WO2022111957A1 - Exchangeable battery pack with a monitoring unit and at least one switch element for interrupting or allowing a charge or discharge current - Google Patents

Exchangeable battery pack with a monitoring unit and at least one switch element for interrupting or allowing a charge or discharge current Download PDF

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WO2022111957A1
WO2022111957A1 PCT/EP2021/080452 EP2021080452W WO2022111957A1 WO 2022111957 A1 WO2022111957 A1 WO 2022111957A1 EP 2021080452 W EP2021080452 W EP 2021080452W WO 2022111957 A1 WO2022111957 A1 WO 2022111957A1
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switching element
battery pack
monitoring unit
exchangeable battery
designed
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PCT/EP2021/080452
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Inventor
Holger Wernerus
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Robert Bosch Gmbh
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
    • H02J7/0029—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries with safety or protection devices or circuits

Abstract

The invention relates to an exchangeable battery pack (10) with a monitoring unit (52); an electromechanical interface (14) which has a plurality of electric contacts (12), wherein a first electric contact of the electric contacts (12) of the interface (14) is used as an energy supply contact (38), which can be supplied with a first reference potential (V1), preferably a supply potential (V+), and a second electric contact of the electric contacts (12) of the interface (14) is used as an energy supply contact (40), which can be supplied with a second reference potential (V2), preferably a ground potential (GND); and at least one first switch element (74) designed as a field effect transistor, in particular a MOSFET, for interrupting or allowing a charge or discharge current (I) to flow across the first and second energy supply contact (38, 40). According to the invention, in the event that at least one first switch element (62) is open, a voltage drop (UW), which is produced by the charge or discharge current (I), at an intrinsic diode (68) connected in parallel to the at least one first switch element (62) generates a wake-up signal for the monitoring unit (52) of the exchangeable battery pack (10).

Description

Titel title
Wechselakkupack mit einer Überwachungseinheit und mit zumindest einemExchangeable battery pack with a monitoring unit and with at least one
Schaltelement zur Unterbrechung oder Ermöglichung eines Lade- oder Entlade- stroms Switching element for interrupting or enabling a charging or discharging current
Beschreibung description
Die Erfindung betrifft einen Wechselakkupack mit einer Überwachungseinheit und mit zumindest einem ersten als Feldeffekt-Transistor ausgebildeten Schalt element zur Unterbrechung bzw. Ermöglichung eines Lade- oder Entladestroms nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. The invention relates to an exchangeable battery pack with a monitoring unit and with at least one first switching element designed as a field effect transistor for interrupting or enabling a charging or discharging current according to the preamble of claim 1.
Stand der Technik State of the art
Eine Vielzahl elektrischer Verbraucher wird mit vom Bediener werkzeuglos wech selbaren Akkupacks - im Folgenden als Wechselakkupacks bezeichnet - betrie ben, die entsprechend durch den elektrischen Verbraucher entladen werden und mittels eines Ladegeräts wieder aufladbar sind. In der Regel bestehen derartige Wechselakkupacks aus einer Mehrzahl in Reihe und/oder parallel verschalteter Energiespeicherzellen zur Erzielung einer geforderten Wechselakkupack- Spannung bzw. -Kapazität. Sind die Energiespeicherzellen beispielsweise als Li- thium-lonen-Zellen (Li-Ion) ausgebildet, so lässt sich mit besonderem Vorteil eine sehr hohe Leistungs- und Energiedichte erzielen. A large number of electrical consumers is operated with battery packs which can be exchanged without tools by the operator - hereinafter referred to as exchangeable battery packs - ben operated, which are discharged accordingly by the electrical consumers and can be recharged using a charger. As a rule, such exchangeable battery packs consist of a plurality of energy storage cells connected in series and/or in parallel in order to achieve a required exchangeable battery pack voltage or capacity. If the energy storage cells are in the form of lithium-ion cells (Li-ion), for example, a very high power and energy density can be achieved with particular advantage.
Es ist bekannt, eine elektromechanische Schnittstelle des Wechselakkupacks werkzeuglos lösbar mit einer weiteren elektromechanischen Schnittstelle des elektrischen Verbrauchers oder des Ladegeräts auszugestalten. Dabei ist jeweils ein erster der elektrischen Kontakte der Schnittstellen als ein mit einem ersten Bezugspotential, vorzugsweise einem Versorgungspotential, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt und jeweils ein zweiter der elektrischen Kontakte der Schnittstellen als ein mit einem zweiten Bezugspotential, vorzugsweise einem Massepotential, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt ausgebildet. Aus der DE 10354871 Al ist ferner bekannt, einen Wechselakkupack zur Un terbrechung bzw. Ermöglichung eines Lade- oder Entladestroms mit einem Schaltelement im Strompfad auszustatten, das durch eine Überwachungseinheit des Wechselakkupacks gesteuert wird. Die Überwachungseinheit überwacht zu dem wesentliche für das Laden oder Entladen des Wechselakkupacks erforderli che Betriebsparameter, wie beispielsweise eine Wechselakkupack-Spannung, die einzelnen Zellspannungen, eine Wechselakkupack- und/oder Zelltemperatur, den Lade- oder Entladestrom oder dergleichen. Um insbesondere die Energie speicherzellen des Wechselakkupacks vor einer Tiefentladung zu schützen, ist vorgesehen, die Überwachungseinheit in einem Schlafzustand zu versetzen und im Falle eines Ladens oder Entladens des Wechselakkupacks mittels eines von dem Ladegerät oder dem elektrischen Verbraucher erzeugten Spannungssignal wieder aufzuwecken. Hierbei kann es jedoch zu Verzögerungen kommen, bis die zum Aufwecken erforderliche Spannung erreicht ist. Auch besteht die Gefahr ei nes fehlerhaften oder nicht erfolgreichen Aufweckens infolge verschmutzter und kurzgeschlossener Kontakte der elektromechanischen Schnittstelle oder nicht spezifizierter Ladegeräte bzw. elektrischer Verbraucher. It is known to design an electromechanical interface of the exchangeable battery pack that can be detached without tools with a further electromechanical interface of the electrical load or the charging device. A first of the electrical contacts of the interfaces is designed as a power supply contact that can be charged with a first reference potential, preferably a supply potential, and a second of the electrical contacts of the interfaces is designed as a power supply contact that can be charged with a second reference potential, preferably a ground potential. It is also known from DE 10354871 A1 to equip an exchangeable battery pack with a switching element in the current path for interrupting or enabling a charging or discharging current, which switching element is controlled by a monitoring unit of the exchangeable battery pack. The monitoring unit also monitors the essential operating parameters required for charging or discharging the replaceable battery pack, such as a replaceable battery pack voltage, the individual cell voltages, a replaceable battery pack and/or cell temperature, the charging or discharging current or the like. In order in particular to protect the energy storage cells of the replaceable battery pack from deep discharge, it is provided to put the monitoring unit into a sleep state and to wake it up again in the event of charging or discharging of the replaceable battery pack by means of a voltage signal generated by the charger or the electrical consumer. However, there may be a delay before the voltage required to wake up is reached. There is also the risk of incorrect or unsuccessful waking up as a result of dirty and short-circuited contacts of the electromechanical interface or unspecified charging devices or electrical consumers.
Ausgehend vom Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, die Überwa chungseinheit eines Wechselakkupacks derart nach einer Verbindung mit einem Ladegerät oder einem elektrischen Verbraucher aus dem Schlafzustand aufzu wecken, dass deren Sicherheitsmechanismen schnell und zuverlässig aktiviert werden können. Based on the prior art, the object of the invention is to wake up the monitoring unit of a replaceable battery pack after a connection to a charger or an electrical consumer from the sleep state in such a way that its safety mechanisms can be activated quickly and reliably.
Vorteile der Erfindung Advantages of the Invention
Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass für den Fall, dass das zumindest eine erste als Feldeffekt-Transistor ausgebildete Schaltelement, ins besondere ein erster MOSFET, geöffnet ist, ein durch den Lade- oder Entlade strom hervorgerufener Spannungsabfall an einer zu dem zumindest einen ersten Schaltelement parallel geschalteten, intrinsischen Diode ein Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit des Wechselakkupacks erzeugt. Dieses Aufweck- Signal kann mit Vorteil bereits bei sehr geringen Lade- oder Entladeströmen er zeugt werden. Zudem kann eine Tiefentladung der Energiespeicherzellen, insbe- sondere in Verbindung mit einer langen Lagerzeit des Wechselakkupacks, auf grund der sehr geringen Stromaufnahme vermieden werden. Durch das Öffnen des ersten Schaltelements während eines aktiven Schlaf-Modus der Überwa chungseinheit kann der erforderliche Spannungsabfall für das Aufweck-Signal er zeugt werden. Die Erfindung bietet durch das eindeutige Aufweck-Signal über dies den Vorteil, dass Aufweckfehler infolge nicht spezifizierter bzw. fehlerhafter Ladegeräte oder elektrischer Verbraucher oder verschmutzter und damit kurzge schlossener Energieversorgungskontakte wirksam vermieden werden können. Zudem gewährleistet die Überwachungseinheit in Verbindung mit einem eindeu tigen Aufweck-Signal entsprechend zuverlässige Schutzmechanismen. In order to achieve the stated object, it is provided that if the at least one first switching element designed as a field effect transistor, in particular a first MOSFET, is open, a voltage drop caused by the charging or discharging current occurs at one of the at least one first switching element parallel, intrinsic diode generates a wake-up signal for the monitoring unit of the removable battery pack. This wake-up signal can advantageously be generated even with very low charging or discharging currents. In addition, a deep discharge of the energy storage cells, in particular especially in connection with a long storage time of the exchangeable battery pack, can be avoided due to the very low power consumption. By opening the first switching element while the monitoring unit is in an active sleep mode, the required voltage drop for the wake-up signal can be generated. Due to the clear wake-up signal, the invention offers the advantage that wake-up errors as a result of unspecified or faulty charging devices or electrical consumers or soiled and thus short-circuited power supply contacts can be effectively avoided. In addition, the monitoring unit, in conjunction with a clear wake-up signal, guarantees correspondingly reliable protective mechanisms.
Als elektrische Verbraucher im Kontext der Erfindung sollen beispielweise mit ei nem Wechselakkupack betriebene Elektrowerkzeuge zur Bearbeitung von Werk stücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Dabei kann das Elektrowerkzeug sowohl als Elektrohandwerkzeug als auch als stationäre Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Elekt rowerkzeuge sind in diesem Zusammenhang Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Bohrhämmer, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Poliermaschinen, Kreis-, Tisch-, Kapp- und Stichsägen oder dergleichen. Als elektrische Verbraucher kommen aber auch mit einem Wech selakkupack betriebene Garten- und Baugeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Roboter- Breaker und -Bagger oder derglei chen sowie mit einem Wechselakkupack betriebene Haushaltgeräte, wie Staub sauger, Mixer, etc. in Frage. Ebenso ist die Erfindung auf elektrische Verbraucher anwendbar, die gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Wechselakkupacks versorgt werden. Electrical consumers in the context of the invention should be understood to mean, for example, power tools operated with an interchangeable battery pack for machining workpieces using an electrically driven insert tool. The power tool can be designed both as a hand-held power tool and as a stationary power tool. Typical electric tools in this context are handheld or stationary drills, screwdrivers, percussion drills, hammer drills, planes, angle grinders, orbital sanders, polishing machines, circular, table, crosscut and jigsaws or the like. Garden and construction equipment such as lawn mowers, lawn trimmers, branch saws, motor and trench cutters, robot breaker and excavator or the like, as well as household appliances operated with a replaceable battery pack, such as vacuum cleaners, mixers, etc . The invention can also be applied to electrical consumers that are simultaneously supplied with a plurality of exchangeable battery packs.
Die Spannung eines Wechselakkupacks ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle und ergibt sich aus der Verschal tung (parallel oder seriell) der einzelnen Energiespeicherzellen. Eine Energie speicherzelle ist typischerweise als eine galvanische Zelle ausgebildet, die einen Aufbau aufweist, bei dem ein Zellpol an einem Ende und ein weiterer Zellpol an einem gegenüberliegenden Ende zu liegen kommt. Insbesondere weist die Ener giespeicherzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüber- liegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Energiespeicher zellen als lithiumbasierte Energiespeicherzelle, z.B. Li-Ion, Li-Po, Li-Metall oder dergleichen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch für Wechselakkupacks mit Ni-Cd-, Ni-MH-Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar. Bei gängi gen Li-Ion- Energiespeicherzellen mit einer Zellspannung von 3,6 V ergeben sich beispielhaft Spannungsklassen von 3,6 V, 7,2 V, 10,8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V etc. Bevorzugt ist eine Energiespeicherzelle als zumindest im Wesentlichen zylinder förmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform an geordnet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Art und Bauform der ver wendeten Energiespeicherzellen abhängig, sondern kann auf beliebige Wech selakkupacks und Energiespeicherzellen, z.B. neben Rundzellen auch Pouchzel len oder dergleichen, angewendet werden. The voltage of an exchangeable battery pack is usually a multiple of the voltage of an individual energy storage cell and results from the wiring (in parallel or in series) of the individual energy storage cells. An energy storage cell is typically formed as a galvanic cell having a structure in which one cell pole is at one end and another cell pole is at an opposite end. In particular, the energy storage cell has a positive cell pole at one end and an opposite lying end on a negative cell pole. The energy storage cells are preferably designed as lithium-based energy storage cells, eg Li-Ion, Li-Po, Li-Metal or the like. However, the invention can also be used for exchangeable battery packs with Ni-Cd, Ni-MH cells or other suitable cell types. In the case of common lithium-ion energy storage cells with a cell voltage of 3.6 V, for example, voltage classes of 3.6 V, 7.2 V, 10.8 V, 14.4 V, 18 V, 36 V, etc. are obtained an energy storage cell designed as an at least substantially cylindrical round cell, the cell poles being arranged at the ends of the cylindrical shape. However, the invention is not dependent on the type and design of the energy storage cells used, but can be applied to any interchangeable battery packs and energy storage cells, for example pouch cells or the like in addition to round cells.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Spannungsabfall über der dem zumindest einen ersten Schaltelement parallel geschalteten, intrin sischen Diode bzw. ein daraus resultierender Stromfluss den Schaltzustand ei nes zweiten Schaltelements invertiert. Dabei ist das erste Schaltelement mit dem zweiten Bezugspotential, vorzugsweise dem Massepotential, verbunden und das zweite Schaltelement als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein NPN- Transistor, ausgebildet, dessen Basis- Emitter- Strecke, insbesondere über zu mindest einen ersten Widerstand, parallel zu dem ersten Schaltelement geschal tet ist. Das zweite Schaltelement kann so auf Grundlage eines verhältnismäßig kleinen Stromflusses, insbesondere eines Basisstroms, einen ausreichend gro ßen Stromfluss, insbesondere einen Kollektorstrom, erzeugen, der ein eindeuti ges Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit generiert. Unter dem Invertie ren eines Schaltzustands eines Schaltelements soll verstanden werden, dass in folge einer anliegenden Steuerspannung bzw. eines fließenden Steuerstroms ein offenes, also nichtleitendes Schaltelement geschlossen, also leitend geschaltet wird, und infolge einer wegfallenden Steuerspannung bzw. eines nicht mehr flie ßenden Steuerstroms ein geschlossenes Schaltelement geöffnet wird. In a development of the invention, it is provided that the voltage drop across the intrinsic diode connected in parallel with the at least one first switching element or a current flow resulting therefrom inverts the switching state of a second switching element. The first switching element is connected to the second reference potential, preferably ground potential, and the second switching element is designed as a bipolar transistor, in particular as an NPN transistor, whose base-emitter path is connected in parallel, in particular via at least one first resistor is geschal switched to the first switching element. Based on a relatively small current flow, in particular a base current, the second switching element can thus generate a sufficiently large current flow, in particular a collector current, which generates a clear wake-up signal for the monitoring unit. The inversion of a switching state of a switching element should be understood to mean that as a result of an applied control voltage or a flowing control current, an open, i.e. non-conductive switching element is closed, i.e. switched to conducting, and is switched on as a result of a control voltage drop or a control current no longer flowing closed switching element is opened.
Zur Vermeidung eines unvorteilhaft hohen Stromflusses im parallel zu dem zu mindest einen ersten Schaltelement geschalteten Strompfad, ist der zumindest eine erste Widerstand ausreichend hochohmig ausgebildet, um einen Stromfluss parallel zum zumindest einen ersten Schaltelement auf unkritische Stromstärken zu begrenzen. Zudem ist die Basis- Emitter- Strecke des als Bipolar-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements durch eine Diode vor einer Überspannung geschützt, die bei Unterbrechung des Lade- oder Entladestroms durch das zu mindest eine erste Schaltelement entstehen kann. In order to avoid an unfavorably high current flow in the current path connected in parallel with the at least one first switching element, the at least one first resistor is designed with a sufficiently high impedance to prevent a current flow to limit parallel to at least one first switching element to non-critical currents. In addition, the base-emitter path of the second switching element designed as a bipolar transistor is protected by a diode from an overvoltage that can occur when the charging or discharging current is interrupted by the at least one first switching element.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Invertieren des Schaltzustands des zweiten Schaltelements ein Invertieren des Schaltzustands eines dritten Schaltelements zur Erzeugung des Aufweck-Signals derart bewirkt, dass das dritte Schaltelement das erste Bezugspotential, vorzugsweise das Versorgungspotential, mit einem Eingang der Überwachungseinheit verbindet oder von diesem trennt. Dabei ist das dritte Schaltelement als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein PNP- Transistor, ausgebildet, dessen Basis, insbesondere über zumindest einen weite ren Widerstand, mit dem Kollektor des als NPN-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements verbunden ist. Zur Vermeidung eines unvorteilhaft hohen Strom flusses ist auch der zumindest eine weitere Widerstand ausreichend hochohmig ausgebildet. Zudem bewirkt der hochohmige Abschluss des Aufweck-Signals ge genüber dem zweiten Bezugspotential, insbesondere gegenüber dem Massepo tential, schon bei sehr geringen Strömen ausreichend hohe Spannungswerte von deutlich über 1 V zum zuverlässigen Aufwecken der Überwachungseinheit. Furthermore, it is provided that the inversion of the switching state of the second switching element causes an inversion of the switching state of a third switching element for generating the wake-up signal in such a way that the third switching element connects the first reference potential, preferably the supply potential, to an input of the monitoring unit or disconnects it from it . The third switching element is designed as a bipolar transistor, in particular as a PNP transistor, the base of which is connected, in particular via at least one wide resistor, to the collector of the second switching element designed as an NPN transistor. To avoid an unfavorably high current flow, the at least one further resistor is also designed with a sufficiently high impedance. In addition, the high-impedance termination of the wake-up signal compared to the second reference potential, in particular compared to the ground potential, causes sufficiently high voltage values of well over 1 V to reliably wake up the monitoring unit even at very low currents.
In einer alternativen Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zu mindest eine erste Schaltelement mit dem ersten Bezugspotential, vorzugsweise dem Versorgungspotential, verbunden ist und dass das zweite Schaltelement als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein PNP-Transistor, ausgebildet ist, des sen Basis- Emitter- Strecke, insbesondere über zumindest einen ersten Wider stand, parallel zu dem zumindest einen ersten Schaltelement geschaltet ist. Da bei erzeugt das Invertieren des Schaltzustands des zweiten Schaltelements das Aufweck-Signal derart, dass das zweite Schaltelement das erste Bezugspotenti al, vorzugsweise das Versorgungspotential, mit einem Eingang der Überwa chungseinheit verbindet oder von diesem trennt. Das zweite Schaltelement kann so auf Grundlage eines verhältnismäßig kleinen Stromflusses, insbesondere ei nes Basisstroms, und eines hochohmigen Abschlusses gegenüber dem zweiten Bezugspotential, insbesondere gegenüber dem Massepotential, ein eindeutiges Aufweck-Signal mit einem Spannungswert von deutlich über 1 V für die Überwa chungseinheit erzeugen. Mögliche weitere strombegrenzende Bauteile zwischen dem zumindest einen ersten Widerstand und der Überwachungseinrichtung sind dem Fachmann bekannt und daher nicht dargestellt. In an alternative embodiment of the invention, it is provided that at least one first switching element is connected to the first reference potential, preferably the supply potential, and that the second switching element is designed as a bipolar transistor, in particular as a PNP transistor Base-emitter path, in particular via at least one first resistance, is connected in parallel with the at least one first switching element. Since the inversion of the switching state of the second switching element generates the wake-up signal in such a way that the second switching element connects the first reference potential, preferably the supply potential, to an input of the monitoring unit or disconnects it. On the basis of a relatively small current flow, in particular a base current, and a high-impedance termination with respect to the second reference potential, in particular with respect to the ground potential, the second switching element can thus have a unique Generate a wake-up signal with a voltage value well above 1 V for the monitoring unit. Possible further current-limiting components between the at least one first resistor and the monitoring device are known to the person skilled in the art and are therefore not shown.
Zur Vermeidung eines unvorteilhaft hohen Stromflusses im parallel zum zumin dest einen ersten Schaltelement geschalteten Strompfad, ist der zumindest eine erste Widerstand ausreichend hochohmig ausgebildet. Zudem ist die Basis- Emitter- Strecke des als Bipolar-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements durch eine Diode vor einer Überspannung geschützt, die bei Unterbrechung des Lade- oder Entladestroms durch das zumindest eine erste Schaltelement entste hen kann. In order to avoid an unfavorably high current flow in the current path connected in parallel with the at least one first switching element, the at least one first resistor is of sufficiently high resistance. In addition, the base-emitter path of the second switching element designed as a bipolar transistor is protected by a diode from an overvoltage that can arise when the charging or discharging current through the at least one first switching element is interrupted.
In einer Weiterbildung der Erfindung dient das zumindest eine erste Schaltele ment nur zum Unterbrechen oder Ermöglichen eines Stromflusses in eine erste Stromflussrichtung, beispielsweise in Richtung des Ladestroms, während die an dere Stromflussrichtung, beispielsweise die Richtung des Entladestroms, durch eine niederohmige Sicherung, insbesondere eine irreversibel auslösende Siche rung, geschützt ist. Da die intrinsische Diode des zumindest einen ersten Schalt elements in Richtung der ersten Stromflussrichtung gepolt ist, fällt so mit beson derem Vorteil bei geringen Strömen kein nennenswerter Spannungsabfall über ihr ab. Durch den Verzicht eines weiteren, insbesondere als Feldeffekt-Transistor oder MOSFET ausgebildeten, ersten Schaltelements, das zur Unterbrechung bzw. Ermöglichung der Gegenstromrichtung anti-seriell zum zumindest einen ers ten Schaltelements geschaltet sein müsste, kann das Problem eines weiteren hohen Spannungsabfalls bei geöffnetem weiteren ersten Schaltelement sowie ei ner daraus resultierenden Notwendigkeit zur entsprechenden Signalaufbereitung vermieden werden. Als irreversibel auslösbare Sicherung kommt z.B. eine durch die Überwachungseinheit einmalig ansteuerbare Sicherung, die ein Heizelement zum gesteuerten Auslösen einer Schmelzsicherung aufweist, oder auch eine selbsttätig auslösende Sicherung (z.B. Schmelzsicherung, PTC oder dergleichen) in Frage. Ausführungsbeispiele In one development of the invention, the at least one first switching element serves only to interrupt or enable a current flow in a first current flow direction, for example in the direction of the charging current, while the other current flow direction, for example the direction of the discharging current, is protected by a low-impedance fuse, in particular an irreversible fuse triggering fuse is protected. Since the intrinsic diode of the at least one first switching element is polarized in the direction of the first current flow direction, there is a particular advantage in the case of low currents that there is no appreciable voltage drop across it. By dispensing with a further first switching element, in particular designed as a field effect transistor or MOSFET, which would have to be connected anti-serially to the at least one first switching element to interrupt or enable the countercurrent direction, the problem of a further high voltage drop when the further first Switching element and egg ner resulting need for appropriate signal processing can be avoided. As an irreversibly triggerable fuse, for example, a fuse that can be triggered once by the monitoring unit and has a heating element for controlled triggering of a fuse, or an automatically triggering fuse (eg fuse, PTC or the like) comes into consideration. exemplary embodiments
Zeichnung drawing
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 4 beispielhaft erläu tert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit ei ner gleichen Funktionsweise hindeuten. The invention is explained below by way of example with reference to FIGS. 1 to 4, with the same reference symbols in the figures indicating the same components with the same function.
Es zeigen Show it
Fig. 1: ein System umfassend zumindest einen Wechselakkupack und zumindest ein mit dem Wechselakkupack verbindbares Ladege rät zum Laden bzw. einen mit dem Wechselakkupack verbindba ren elektrischen Verbraucher zum Entladen des Wechselakku packs in einer schematischen Darstellung, Fig. 1: a system comprising at least one replaceable battery pack and at least one charger that can be connected to the replaceable battery pack for charging or an electrical consumer that can be connected to the replaceable battery pack for discharging the replaceable battery pack in a schematic representation,
Fig. 2: ein Blockschaltbild des Systems aus Figur 1 zum Laden desFig. 2: a block diagram of the system of Figure 1 for loading the
Wechselakkupacks mit einem Ladegerät in einem ersten Ausfüh rungsbeispiel, Removable battery packs with a charger in a first embodiment example,
Fig. 3: ein Blockschaltbild des Systems aus Figur 1 zum Laden desFig. 3: a block diagram of the system of Fig. 1 for loading the
Wechselakkupacks mit einem Ladegerät in einem zweiten Aus führungsbeispiel und Removable battery packs with a charger in a second exemplary embodiment and from
Fig. 4: ein Blockschaltbild des Systems aus Figur 1 zum Entladen desFig. 4: a block diagram of the system from Figure 1 for discharging the
Wechselakkupacks mit einem elektrischen Verbraucher in einem dritten Ausführungsbeispiel. Removable battery packs with an electrical consumer in a third embodiment.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the exemplary embodiments
Figur 1 zeigt einen Wechselakkupack 10 mit einer, eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 12 aufweisenden elektromechanischen Schnittstelle 14. Der Wech selakkupack 10 kann mittels eines Ladegeräts 16 geladen und durch diverse elektrische Verbraucher 18 entladen werden. Dazu weisen das Ladegerät 16 und die elektrischen Verbraucher 18 jeweils eine weitere, eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 12 aufweisende elektromechanische Schnittstelle 20 auf. Figur 1 soll veranschaulichen, dass die Erfindung für verschiedene elektrische Verbraucher 18 geeignet ist. So sind exemplarisch ein Akkustaubsauger 22, ein Akkuschlag schrauber 24 und ein Akkurasentrimmer 26 gezeigt. Im Kontext der Erfindung können jedoch verschiedenste Elektrowerkzeuge, Gartengeräte und Haushalts geräte als elektrische Verbraucher 18 in Frage kommen. FIG. 1 shows an exchangeable battery pack 10 with an electromechanical interface 14 having a plurality of electrical contacts 12. The exchangeable battery pack 10 can be charged by means of a charger 16 and discharged by various electrical consumers 18. These have the charger 16 and the electrical consumers 18 each have a further electromechanical interface 20 having a plurality of electrical contacts 12 . FIG. 1 is intended to illustrate that the invention is suitable for various electrical consumers 18. A battery-powered vacuum cleaner 22, a battery-powered impact wrench 24 and a battery-powered lawn trimmer 26 are shown as examples. In the context of the invention, however, a wide variety of power tools, gardening tools and household appliances can be used as electrical loads 18 .
Der Wechselakkupack 10 umfasst ein Gehäuse 28, das an einer Seitenwand bzw. an seiner Oberseite 30 die elektromechanische Schnittstelle 14 zur lösbaren Verbindung mit der weiteren elektromechanischen Schnittstelle 20 des Ladege räts 16 bzw. der elektrischen Verbraucher 18 aufweist. In Verbindung mit dem elektrischen Verbraucher 18 dienen die elektromechanischen Schnittstellen 14,The exchangeable battery pack 10 comprises a housing 28 which has the electromechanical interface 14 for detachable connection to the further electromechanical interface 20 of the charger 16 or the electrical consumer 18 on a side wall or on its upper side 30 . In conjunction with the electrical consumer 18, the electromechanical interfaces 14 serve
20 primär dem Entladen des Wechselakkupacks 10, während sie in Verbindung mit dem Ladegerät 16 dem Aufladen des Wechselakkupacks 10 dienen. Die ge naue Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen 14, 20 ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Spannungsklasse des Wechselakkupacks 10 bzw. des elektrischen Verbrauchers 18 und diversen Her stellerspezifikationen. So können z.B. drei oder mehr elektrische Kontakte 12 zur Energie- und/oder Datenübertragung zwischen dem Wechselakkupack 10 und dem Ladegerät 16 bzw. dem elektrischen Verbraucher 18 vorgesehen sein. Auch ist eine mechanische Kodierung denkbar, so dass der Wechselakkupack 10 nur an bestimmten elektrischen Verbrauchern 18 betreibbar ist. Da die mechanische Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstelle 14 des Wechselakkupacks 10 und der weiteren elektromechanischen Schnittstelle 20 des Ladegeräts 16 bzw. des elektrischen Verbrauchers 18 für die Erfindung unerheblich ist, soll hie rauf nicht weiter im Detail eingegangen werden. Sowohl ein Fachmann als auch ein Bediener des Wechselakkupacks 10 und des Ladegeräts 16 bzw. des elektri schen Verbrauchers 18 werden diesbezüglich die geeignete Auswahl treffen. 20 primarily for discharging the removable battery pack 10, while they are used in conjunction with the charger 16 to charge the removable battery pack 10. The precise design of the electromechanical interfaces 14, 20 depends on various factors, such as the voltage class of the removable battery pack 10 or the electrical load 18 and various manufacturer specifications. For example, three or more electrical contacts 12 can be provided for energy and/or data transmission between the replaceable battery pack 10 and the charger 16 or the electrical load 18. A mechanical coding is also conceivable, so that the replaceable battery pack 10 can only be operated on specific electrical loads 18 . Since the mechanical configuration of the electromechanical interface 14 of the exchangeable battery pack 10 and the further electromechanical interface 20 of the charging device 16 or of the electrical consumer 18 is irrelevant for the invention, it should not be discussed further in detail here. Both a specialist and an operator of the exchangeable battery pack 10 and the charging device 16 or the electrical consumer's 18 will make the appropriate selection in this regard.
Der Wechselakkupack 10 verfügt über eine mechanische Arretiervorrichtung 32 zur Arretierung der form- und/oder kraftschlüssig lösbaren Verbindung der elekt romechanischen Schnittstelle 14 des Wechselakkupack 10 an der entsprechen den Gegenschnittstelle 20 (nicht im Detail gezeigt) des elektrischen Verbrauchers 18. Dabei ist die Arretiervorrichtung 32 als ein gefederter Drücker 34 ausgebildet, der mit einem Arretierglied 36 des Wechselakkupacks 10 wirkverbunden ist. Auf grund der Federung des Drückers 34 und/oder des Arretierglieds 36 rastet die Ar retiervorrichtung 32 beim Einschieben des Wechselakkupacks 10 in die Gegen schnittstelle 20 des elektrischen Verbrauchers 18 automatisch ein. Drückt ein Bediener den Drücker 34 in Einschubrichtung, wird die Arretierung gelöst und der Bediener kann den Wechselakkupack 10 entgegen der Einschubrichtung aus dem elektrischen Verbraucher 18 entnehmen bzw. ausschieben. The exchangeable battery pack 10 has a mechanical locking device 32 for locking the form-fitting and/or non-positively releasable connection of the electromechanical interface 14 of the exchangeable battery pack 10 to the corresponding mating interface 20 (not shown in detail) of the electrical consumer 18. The locking device 32 is designed as a spring-loaded pusher 34 which is operatively connected to a locking member 36 of the replaceable battery pack 10. Due to the springiness of the pusher 34 and/or the locking member 36, the locking device 32 automatically engages when the removable battery pack 10 is inserted into the counter-interface 20 of the electrical load 18. If an operator presses the push button 34 in the direction of insertion, the lock is released and the operator can remove or push out the replaceable battery pack 10 from the electrical consumer 18 in the opposite direction to the direction of insertion.
Wie bereits eingangs erwähnt, ergibt sich die Wechselakkupack-Spannung Ußatt des Wechselakkupacks 10 in der Regel aus einem Vielfachen der Einzelspan nungen Uceii der Energiespeicherzellen (nicht gezeigt) in Abhängigkeit ihrer Ver schaltung (parallel oder seriell). Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen als li thiumbasierte Energiespeicherzellen, z.B. Li-Ion, Li-Po, Li-Metall oder derglei chen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch für Wechselakkupacks mit Ni-Cd-, Ni-MH-Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar. As already mentioned, the exchangeable battery pack voltage Ußatt of the exchangeable battery pack 10 usually results from a multiple of the individual voltages Uceii of the energy storage cells (not shown), depending on their connection (parallel or series). The energy storage cells are preferably in the form of lithium-based energy storage cells, e.g. Li-Ion, Li-Po, Li-Metal or the like. However, the invention can also be used for exchangeable battery packs with Ni-Cd, Ni-MH cells or other suitable cell types.
In Figur 2 ist ein Blockschaltbild bestehend aus dem Wechselakkupack 10 auf der linken Seite und einem Ladegerät 16 auf der rechten Seite dargestellt. Der Wechselakkupack 10 und das Ladegerät 16 weisen die zueinander korrespondie renden elektromechanischen Schnittstellen 14 und 20 mit einer Mehrzahl elektri scher Kontakte 12 auf, wobei jeweils ein erster der elektrischen Kontakte 12 der Schnittstellen 14, 20 als ein mit einem ersten Bezugspotential Vi, vorzugsweise einem Versorgungspotential V+, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 38 und jeweils ein zweiter der elektrischen Kontakte 12 der Schnittstellen 14, 20 als ein mit einem zweiten Bezugspotential V2, vorzugsweise einem Massepotential GND, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 40 dient. Über den ersten und den zweiten Energieversorgungskontakt 38, 40 kann der Wechselakkupack 10 durch das Ladegerät 16 mit einem Ladestrom I geladen werden. Der Begriff „beaufschlagbar“ soll verdeutlichen, dass die Potentiale V+ und GND nicht dauer haft an allen Energieversorgungskontakten 38, 40 anliegen, sondern in der Regel erst nach Verbindung mit dem Ladegerät 16. Der Wechselakkupack 10 weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 42 auf, die zwar in Figur 2 als eine Reihenschaltung dargestellt sind, alternativ oder er gänzend aber auch in einer Parallelschaltung betrieben werden können, wobei die Reihenschaltung die über die Energieversorgungskontakte 38, 40 abfallende Spannung Ußatt des Wechselakkupacks 10 definiert, während eine Parallelschal tung einzelner Energiespeicherzellen 42 primär die Kapazität des Wechselakku packs 10 erhöht. Wie bereits erwähnt, können auch einzelne aus parallel ver- schalteten Energiespeicherzellen 42 bestehende Zell-Cluster in Reihe geschaltet werden, um eine bestimmte Spannung Ußatt des Wechselakkupacks bei gleich zeitig erhöhter Kapazität zu erzielen. Bei gängigen Li-Ion-Energiespeicherzellen 42 mit einer Zellspannung Uceii von jeweils 3,6 V fällt im vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel über die Energieversorgungskontakte 38, 40 eine Wechselakku- pack-Spannung Ußatt = Vi - V2 von 5 · 3,6 V = 18 V ab. Je nach Anzahl der in ei nem Zell-Cluster parallel geschalteten Energiespeicherzellen 42 kann die Kapazi tät gängiger Wechselakkupacks 10 bis zu 12 Ah oder mehr betragen. Die Erfin dung ist jedoch nicht von der Art, Bauform, Spannung, Stromlieferfähigkeit, etc. der verwendeten Energiespeicherzellen 42 abhängig, sondern kann auf beliebige Wechselakkupacks 10 und Energiespeicherzellen 42 angewendet werden. FIG. 2 shows a block diagram consisting of the exchangeable battery pack 10 on the left-hand side and a charger 16 on the right-hand side. The exchangeable battery pack 10 and the charger 16 have the corresponding electromechanical interfaces 14 and 20 with a plurality of electrical contacts 12, with a first of the electrical contacts 12 of the interfaces 14, 20 being connected to a first reference potential Vi, preferably a supply potential V + , power supply contact 38 that can be acted upon, and a second of the electrical contacts 12 of the interfaces 14, 20 as a power supply contact 40 that can be acted upon with a second reference potential V2, preferably a ground potential GND. The interchangeable battery pack 10 can be charged by the charging device 16 with a charging current I via the first and the second energy supply contact 38 , 40 . The term “can be acted upon” is intended to make it clear that the potentials V + and GND are not permanently present at all power supply contacts 38, 40, but usually only after connection to the charger 16. The replaceable battery pack 10 has a plurality of energy storage cells 42, which are shown in Figure 2 as a series circuit, but alternatively or additionally can also be operated in a parallel circuit, with the series circuit supplying the voltage U ßatt des Removable battery packs 10 defined, while a parallel switching device of individual energy storage cells 42 increases the capacity of the removable battery packs 10 primarily. As already mentioned, individual cell clusters consisting of energy storage cells 42 connected in parallel can also be connected in series in order to achieve a specific voltage U.sub.Batt of the exchangeable battery pack with a simultaneously increased capacity. In the case of common Li-ion energy storage cells 42 with a cell voltage Uceii of 3.6 V each, in the present exemplary embodiment, an exchangeable battery pack voltage U ßatt = Vi - V2 of 5 × 3.6 V = 18 occurs via the energy supply contacts 38, 40 V off Depending on the number of energy storage cells 42 connected in parallel in a cell cluster, the capacity of common exchangeable battery packs can be 10 to 12 Ah or more. However, the invention does not depend on the type, design, voltage, power supply capability, etc. of the energy storage cells 42 used, but can be applied to any exchangeable battery pack 10 and energy storage cell 42.
Zur Überwachung der einzelnen, in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 42 bzw. Zell-Cluster des Wechselakkupacks 10 ist eine SCM-Vorstufe 44 (Single- Cell-Monitoring) vorgesehen. Die SCM-Vorstufe 44 weist eine Multiplexer- Messvorrichtung 46 auf, die über Filterwiderstände 48 hochohmig mit entspre chenden Abgriffen 50 der Pole der Energiespeicherzellen 42 bzw. Zell-Cluster verbindbar ist. Im Folgenden soll der Begriff Energiespeicherzelle auch das Zell- Cluster umfassen, da diese lediglich Einfluss auf die Kapazität des Wechselak kupacks 10 haben, für die Erfassung der Zellspannungen Uceii aber gleichbedeu tend sind. Die insbesondere hochohmig ausgestalteten Filterwiderstände 50 kön nen insbesondere im Fehlerfall eine gefährliche Erwärmung der Messeingänge der Multiplexer-Messvorrichtung 46 verhindern. An SCM preliminary stage 44 (single cell monitoring) is provided for monitoring the individual energy storage cells 42 or cell cluster of the exchangeable battery pack 10 connected in series. The SCM preliminary stage 44 has a multiplexer measuring device 46 which can be connected via filter resistors 48 to corresponding taps 50 of the poles of the energy storage cells 42 or cell cluster with high impedance. In the following, the term energy storage cell should also include the cell cluster, since these only have an effect on the capacity of the interchangeable battery pack 10, but are equally important for detecting the cell voltages Uceii. The filter resistors 50, which are designed in particular to have a high resistance, can prevent dangerous heating of the measuring inputs of the multiplexer measuring device 46, particularly in the event of a fault.
Das Umschalten der Multiplexer-Messvorrichtung 46 kann über eine im Wech selakkupack 10 integrierte Überwachungseinheit 52 oder auch direkt innerhalb der SCM-Vorstufe 44 erfolgen. Zudem können auf diese Weise parallel zu den Energiespeicherzellen 42 geschaltete Schaltelemente 54 der SCM-Vorstufe 44 geschlossen oder geöffnet werden, um auf diese Weise ein so genanntes Balan- cing der Energiespeicherzellen 42 zur Erzielung einheitlicher Lade- bzw. Entla dezustände der einzelnen Energiespeicherzellen 42 zu bewirken. Es ist ebenfalls denkbar, dass die SCM-Vorstufe 44 die gemessenen Zellspannungen Uceii an die Überwachungseinheit 52 durchreicht, so dass die eigentliche Messung der Zellspannungen Uceii direkt von der Überwachungseinheit 52, beispielsweise über entsprechenden Analog-Digital-Umwandler (ADC) durchgeführt wird. The multiplexer measuring device 46 can be switched over via a monitoring unit 52 integrated in the exchangeable battery pack 10 or also directly within the SCM preliminary stage 44 . In addition, in this way parallel to the Energy storage cells 42 switched switching elements 54 of the SCM precursor 44 are closed or opened in order to effect in this way a so-called balancing of the energy storage cells 42 to achieve uniform charging or Entla destatus of the individual energy storage cells 42. It is also conceivable that the SCM preliminary stage 44 forwards the measured cell voltages Uceii to the monitoring unit 52, so that the actual measurement of the cell voltages Uceii is carried out directly by the monitoring unit 52, for example via a corresponding analog-to-digital converter (ADC).
Die Überwachungseinheit 52 kann als ein integrierter Schaltkreis in Form eines Mikroprozessors, ASICs, DSPs oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso ist aber auch denkbar, dass die Überwachungseinheit 52 aus mehreren Mikropro zessoren oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen mit entspre chender Transistorlogik besteht. Zudem kann die Überwachungseinheit 52 einen Speicher zur Speicherung von Betriebsparametern des Wechselakkupacks 10, wie beispielsweise der Spannung UBatt, den Zellspannungen Uceii, einer Tempera tur T, des Lade- oder Entladestroms I oder dergleichen aufweisen. The monitoring unit 52 can be designed as an integrated circuit in the form of a microprocessor, ASICs, DSPs or the like. However, it is also conceivable that the monitoring unit 52 consists of a plurality of microprocessors or at least partially of discrete components with corresponding transistor logic. In addition, the monitoring unit 52 can have a memory for storing operating parameters of the replaceable battery pack 10, such as the voltage UBatt, the cell voltages Uceii, a temperature T, the charging or discharging current I or the like.
Neben der Überwachungseinheit 52 im Wechselakkupack 10 kann auch das La degerät 16 eine Überwachungseinheit 56 aufweisen, die entsprechend der Überwachungseinheit 52 des Wechselakkupacks 10 ausgebildet sein kann. Die beiden Überwachungseinheiten 52, 56 können über einen als Signal- bzw. Da tenkontakt 58 ausgebildeten dritten Kontakt 12 der elektromechanischen Schnitt stellen 14, 20 miteinander kommunizieren. So können die beiden Überwa chungseinheiten 52, 56 beispielsweise wesentliche für den Ladevorgang benötig te Betriebsparameter über den Signal- bzw. Datenkontakt 58 austauschen. Ebenso ist denkbar, dass die Überwachungseinheiten 52, 56 sich gegenseitig steuern, um z.B. einen Ladevorgang abzubrechen oder um in einen anderen La demodus umzuschalten. In addition to the monitoring unit 52 in the exchangeable battery pack 10, the charging device 16 can also have a monitoring unit 56, which can be designed in accordance with the monitoring unit 52 of the exchangeable battery pack 10. The two monitoring units 52, 56 can provide a third contact 12, designed as a signal or data contact 58, of the electromechanical interface 14, 20 to communicate with one another. For example, the two monitoring units 52, 56 can exchange essential operating parameters required for the charging process via the signal or data contact 58. It is also conceivable that the monitoring units 52, 56 control each other, for example to interrupt a charging process or to switch to a different charging mode.
Der in dem Ladegerät 16 eingesteckte Wechselakkupack 10 wird mit dem Lade strom I und der dem Wechselakkupack 10 entsprechenden Spannung UBatt gela den. Zu diesem Zweck ist das Ladegerät 16 bzw. dessen Netzteil 60 mit einem nicht gezeigten Netzanschluss versehen. Die an den Energieversorgungskontak- ten 38, 40 anliegende Spannung Ußatt kann über eine Spannungsmessvorrich tung 61 im Ladegerät 16 gemessen und von der Überwachungseinheit 56 aus gewertet werden. Die Spannungsmessvorrichtung 61 kann auch vollständig oder zum Teil in der Überwachungseinheit 56 des Ladegeräts 16 integriert sein, bei spielsweise in Form eines integrierten ADC. Die genaue Ausgestaltung des Netz teils 60 des Ladegeräts 16 ist dem Fachmann bekannt und für die Erfindung von untergeordneter Bedeutung. Daher soll hier nicht weiter darauf eingegangen werden. The plugged into the charger 16 removable battery pack 10 is charged with the charging current I and the voltage U Batt corresponding to the removable battery pack 10 the. For this purpose, the charging device 16 or its power pack 60 is provided with a mains connection (not shown). The power supply contacts ten 38, 40 applied voltage Ußatt device 61 in the charger 16 can be measured by a voltage measuring device and evaluated by the monitoring unit 56 from. The voltage measuring device 61 can also be fully or partially integrated in the monitoring unit 56 of the charger 16, for example in the form of an integrated ADC. The exact design of the network part 60 of the charger 16 is known to those skilled in the art and is of secondary importance for the invention. Therefore, it will not be discussed further here.
Um im Falle eines mit dem Wechselakkupack verbundenen elektrischen Ver brauchers 18 den Entladestrom I zur Erhöhung der Betriebssicherheit auch in nerhalb des Wechselakkupacks 10 unterbrechen oder ermöglichen zu können, weist der Wechselakkupack 10 zumindest ein erstes Schaltelement 62 auf, das von der Überwachungseinheit 52 zum Unterbrechen des Entladestroms I geöff net und zum Ermöglichen des Entladestroms I geschlossen werden kann. Im ge zeigten Ausführungsbeispiel ist das zumindest eine erste Schaltelement 62 im Massepfad (Low-Side) zwischen dem zweiten als Energieversorgungskontakt 40 ausgebildeten Kontakt 12 der elektromechanischen Schnittstelle 14 und einem Massekontaktpunkt 64 der SCM-Vorstufe 44 angeordnet. Bevorzugt ist das zu mindest eine erste Schaltelement 62 als ein MOSFET 66 ausgebildet. Es sind aber auch andere Arten von Feldeffekt-Transistoren denkbar. In order to also be able to interrupt or enable the discharge current I within the replaceable battery pack 10 in order to increase operational reliability in the event of an electrical consumer 18 connected to the replaceable battery pack, the replaceable battery pack 10 has at least one first switching element 62, which is used by the monitoring unit 52 to interrupt the Discharge current I geöff net and to enable the discharge current I can be closed. In the exemplary embodiment shown, the at least one first switching element 62 is arranged in the ground path (low side) between the second contact 12 embodied as a power supply contact 40 of the electromechanical interface 14 and a ground contact point 64 of the SCM preliminary stage 44 . The at least one first switching element 62 is preferably embodied as a MOSFET 66 . However, other types of field effect transistors are also conceivable.
Dem MOSFET 66 ist eine intrinsische Diode 68 in Stromflussrichtung des Lade stroms I parallelgeschaltet, die im Falle eines mit dem Wechselakkupack 10 ver bundenen Ladegeräts 16 zur Erzeugung eines Aufweck-Signals aufgrund des Ladestroms I dienen kann. Die intrinsische Diode 68 ergibt sich durch die einzel nen Halbleiterübergänge des Feldeffekt-Transistors bzw. MOSFETs. Im Schlaf zustand der Überwachungseinheit 52 wird der MOSFET 66 derart von der Über wachungseinheit 52 angesteuert, dass er geöffnet ist und den Ladestrom I unter bricht. Auf diese Weise kann unmittelbar nach dem Verbinden der elektromecha nischen Schnittstellen 14, 20 von Wechselakkupack 10 und Ladegerät 16 eine durch den resultierenden Ladestrom I des Ladegeräts 16 erzeugte Spannung Uw über der intrinsischen Diode 68 abfallen, die in besonders vorteilhafter Weise als Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit 52 des Wechselakkupacks 10 dient. Das Aufweck-Signal kann so mit besonderem Vorteil bereits mit einem sehr ge ringen Ladestrom I von beispielsweise 1 mA erzeugt werden. The MOSFET 66 is an intrinsic diode 68 connected in parallel in the current flow direction of the charging current I, which can be used in the case of a ver with the removable battery pack 10 connected charger 16 to generate a wake-up signal due to the charging current I. The intrinsic diode 68 results from the individual semiconductor junctions of the field effect transistor or MOSFET. In the sleep state of the monitoring unit 52, the MOSFET 66 is controlled by the monitoring unit 52 in such a way that it is open and the charging current I is interrupted. In this way, immediately after connecting the electromechanical interfaces 14, 20 of the removable battery pack 10 and the charger 16, a voltage Uw generated by the resulting charging current I of the charger 16 can drop across the intrinsic diode 68, which is used in a particularly advantageous manner as a wake-up signal for the monitoring unit 52 of the exchangeable battery pack 10 is used. The wake-up signal can thus be generated with particular advantage with a very low charging current I of, for example, 1 mA.
Da das zumindest eine erste Schaltelement 62 aufgrund der parallel geschalteten intrinsischen Diode 68 nur zum Unterbrechen eines Stromflusses in eine Strom flussrichtung, in diesem Fall die des Entladestroms, dienen kann, ist die andere Stromflussrichtung (für den Ladestrom) nicht ohne ein weiteres erstes Schaltele ment abschaltbar. Ein solches weiteres erstes Schaltelement kann beispielswei se eine niederohmige Sicherung 70, insbesondere eine ansteuerbare Sicherung mit z.B. einem integrierten Heizelement zum gesteuerten Auslösen einer Schmelzsicherung, sein. Da eine niederohmige Sicherung 70 typischerweise ei nen Widerstandswert von nur wenigen Milliohm aufweist, kann die über ihr abfal lende Spannung nicht zum sicheren und zuverlässigen Erzeugen des Aufweck- Signals für die Überwachungseinheit 52 herangezogen werden. Dies ist nur mit dem ausreichend großen Spannungsabfall Uw über der intrinsischen Diode 68 möglich. Statt der Sicherung 70 kann die andere Stromflussrichtung aber auch durch ein weiteres erstes Schaltelement (nicht gezeigt), das beispielweise als ein Feldeffekt-Transistor, MOSFET, Bipolar-Transistor, IGBT aber auch als Relais oder ein mechanischer Trennschalter ausgebildet ist, geschützt werden. Im Falle eines als Feldeffekt-Transistors oder MOSFET muss das weitere erste Schalt element derart verschaltet werden, dass dessen intrinsische Diode gegenpolig zu der intrinsischen Diode 68 des ersten Schaltelements 66 ist. Ein als Feldeffekt- Transistor oder MOSFET ausgebildetes weiteres erstes Schaltelement hätte aber den Nachteil eines zusätzlichen hohen Spannungsabfalls im geöffneten Zustand sowie der daraus resultierenden Notwendigkeit einer entsprechenden Signalauf bereitung. Since the at least one first switching element 62 can only be used to interrupt a current flow in one current flow direction, in this case that of the discharging current, due to the intrinsic diode 68 connected in parallel, the other current flow direction (for the charging current) is not possible without a further first switching element switchable. Such a further first switching element can, for example, be a low-impedance fuse 70, in particular a controllable fuse with, for example, an integrated heating element for controlled triggering of a safety fuse. Since a low-impedance fuse 70 typically has a resistance value of only a few milliohms, the voltage dropped across it cannot be used to reliably and reliably generate the wake-up signal for the monitoring unit 52 . This is only possible with a sufficiently large voltage drop Uw across the intrinsic diode 68 . Instead of fuse 70, the other direction of current flow can also be protected by a further first switching element (not shown), which is designed, for example, as a field effect transistor, MOSFET, bipolar transistor, IGBT, but also as a relay or a mechanical isolating switch. In the case of a field effect transistor or MOSFET, the further first switching element must be connected in such a way that its intrinsic diode has the opposite polarity to the intrinsic diode 68 of the first switching element 66 . However, a further first switching element designed as a field effect transistor or MOSFET would have the disadvantage of an additional high voltage drop in the open state and the resulting need for a corresponding signal processing.
Der Spannungsabfall Uw über der intrinsischen Diode 68 bzw. ein daraus resul tierender Stromfluss dient nun zur Invertierung des Schaltzustands eines zweiten Schaltelements 72, das als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein NPN- Transistor, ausgebildet ist und dessen Basis- Emitter- Strecke 74 über einen ers ten Widerstand 76 parallel zum zumindest MOSFET 66 geschaltet ist. Im vorlie genden Fall wird das zweite Schaltelement 72 durch den Spannungsabfall Uw über der intrinsischen Diode 68 des MOSFETs 66 geschlossen. Das zweite Schaltelement 72 kann so auf Grundlage eines verhältnismäßig kleinen durch den Ladestrom I hervorgerufenen Stromflusses, insbesondere eines Ba sisstroms, einen ausreichend großen Stromfluss, insbesondere einen Kollektor strom, als eindeutiges Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit 52 erzeugen. Dazu schaltet der Kollektorstrom des zweiten Schaltelements 72 ein drittes Schaltelement 78 derart, dass das dritte Schaltelement das Versorgungspotential V+ kollektorseitig an einen Eingang der Überwachungseinheit 52 weiterleitet. Das dritte Schaltelement 78 ist als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein PNP- Transistor, ausgebildet, dessen Basis über einen weiteren Widerstand 80 mit dem Kollektor des als NPN-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements 72 und dessen Emitter mit dem Versorgungspotential V+ des als Versorgungskon taktpunkt ausgebildeten Abgriffs 50 der SCM-Vorstufe 44 verbunden ist. Zur Vermeidung unvorteilhaft hoher Stromflüsse sind der erste und der weitere Wi derstand 76, 80 hochohmig ausgebildet. Zudem bewirkt der hochohmige Ab schluss des Aufweck-Signals gegenüber dem Massepotential GND schon bei sehr geringen Ladeströmen I ausreichend hohe Spannungswerte Uw von deutlich über 1 V zum zuverlässigen Aufwecken der Überwachungseinheit 52. The voltage drop Uw across the intrinsic diode 68 or a current flow resulting therefrom now serves to invert the switching state of a second switching element 72, which is embodied as a bipolar transistor, in particular as an NPN transistor, and its base-emitter path 74 is connected in parallel with the at least MOSFET 66 via a first resistor 76 . In the present case, the second switching element 72 is closed by the voltage drop Uw across the intrinsic diode 68 of the MOSFET 66. The second Switching element 72 can thus generate a sufficiently large current flow, in particular a collector current, as a clear wake-up signal for monitoring unit 52 on the basis of a relatively small current flow caused by charging current I, in particular a base current. For this purpose, the collector current of the second switching element 72 switches a third switching element 78 in such a way that the third switching element forwards the supply potential V + to an input of the monitoring unit 52 on the collector side. The third switching element 78 is designed as a bipolar transistor, in particular as a PNP transistor, whose base is connected via a further resistor 80 to the collector of the second switching element 72 designed as an NPN transistor and whose emitter is connected to the supply potential V + des as a supply con clock point trained tap 50 of the SCM precursor 44 is connected. In order to avoid unfavorably high current flows, the first and the other resistors 76, 80 are of high resistance. In addition, the high-impedance termination of the wake-up signal compared to the ground potential GND causes sufficiently high voltage values Uw of well over 1 V to reliably wake up the monitoring unit 52 even at very low charging currents I.
Um das zweite Schaltelement 72 vor einer Überspannung zu schützen, die bei einer Unterbrechung des Entladestroms durch das erste Schaltelement 62 ent stehen kann, ist parallel zur Basis- Emitter- Strecke 74 des als Bipolar-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements 72 eine Diode 82 geschaltet. In order to protect the second switching element 72 from overvoltage, which can occur when the discharge current is interrupted by the first switching element 62, a diode 82 is connected in parallel with the base-emitter path 74 of the second switching element 72, which is designed as a bipolar transistor.
Figur 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung zum Aufwecken der Überwachungseinheit 52 des Wechselakkupacks 10 beim Laden des Wech selakkupacks 10 mit dem Ladegerät 16. Im Unterschied zu Figur 2 ist das erste Schaltelement 62 nun nicht mehr im Massepfad, sondern im Versorgungspfad (High-Side) zwischen dem ersten als Energieversorgungskontakt 38 ausgebilde ten Kontakt 12 und dem als Versorgungskontaktpunkt ausgebildeten Abgriff 50 der SCM-Vorstufe 44 angeordnet. Wie schon in Figur 2, so ist auch hier dem ers ten als MOSFET 66 ausgebildeten Schaltelement 62 eine intrinsische Diode 68 in Stromflussrichtung des Ladestroms I parallelgeschaltet, um im Falle eines mit dem Wechselakkupack 10 verbundenen Ladegeräts 16 ein Aufweck-Signal auf grund des Ladestroms I erzeugen zu können. Es soll nachfolgend nicht auf sämt- liehe Komponenten des Wechselakkupacks 10 und des Ladegeräts 16 einge gangen werden, da diese dieselben Funktionen, wie in Figur 2 aufweisen. Figure 3 shows a further exemplary embodiment of the invention for waking up the monitoring unit 52 of the replaceable battery pack 10 when charging the replaceable battery pack 10 with the charger 16. In contrast to Figure 2, the first switching element 62 is now no longer in the ground path but in the supply path (high side ) is arranged between the first contact 12 designed as a power supply contact 38 and the tap 50 of the SCM preliminary stage 44 designed as a supply contact point. As in Figure 2, an intrinsic diode 68 is connected in parallel with the first switching element 62, designed as a MOSFET 66, in the current flow direction of the charging current I, in order to generate a wake-up signal in the case of a charger 16 connected to the replaceable battery pack 10 based on the charging current I to be able to generate. In the following, it should not be lending components of the exchangeable battery pack 10 and the charging device 16 are gone into, since these have the same functions as in FIG.
Im Schlafzustand der Überwachungseinheit 52 wird der MOSFET 66 derart von der Überwachungseinheit 52 angesteuert, dass er geöffnet ist und der Ladestrom I folglich durch die intrinsische Diode 68 fließt. Somit fällt nach dem Verbinden des Wechselakkupacks 10 und des Ladegeräts 16 eine durch den resultierenden Ladestrom I erzeugte Spannung Uw über der intrinsischen Diode 68 des MOSFET 66 ab, die als Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit 52 des Wechselakkupacks 10 dient. When the monitoring unit 52 is in the sleep state, the MOSFET 66 is controlled by the monitoring unit 52 in such a way that it is open and the charging current I consequently flows through the intrinsic diode 68 . Thus, after connecting the exchangeable battery pack 10 and the charger 16, a voltage Uw generated by the resulting charging current I drops across the intrinsic diode 68 of the MOSFET 66, which serves as a wake-up signal for the monitoring unit 52 of the exchangeable battery pack 10.
Da auch in diesem Ausführungsbeispiel das erste Schaltelement 62 aufgrund der intrinsischen Diode 68 des MOSFET 66 nur zum Unterbrechen des Entlade stroms dienen kann, ist der Wechselakkupack 10 vor zu hohen Ladeströmen I ohne ein weiteres erstes Schaltelement nicht geschützt. Einen entsprechenden Schutz bietet die Sicherung 70 oder die weiteren zu Figur 2 beschriebenen Schutzmaßnahmen. Since in this embodiment, the first switching element 62 can only be used to interrupt the discharge current due to the intrinsic diode 68 of the MOSFET 66, the removable battery pack 10 is not protected against excessive charging currents I without another first switching element. The fuse 70 or the other protective measures described for FIG. 2 offer corresponding protection.
Analog zu Figur 2 ist dem MOSFET 66 eine aus der Basis- Emitter- Strecke 74 ei nes zweiten Schaltelements 72 und eines Widerstands 76 gebildete Reihenschal tung parallelgeschaltet. Wegen der High-Side-Anbindung ist das zweite Schalt element 72 nun jedoch als ein PNP-Transistor ausgebildet, dessen Basis mit dem Versorgungspotential V+ verbunden ist. Dabei erzeugt das Invertieren des Schaltzustands des zweiten Schaltelements 72 das Aufweck-Signal derart, dass das zweite Schaltelement 72 das Versorgungspotential V+ kollektorseitig an ei nen Eingang der Überwachungseinheit 52 legt oder von diesem trennt. Das zwei te Schaltelement 72 kann so auf Grundlage eines verhältnismäßig kleinen in sei ne Basis fließenden Ladestroms I einen ausreichend großen Kollektorstrom als eindeutiges Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit 10 erzeugen. Wegen der High-Side-Anbindung des MOSFETs 66 und des zweiten Schaltelements 72 ist in diesem Ausführungsbeispiel kein drittes Schaltelement mehr erforderlich. Analogously to FIG. 2, a series circuit formed from the base-emitter path 74 of a second switching element 72 and a resistor 76 is connected in parallel with the MOSFET 66. However, because of the high-side connection, the second switching element 72 is now in the form of a PNP transistor whose base is connected to the supply potential V + . In this case, the inversion of the switching state of the second switching element 72 generates the wake-up signal in such a way that the second switching element 72 applies the supply potential V + on the collector side to an input of the monitoring unit 52 or disconnects it from it. The second switching element 72 can thus generate a sufficiently large collector current as a clear wake-up signal for the monitoring unit 10 on the basis of a relatively small charging current I flowing in its base. Because of the high-side connection of the MOSFET 66 and the second switching element 72, a third switching element is no longer required in this exemplary embodiment.
Zur Vermeidung eines unvorteilhaft hohen Stromflusses im parallel zum MOSFET 66 geschalteten Strompfad ist der Widerstand 76 hochohmig ausgebil- det. Zudem ist die Basis- Emitter- Strecke des als PNP-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements 72 durch eine Diode 82 vor einer Überspannung ge schützt, die bei Unterbrechung des Entladestroms durch den MOSFET 66 ent stehen kann. Zur Reduktion des Stromflusses durch das zweite Schaltelement 72 in Richtung der Überwachungseinheit 52 können weitere dem Fachmann be kannte strombegrenzende Bauteile eingefügt werden. To avoid an unfavorably high current flow in the current path connected in parallel with the MOSFET 66, the resistor 76 is designed to have a high resistance. de. In addition, the base-emitter path of the second switching element 72 embodied as a PNP transistor is protected by a diode 82 against an overvoltage which can occur when the discharge current through the MOSFET 66 is interrupted. To reduce the current flow through the second switching element 72 in the direction of the monitoring unit 52, further current-limiting components known to those skilled in the art can be inserted.
In Figur 4 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung für den Fall gezeigt, dass nun der Ladestrom mittels zumindest eines ersten als MOSFET 66 ausge bildeten Schaltelements 62 unterbrochen und ermöglicht werden kann, während der Entladestrom I als Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit 52 des Wechselakkupacks 10 dient. Soweit nachfolgend nicht anders erwähnt, weisen Bauteile mit identischen Bezugszeichen dieselben Funktionen auf. Im Unter schied zum ersten Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 ist der MOSFET 66 samt der dazu parallel verschalteten intrinsischen Diode 68 in entgegengesetzter Stromrichtung, sprich, in Richtung des Entladestroms I, gepolt. Entsprechendes gilt auch für den aus dem als NPN-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltele ment 72, dem ersten Widerstand 76 und der Diode 82 bestehenden Teil der Schaltung zur Erzeugung des Aufweck-Signals. Figure 4 shows a further exemplary embodiment of the invention for the case in which the charging current can now be interrupted and enabled by means of at least one first switching element 62 designed as a MOSFET 66, while the discharge current I acts as a wake-up signal for the monitoring unit 52 of the replaceable battery pack 10 serves. Unless otherwise mentioned below, components with identical reference numbers have the same functions. In contrast to the first exemplary embodiment according to FIG. 2, the MOSFET 66 together with the intrinsic diode 68 connected in parallel thereto is polarized in the opposite current direction, ie in the direction of the discharge current I. The same applies to the second switching element 72 designed as an NPN transistor, the first resistor 76 and the diode 82 of the circuit for generating the wake-up signal.
Im Schlafzustand der Überwachungseinheit 52 ist der MOSFET 66 wiederum derart von der Überwachungseinheit 52 angesteuert, dass er geöffnet ist und der Entladestrom I folglich durch seine intrinsische Diode 68 fließen muss. Wird nun ein mit dem Wechselakkupack 10 verbundener elektrischer Verbraucher 18 akti viert, so führt dies unmittelbar zum Aufwachen der Überwachungseinheit 52, da durch den Entladestrom I ein Spannungsabfall Uw über der intrinsischen Diode 68 des MOSFETS 66 erzeugt wird. Dieser führt analog zum ersten Ausführungs beispiel zu einem Invertieren der Schaltzustände des zweiten und des dritten Schaltelements 72, 78 und zur Beaufschlagung eines Eingangs der Überwa chungseinheit 52 mit dem Versorgungspotential V+ als Aufweck-Signal. When the monitoring unit 52 is in the sleep state, the MOSFET 66 is in turn controlled by the monitoring unit 52 in such a way that it is open and the discharge current I must consequently flow through its intrinsic diode 68 . If an electrical consumer 18 connected to the exchangeable battery pack 10 is now activated, this immediately leads to the monitoring unit 52 waking up, since the discharge current I generates a voltage drop Uw across the intrinsic diode 68 of the MOSFET 66 . As in the first exemplary embodiment, this leads to an inversion of the switching states of the second and third switching elements 72, 78 and to the supply potential V + being applied to an input of the monitoring unit 52 as a wake-up signal.
Nach dem Aufwachen schließt die Überwachungseinheit 52 des Wechselakku packs 10 den MOSFET 66, so dass der vom elektrischen Verbraucher 18 benö tigte Entladestrom I nicht mehr über die intrinsische Diode 68 fließt, um die Ver- lustleistung im MOSFET 66 zu minimieren. Die Überwachungseinheit 56 des elektrischen Verbrauchers 18 steuert dann in Abhängigkeit eines nicht näher ge zeigten, von einem Bediener steuerbaren Gasgeber-Schalters eine mit dem ers ten und dem zweiten Energieversorgungskontakt 38, 40 der weiteren Schnittstel le 20 verbundene Last 84 an, an der die Wechselakkupack-Spannung Ußatt an liegt. Die Last 84 kann beispielsweise als eine Leistungsendstufe ausgebildet sein, die einen Elektromotor zu dessen Drehzahl- und/oder Drehmomentände rung mit einem pulsweitenmodulierten Signal beaufschlagt, was unmittelbaren Einfluss auf den Entladestrom I des Wechselakkupacks 10 hat. Es ist aber auch eine andere Leistung umsetzende Last 84 denkbar. Dem Fachmann sind zahlrei che Varianten möglicher elektrischer bzw. elektromechanischer Lasten bekannt, so dass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden soll. After waking up, the monitoring unit 52 of the rechargeable battery pack 10 closes the MOSFET 66 so that the discharge current I required by the electrical load 18 no longer flows through the intrinsic diode 68 in order to to minimize power dissipation in MOSFET 66. The monitoring unit 56 of the electrical consumer 18 then controls a load 84 connected to the first and the second energy supply contact 38, 40 of the further interface 20, depending on an accelerator switch (not shown in detail) that can be controlled by an operator, on which the replaceable battery pack - Voltage Ußatt is present. The load 84 can be designed, for example, as a power output stage, which applies a pulse width modulated signal to an electric motor to change its speed and/or torque, which has a direct influence on the discharge current I of the replaceable battery pack 10 . However, another load 84 converting power is also conceivable. Numerous variants of possible electrical or electromechanical loads are known to a person skilled in the art, so that they will not be discussed in detail here.
Statt das zumindest eine erste Schaltelement 62 in den Low-Side-Strompfad zu integrieren, ist es entsprechend dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 3 in Ver bindung mit einer Unterbrechungsmöglichkeit für den Entladestrom I auch mög lich, das zumindest eine erste Schaltelement 62 in den High-Side-Strompfad ein zubinden. Auf ein weiteres Blockschaltbild soll jedoch verzichtet werden. Ebenso ist es denkbar, mehrere erste Schaltelemente 62 in den Strompfaden zur Unter brechung bzw. Ermöglichung beider Stromrichtungen vorzusehen. Instead of integrating the at least one first switching element 62 in the low-side current path, it is also possible, according to the exemplary embodiment according to FIG - tie in current path. However, a further block diagram should be dispensed with. It is also conceivable to provide a plurality of first switching elements 62 in the current paths to interrupt or enable both current directions.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die gezeigten Ausführungs beispiele weder auf die Figuren 1 bis 4 noch auf die darin gezeigte Art der Wech selakkupacks 10, des Ladegeräts 16 oder der elektrischen Verbraucher 18 be schränkt ist. Entsprechendes gilt für die Anzahl der Energiespeicherzellen 42 und der damit verbundenen Ausgestaltung der Multiplexer-Messvorrichtung 46. Zu dem sind die gezeigten Ausgestaltungen der Schnittstellen 14, 20 sowie die An zahl ihrer Kontakte 12 lediglich exemplarisch zu verstehen. Finally, it should also be pointed out that the exemplary embodiments shown are not limited to FIGS. The same applies to the number of energy storage cells 42 and the configuration of the multiplexer measuring device 46 associated therewith. The configurations of the interfaces 14, 20 and the number of their contacts 12 shown are only to be understood as examples.

Claims

Ansprüche Expectations
1. Wechselakkupack (10) mit einer Überwachungseinheit (52), einer eine Mehrzahl elektrischer Kontakte (12) aufweisenden elektromechanischen Schnittstelle (14), wobei ein erster der elektrischen Kontakte (12) der Schnittstelle (14) als ein mit einem ersten Bezugspotential (Vi), vorzugs weise einem Versorgungspotential (V+), beaufschlagbarer Energieversor gungskontakt (38) und ein zweiter der elektrischen Kontakte (12) der Schnittstelle (14) als ein mit einem zweiten Bezugspotential (V2), vorzugs weise einem Massepotential (GND), beaufschlagbarer Energieversor gungskontakt (40) dient, und mit zumindest einem ersten als Feldeffekt- Transistor ausgebildeten Schaltelement (74), insbesondere einem MOSFET, zur Unterbrechung oder Ermöglichung eines Lade- oder Entla destroms (I) über den ersten und den zweiten Energieversorgungskontakt (38, 40), dadurch gekennzeichnet, dass für den Fall, dass das zumindest eine erste Schaltelement (62) geöffnet ist, ein durch den Lade- oder Entla destrom (I) hervorgerufener Spannungsabfall (Uw) an einer zu dem zumin dest einen ersten Schaltelement (62) parallel geschalteten, intrinsischen Diode (68), ein Aufweck-Signal für die Überwachungseinheit (52) des Wechselakkupacks (10) erzeugt. 1. Exchangeable battery pack (10) with a monitoring unit (52), an electromechanical interface (14) having a plurality of electrical contacts (12), wherein a first of the electrical contacts (12) of the interface (14) as a with a first reference potential (Vi ), preferably a supply potential (V + ), energy supply contact (38) that can be acted upon, and a second of the electrical contacts (12) of the interface (14) as a second reference potential (V2), preferably a ground potential (GND), that can be acted upon Energy supply contact (40), and with at least one first switching element (74) designed as a field effect transistor, in particular a MOSFET, for interrupting or enabling a charging or discharging current (I) via the first and the second energy supply contact (38, 40 ), characterized in that if the at least one first switching element (62) is open, a decurrent (I) caused by the charging or discharging voltage drop (Uw) caused at one of the at least one first switching element (62) connected in parallel, intrinsic diode (68) generates a wake-up signal for the monitoring unit (52) of the replaceable battery pack (10).
2. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall (Uw) bzw. ein daraus resultierender Stromfluss den Schaltzustand eines zweiten Schaltelements (72) invertiert. 2. Exchangeable battery pack (10) according to claim 1, characterized in that the voltage drop (Uw) or a current flow resulting therefrom inverts the switching state of a second switching element (72).
3. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Schaltelement (62) mit dem zweiten Bezugspotential (V2), vor zugsweise dem Massepotential (GND), verbunden ist und dass das zweite Schaltelement (72) als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein NPN- Transistor, ausgebildet ist, dessen Basis- Emitter- Strecke (74), insbesonde re über zumindest einen ersten Widerstand (76), parallel zu dem zumindest einen ersten Schaltelement (62) geschaltet ist. 3. Exchangeable battery pack (10) according to claim 2, characterized in that the first switching element (62) is connected to the second reference potential (V2), before preferably the ground potential (GND), and that the second switching element (72) as a bipolar Transistor, in particular as an NPN transistor, is formed, the base-emitter path (74), insbesonde re at least one first resistor (76), parallel to the at least a first switching element (62) is connected.
4. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine erste Widerstand (76) hochohmig ausgebildet ist. 4. exchangeable battery pack (10) according to claim 3, characterized in that the at least one first resistor (76) is of high resistance.
5. Wechselakkupack (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Invertieren des Schaltzustands des zweiten Schaltelements (72) ein Invertieren des Schaltzustands eines drit ten Schaltelements (78) bewirkt, wobei das dritte Schaltelement (78) das Aufweck-Signal derart erzeugt, dass es das erste Bezugspotential (Vi), vorzugsweise das Versorgungspotential (V+), an einen Eingang der Über wachungseinheit (52) legt oder von diesem trennt. 5. Exchangeable battery pack (10) according to one of the preceding claims 2 to 4, characterized in that inverting the switching state of the second switching element (72) causes an inversion of the switching state of a third switching element (78), the third switching element (78) Wake-up signal generated in such a way that it sets the first reference potential (Vi), preferably the supply potential (V + ), to an input of the monitoring unit (52) or separates it from it.
6. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das dritte Schaltelement (78) als ein Bipolar-Transistor, insbesondere als ein PNP-Transistor, ausgebildet ist, dessen Basis, insbesondere über zu mindest einen weiteren Widerstand (80), mit dem Kollektor des als NPN- Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelement (72) verbunden ist. 6. Exchangeable battery pack (10) according to Claim 5, characterized in that the third switching element (78) is designed as a bipolar transistor, in particular as a PNP transistor, the base of which, in particular via at least one further resistor (80), is connected to the collector of the second switching element (72) designed as an NPN transistor.
7. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine weitere Widerstand (80) hochohmig ausgebildet ist. 7. removable battery pack (10) according to claim 6, characterized in that the at least one further resistor (80) is of high resistance.
8. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Schaltelement (62) mit dem ersten Bezugspoten tial (Vi), vorzugsweise dem Versorgungspotential (V+), verbunden ist und dass das zweite Schaltelement (72) als ein Bipolar-Transistor, insbesonde re als ein PNP-Transistor, ausgebildet ist, dessen Basis- Emitter- Strecke (74), insbesondere über zumindest einen ersten Widerstand (76), parallel zu dem zumindest einen ersten Schaltelement (62) geschaltet ist. 8. The exchangeable battery pack (10) according to claim 2, characterized in that the at least one first switching element (62) is connected to the first reference potential (Vi), preferably the supply potential (V + ), and that the second switching element (72) is a bipolar transistor, in particular as a PNP transistor, is formed, the base-emitter path (74) of which is connected in parallel to the at least one first switching element (62), in particular via at least one first resistor (76).
9. Wechselakkupack (10) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Invertieren des Schaltzustands des zweiten Schaltelements (72) das Aufweck-Signal derart erzeugt, dass das zweite Schaltelement (72) das erste Bezugspotential (Vi), vorzugsweise das Versorgungspotential (V+), an einen Eingang der Überwachungseinheit (52) legt oder von diesem trennt. 9. Exchangeable battery pack (10) according to Claim 8, characterized in that the inversion of the switching state of the second switching element (72) generates the wake-up signal in such a way that the second switching element (72) has the first reference potential (Vi), preferably the supply potential (V + ), to an input of the monitoring unit (52) or disconnected from it.
10. Wechselakkupack (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Basis- Emitter- Strecke (74) des als Bipo- lar-Transistor ausgebildeten zweiten Schaltelements (72) durch eine weite re Diode (82) vor einer Überspannung geschützt ist. 10. Exchangeable battery pack (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the base-emitter path (74) of the second switching element designed as a bipolar transistor (72) is protected by a wide re diode (82) against overvoltage is.
11. Wechselakkupack (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zumindest eine erste Schaltelement (62) nur zum Unterbrechen oder Ermöglichen eines Stromflusses in eine erste Stromflussrichtung dient, während die andere Stromflussrichtung durch eine niederohmige Sicherung (70), insbesondere eine irreversibel auslösende Sicherung, geschützt ist. 11. The replaceable battery pack (10) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one first switching element (62) is only used to interrupt or enable a current flow in a first current flow direction, while the other current flow direction is protected by a low-impedance fuse (70), in particular an irreversibly tripping fuse, is protected.
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