CN117957741A - 用于运行具有至少一个可更换能量存储器的电消耗器的接口模块以及用于借助于接口模块操控所述电消耗器的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种接口模块(34)，用于运行所定义的电压等级的电消耗器(20)，所述电消耗器具有至少一个与所述电消耗器(20)直接不兼容的、可更换能量存储器(10)。提出，所述电消耗器(20)的所定义的电压等级相当于至少一个可更换能量存储器(10)的电池电压(U_Batt)的整数多倍，并且所述接口模块(34)具有控制或调节单元(68)，所述控制或调节单元监测所述可更换能量存储器(10)的至少一个运行参数(U，I，T)并且根据所述所监测的运行参数(U，I，T)控制所述电消耗器(20)的电负载(102)。本发明还涉及一种用于借助于根据本发明的接口模块(34)操控电消耗器(20)的方法。

Description

用于运行具有至少一个可更换能量存储器的电消耗器的接口 模块以及用于借助于接口模块操控所述电消耗器的方法

技术领域

本发明涉及根据独立权利要求的类型的、一种用于运行所定义的电压等级的电消耗器的接口模块(其具有至少一个与该电消耗器直接不兼容的、可更换能量存储器)以及一种用于借助于接口模块操控电消耗器的方法。

背景技术

大量的电消耗器用可再充电的能量存储器运行，所述可再充电的能量存储器相应地被电消耗器放电并且可借助于充电器再充电。通常，这类能量存储器由多个串联和/或并联地连接的能量存储器单元组成，以便实现所需要的运行电压或者运行电容。如果能量存储器单元例如构造为锂离子单池(Li-Ion)，则可以特别有利地实现非常高的功率和能量密度。

在近年来，电消耗器越来越多地取代它们的电网运行的相应物，因为它们独立于固定的能量供给地实现明显更大的灵活性，并且可再充电的能量存储器变得越来越性能卓越，从而经常不仅达到电网运行的消耗器的性能，而且甚至超过它们。为了一方面可以给客户提供电消耗器的尽可能宽泛的组配频谱并且另一方面可以使用特定的制造商的可更换能量存储器、尤其是可更换式蓄电池组的已经成功的设计，越来越多的不同的电消耗器的不同的制造商联合成为所谓的蓄电池联盟，在所述蓄电池联盟中，不同的制造商的电消耗器使用共同的能量存储器平台。然而，通常产生在一个制造商的电消耗器与另一制造商的可更换能量存储器之间不兼容的问题。因此要求的是，不兼容的电消耗器的制造商使它们相应的器具与公共的能量存储器平台相匹配，以可以使用它们。这包含着在电子机械式接口和消费者自己的电子部件方面部分地费事的且成本密集的措施。

从WO 2016/097081已知一种电动工具，该电动工具包含控制装置和电子机械式接口装置，以使可更换式蓄电池组与电动工具连接以及以来自可更换式蓄电池组的电压供给电动工具。接口装置具有第一接头位置和第二接头位置并且可调设到至少一个第一位置和第二位置中。当接口装置被调设到第一位置中时，第一接头位置可用于以来自第一可更换式蓄电池组的电压供给电动工具，并且当接口装置被调设到第二位置中时，可使用第二接头位置以来自第二可更换式蓄电池组的电压供给电动工具。

发明内容

本发明的任务是，提供一种用于电消耗器的接口模块，使得在遵守所有所规定的安全措施的情况下实现通常不兼容的、可更换能量存储器在电消耗器上的通用地使用。

为了解决该问题设置：电消耗器的所定义的电压等级相当于至少一个可更换能量存储器的电池电压的整数多倍，并且接口模块具有控制或调节单元，所述控制或调节单元监测所述可更换能量存储器的至少一个运行参数并且根据所监测的运行参数控制所述电消耗器的电负载。特别有利的是，由此不仅可以使原本不兼容的可更换能量存储器和电消耗器相互连接起来，还实现有效地避免在能量存储器上和/或在电消耗器上的损坏并且由此有效地提高在运行时的安全性。

例如可更换能量存储器、尤其是可更换式蓄电池组运行的电动工具(用于借助于电动地驱动的插入式工具加工工件)理解为在本发明的语境下的电消耗器。在此，电动工具不但可以构造为手持式电动工具，而且可以构造为固定式电动工具机。在这种情况下，典型的电动工具是手动钻机或者立式钻机、螺钉机、冲击式钻机、钻锤、刨床、角磨机、振动磨光机、抛光机、圆锯、台式锯、摆锯机和刺锯或者诸如此类的。但是，作为电消耗器也可以考虑用可更换能量存储器、尤其是可更换式蓄电池组运行的测量仪(如距离测量仪、激光调平仪、墙壁扫描仪等等)以及花园和建筑设备(如割草机、草坪修剪机、枝锯、电动铣刀和沟渠切割机、机器人断路器和挖掘机或者诸如此类的)和家用器具(如吸尘器、搅拌器等等)。同样地，本发明可应用到下述电消耗器上：所述电消耗器同时以多个可更换式蓄电池组供给，以实现高的运行时间和/或性能。

例如，电消耗器的电负载可以构型为借助于功率输出级通过脉宽调制(PWM)操控的无刷的直流马达(EC或者BLDC马达)。同样地，也可以考虑其他的可通过可更换能量存储器电式地以能量供给的电感的、电容的和/或电阻的负载。这些对于本领域技术人员来说是充分已知的，从而在这一点上不进一步地探讨。

可更换能量存储器的电池电压通常是单个的能量存储单池的电压的多倍并且由单个能量存储单池的相互连接(并联和/或串联)产生。能量存储器单元典型地构造为直流单池，所述直流单池具有下述结构：在所述结构中，一个单池电极位于一端部上，而另一单池电极位于对置的端部上。尤其是，能量存储器单池在一端部上具有正的单池电极，而在对置的端部上具有负的单池电极。优选地，能量存储器单池构造为基于锂的能量存储器单池、例如Li-Ion、Li-Po、Li金属或者诸如此类的。但是，本发明也可应用于具有Ni-Cd、Ni-MH单池或者其他合适的电池类型的能量存储器。在常见的具有3.6V的单池电压的Li-Ion能量存储器单池中，示例性地产生3.6V，7.2V，10.8V，14.4V，18V，36V，54V，72V等的电池电压。优选地，能量存储器单池构造为至少基本上柱形的圆单池，其中，单池电极布置在柱形状的端部上。然而，本发明并不取决于所使用的能量存储器单池的类型和构造型式，而是可以应用到任意的能量存储器和能量存储器单池上，例如除了圆单池之外也可以应用到袋状单池或者诸如此类上。

与可更换能量存储器直接不兼容的电消耗器应理解为，在没有附加的器件的情况下，可更换能量存储器和电消耗器不具有彼此兼容的电子机械式接口用于无工具地连接，和/或在没有附加的器件的情况下，电消耗器不可以读出和评估可更换能量存储器的对于安全运行所需要的运行数据。只有通过彼此兼容的电子机械式接口，可更换能量存储器才可以在无工具的情况下与电消耗器可松脱地耦合。因此，特别有利地，接口模块具有与可更换式蓄电池组的电子机械式接口兼容的电子机械式接口。在此，电子机械式接口的电触点中的第一电触点构造为可以以第一参考电位(优选供给电位)加载的能量供给触点，并且电子机械式接口的电触点中的第二电触点构造为可以以第二参考电位(优选接地电位)加载的能量供给触点。

与接口模块连接的可更换能量存储器的电连接构型为，使得电消耗器的所定义的电压等级必须相当于单个可更换能量存储器的电池电压的整数多倍。如果接口模块具有用于相应数量的可更换能量存储器的多个电子机械式接口，则每个能量存储器基本上必须具有相同的电池电压。特别有利地，接口模块可以平衡在相互连接的可更换能量存储器产生的电池电压与电消耗器的电压等级之间一定的电压偏差。如果接口模块仅用唯一的可更换能量存储器或者多个并联地连接的可更换能量存储器运行，则电消耗器的所定义的电压等级基本上等于那个或那些单个的可更换能量存储器的电池电压。在多个可更换能量存储器串联的情况下，电消耗器的所定义的电压等级必须基本上相当于单个的可更换能量存储器的电池电压的总和。

为了监测可更换能量存储器和为了由此产生地对电消耗器的控制或者调节，接口模块具有到电消耗器的接口，可更换能量存储器和电消耗器可以通过所述接口发送和/或接收信息、尤其关于至少一个运行参数的信息。相应地，接口模块和可更换能量存储器的电子机械式接口也具有至少一个构造为信号或数据触点的第三触点，以传输至少一个运行参数。以优选的方式，至少一个运行参数构造为电压、电流、电流积分、温度、关于温度电阻的信息和/或关于编码电阻的信息或者其他用于识别可更换能量存储器的值。可行的是，在多个被考虑用于监测的运行参数的情况下，使用电子机械式接口的另外的、构造为信号或数据触点的触点。然而替代地也可设想，在电力线的通信的意义下，信号或数据传输直接通过电子机械式接口的第一和/或第二能量供给触点进行。用于电力线通信的相应的方法是本领域技术人员已知的并且这里不进一步地实施。

在另一构型方式中，接口模块具有至少一个开关元件、尤其至少一个MOSFET，当至少一个运行参数超过或者低于保存在控制或调节单元的存储器中的极限值和/或偏离保存在存储器中的预期值时，接口模块的控制或调节单元可以借助于所述至少一个开关元件暂时地或者持久地中断从可更换能量存储器到电消耗器的能量供入。特别有利的是，由此可以产生存在于电消耗器中和/或可更换能量存储器中的安全系统的冗余，这进一步提高在故障情况下的运行安全性。此外，因此，电消耗器和/或可更换能量存储器也可以安全地运行：所述电消耗器和/或可更换能量存储器本身不具有用于中断能量供入的集成的可行性。极限值可以构造为最低或者最高允许的电压、最低或者最高允许的电流或者最高允许的温度，并且预期值可以构造为电流-时间曲线、温度电阻器或者编码电阻器的电阻值、可更换能量存储器的识别值或者关于到温度电阻或者编码电阻的连接的中断的信息。

补充地，可以设置，控制或调节单元根据电消耗器的电负载的负载电容的充电状态、尤其是电消耗器的功率输出级的中间电路电容的充电状态实现在中断之后由至少一个开关元件重新进行能量供入时对电消耗器的起动保护和/或防止接口模块自主地复位。因此，操作员可以例如在将可更换能量存储器连接到无意地还接通的消耗器上之后立即地被保护以防受伤。在所识别出的故障状态例如由于能量存储器的再次下降到正常值上的温度、几乎降低至零的故障电流或者诸如此类的而不再存在之后，对操作员的相应的保护提供了避免接口模块的自主复位。

为了在由操作员接通电消耗器之后立即地保护至少一个开关元件以免受过高的负载电流，只有当电消耗器的负载电容的充电状态上升到所定义的阈值(例如90％)时，该至少一个开关元件才持久地被接通。为了在电消耗器投入运行之前对电消耗器的负载电容进行预充电，接口模块的控制或调节单元节拍式地操控至少一个开关元件。替代地或者补充地，也可以在接口模块中设置一个特别地构型的充电级，用于对负载电容进行预充电。

在电消耗器具有一个可唤醒的电子单元的情况下，接口模块的接口可以以特别有利的方式将唤醒信号通过构造为集电极开路输出端(Open-Collector-Ausgang)的开启触点和/或唤醒触点向电消耗器的电子单元发送。尤其有意义的是，电消耗器的电子单元要通过连接可更换能量存储器来唤醒，以实现对主开关的操作的特别快速的响应。

为了给操作员示出可能的、由接口模块所探测到的故障状态和/或到电消耗器的能量供入的中断，接口模块具有光学的、声学的和/或触觉的示出器件。该接口模块可以例如构型为呈LC显示屏、LED显示屏、OLED显示屏、AMOLED显示屏或者诸如此类形式的HMI(人机界面，Human Machine Interface)。简单的、尤其多色的LED也能用作简单的HMI。同样地，可设想一种用于声学的示出的动态扬声器或者压电示出，或者用于触觉的示出的振动马达。也可以设置，接口模块的示出器件用于示出电消耗器的运行和/或故障状态。尤其有利的是，电消耗器自身不具有相应的示出器件。

为了使接口模块尽可能灵活地和对于极不同的电消耗器通用地可用，所述接口模块可以构型为可更换的适配器。适配器或者可以由操作员在无工具的情况下更换或者仅可借助于合适的工具由制造商或者授权的经销商更换地实施。在可无工具更换的情况下，提供了，适配器具有两个电子机械式接口，所述两个电子机械式接口一方面与可更换能量存储器的电子机械式接口兼容并且另一方面与电消耗器的电子机械式接口兼容。在此，在接口模块和电消耗器之间的第二电子机械式接口包括开篇所提及的接口，用于尤其进行双向的信息交换。

本发明也涉及一种用于借助于根据本发明的接口模块操控电消耗器的方法，该方法至少包括以下步骤：

-操纵电消耗器的主开关，用于唤醒接口模块的控制或调节单元，

-接通接口模块的至少一个开关元件、尤其至少一个MOSFET，用于从连接在电消耗器上的能量存储器到电消耗器的能量供入，

-当至少一个检测到的运行参数满足保存在接口模块的控制或调节单元的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值以内时，接通电消耗器的电负载。

特别有利地，可以以此方式实施一种对于操作员而言简单和安全的唤醒过程以使电消耗器投入运行。此外，可以实现一种用于电消耗器或者与其连接的可更换能量存储器的冗余的安全设计。

补充地，在接通至少一个开关元件后，设置至少以下的步骤：

-唤醒电消耗器的电子单元，

-由电消耗器的电子单元询问至少一个在接口模块中检测的运行参数，或者将至少一个在接口模块中检测到的运行参数发送给电消耗器的电子单元，和

-当至少一个检测的运行参数满足保存在接口模块的控制或调节单元的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值以内时，由电消耗器的电子单元接通电消耗器的电负载。

尤其是对于电消耗器(所述电消耗器已经具有用于控制电负载的集成的电子单元)，可以以此方式与接口模块相联系地实现可更换能量存储器的安全运行。

在所述方法的另一步骤中设置：在至少一个开关元件持久地闭合之前，对电消耗器的负载电容、尤其电消耗器的功率输出级的中间电路电容进行预充电，这具有以上已经提及的优点。

此外，为了进一步改进运行安全性，在另外的步骤中，一旦至少一个检测的运行参数不满足保存在接口模块的控制或调节单元的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值之外，可以通过断开至少一个开关元件来中断从能量存储器到电消耗器的能量供入，和/或接口模块将关断指令通过开启触点向电消耗器的电子单元发送。如果电消耗器的电子单元在此没有对接口模块的关断指令进行响应，则接口模块从它那方面断开至少一个开关元件，以在冗余的安全级别的意义下中断能量供入。与此相反，在短路情况下，与电消耗器的电子单元无关地实现能量供入的立即地中断。

在另外的步骤中，当在电消耗器关断之后所定义的时段内的放电电流没有几乎降低为零时，断开至少一个开关元件以中断能量供入。特别有利地，这样可以识别出可能的故障电流。

此外设置，在所述方法的一个步骤中，在放开主开关之后，在接口模块的控制或调节单元断开至少一个开关元件以中断到电消耗器的能量供入之前，接口模块仍被以能量供给一段后续时间、尤其是5和15分钟之间。一方面，这确保在所述后续时间以内非常快速地重新投入运行，并且另一方面确保在电消耗器关断之后也安全地监测运行参数。

附图说明

以下根据图1至6示例性地解释本发明，其中，在图中相同的附图标记表示具有相同的作用原理的相同的组成部分。

其示出了：

图1：在示意性示图中的一种可更换能量存储器，所述可更换能量存储器可以借助于不同的、与可更换能量存储器不直接兼容的、所定义的电压等级的电消耗器放电，并且可以借助于充电器充电，

图2：可更换能量存储器、与可更换能量存储器不直接兼容的电消耗器和根据本发明的接口模块的方框图，

图3：被接收在电消耗器中的接口模块的示意性示图，

图4：在构造为锤钻的电消耗器上的、构造为可更换的适配器的接口模块的示意性示图，

图5：在示意性示图中的接口模块或者适配器的电子机械式接口的第一实施方式，和

图6：在示意性示图中的接口模块或者适配器的电子机械式接口的第二实施方式。

具体实施方式

图1示出一种呈可充电的可更换式蓄电池组12形式的可更换能量存储器10，其带有具有多个电触点14的电子机械式接口16。可更换式蓄电池组12可以借助于充电器18充电并且通过不同的电消耗器20放电。为此，充电器18和电消耗器20必须分别具有另外的、具有多个电触点14的电子机械式接口22，所述电子机械式接口与可更换式蓄电池组12的电子机械式接口16不但电式地而且机械地兼容。图1要直观地说明，本发明适用于极不同的电消耗器20。因此，示范性地示出蓄电池吸尘器24、蓄电池冲击式螺钉机26和蓄电池草坪修剪器28。然而，在本发明的语境下，也可以考虑其他的电动工具、测量仪、园艺工具和家用器具作为电消耗器20。

可更换式蓄电池组12包括壳体30，所述壳体在侧壁上或者在其上侧32上具有电子机械式接口16，用于与充电器18或者电消耗器20的与之兼容的、另外的电子机械式接口24进行可无工具地松脱地连接。电子机械式接口16，22与电消耗器20连接地主要用于给可更换式蓄电池组12放电，而它们与充电器18连接地用于给可更换式蓄电池组10充电。电子机械式接口16，22的准确的构型取决于不同的因素，例如电消耗器20、充电器18和可更换式蓄电池组12的电压等级以及不同的制造商规范。例如，可以设置两个或者更多电触点14用于在可更换式蓄电池组12和充电器18或者电消耗器20之间进行能量和/或数据传输。也可设想机械编码，从而可更换式蓄电池组12可以仅在确定的电消耗器20上运行。随后，在图5和6中示出相应的实施例。

如开篇所提及地，越来越多不同的电消耗器20的制造商联合成为所谓的蓄电池联盟，在所述蓄电池联盟中，不同的制造商的电消耗器20使用共同的能量存储器平台，以便可以一方面为客户提供尽可能广泛的电消耗器20的组配型谱，而另一方面可以使用特定的制造商的可更换式蓄电池组12的已经成功和成熟的设计。在这里，然而经常出现下述问题：一家制造商的电消耗器20的电子机械式接口和另外的制造商的可更换式蓄电池组12的电子机械式接口16彼此不兼容。因此，借助于以下所说明的接口模块34(参看图2)使不兼容的电消耗器20与共同的能量存储器平台相匹配。

可更换式蓄电池组12具有机械锁定装置36，用于可更换式蓄电池组12的电子机械式接口16在装配在电消耗器20上或者中的接口模块34的相应的对应接口22上的形锁合和/或力锁合的、可松脱的连接的锁定。在此，锁定装置36构造为弹簧加载式的按钮38，该按钮与可更换式蓄电池组12的锁定元件40作用连接。由于按钮38和/或锁定元件40的弹簧作用，在将可更换式蓄电池组12推入到接口模块34的对应接口22中时，锁定装置36自动地卡入。如果操作员沿推入方向按压按钮38，则锁定装置被松开，并且操作员可以将可更换式蓄电池组12与推入方向相反地从电消耗器20或者接口模块34取出或者推出。

图2示出一方框图，该方框图由在左侧的、构造为可充电的可更换式蓄电池组12的可更换能量存储器10和在右侧的、通常与可更换式蓄电池组12不兼容的电消耗器20组成。为了在可更换式蓄电池组12和电消耗器20之间建立兼容性，电消耗器20具有接口模块34，所述接口模块例如构型为具有相应的电子构件和与可更换式蓄电池组的电子机械式接口16兼容的对应接口22的电路板。

彼此兼容的电子机械式接口16和22分别设有多个电触点14，其中，电触点14的第一电触点作为可用第一参考电位V₁、优选供给电位V₊加载的能量供给触点42使用，并且电触点14的第二电触点作为可用第二参考电位V₂、优选接地电位GND加载的能量供给触点44使用。通过第一和第二能量供给触点42，44，可更换式蓄电池组12一方面可以通过电消耗器20以放电电流I放电，而另一方面通过充电器18以充电电流(在图2中未示出)充电。充电电流和放电电流的电流强度可以显著彼此不同。因此，在相应地设计的电消耗器20中，放电电流可以比充电器18的充电电流高10倍以内。术语“可加载”应说明，电位V₊和GND不是持续地作用在能量供给触点42，44上，而是在可更换式蓄电池组12和接口模块34的电子机械式接口16，22连接之后才作用在能量供给触点上。相应的适用于放电后的可更换式蓄电池组12与充电器16连接之后的情形。

可更换式蓄电池组12具有多个能量存储器单池46，所述多个能量存储器单池虽然在图2中作为串联电路示出，替代地或者补充地但是也可以以并联电路运行，其中，串联电路定义可更换式蓄电池组12经由能量供应触点42，44下降的电池电压U_Batt或者电压等级，而单个的能量存储器单池46的并联电路主要是提高可更换式蓄电池组12的容量。如已经提及地，由并联地连接的能量存储器单池46组成的单个的单池簇(Zell-Cluster)也可以串联地连接，以便在容量同时提高的情况下达到可更换式蓄电池组12的特定的电池电压U_Batt。在本实施例中，在分别具有3.6V的单池电压U_cell的常见的Li-Ion能量存储器单元46中，经由能量供给触点42，44下降5·3.6V＝18V的电池电压U_Batt＝V₁-V₂。视在单池簇中并联地连接的能量存储器单池46的数量而定地，常见的可更换式蓄电池组12的容量可达12Ah或者更高。然而，本发明不取决于所使用的能量存储器单池46的类型、结构型式、电压、电流提供能力等等，而是可以应用到任意的可更换式蓄电池组12和能量存储器单元46上。

为了监测可更换式蓄电池组12的单个的、串联地连接的能量存储器单池46或者说单池簇，设置SCM前级48(Single-Cell-Monitoring，单池监控)。SCM前级48具有多路复用器测量装置50，该多路复用器测量装置可通过滤波器电阻52与能量存储器单池46或者说单池簇的电极的相应触点引出头54高阻抗地连接。以下，术语“能量存储器单池”也包括单池簇，因为它们仅对可更换式蓄电池组12的容量具有影响，但是对于单池电压U_Cell的检测是相同的。尤其是高阻抗地构型的滤波器电阻54尤其是在故障情况下可以防止多路复用器测量装置50的测量输入端的有危害的加热。

多路复用器测量装置50的切换可以通过集成在可更换式蓄电池组12中的监测单元56进行或者也可以直接在SCM前级50内部进行。此外，可以以此方式闭合或者断开SCM前级50的与能量存储器单池46并联地连接的开关元件60，以便以此方式实现能量存储器单池46的所谓的平衡，以达到单个的能量存储器单池46的统一的充电或者说放电状态。同样地，可设想，SCM前级50将所测量的单池电压U_Cell递送给监测单元56，从而单池电压U_Cell的实际的测量直接地被监测单元56执行，例如通过相应的模数转换器(ADC)执行。

监测单元56可以构造为呈微处理器、ASIC、DSP或者诸如此类形式的集成电路。但同样也可设想，监测单元56由多个微处理器组成或者至少部分地由具有相应的晶体管逻辑的分立的结构元件组成。此外，监测单元56可以具有用于存储可更换式蓄电池组12的至少一个运行参数(例如电池电压U_Batt、单池电压U_Cell、充电或放电电流I、电流积分、温度T或者诸如此类的)的存储器。

布置在可更换式蓄电池组12中的温度传感器66(所述温度传感器优选地构造为NTC并且与能量存储器单池46中的至少一个处于紧密热接触状态)用于借助于集成在可更换式蓄电池组12中的测量电路64来测量可更换式蓄电池组12或者能量存储器单池46的温度T。在此，这样测量的温度T可以被接口模块34的控制或调节单元68通过电子机械式接口16，22的构造为信号或数据触点70的第一触点14来评估。

为了使电消耗器20的接口模块34可以识别可更换式蓄电池组12并且在必要时将其开启以便进行放电，可更换式蓄电池组12具有与测量电路62连接的编码电阻72。在此，编码电阻72的用测量电路62测量的电阻值可以通过电子机械式接口16，22的另外的、构造为信号或数据触点74的触点14被接口模块34的控制或调节单元68评估。如果编码电阻72的电阻值与存储在接口模块34的控制或调节单元68的存储器中的预期值一致，则可更换式蓄电池组12的放电过程由接口模块34的控制或调节单元68开启。替代仅一个编码电阻72地，在可更换式蓄电池组12中也可以设置多个编码电阻分别用于充电和放电过程。如果编码电阻的所测量的电阻值与根据查找表的预期值不一致，则可更换式蓄电池组12的充电或者说放电过程将被中断或者不被允许。特别有利地，这允许不同的功率等级的可更换式蓄电池组12以相同的电子机械式接口16或者22运行。

除了所测量的温度T或者温度传感器66和/或编码电阻72的电阻值之外，也可以通过第一和/或第二信号或数据触点70或者说74将已经提及的另外的运行参数从可更换式蓄电池组12传输给接口模块34，以便在那里借助于控制或调节单元68进行评估。此外，信号或数据触点70或者说74也可以双向地构造，以便在可更换式蓄电池组12和电消耗器20之间进行双方的信息交换。以此方式，当至少一个运行参数超过或者低于保存在接口模块34的控制或调节单元68的存储器中的极限值和/或偏离保存在存储器中的预期值时，接口模块44可以通过在那里的监测单元56控制或者必要时直接地控制可更换式蓄电池组12。在此，例如接口模块34的分流电阻76用于测量放电电流I。此外，接口模块34可以具有未示出的温度传感器来测量温度T。

也可设想借助于控制和调节单元68直接地测量作用在接口模块34的能量供给触点42，44上的电池电压U_Batt。因此，极限值可以是最低或者最高所允许的电压值、最低或者最高所允许的电流值或者最高所允许的温度值，并且预期值可以是电流-时间曲线、温度电阻66或者编码电阻72的电阻值、可更换式蓄电池组12的其他的识别值或者关于到温度电阻66或到编码电阻72的连接中断的信息。同样可设想，信号或数据传输也通过第一和/或第二能量供给触点42，44在电力线通信的意义下进行，而不是通过附加的信号或数据触点70，74进行。

如果借助于分流电阻76所测量的放电电流I超过例如最高所允许的电流值，或者如果由接口模块34的控制或调节单元68所测量的电池电压U_Batt位于电消耗器20的电压等级之外(即，最低所允许的电压值以下或者最高所允许的电压值以上)，则从可更换式蓄电池组12至电消耗器20的放电电流I可以暂时地或者持久地被中断，其方式是，接口模块34的控制或调节单元68断开在接口模块34的接地路径中(低压侧)的开关元件78。但也可设想，在供给路径中(高压侧)布置一个或者多个开关元件78。同样地，不但在供给路径中而且在接地路径中可以分别设置至少一个开关元件78。优选地，开关元件78构造为MOSFET，其中，也可设想其他的开关元件，例如继电器、IGBT、双极晶体或者诸如此类的。因此，借助于接口模块34也可以安全地运行电消耗器20和/或可更换能量存储器10：所述电消耗器和/或可更换能量存储器本身不具有用于中断能量供入的集成的可行性。如在图2中所示地，可更换式蓄电池组12本身也可以具有相应的开关元件80，以中断放电或者充电电流I，所述开关元件借助于在那里的监测单元56操控。该监测单元通过可更换式蓄电池组12和接口模块34的电子机械式接口16，20的至少一个构造为信号或数据触点70，72的触点14来接收来自接口模块68的控制或调节单元68的相应的开关指令。为了调整在可更换式蓄电池组12的监测单元56或者说测量电路62与接口模块34的控制或调节单元68之间通过信号或数据触点70，72所传输的信号或者说数据，接口模块34具有相应的模拟或者模数转换器82，所述模拟或者模数转换器分别连接在信号或数据触点70，72与控制或调节单元68之间。

为了控制或者调节电消耗器20，接口模块34的控制或调节单元68通过另外的接口84与电消耗器20的电子单元86连接。为此，另外的接口84具有接触点88，所述接触点例如构造为接口模块34(所述接口模块构造为电路板)的钎焊触点或者插头触点。这些接触点88中的第一接触点作为尤其是双向的数据触点90使用，并且第二接触点88作为在电子单元86与接口模块34的保护电路94之间的开启触点92使用。保护电路94实现对在电消耗器20的电子单元86与接口模块34的控制或调节单元68之间的可能的电压差进行信号电平匹配。为此，所述保护电路通过两个不同的接地电位使相应的信号相互分离。这两个接地电位也可以在电流方面相互分离。第一接地电位位于可更换式蓄电池组12的接地电位GND上，而第二接地电位通过电消耗器20定义。在电子单元86不能直接地通过开启触点92唤醒的情况下，接口模块34的控制或调节单元68可以有选择地通过接口84的构造为唤醒触点96的第三接触点88向电消耗器20的电子单元86发送唤醒信号。优选地，保护电路94的与开启触点92或者唤醒触点96连接的输出端构型为集电极开路输出端，在所属的晶体管闭合时，所述集电极开路输出端将相应的集电极带到电消耗器20的第二接地电位上。

为了将电消耗器20投入运行，操作员操纵电消耗器20的主开关98(为此，也参看图1)。由此，接口模块34的控制或调节单元68通过借助于接口84的第四接触点88与主开关98连接的唤醒-睡眠识别电路100来唤醒。接着，控制或调节单元68闭合接口模块34的到那时断开的开关元件78，以实现从可更换式蓄电池组12到电消耗器20的能量供入。由于接口模块34的控制和调节单元68的唤醒，电消耗器20的电子单元86也通过开启触点92或者唤醒触点96被唤醒。当电消耗器20的电子单元86要通过插入可更换式蓄电池组12来唤醒以实现对主开关98的操作作出特别快速的响应时，这尤其是有意义的。

接着，电子单元86询问至少一个由接口模块34所检测的运行参数，或者接口模块34从它那方面将至少一个所检测的运行参数发送给电子单元86。如果至少一个所检测的运行参数位于保存在接口模块34的控制或调节单元68的存储器中的极限值以内，或如果它满足保存在那里的预期值，则电消耗器20的电子单元86接通与接口模块34的电子机械式接口22的第一和第二能量供给触点42，44连接的电负载102，电池电压U_Batt作用在所述电负载上。例如，电负载102可以构型为蓄电池吸尘器24、蓄电池冲击式螺钉机26或者蓄电池草坪修剪器28的无刷的直流马达(EC或BLDC马达，未示出)，所述无刷的直流马达借助于功率输出级104通过脉宽调制(PWM)操控。应省去对这些器具的详细的说明，因为它们是本领域技术人员充分已知的并且因此不是本发明实质性的。可以考虑B6电桥或者诸如此类的作为功率输出级104，所述B6电桥或者诸如此类的以脉宽调制方式操控三相的BLDC马达，用于其转速改变和/或转矩改变，这对可更换式蓄电池组12的放电电流I具有直接的影响。功率输出级104通常具有构造为中间电路电容106的负载电容108。然而，本发明既不一般性地局限于电动机式地驱动的负载102上，又不特别地局限于通过功率输出级104操控的BLDC马达。例如，电负载102也可以具有带电刷的电动机或者构型为非马达式驱动。对于本领域技术人员而言，可能的电负载的众多的变型是已知的，从而对此不进一步地详细探讨。

对于电消耗器20本身不具有电子单元86的情况，替代地，也可以设置，当至少一个所检测的运行参数满足保存在控制或调节单元68的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值以内时，接口模块34的控制或调节单元68也接通在电消耗器20中的电负载102。

为了保护操作员在将可更换式蓄电池组12连接在无意地还接通的电消耗器20之后不会立即受伤，接口模块34的控制或调节单元68可以借助于起动保护电路110根据负载电容108的充电状态来实现通过电消耗器20的电子单元86进行的起动保护。补充地或者替代地，也可以借助于起动保护电路110来防止接口模块34的自主复位。以此方式可以确保，由于所识别出的故障状态而由接口模块34的开关元件78中断的能量供入在故障状态消除之后(例如因为可更换式蓄电池组12的温度T或者故障电流又下降到相应的极限值以下)，通过开关元件78的自主闭合而被恢复。

此外，为了保护接口模块34的开关元件78在由操作员接通电消耗器20之后不会立即产生过高的放电电流I，只有当电消耗器20的负载电容108的充电状态上升到所定义的阈值(例如90％)时，开关元件78才持久地被接通。为此，在操纵主开关98之后，接口模块34的控制或调节单元68节拍式地操控至少一个开关元件78这样长时间，直到达到所定义的用于充电状态的阈值。替代地或者补充地，也可以在接口模块34中设置特别地构型的充电级112用于对负载电容108进行节拍式地或者非节拍式地预充电。

另一保护措施由此产生：如果放电电流I在关断了电消耗器20之后的所定义的时段T_off没有几乎下降为零，则通过断开开关元件78来中断能量供入。因此，可以识别出可能的故障电流。

此外设置，在主开关98释放后，在接口模块34的控制或调者节单元68断开至少一个开关元件78以中断到电消耗器20的能量供入之前，接口模块34还被以能量供给一段后续时间T_post(尤其是在5和15分钟之间)。这一方面确保在后续时间T_post以内非常快速地重新投入运转，并且另一方面确保在电消耗器20关断之后也安全地监测运行参数。

为了向操作员示出由接口模块34所探测到的、可能的故障状态和/或到电消耗器20的能量供入的中断，接口模块34具有LED 112，该LED以优选的方式设置在接口模块34的电子机械式接口22的从外部清晰可见的位置上。但是，其他的光学的、声学的和/或触觉的示出器件、例如呈LC显示屏、LED显示屏、OLED显示屏、AMOLED显示屏或者诸如此类形式的HMI(Human Machine Interface，人机界面)、动态的扬声器或者压电和/或小型振动马达也适用于示出。同样可设想，使用已经被包含在电消耗器20中的示出器件，所述示出器件可通过接口模块34的控制和调节单元68和电消耗器20的电子单元86操控。也可以设置，接口模块34的示出器件被使用于示出电消耗器20的运行状态和/或故障状态。当电消耗器自身不具有相应的示出器件时，这尤其是有意义的。

图3示出穿过构造为钻孔冲击式螺钉机26的电消耗器20的底座114的截面。接口模块34连同所属的电子机械式接口22接收在底座114的半壳116中，使得未示出的可更换式蓄电池组12可以连同其电子机械式接口16直接被推入到底座114中，并且然后在那里以其锁定元件40卡在接口模块34的、仅示意性地示出的电子机械式接口22的未示出的挖深部中。接口模块34构造为浇铸的电路板118，所述电路板通过接口84与钻孔冲击式螺钉机26的电子单元86电连接。仅仅勾画出地示出作为电负载102的组成部分的功率输出级104。然而，钻孔冲击式螺钉机26的构造是本领域技术人员已知的，从而在这点上对此不进一步地探讨。

为了可以灵活地和对于极不同的电消耗器20通用地使用接口模块34，该接口模块在图4中构型为无需工具即可更换的适配器120。适配器120具有至少两个不同的电子机械式接口22，122，其中，第一电子机械式接口22与可更换式蓄电池组12的电子机械式接口16兼容，并且至少一个第二电子机械式接口122与构造为钻锤126的电消耗器20的电子机械式接口124兼容。为此，至少一个第二电子机械式接口122具有接口84的电接触点88。如果适配器120的至少一个第二电子机械式接口122对于不同的电消耗器20构型为在适配器120上可更换，则可以实现特别高的灵活性。这里，然而出现，至少一个第二电子机械式接口122的更换只能从制造商方面进行。同样可设想，整个适配器120也只能由电消耗器20的制造商用相应的工具来更换。相对于构造为浇铸的电路板118的接口模块34，产生由电消耗器20的制造商较容易地更换接口模块34的优点。这样，电消耗器20也可以较快速地又改装回其最初的电子机械式接口124。

此外，图4示出这样的可行性：适配器120构型为使得对于所定义的电压等级的性能特别卓越的电消耗器20，其具有两个第一电子机械式接口22用于两个并联或者串联地连接的、分别具有相同的运行电压U_Batt的可更换式蓄电池组12。在两个可更换式蓄电池组12并联连接的情况下，电消耗器20的电压等级必须与单个的可更换式蓄电池组12的相应电池电压U_Batt一致，而在两个可更换式蓄电池组12串联连接的情况下，电消耗器20的电压等级必须是单个的可更换式蓄电池组12的电池电压U_Batt的两倍高。相应地，在适配器120中或者在接口模块34中也必须设置一电子部件，所述电子部件适用于管理两个可更换式蓄电池组12。此外，该电子部件能有利地平衡在相互连接的可更换式蓄电池组12的产生的电池电压U_Batt与电消耗器20的所定义的电压等级之间的一定电压偏差。然而，因为本领域技术人员已知这类电子部件，对此不再更详尽地探讨。

为了给操作员示出由适配器120的接口模块34所探测的故障状态和/或到电消耗器20的能源供入的中断，适配器120具有光学的、声学的和/或触觉的示出器件128，所述示出器件可以构造为以上已经提及的LED 112或者其他的合适的HMI。这里，适配器120的示出器件128也可以附加地被用于示出钻锤126的运行和/或故障状态，尤其是该钻锤不具有相应的、自己的示出器件时。

图5和图6示出接口模块34或者适配器120的电子机械式接口22的两种可能的构型方式，所述接口模块或者适配器用于与用于两种不同的电池电压U_Batt或者电压等级的不同的可更换式蓄电池组12无工具地连接。在图5中，电子机械式接口22例如设计用于18V的电池电压U_Batt，而在图6中，电子机械式接口22设计用于10.8V的电池电压U_Batt。

电子机械式接口22分别具有在图2中所示的电触点14，其中，电触点14中的第一电触点作为可以以第一参考电位V₁(优选供给电位V₊)加载的能量供给触点42使用，电触点14中的第二电触点作为可以以第二参考电位V₂(优选接地电位GND)加载的能量供给触点44使用，并且第三以及第四电触点14分别作为信号或数据触点70和74使用。电触点14紧固在优选由塑料生产的触点载体130上或者部分地被该触点载体注塑包封。此外，触点载体130具有机械编码132，从而电子机械式接口22仅与特定的电压和/或功率等级的可更换式蓄电池组12兼容。

与在图6中所示出的触点保持件130不同地，在图5中所示出的触点保持件130通过压力弹簧134弹簧加载式地支承在接口模块34或者适配器120上，从而更好地保护电子机械式接口22以防在电消耗器20运行期间振动。尤其是在较高的功率等级的电消耗器20中，这是特别有利的。

适配器120的在图4中所勾画出的第二电子机械式接口122也可以与电子机械式接口22类似地构造。但是，其构造决定性地取决于电消耗器20的电子机械式接口124的构型。

最后，还要指出，本发明既不局限于实施例的在图1至6中所示出的形状和尺寸比例，又不局限于在说明书中示范性地提到的值和数字说明。

Claims (17)

1.一种接口模块(34)，其用于运行所定义的电压等级的电消耗器(20)，所述接口模块具有与所述电消耗器(20)直接不兼容的、至少一个可更换能量存储器(10)，其特征在于，所述电消耗器(20)的所定义的电压等级相当于所述至少一个可更换能量存储器(10)的电池电压(U_Batt)的整数多倍，并且所述接口模块(34)具有控制或调节单元(68)，所述控制或调节单元监测所述可更换能量存储器(10)的至少一个运行参数(U，I，T)并且根据所监测的运行参数(U，I，T)控制所述电消耗器(20)的电负载(102)。

2.根据权利要求1所述的接口模块(34)，其特征在于，所述接口模块(34)具有到所述电消耗器(20)的接口(84)，通过所述接口，所述可更换能量存储器(10)和所述电消耗器(20)能够发送和/或接收信息、尤其是关于所述至少一个运行参数(U，I，T)的信息。

3.根据以上权利要求中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述至少一个运行参数(U，I，T)是电压(U)、电流(I)、电流积分、温度(T)、关于温度电阻(66)的信息和/或关于编码电阻(72)的信息或者其他用于识别所述可更换能量存储器(10)的值。

4.根据以上权利要求中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述接口模块(34)具有至少一个开关元件(78)、尤其是至少一个MOSFET，借助于所述开关元件，当所述至少一个运行参数(U，I，T)超过或者低于保存在所述控制或调节单元(68)的存储器中的极限值和/或偏离保存在所述存储器中的预期值时，所述控制或调节单元(68)能够暂时或者持久地中断所述可更换能量存储器(10)对所述电消耗器(20)的能量供入。

5.根据权利要求4所述的接口模块(34)，其特征在于，所述极限值构造为最低或者最高允许的电压、最低或者最高允许的电流或者最高允许的温度，并且所述预期值构成温度电阻(66)或者编码电阻(72)的电阻值或者构成关于到所述温度电阻(66)或者到所述编码电阻(72)的连接中断的信息。

6.根据以上权利要求4或5中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述控制或调节单元(68)根据所述电消耗器(20)的电负载(102)的负载电容(106)的充电状态、尤其是所述电消耗器的功率输出级(104)的中间电路电容(108)的充电状态，实现在中断之后由所述开关元件(78)重新进行能量供入时对所述电消耗器(20)的起动保护，和/或防止所述接口模块(34)的自主复位。

7.根据权利要求6所述的接口模块(34)，其特征在于，所述控制或调节单元(68)节拍式地操控所述至少一个开关元件(78)，以便实现对所述电消耗器(20)在其投入运行之前进行其负载电容(106)的预充电。

8.根据以上权利要求中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述接口模块(34)的所述接口(84)具有构型为集电极开路输出端的开启触点(92)和/或用于将唤醒信号发送给所述电消耗器(20)的电子单元(86)的唤醒触点(96)。

9.根据以上权利要求中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述接口模块(34)具有示出器件(112，128)，其用于示出探测到的故障状态和/或到所述电消耗器(20)的能量供入的中断。

10.根据以上权利要求中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述接口模块(34)具有与所述可更换能量存储器(10)的电子机械式接口(16)兼容的电子机械式接口(22)。

11.根据以上权利要求2至10中任一项所述的接口模块(34)，其特征在于，所述接口模块(34)构造为用于所述电消耗器(20)的可更换的适配器(120)，其中，所述适配器(120)具有与所述可更换能量存储器(10)的电子机械式接口(16)兼容的第一电子机械式接口(22)和与所述电消耗器(20)的电子机械式接口(124)兼容的第二电子机械式接口(122)，所述第二电子机械式接口包括所述接口(84)。

12.一种借助于根据以上权利要求中任一项所述的接口模块(34)操控电消耗器(20)的方法，该方法至少具有以下的步骤：

-操纵所述电消耗器(20)的主开关，用于唤醒所述接口模块(34)的控制或调节单元(68)，

-接通所述接口模块(34)的至少一个开关元件(78)、尤其至少一个MOSFET，用于从至少一个连接在所述电消耗器(20)上的可更换能量存储器(10)到所述电消耗器(20)的能量供入，和

-当至少一个所检测到的运行参数(U，I，T)满足在所述接口模块(34)的所述控制或调节单元(68)的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值以内时，接通所述电消耗器(20)的电负载(102)。

13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，设有在接通所述至少一个开关元件(78)之后的另外的步骤：

-唤醒所述电消耗器(20)的电子单元(86)，

-询问由所述电消耗器(20)的电子单元(86)在所述接口模块(34)中所检测到的至少一个运行参数(U，I，T)，或者将在所述接口模块(34)中检测到的所述至少一个运行参数(U，I，T)发送给所述电消耗器(20)的电子单元(86)，和

-当检测到的所述至少一个运行参数(U，I，T)满足保存在所述接口模块(34)的所述控制或调节单元(68)的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值以内时，由所述电消耗器(20)的所述电子单元(86)接通所述电消耗器(20)的所述电负载(102)。

14.根据以上权利要求12或13中任一项所述的方法，其特征在于，在一个步骤中，在所述开关元件(78)持久地闭合之前，对所述电消耗器(20)的所述电负载(102)的负载电容(106)、尤其是所述电消耗器的功率输出级(104)的中间电路电容(108)进行预充电。

15.根据以上权利要求12至14中任一项所述的方法，其特征在于，在一个步骤中，一旦检测到的所述至少一个运行参数(U，I，T)不满足保存在所述接口模块(34)的所述控制或调节单元(68)的存储器中的预期值和/或位于所保存的极限值之外，通过断开所述至少一个开关元件(78)中断从所述能量存储器(10)到所述电消耗器(20)的能量供入，和/或所述接口模块(34)将关断指令通过构造为集电极开路输出端的开启触点(92)发送给所述电消耗器(20)的电子单元(86)。

16.根据以上权利要求12至15中任一项所述的方法，其特征在于，在一个步骤中，如果在所述电消耗器(20)关断之后的所定义的时段(T_off)内的放电电流(I)没有几乎降低至零，则断开所述至少一个开关元件(78)以中断能量供入。

17.根据以上权利要求12至16中任一项所述的方法，其特征在于，在一个步骤中，在所述主开关(98)放开之后，在所述接口模块(34)的所述控制或调节单元(68)断开所述至少一个开关元件(78)以中断对所述电消耗器(20)的能量供入之前，所述接口模块(34)还被以能量供给一段后续时间(T_post)、尤其在5和15分钟之间。