabei beispielsweise durch einen in der Schnittstelle 380 der Handwerk zeugmaschine 300 integrierten Mechanismus wie den Einrastmechanismus oder mechanische Kodierelemente betätigt werden, die bereits an herkömmlichen Handwerkzeugmaschinen 300 angeordnet sind. Wird das Akkupack 100 wieder von der Handwerkzeugmaschine 300 getrennt, schaltet der erste Mechanismus über das Schaltelement 148 wieder den Ladestrom pfad. Es ist also in dieser Ausführungsform nicht erforderlich, dass der erste Mechanismus bei Verbinden des Akkupacks mit dem Ladegerät betätigt wird.
Alternativ dazu kann in dem Fall, dass im Grundzustand der Entladestrompfad geschaltet ist, der erste Mechanismus so ausgebildet sein, dass das erste Schaltelement 148 den Ladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack 100 über die Schnittstelle 180 mit einem Ladegerät verbunden wird. Der erste Mechanis mus wiederum kann dabei beispielsweise durch einen in der Schnittstelle des Ladegeräts integrierten Mechanismus wie den Einrastmechanismus oder me chanische Kodierelemente betätigt werden, die bereits an herkömmlichen Lade geräten angeordnet sind. Wird das Akkupack 100 wieder von dem Ladegerät ge trennt, schaltet der erste Mechanismus über das Schaltelement 148 wieder den Entladestrompfad. Es ist also in dieser Ausführungsform nicht erforderlich, dass der erste Mechanismus bei Verbinden des Akkupacks mit der Handwerkzeugma schine 300 betätigt wird.
In der in Figur 3 gezeigten Ausführungsform ist die Batteriezelle beziehungswei se der Batteriekontakt 142 stets elektrisch mit dem Kontaktelement 140 verbun den, sofern der erste 170 und zweite Strom begrenzer 160 nicht abschalten.
In einerweiteren Ausführungsform, die in Figur 4 dargestellt ist, ist das erste Schaltelement 148 dagegen dazu eingerichtet, zwischen dem Ladestrompfad, dem Entladestrompfad, sowie einem neutralen Zustand zu schalten, wobei in dem neutralen Zustand die zumindest eine Akkuzelle elektrisch von dem ersten Kontaktelement 140 getrennt ist. In Figur 4 ist der neutrale Zustand durch eine Schaltstellung 1483 des ersten Schaltelements 148 dargestellt, während in einer Schaltstellung 1481 des ersten Schaltelements 148 der Ladestrompfad geschal tet ist, und in einer Schaltstellung 1482 des ersten Schaltelements 148 der Entla destrompfad. Generell werden in den Figuren 3 und 4 identische Bezugszeichen für identische Merkmale verwendet.
Der Fachmann erkennt, dass in der Schaltstellung 1481, in welcher der Lades trompfad geschaltet ist, der Ladestrom über den ersten Strom begrenzer 170 so wie über den zweiten Strombegrenzer 160 geführt wird, und dass der erste 170 und zweite Strom begrenzer 160 anti-seriell im Ladestrompfad angeordnet sind.
In der Schaltstellung 1482, in welcher der Entladestrompfad geschaltet ist, wird der Entladestrom an dem zweiten Strombegrenzer 160 vorbei geführt, sodass die Verlustleistung nicht unnötig erhöht wird, wie bereits im Zusammenhang mit Fi gur 3 erläutert.
Es soll erwähnt werden, dass das Schaltelement 148 in der in Figur 4 gezeigten Schaltung nicht parallel zum zweiten Strom begrenzer 160 angeordnet ist, son dern seriell.
Wie in Zusammenhang mit Figur 3 beschrieben, schaltet in einer Ausführungs form der Erfindung der erste Mechanismus das Schaltelement 148 in der in Figur 4 dargestellten Schaltung den Entladestrompfad und den Ladestrompfad, und zusätzlich hierzu noch den neutralen Zustand. In diesem Fall ist im Grundzu stand des Akkupacks der neutrale Zustand geschaltet, während der erste Me chanismus so ausgebildet ist, dass das erste Schaltelement 148 den Entlades trompfad schaltet, wenn das Akkupack 100 über die Schnittstelle 180 mit der
Handwerkzeugmaschine 300 verbunden wird. Der erste Mechanismus ist ferner so ausgebildet, dass das erste Schaltelement 148 den Ladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack 100 über die Schnittstelle 180 mit einem Ladegerät verbun den wird.
Entsprechend ist in Zusammenhang mit dieser Ausführungsform die maschinen seitige Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 derart ausgebildet, dass der erste Mechanismus des Akkupacks 100 über das erste Schaltelement 148 den Entladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack 100 mit der maschinen seitigen Schnittstelle 380 der Handwerkzeugmaschine 300 verbunden wird. In ähnlicher Weise ist die Schnittstelle des Ladegeräts derart ausgebildet, dass der erste Mechanismus des Akkupacks 100 über das erste Schaltelement 148 den Ladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack 100 mit der geräteseitigen Schnitt stelle des Ladegeräts verbunden wird.
Hinsichtlich naheliegender Alternativen zur Paarung des Akkupacks 100 mit Handwerkzeugmaschine 300 beziehungsweise Ladegerät in Bezug auf die Betä tigung des Schaltelements 148 durch beispielsweise entsprechende Bluetooth- Kennungen von Handwerkzeugmaschine 300 und Akkupack 100, oder magneti sche Auslöser, sei ebenfalls hingewiesen.
Obwohl die Erfindung durch die bevorzugten Ausführungsbeispiele im Detail nä her erläutert wurde, können vom Fachmann auch andere Kombinationen der ge nannten Merkmale vorgesehen sein, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen.
Claims
1. Akkupack (100) für eine Handwerkzeugmaschine (300), aufweisend ein Akkupackgehäuse (110) mit einer Schnittstelle (180) zum Herstellen ei ner mechanischen und elektrischen Verbindung des Akkupacks (100) mit der Handwerkzeugmaschine (300) und/oder einem Ladegerät; wobei die Schnittstelle (180) zumindest ein erstes Kontaktelement (140) und ein zweites Kontaktelement (150) zur elektrischen Kontaktierung korrespondie render Gegenkontaktelemente an der Handwerkzeugmaschine (300) und/oder korrespondierender Gegenkontaktelemente an dem Ladegerät aufweist; zumindest eine Akkuzelle; eine Akkupackelektronik (800); wobei die Akkupackelektronik (800) einen Ladestrompfad und einen Entladestrom pfad umfasst; wobei der Ladestrom pfad dazu eingerichtet ist, das erste Kontaktelement (140) und das zweite Kontaktelement (150) während eines Aufladens der zumindest einen Ak kuzelle mit der Akkuzelle zu verbinden; wobei der Entladestrompfad dazu eingerichtet ist, das erste Kontaktelement (140) und das zweite Kontaktele ment (150) während eines Entladens der zumindest einen Akkuzelle mit der Akkuzelle zu verbinden; wobei der Ladestrompfad und der Entladestrompfad zumindest teilweise elektrisch voneinander getrennt sind; und ein erstes Schaltelement (148) zur Umschaltung zwischen zumindest dem Ladestrompfad und dem Entladestrompfad.
2. Akkupack (100) gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (180) Mittel, insbesondere einen ersten Mechanismus, zur Betä tigung des ersten Schaltelementes (148) aufweist.
3. Akkupack (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, der erste Mechanismus derart in die Schnittstelle (180) des ersten Akkupacks (100) integriert ist, dass der erste Mechanismus das erste Schaltelement (148) betätigt, wenn das Akkupack (100) über die Schnittstel le (180) mit einer korrespondierenden Schnittstelle (380) der Handwerk zeugmaschine (300) und/oder des Ladegeräts verbunden wird.
4. Akkupack (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das erste Schaltelement (148) sowie der erste Mecha nismus derart ausgebildet sind, dass in einem Grundzustand, in dem die Schnittstelle (180) des Akkupacks (100) nicht mit einer korrespondierenden Schnittstelle (380) der Handwerkzeugmaschine (300) und/oder des Ladege räts verbunden ist, der Entladestrompfad oder der Ladestrompfad geschaltet sind.
5. Akkupack (100) gemäß einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekenn zeichnet, dass der erste Mechanismus derart ausgebildet ist, dass das erste Schaltelement (148) den Entladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack (100) über die Schnittstelle (180) mit der Handwerkzeugmaschine (300) ver bunden wird.
6. Akkupack (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeich net, dass der erste Mechanismus derart ausgebildet ist, dass das erste Schaltelement (148) den Ladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack (100) über die Schnittstelle (180) mit dem Ladegerät verbunden wird.
7. Akkupack (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der Ladestrompfad und der Entladestrompfad einen ge meinsamen Abschnitt umfassen, und dass der gemeinsame Abschnitt zu mindest einen ersten Strom begrenzer (170) umfasst, wobei der zumindest eine erste Strombegrenzer (170) dazu eingerichtet ist, einen Entladestrom bei Überschreiten eines Grenzwertes, insbesondere eines Grenzwertes des Entladestroms und/oder eines Grenzwertes der Temperatur, abzuschalten.
8. Akkupack (100) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der La destrompfad zumindest einen zweiten Strombegrenzer (160) umfasst, wobei
der zumindest eine zweite Strombegrenzer (160) dazu eingerichtet ist, einen Ladestrom bei Überschreiten eines Grenzwertes, insbesondere eines Grenzwertes des Ladestroms, und/oder eines Grenzwertes der Temperatur, und/oder eines Grenzwertes der Zellspannung abzuschalten.
9. Akkupack (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ers te Schaltelement (148) im Entladestrom pfad angeordnet ist, wobei das erste Schaltelement (148) und der zweite Strombegrenzer (160) parallel geschal tet sind.
10. Akkupack (100) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das ers te Schaltelement (148) dazu eingerichtet ist, den zumindest einen zweiten Strombegrenzer (160) zu überbrücken, wenn das erste Schaltelement (148) den Entladestrompfad schaltet.
11. Akkupack (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass das erste Schaltelement (148) dazu eingerichtet ist, dass es zwischen dem Ladestrom pfad, dem Entladestrompfad, sowie einem neut ralen Zustand schalten kann, wobei in dem neutralen Zustand die zumindest eine Akkuzelle elektrisch von dem ersten Kontaktelement (140) und/oder von dem zweiten Kontaktelement (150) getrennt ist.
12. Akkupack (100) gemäß einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichnet, dass der zumindest eine erste Strom begrenzer (170) und/oder der zumindest eine zweite Strombegrenzer (160) ein elektrisches Bauteil aus der Gruppe der Bipolar-Transistoren (BJT), der Feldeffekt-Transistoren (FET), sowie der Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekt-Transistoren (MOSFET).
13. Handwerkzeugmaschine (300), umfassend einen Elektromotor, eine ma schinenseitige Schnittstelle (300) zur mechanischen und elektrischen Kopp lung der Handwerkzeugmaschine (300) mit einer korrespondierenden Schnittstelle (180) eines Akkupacks (100), sowie ein Akkupack (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 12, wobei die maschinenseitige Schnittstelle (300) derart ausgebildet ist, dass der erste Mechanismus des Akkupacks (100) über das erste Schaltelement (148) den Entladestrompfad schaltet,
wenn das Akkupack (100) mit der maschinenseitigen Schnittstelle (380) der Handwerkzeugmaschine (300) verbunden wird.
14. Ladegerät zum elektrischen Laden eines Akkupacks (100) gemäß einem der Ansprüche 3 bis 8, umfassend eine geräteseitige Schnittstelle zur mechani schen und elektrischen Kopplung des Ladegerätes mit einer korrespondie renden Schnittstelle (180) des Akkupacks (100), wobei die geräteseitige Schnittstelle derart ausgebildet ist, dass der erste Mechanismus des Akku packs (100) über das erste Schaltelement (148) den Ladestrompfad schaltet, wenn das Akkupack (100) mit der geräteseitigen Schnittstelle gekoppelt wird.
15. Werkzeugsystem, umfassend ein Akkupack (100) gemäß einem der Ansprü che 1 bis 12, eine Handwerkzeugmaschine gemäß Anspruch 13, und ein
Ladegerät gemäß Anspruch 14.
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