DE102021214995A1

DE102021214995A1 - Elektrisches Gerät mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen

Info

Publication number: DE102021214995A1
Application number: DE102021214995.2A
Authority: DE
Inventors: Markus Reichstadt; Andreas Strasser; Rainer Glauning
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-12-23
Filing date: 2021-12-23
Publication date: 2023-06-29
Also published as: US20230208171A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Elektrisches Gerät (10) mit einer Steuer- oder Regelschaltung (26) und mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen (14) zur Versorgung des elektrischen Geräts (10) mit einer maximal zulässigen Betriebsspannung (Umax) mittels zumindest eines durch die elektromechanischen Akkuschnittstellen (14) lösbar aufnehmbaren Wechselakkupacks (12), wobei die elektromechanischen Akkuschnittstellen (14) derart ausgelegt sind, dass Wechselakkupacks (12) zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsklassen (UCl,n) aufnehmbar sind. Es wird vorgeschlagen, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) des elektrischen Geräts (10) mehrere Wechselakkupacks (12) einer niedrigeren Spannungsklasse (UCl,2, UCl,3) derart elektrisch in Reihe und/oder parallel verschaltet, dass ihre resultierende Batteriespannung (UBatt) die maximal zulässige Versorgungspannung (Umax) nicht überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Steuer- oder Regelschaltung und mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen nach der Gattung des unabhängigen Anspruchs 1.
Stand der Technik
Akkubetriebene Geräte werden je nach ihrer vorgesehenen Verwendung in sehr unterschiedlichen Leistungsklassen angeboten. So gibt es beispielsweise Handwerkzeugmaschinen in unteren Leistungsklassen, die mit 10,8 V (nominell oftmals auch als 12 V bezeichnet) oder 14,4 V betrieben werden, während in den mittleren bis höheren Leistungsklassen überwiegend Geräte in Spannungsklassen von 18 V, 36 V, 54 V oder auch 72V zum Einsatz kommen. Die Spannungswerte resultieren dabei aus der Verschaltung (parallel oder seriell) der verwendeten Akkuzellen. Bevorzugt sind die Akkuzellen dabei als lithiumbasierte Akkuzellen, z.B. Li-lon, Li-Po, Li-Metall oder dergleichen, mit einer Zellspannung von 3,6 V ausgebildet. Um insbesondere in gewerblichen Anwendungen möglichst lange Betriebs- und kurze Pausenzeiten zu gewährleisten, haben sich bei vielen elektrischen Geräten Wechselakkus bzw. Wechselakkupacks etabliert. Diese sind über entsprechende Akkuschnittstellen an den Wechselakkupacks und den elektrischen Geräten kraft- und/oder formschlüssig lösbar miteinander verbunden.
Aus der WO 2018/119256 ist ein System mit einer Mehrzahl von akkubetriebenen Elektrowerkzeugen, einer Mehrzahl von Wechselakkupacks und zumindest einem Akkuladegerät bekannt, wobei die Mehrzahl von Wechselakkupacks zumindest einen ersten Wechselakkupack für eine erste Spannungsklasse und zumindest einen zweiten Wechselakkupack für der erste und eine zweite Spannungsklasse umfasst. Die Mehrzahl von akkubetriebenen Elektrowerkzeugen umfasst ein erstes akkubetriebenes Elektrowerkzeug mit einer Akkuschnittstelle für den ersten Wechselakkupack der ersten Spannungsklasse und für den zweiten Wechselakkupack zum Betrieb in der ersten Spannungsklasse. Weiterhin umfasst die Mehrzahl von akkubetriebenen Elektrowerkzeugen ein zweites akkubetriebenes Elektrowerkzeug mit einer Akkuschnittstelle für den zweiten Wechselakkupack zum Betrieb in der zweiten Spannungsklasse. Ein Anwender kann somit einen der Wechselakkupacks des Systems sowohl für ein akkubetriebenes Elektrowerkzeug der ersten Spannungsklasse als auch für ein akkubetriebenes Elektrowerkzeug der zweiten Spannungsklasse verwenden.
Aus der EP 3 517 253 A1 ist ein akkubetriebenes Gerät mit einer Kombi- bzw. Multislot-Akkuschnittstelle zum elektromechanischen Koppeln von wenigstens einem Wechselakkupack bekannt, wobei die Multislot-Schnittstelle derart ausgebildet ist, dass wahlweise ein erster Wechselakkupack mit einer höheren ersten Spannung oder wenigstens zwei zweite Wechselakkupacks mit einer niedrigeren zweiten Spannung über die Multislot-Schnittstelle gekoppelt werden können, um das akkubetriebene Gerät mit elektrischer Spannung zu versorgen.
Die DE 20 2017 105 258 U1 zeigt eine weitere Alternative zur Verwendung von Wechselakkupacks unterschiedlicher Leistungs- bzw. Spannungsklassen an einem akkubetriebenen Elektrowerkzeug, wobei dort ein Adapter zum Einsatz kommt, der eine Mehrzahl von Wechselakkupacks einer geringeren Spannungsklasse derart verschaltet, dass sie an dem Elektrowerkzeug mit einem ganzzahligen Vielfachen der geringeren Spannungsklasse betrieben werden können.
Aus der EP 3 661 004 A1 ist ferner ein System mit zumindest einem Wechselakkupack, einem akkubetriebenen Elektrowerkzeug, einem Adapter für ein derartiges Elektrowerkzeug sowie ein Ladegerät zum Laden des zumindest einen Wechselakkupacks bekannt. Unter anderem können an dem Elektrowerkzeug bzw. den Adapter je nach Leistungsanforderung mehrere Wechselakkupacks wahlweise in Reihe oder in einer Parallelschaltung betrieben werden.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein elektrisches Gerät mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen bereitzustellen, das gegenüber dem Stand der Technik eine flexiblere, einfachere und sicherere Nutzung von Wechselakkupacks unterschiedlicher Spannungsklassen ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein elektrisches Gerät mit einer Steuer- oder Regelschaltung und mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen zur Versorgung des elektrischen Geräts mit einer maximal zulässigen Betriebsspannung mittels zumindest eines durch die elektromechanischen Akkuschnittstellen lösbar aufnehmbaren Wechselakkupacks, wobei die elektromechanischen Akkuschnittstellen derart ausgelegt sind, dass Wechselakkupacks zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsklassen aufnehmbar sind. Zur Lösung der gestellten Aufgabe ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelschaltung des elektrischen Geräts mehrere Wechselakkupacks einer niedrigeren Spannungsklasse derart elektrisch in Reihe und/oder parallel verschaltet, dass ihre resultierende Batteriespannung die maximal zulässige Versorgungspannung nicht überschreitet. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, dass ein Bediener das elektrische Gerät sehr flexibel, einfach und sicher mit Wechselakkupacks unterschiedlicher Spannungsklassen betreiben kann, die bereits in seinem Besitz sind bzw. die ihm aktuell, insbesondere vollgeladen, zur Verfügung stehen. Je nach Anwendungsfall kann der Bediener zudem entscheiden, welche Wechselakkupacks er nutzen möchte. So kann er beispielsweise einen oder mehrere Wechselakkupacks einer höheren oder der höchstmöglichen Spannungsklasse verwenden, wenn eine längere Anwendungsdauer erforderlich ist, während Wechselakkupacks niedrigerer Spannungsklassen bevorzugt dann zum Einsatz kommen, wenn ein geringeres Gesamtgewicht im Fokus steht.
Als elektrische Geräte im Kontext der Erfindung sollen beispielweise akkubetriebene Elektrowerkzeuge zur Bearbeitung von Werkstücken mittels eines elektrisch angetriebenen Einsatzwerkzeugs verstanden werden. Dabei kann das Elektrowerkzeug sowohl als Elektrohandwerkzeug als auch als stationäre Elektrowerkzeugmaschine ausgebildet sein. Typische Elektrowerkzeuge in diesem Zusammenhang sind Hand- oder Standbohrmaschinen, Schrauber, Schlagbohrmaschinen, Bohrhämmer, Breaker, Rührwerke, Hobel, Winkelschleifer, Schwingschleifer, Poliermaschinen, Kreis-, Tisch-, Kapp- und Stichsägen oder dergleichen. Als elektrische Geräte kommen aber auch akkubetriebene Leuchten sowie Garten- und Baugeräte (z.B. Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Roboter-Breaker, -Bohrer und -Bagger oder dergleichen), Haushaltgeräte (z.B. Staubsauger, Mixer, Elektrogrills, etc.) und Elektrofahrzeuge (zu Wasser, zu Land und in der Luft) in Frage. Auch ein Adapter, der eine Mehrzahl von Wechselakkupacks an eine einzelne Akkuschnittstelle eines akkubetriebenen Verbrauchers adaptiert, soll als elektrisches Gerät im Sinne der Erfindung verstanden werden.
Die Batteriespannung eines Wechselakkupacks ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Akkuzelle und ergibt sich aus der Verschaltung (parallel oder seriell) der einzelnen Akkuzellen. Eine Akkuzelle 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 Akkuzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Akkuzellen als lithiumbasierte Akkuzellen, 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 gängigen Li-lon-Akkuzellen mit einer Zellspannung von 3,6 Vergeben sich beispielhaft Spannungsklassen von 3,6 V, 7,2 V, 10,8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V etc. Bevorzugt ist eine Akkuzelle als zumindest im Wesentlichen zylinderförmige Rundzelle ausgebildet, wobei die Zellpole an Enden der Zylinderform angeordnet sind. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Art und Bauform der verwendeten Akkuzellen abhängig, sondern kann auf beliebige Wechselackkupacks und Akkuzellen, z.B. neben Rundzellen auch Pouchzellen oder dergleichen, angewendet werden.
Unter einem „lösbaren Aufnehmen“ des Wechselakkupacks soll insbesondere eine werkzeuglos - also von Hand - lösbare und herstellbare Verbindung zwischen den elektromechanischen Akkuschnittstellen des Wechselakkupacks und des elektrischen Geräts verstanden werden. Es sei darüber hinaus angemerkt, dass die Ausgestaltung der elektromechanischen Akkuschnittstellen der elektrischen Geräte sowie die zugehörigen Aufnahmen zur kraft- und/oder formschlüssig lösbaren Verbindung der Wechselakkupacks für die unterschiedlichen Spannungsklassen nicht Gegenstand dieser Erfindung sein soll.
Im Regelfall sind die Akkuschnittstellen der Wechselakkupacks einer Spannungsklasse derart gestaltet, dass sie nur kompatibel zu der entsprechenden Akkuschnittstelle eines elektrischen Geräts der gleichen Spannungs- bzw. Leistungsklasse sind. Dies macht es oftmals für die Anwender von elektrischen Geräten unterschiedlicher Spannungs- bzw. Leistungsklassen erforderlich, eine entsprechende Vielzahl unterschiedlicher Wechselakkupacks anzuschaffen und bereit zu halten. Ein Fachmann wird je nach Leistungs- bzw. Spannungsklasse des elektrischen Geräts und/oder der Wechselakkupacks eine geeignete Ausführungsform für die Akkuschnittstelle wählen. Die in den Ausführungsbeispielen gezeigten Ausführungsformen sind daher nur exemplarisch zu verstehen.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelschaltung eine Mehrzahl von Wechselakkupacks der höchstmöglichen Spannungsklasse parallel verschaltet. Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die maximal zulässige Versorgungspannung des elektrischen Geräts nicht überschritten wird, um etwaige Beschädigungen durch eine Überspannung zu vermeiden. Somit braucht sich ein Bediener auch bei Verwendung mehrerer Wechselakkupacks der höchstmöglichen Spannungsklasse keine Gedanken zu machen, ob er ggf. das elektrische Gerät beschädigen könnte.
Eine Parallelschaltung von Wechselakkupacks kann jedoch zur Folge haben, dass Ausgleichsströme zwischen Wechselakkupacks mit unterschiedlichen Ladezuständen fließen. Diese Ausgleichströme können auch die Lebensdauer der Wechselakkupacks und die Effizienz des elektrischen Geräts beeinträchtigen. Um eine spezielle Schutzschaltung zu vermeiden, die diese Ausgleichströme verhindert, ist in einer alternativen Ausgestaltungsform vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelschaltung die Mehrzahl von Wechselakkupacks der höchstmöglichen Spannungsklasse derart sequenziell oder alternierend ansteuert, dass stets nur einer der Wechselakkupacks Energie an das akkubetriebene Gerät abgibt.
Weiterhin kann die Steuer- oder Regelschaltung auch eine Mehrzahl von Wechselakkupack unterschiedlicher Spannungsklassen derart in einer Parallelschaltung, sequenziell oder alternierend ansteuern, dass die resultierende Batteriespannung aller Wechselakkupacks derselben Spannungsklasse die maximal zulässige Versorgungspannung nicht überschreitet. Mit besonderem Vorteil erlaubt dies den gleichzeitigen und sehr flexiblen Einsatz unterschiedlicher Wechselakkupacks, je nach Verfügbarkeit, ohne dass sich der Bediener Gedanken über deren Kombination machen muss.
Die Steuer- oder Regelschaltung erfasst einen in jedem Wechselakkupack gemessenen Temperaturwert und steuert in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturwerte derart die Wechselakkupacks sequenziell oder alternierend an, dass von einem Wechselakkupack, dessen gemessener Temperaturwert einen Temperaturgrenzwert überschreitet, auf einen Wechselakkupack umgeschaltet wird, dessen gemessener Temperaturwert den Temperaturgrenzwert nicht überschreitet. Somit kann die Überhitzung eines Wechselakkupacks wirksam vermieden werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit des elektrischen Geräts leidet. Ein dynamisches bzw. alternierendes Umschalten zwischen den Wechselakkupacks bewirkt mit besonderem Vorteil eine Maximierung der Laufzeit des elektrischen Geräts ohne die Gefahr einer Überhitzung einzelner Wechselakkupacks. In diesem Zusammenhang ist zudem ein dynamisches bzw. alternierendes Umschalten von Wechselakkupacks innerhalb derselben Spannungsklasse, definierter Stromgrenzwerte und/oder definierter Innwiderstandsgrenzwerte denkbar, da das Temperaturverhalten von diesen zusätzlichen Parametern abhängt.
Ergänzend oder alternativ erfasst die Steuer- oder Regelschaltung die Batteriespannung jedes Wechselakkupacks und steuert in Abhängigkeit der gemessenen Batteriespannungen die Wechselakkupacks derart sequenziell oder alternierend an, dass von einem Wechselakkupack, dessen gemessene Batteriespannung einen Mindestspannungsgrenzwert unterschreitet, auf einen Wechselakkupack umgeschaltet wird, dessen gemessene Batteriespannung den Mindestspannungsgrenzwert nicht unterschreitet. Eine derartige Berücksichtigung des Ladezustands über die Batteriespannung ermöglicht ein rechtzeitiges Wechseln von einem schwachen Wechselakkupack auf einen Wechselakkupack mit ausreichend Leistungsreserven.
In einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelschaltung die Wechselakkupacks derart ansteuert, dass ihre Gesamtleistung eine für das akkubetriebene Gerät voreingestellte Mindestleistung nicht unterschreitet. Dies gewährleistet einen möglichst effizienten Betrieb des elektrischen Geräts und vermeidet einen erhöhten Verschleiß der Wechselakkupacks sowie insbesondere von Einsatzwerkzeugen, wie Bohrern, Meißeln, Schleifscheiben, Sägeblättern, etc. Ergänzend oder alternativ sperrt die Steuer- oder Regelschaltung das akkubetriebene Gerät, wenn die resultierende Batteriespannung aller möglichen Verschaltungsvariationen der Wechselakkupacks einen Mindestspannungsgrenzwert unterschreitet. Somit kann vermieden werden, dass das elektrische Gerät mit einer deutlich zu schwachen Leistung betrieben wird, weil beispielswiese durch den Bediener zu wenig Wechselakkupacks einer niedrigeren Spannungsklasse in die Akkuschnittstellen eingeschoben bzw. eingesteckt wurden.
Zur möglichst flexiblen Nutzung von Wechselakkupacks unterschiedlicher Spannungsklassen durch den Bediener weist das elektrische Gerät zumindest zwei elektromechanische Akkuschnittstellen für Wechselakkupacks der höchstmöglichen Spannungsklasse und zumindest zwei elektromechanische Akkuschnittstellen für Wechselakkupacks einer niedrigeren Spannungsklasse auf.
Mit besonderem Vorteil weist das elektrische Gerät zumindest zwei Kombi-Akkuschnittstellen auf, wobei eine Kombi-Schnittstelle derart aus einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen für Wechselakkupack zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsklassen gebildet ist, dass in ihr nicht gleichzeitig Wechselakkupacks unterschiedlicher Spannungsklassen aufnehmbar sind. Auf diese Weise kann ein Mischbetrieb von Wechselakkupacks unterschiedlicher Spannungsklassen nur über mehrere Kombi-Schnittstellen des elektrischen Geräts erfolgen, wobei auf einfache Weise sichergestellt ist, dass durch den Bediener keine für das elektrische Gerät gefährlichen bzw. schädlichen Kombinationen von Wechselakkupacks unterschiedlicher Spannungsklassen eingesetzt werden.
Um dem Bediener eine Information über das Umschaltverhalten der Steuer- oder Regelschaltung des elektrischen Geräts bzw. über den Zustand der Wechselakkupacks bereitzustellen, ist eine Anzeige am elektrischen Gerät vorgesehen, die die aktuell angesteuerten Wechselakkupacks, insbesondere deren gemessene Temperaturwerte und/oder Batteriespannungen, anzeigt.
Ist das elektrische Gerät vorzugsweise als ein Elektrowerkzeug, eine Leuchte, ein Garten- oder Baugerät, ein kleineres Elektrofahrzeug oder ein Haushaltgerät mit entsprechendem Leistungsbedarf ausgestaltet, so ist es besonders vorteilhaft, wenn die Wechselakkupacks der höchstmöglichen Spannungsklasse 36V-Wechselakkupacks und die Wechselakkupacks der niedrigeren Spannungsklassen 12V- und/oder 18V-Wechselakkupacks sind. Derartige Wechselakkupacks haben sich hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, ihres Gewichts und ihrer Größe als besonders vorteilhaft für diese elektrischen Geräte herausgestellt.
Ausführungsbeispiele
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 5 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.
Es zeigen

1: ein Blockschaltbild eines als elektrischen Verbraucher ausgestalteten, erfindungsgemäßen elektrischen Geräts mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mittels zumindest eines durch die elektromechanischen Akkuschnittstellen lösbar aufnehmbaren Wechselakkupacks in einer ersten Ausführungsform,
2: ein Blockschaltbild eines als Adapter für einen elektrischen Verbraucher ausgestalteten, erfindungsgemäßen elektrischen Geräts mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen zur Versorgung des elektrischen Verbrauchers mittels zumindest eines durch die elektromechanischen Akkuschnittstellen lösbar aufnehmbaren Wechselakkupacks in einer zweiten Ausführungsform,
3: eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen, elektrischen Geräts in Form einer Tischkreissäge mit zwei elektromechanischen Akkuschnittstellen einer höchstmöglichen und zwei elektromechanischen Akkuschnittstellen einer geringeren Spannungsklasse in einer dritten Ausführungsform,
4: eine schematische Darstellung einer Kombi-Akkuschnittstelle für das elektrische Gerät in einer perspektivischen Ansicht (3a) und in einer Seitenansicht (3b) ohne eingeschobene Wechselakkupacks und
5: eine schematische Darstellung der Kombi-Akkuschnittstelle für das elektrische Gerät in einer perspektivischen Ansicht gemäß 3a und in einer Seitenansicht gemäß 3b mit eingeschobenen Wechselakkupacks.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt ein Blockschaltbild eines als elektrischen Verbraucher 10a ausgestalten elektrischen Geräts 10, das über eine Mehrzahl N von Wechselakkupacks 12 unterschiedlicher Spannungsklassen U_Cl,n (2 ≤ n ≤ N) mit Energie versorgt werden kann. Die Wechselakkupacks 12 sind gestrichelt dargestellt, weil sie von einem Bediener je nach Verfügbarkeit und Ladezustand optional mit dem elektrischen Verbraucher 10a verbindbar sind. Dazu weist der elektrische Verbraucher 10a eine Mehrzahl I von insgesamt 12 elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 auf, die werkzeuglos lösbar mit entsprechend kompatiblen, elektromechanischen Schnittstellen 16 der einzelnen Wechselakkupacks 12 verbunden werden können. Zwei der elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 sind derart ausgestaltet, dass sie kompatibel sind mit Wechselakkupacks 12 einer höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1 von beispielsweise nominell 36 V. Vier weitere der elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 sind derart ausgestaltet, dass sie kompatibel sind mit Wechselakkupacks 12 einer niedrigeren Spannungsklasse U_Cl,2 von beispielsweise nominell 18 V und die restlichen sechs elektromechanischen Schnittstellen 14 können nur Wechselakkupacks 12 einer weiteren niedrigeren Spannungsklasse U_Cl,3 von beispielsweise nominell 12 V aufnehmen. Der Begriff nominell soll verdeutlichen, dass die tatsächlichen Batteriespannungen U_Batt,i der einzelnen Wechselakkupacks 12 von ihren Spannungsklassen U_Cl,n in Abhängigkeit ihres Ladezustands und/oder ihrer Zelltopologie abweichen können. Die Anzahl der Akkuschnittstellen 14 des elektrischen Verbrauchers 10a ist nur exemplarisch zu verstehen und hat daher keinen einschränkenden Charakter für die Erfindung. Entsprechendes gilt für die Anzahl und die nominellen Werte der Spannungsklassen U_Cl,n. Wesentlich für die Erfindung ist jedoch, dass beides in einer Mehrzahl, also n > 1 und i > 1, für das elektrische Gerät 10 vorgesehen ist.
Die zueinander korrespondierenden elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 und 16 weisen jeweils eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 18 auf, wobei ein erster der elektrischen Kontakte 18 als ein mit einem ersten Bezugspotential V₁, vorzugsweise einem Versorgungspotential V₊, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 20 und ein zweiter der elektrischen Kontakte 18 der Akkuschnittstellen 14, 16 als ein mit einem zweiten Bezugspotential V₂, vorzugsweise einem Massepotential GND, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 22 dient. Über die ersten und zweiten Energieversorgungskontakte 20, 22 kann jeder Wechselakkupack 12 einerseits durch den elektrischen Verbraucher 10a mit einem Entladestrom entladen und andererseits durch ein nicht gezeigtes Ladegerät mit einem Ladestrom aufgeladen werden. Aus Übersichtsgründen wurden in 1 nur die elektrischen Kontakte 18 der elektromechanischen Akkuschnittstellen 14, 16 für die Wechselakkupacks 12 der höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1 mit entsprechenden Bezugszeichen versehen. Für die übrigen elektromechanischen Akkuschnittstellen 14, 16 gelten diese gleichermaßen.
Die Stromstärken von Lade- und Entladestrom können sich signifikant voneinander unterscheiden. So kann der Entladestrom bei entsprechend ausgelegten elektrischen Verbrauchern 10 bis zu 10-mal höher sein als der Ladestrom des Ladegeräts. Im Folgenden soll trotz dieser Unterschiede zwischen Lade- und Entladestrom nur von einem Laststrom I gesprochen werden. Der Begriff „beaufschlagbar“ soll verdeutlichen, dass die Potentiale V, und GND insbesondere im Falle eines mit zumindest einem Wechselakkupack 12 verbindbaren elektrischen Geräts 10 nicht dauerhaft an den Energieversorgungskontakten 20, 22 anliegen, sondern erst nach Verbindung der elektrischen Akkuschnittstellen 14, 16. Entsprechendes gilt für einen entladenen Wechselakkupack 12 nach Verbindung mit einem Ladegerät. Die genaue Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen 14, 16 ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Spannungsklasse U_Cl,n oder diversen Herstellerspezifikationen. So können z.B. auch mehr als zwei elektrische Kontakte 18 zur Energie- und/oder Datenübertragung zwischen den Wechselakkupack 12 und dem elektrischen Gerät 10 bzw. dem Ladegerät vorgesehen sein. Zudem ist je nach Spannungsklasse U_Cl,n auch eine unterschiedliche Anzahl von elektrischen Kontakten 18 denkbar. Auch ist eine mechanische Kodierung möglich, so dass Wechselakkupacks 12 einer gleicher Spannungsklasse U_Cl,n aber unterschiedlicher Leistungsklassen nur durch entsprechend kompatible elektromechanische Akkuschnittstellen 16 aufnehmbar sind. Da die genaue Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen 14, 16 für die Erfindung lediglich von untergeordneter Bedeutung ist, soll hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden. Sowohl ein Fachmann als auch ein Bediener des elektrischen Geräts 10 werden diesbezüglich die geeignete Auswahl treffen.
Jeder Wechselakkupack 12 kann eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 24 aufweisen, die in einer Reihen- und/oder Parallelschaltung betreibbar sind, wobei die Reihenschaltung die über die Energieversorgungskontakte 20, 22 abfallende Batteriespannung U_Batt,i der einzelnen Wechselakkupacks 12 definiert, während eine Parallelschaltung einzelner Energiespeicherzellen 24 primär die Kapazität eines Wechselakkupacks 12 erhöht. Es ist auch möglich, einzelne aus parallel verschalteten Energiespeicherzellen 24 bestehende Zell-Cluster in Reihe zu schalten, um eine bestimmte Batteriespannung U_Batt,i des Wechselakkupacks 12 bei gleichzeitig erhöhter Kapazität zu erzielen. Bei gängigen Li-lon-Energiespeicherzellen 24 mit einer Zellspannung U_Cell von jeweils 3,6 V fallen im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die Energieversorgungskontakte 20, 22 Batteriespannungen U_Batt,i von 10,8V, 18 V und 36 V ab. Je nach Anzahl der in einem Zell-Cluster parallel geschalteten Energiespeicherzellen 24 kann die Kapazität gängiger Wechselakkupacks 12 bis zu 12 Ah oder mehr betragen. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Bauform, Spannung, Stromlieferfähigkeit, etc. der verwendeten Energiespeicherzellen 24 abhängig, sondern kann auf beliebige Wechselakkupacks 12 und Energiespeicherzellen 24 angewendet werden.
Der elektrische Verbraucher 10a weist eine Steuer- oder Regelschaltung 26 auf, die beispielsweise als ein integrierter Schaltkreis in Form eines Mikroprozessors, ASICs, DSPs, FPGAs oder dergleichen ausgebildet sein kann. Ebenso ist denkbar, dass die Steuer- oder Regelschaltung 26 aus mehreren Mikroprozessoren oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen mit entsprechender Transistorlogik besteht. Zudem verfügt die Steuer- oder Regelschaltung 26 über einen vorzugsweise integrierten Speicher zur Speicherung von Betriebsparametern der verbundenen Wechselakkupacks 12, wie beispielsweise den Batteriespannungen U_Batt,i, den Zellspannungen U_Cell der Energiespeicherzellen bzw. -cluster 24, einer Zell- oder Akkupack-Temperatur T_i, des Laststroms I oder dergleichen.
Die Steuer- oder Regelschaltung 26 steuert des Weiteren eine mit dem ersten und dem zweiten Energieversorgungskontakt 20, 22 verbundene elektrische bzw. elektromechanische Last 28 des elektrischen Verbrauchers 10a an. Aus Übersichtsgründen ist die Last 28 nicht näher dargestellt. Sie kann beispielsweise als eine Leistungsendstufe ausgebildet sein, die einen Elektromotor zu dessen Drehzahl- und/oder Drehmomentänderung mit einem pulsweitenmodulierten Signal beaufschlagt, was unmittelbaren Einfluss auf den Laststrom I der Wechselakkupacks 12 hat. Der Elektromotor dient beispielsweise zum Antrieb eines Einsatzwerkzeugs, wie eines Bohrers, Meißels, einer Schleifscheibe, einem Sägeblatt, etc. Es ist aber auch eine andere, Leistung umsetzende Last 28 denkbar. Dem Fachmann sind zahlreiche Varianten möglicher elektrischer bzw. elektromechanischer Lasten 28 bekannt, so dass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden soll.
Zur Messung der Zell- oder Akkupack-Temperatur T_i der jeweils verbundenen Wechselakkupacks 12 bzw. der Energiespeicherzellen 24 dient ein in jedem Wechselakkupack 12 angeordneter Temperatursensor 30, der vorzugsweise als NTC ausgebildet ist und im engen thermischen Kontakt mit mindestens einer der Energiespeicherzellen 24 steht. Die derart gemessenen Temperaturwerte T_i werden jeweils über einen als Signal- oder Datenkontakt 32 ausgebildeten elektrischen Kontakt 18 der elektromechanischen Akkuschnittstellen 14, 16 an den elektrischen Verbraucher 10a zur Auswertung mittels der dortigen Steuer- oder Regelschaltung 26 übertragen. Dazu verfügt der elektrische Verbraucher 10a über eine Messchaltung bzw. einen Multiplexer 34, der die einzelnen Temperaturwerte T_i der mit dem elektrischen Verbraucher 10a verbundenen Wechselakkupacks 12 erfasst.
Die Steuer- oder Regelschaltung 26 des elektrischen Verbrauchers 10a verschaltet die einzelnen Wechselakkupacks 12 mittels eines Selektors 36 nun derart elektrisch in Reihe und/oder parallel, dass ihre resultierende Batteriespannung U_Batt eine maximal zulässige Versorgungspannung U_max nicht überschreitet (U_Batt ≤ U_max). Ein Bediener des elektrischen Verbrauchers 10a kann diesen demzufolge sehr flexibel, einfach und sicher mit Wechselakkupacks 12 unterschiedlicher Spannungsklassen U_Cl,n betreiben, die bereits in seinem Besitz sind bzw. die ihm aktuell, insbesondere geladen, zur Verfügung stehen. Je nach Anwendungsfall kann der Bediener zudem entscheiden, welche Wechselakkupacks 12 er nutzen möchte. So kann er einen oder mehrere Wechselakkupacks 12 einer höheren oder der höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,n verwenden, wenn eine längere Anwendungsdauer erforderlich ist, während Wechselakkupacks 12 niedrigerer Spannungsklassen U_Cl,n bevorzugt zum Einsatz kommen, wenn ein geringeres Gesamtgewicht und ein besseres Handling im Fokus stehen.
Der Selektor 36 kann als ein Transistor- oder Relais-Netzwerk ausgebildet sein, das eine entsprechende Reihen- und/Parallelschaltung der einzelnen Wechselakkupacks 12 in Abhängigkeit von der Ansteuerung durch die Steuer- oder Regelschaltung 26 bewirkt. Dem Fachmann sind derartige aus BipolarTransistoren, Feldeffekttransistoren, IGBT und/oder Relais bestehenden Leistungsnetzwerke bekannt, so dass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden soll. Ebenso kann der Selektor 36 als ein integrierter Leistungsschaltkreis mit entsprechenden Transistortopologien oder dergleichen ausgebildet sein.
Um zu vermeiden, dass die maximal zulässige Versorgungspannung U_max bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Wechselakkupacks 12 der höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1 überschritten wird, verschaltet die Steuer- oder Regelschaltung 26 diese Wechselakkupacks 12 nur parallel. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel werden also bei einer maximal zulässigen Versorgungspannung U_max von 36 V zwei 36V-Wechselakkupacks 12 parallelgeschaltet. Eine Parallelschaltung von Wechselakkupacks 12 kann jedoch zur Folge haben, dass Ausgleichsströme zwischen Wechselakkupacks 12 mit unterschiedlichen Ladezuständen fließen. Diese Ausgleichströme können die Lebensdauer der Wechselakkupacks 12 und die Effizienz des elektrischen Verbrauchers 10a beeinträchtigen. Es ist daher alternativ vorgesehen, dass die Steuer- oder Regelschaltung 26 die Mehrzahl von 36V-Wechselakkupacks 12 sequenziell oder alternierend ansteuert, so dass stets nur einer dieser Wechselakkupacks 12 Energie an den elektrische Verbraucher 10a abgibt.
Auch bei gleichzeitiger Verwendung mehrerer Wechselakkupacks 12 niedrigerer Spannungsklassen U_Cl,2 und/oder U_Cl,3 verschaltet die Steuer- oder Regelschaltung 26 diese Wechselakkupacks 12 stets derart, dass ihre resultierende Batteriespannung U_Batt die maximal zulässige Betriebsspannung U_max des elektrischen Verbrauchers 10a nicht überschreitet. Im Unterschied zu den Wechselakkupacks 12 der höchstmöglichen Spannungsklasse U_CI,1 können ausreichend viele Wechselakkupacks 12 der niedrigeren Spannungsklassen U_Cl,2 oder U_Cl,3 jedoch sowohl in einer Reihen- als auch in einer Parallelschaltung bzw. in einem Mixbetrieb verschaltet werden. So können im vorliegenden Ausführungsbeispiel für eine maximal zulässige Betriebsspannung U_max von 36 V bei gleichzeitiger Verwendung von vier 18V-Wechselakkupacks 12 jeweils zwei in Reihe und im Falle eines erhöhten Leistungsbedarfs diese beiden Reihenschaltungen parallel betrieben werden. Entsprechend ist zum Beispiel auch eine Parallelschaltung zweier in Reihe geschalteter 18V- und dreier in Reihe geschalteter 12V-Wechselakkupacks 12 möglich. Auch hier kann es zur Vermeidung von Ausgleichsströmen sinnvoll sein, die einzelnen Reihenschaltungen der Wechselakkupacks 12 und/oder einzelne Wechselakkupacks 12 sequenziell oder alternierend anzusteuern. Mit besonderem Vorteil erlaubt dies den gleichzeitigen und sehr flexiblen Einsatz unterschiedlicher Wechselakkupacks 12 je nach Verfügbarkeit, ohne dass sich der Bediener Gedanken über deren Kombination machen muss.
In Abhängigkeit der gemessenen Temperaturwerte T_i kann die Steuer- oder Regelschaltung 26 die Wechselakkupacks 12 derart sequenziell oder alternierend ansteuern, dass von einem Wechselakkupack 12, dessen gemessener Temperaturwert T_i einen Temperaturgrenzwert T_max überschreitet, auf einen Wechselakkupack umgeschaltet wird, dessen gemessener Temperaturwert T_i den Temperaturgrenzwert T_max nicht überschreitet. Somit kann die Überhitzung eines Wechselakkupacks 12 wirksam vermieden werden, ohne dass die Leistungsfähigkeit des elektrischen Verbrauchers 10a leidet. Durch ein derartig dynamisches bzw. alternierendes Umschalten zwischen den Wechselakkupacks 12 ist eine Maximierung der Laufzeit des elektrischen Verbrauchers 10a ohne die Gefahr einer Überhitzung einzelner Wechselakkupacks 12 erzielbar. Da das Temperaturverhalten u.a. auch von der Spannungsklasse U_Cl,n, von definierten Stromgrenzwerten und/oder Innwiderstandsgrenzwerten abhängt, ist es zudem möglich, das dynamische bzw. alternierende Umschalten der Wechselakkupacks 12 in Abhängigkeit dieser Paramater zu realisieren.
Mittels des Selektors 36 erfasst die Steuer- oder Regelschaltung 26 die Batteriespannungen U_Batt,i der verbundenen Wechselakkupacks 12, um auf ihren jeweiligen Ladezustand schließen zu können. In Abhängigkeit der gemessenen Batteriespannungen U_Batt,i steuert die Steuer- oder Regelschaltung 26 die Wechselakkupacks dann derart sequenziell oder alternierend an, dass von einem Wechselakkupack 12, dessen gemessene Batteriespannung U_Batt,i einen Mindestspannungsgrenzwert U_min unterschreitet, auf einen Wechselakkupack 12 umgeschaltet wird, dessen gemessene Batteriespannung U_Batt,i den Mindestspannungsgrenzwert U_min nicht unterschreitet. Unter Berücksichtigung des Ladezustands kann somit ein rechtzeitiges Wechseln von einem schwachen Wechselakkupack 12 auf einen Wechselakkupack 12 mit ausreichend Leistungsreserven ermöglicht werden.
Die Steuer- oder Regelschaltung 26 steuert die Wechselakkupacks 12 zudem derart an, dass ihre Gesamtleistung P_Batt eine für den elektrischen Verbraucher 10a voreingestellte Mindestleistung P_min nicht unterschreitet. Dies gewährleistet einen möglichst effizienten Betrieb des elektrischen Verbrauchers 10a und vermeidet einen erhöhten Verschleiß der Wechselakkupacks 12 sowie insbesondere von mit dem als Elektrowerkzeug ausgebildeten elektrischen Verbraucher 10a verwendeten Einsatzwerkzeugen, wie Bohrern, Meißeln, Schleifscheiben, Sägeblättern, etc. Ergänzend oder alternativ sperrt die Steuer- oder Regelschaltung 26 den elektrische Verbraucher 10a, wenn die resultierende Batteriespannung U_Batt aller möglichen Verschaltungsvariationen der Wechselakkupacks 12 den Mindestspannungsgrenzwert U_min unterschreitet. Somit kann vermieden werden, dass das elektrische Verbraucher 10a mit einer deutlich zu schwachen Leistung betrieben wird, weil beispielswiese durch den Bediener zu wenig Wechselakkupacks 12 einer niedrigeren Spannungsklasse U_Cl,n in die elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 eingeschoben bzw. eingesteckt wurden.
Wie bereits eingangs erwähnt, kann das elektrische Gerät 10 auch als ein Adapter 10b für eine entsprechende elektromechanische Akkuschnittstelle 14 eines akkubetriebenen Verbrauchers 38 ausgebildet sein. Gemäß 2 weist demzufolge nicht der Adapter 10b selbst sondern der elektrische Verbraucher 38 die elektrische Last 28 auf. Zudem verfügt der Adapter 10b neben der in 2 dargestellten Mehrzahl I von vier elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 zur werkzeuglos lösbaren Verbindung mit den Wechselakkupacks 12 unterschiedlicher Spannungsklassen U_Cl,n auch noch über eine weitere elektromechanische Akkuschnittstelle 16, mittels der der Adapter 10b selbst mit der elektromechanischen Akkuschnittstelle 14 des elektrischen Verbrauchers 38 werkzeuglos lösbar verbindbar ist. Die zusätzliche elektromechanische Akkuschnittstelle 16 des Adapters 10b ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass sie identisch ist zu der elektromechanischen Akkuschnittstelle 16 eines Wechselakkupacks 12 der höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1. Über ihren Signal- oder Datenkontakt 32 tauschen die Steuer- oder Regelschaltung 26 des Adapters 10b und eine im akkubetriebenen Verbraucher 38 integrierte Steuer- oder Regelschaltung 40 die bereits weiter oben erwähnten Betriebsparameter aus. Zudem dient der Signal- oder Datenkontakt 32 zum Steuern der Steuer- oder Regelschaltung 26 des Adapters 10b durch die Steuer- oder Regelschaltung 40 des akkubetriebenen Verbrauchers 38 in der bereits zu 1 beschriebenen Art und Weise. So übermittelt beispielsweise die Steuer- oder Regelschaltung 40 des akkubetriebenen Verbrauchers 38 ihre maximal zulässige Betriebsspannung U_max an die Steuer- oder Regelschaltung 26 des Adapters 10b, damit diese ihrerseits den Selektor 36 zur erforderlichen Verschaltung der mit dem Adapter 10b verbundenen Wechselakkupacks 12 ansteuern kann.
3a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen, elektrischen Verbrauchers 10a in Form einer Tischkreissäge 42, die analog dem Adapter 10b gemäß 2 mit zwei elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 einer höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1 und zwei elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 einer niedrigeren Spannungsklasse U_Cl,2 ausgestattet ist.
Bei den Wechselakkupacks 12 handelt es sich um herkömmliche Wechselakkupacks mit einem Gehäuse 44, das an einer ersten Seitenwand die elektromechanische Schnittstelle 16 zur werkzeuglos lösbaren Verbindung mit der Akkuschnittstelle 14 des elektrischen Geräts 10 und mit einem nicht gezeigten Ladegerät aufweist. Die Tischkreissäge 42 wird standardmäßig mit einer maximal erlaubten Betriebsspannung U_max von 36 V betrieben. Somit sind die beiden elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 der höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1 für 36V-Wechselakkupacks 12 und die beiden elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 der niedrigeren Spannungsklasse U_Cl,2 für 18V-Wechselakkupacks 12 ausgelegt. Wurden gemäß 3b alle vier Wechselakkupacks 12 mit ihren elektromechanischen Schnittstellen 16 in die dafür vorgesehenen elektromechanischen Schnittstellen 14 der Tischkreissäge 14 in der jeweiligen Einschubrichtung E eingeschoben, so kann die Steuer- oder Regelschaltung 26 den Selektor 36 entsprechend der benötigten Leistungsanforderungen bzw. Ladezustände und/oder Temperaturwerte gemäß den obigen Ausführungen zu den 1 und 2 ansteuern. Ebenso ist es möglich, dass die Steuer- oder Regelschaltung 26 den Selektor 36 automatisch entsprechend der vom Bediener eingeschobenen Wechselakkupacks 12 in der beschriebenen Art und Weise ansteuert, wobei die Tischkreissäge 42 jedoch für die weitere Bedienung gesperrt wird, wenn ihre erforderliche Mindestleistung P_min oder ein erforderlicher Mindestspannungsgrenzwert U_min unterschritten ist. Die Tischkreissäge 42 verfügt darüber hinaus über eine Anzeige 46, die die aktuell angesteuerten Wechselakkupacks 12, insbesondere deren gemessene Temperaturwerte T_i und/oder Batteriespannungen U_Batt,i, anzeigt.
In den 4 und 5 ist eine Kombi-Akkuschnittstelle 48 für das elektrische Gerät 10 gezeigt, die derart aus einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen 14 für Wechselakkupack 12 zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsklassen U_Cl,n gebildet ist, dass in ihr nicht gleichzeitig Wechselakkupacks 12 unterschiedlicher Spannungsklassen U_Cl,n aufnehmbar sind. Vorzugsweise weist das elektrische Gerät 10 mindestens zwei derartiger Kombi-Akkuschnittstellen 48 auf. Jede Kombi-Akkuschnittstelle 48 umfasst sich zum Teil überlappende elektromechanische Akkuschnittstellen 14 für Wechselakkupacks 12 einer höchstmöglichen Spannungsklasse U_Cl,1 (z.B. 36V) und zumindest einer niedrigeren Spannungsklasse U_Cl,2 (18V), U_Cl,3 (12V).
Die elektromechanische Akkuschnittstelle 14 für den 36V-Wechselakkupack 12 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel höhenversetzt und rechtwinklig zu den beiden nebeneinander positionierten elektromechanischen Akkuschnittstelle 14 für die 18V-Wechselakkupacks 12 angeordnet. Die elektromechanischen Akkuschnittstellen 14 für die Wechselakkupacks 12 der beiden unterschiedlichen Spannungsklassen U_Cl,1, U_Cl,2 sind demnach derart direkt übereinander angeordnet, dass sie sich für die jeweils aufgenommenen Wechselakkupacks 12 der anderen Spannungsklasse U_Cl,2, U_Cl,1 gegenseitig blockieren. Durch die Überlappung der entsprechenden Akkuschnittstellen 14 auf unterschiedlichen Ebenen sind für die Akkuschnittstelle 14 für den 36V-Wechselakkupack 12 zusätzliche Führungsstege 50 zur Führung und zum Halten der elektromechanischen Akkuschnittstelle 16 des 36V-Wechselakkupacks 12 erforderlich.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel weisen die 18V-Wechselakkupacks 12 jeweils eine mechanische Arretiervorrichtung 52 (vgl. 4a) zur Arretierung der form- und/oder kraftschlüssig lösbaren Verbindung ihrer elektromechanischen Akkuschnittstellen 16 in einer Vertiefung 54 der Akkuschnittstellen 14 der Kombi-Akkuschnittstelle 48 auf. Dabei umfasst jede Arretiervorrichtung 52 einen gefederten Drucktaster 56, der mit einem nicht gezeigten Arretierglied des 18V-Wechselakkupacks 12 wirkverbunden ist. Aufgrund der Federung des Drucktasters 56 und/oder des Arretierglieds rastet die Arretiervorrichtung 52 beim Einschieben des 18V-Wechselakkupacks 12 in Einschubrichtung E automatisch in die Vertiefung 54 der zugehörigen Akkuschnittstellen 14 ein. Drückt ein Bediener den Drucktaster 56 bei eingerastetem 18V-Wechselakkupack 12 in Einschubrichtung E, wird die Arretierung gelöst und der Bediener kann den 18V-Wechselakkupack 12 entgegen der Einschubrichtung E aus der Akkuschnittstelle 14 entnehmen bzw. ausschieben.
Anders als die 18V-Wechselakkupacks verfügt der 36V-Wechselakkupack 12 nicht über eine akkupackseitige Arretiervorrichtung. Stattdessen ist hier die Arretierung des 36V-Wechselackkupacks 12 über die Akkuschnittstelle 14 selbst realisiert. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Arretierung der Wechselakkupacks 12 nur exemplarisch zu verstehen ist und es somit für die Erfindung keine Bedeutung hat, ob die Arretierung seitens der Wechselakkupacks 12 und/oder seitens des Akkuschnittstellen 14 am elektrischen Gerät 10 erfolgt. Auch kann gänzlich auf eine Arretierung der Wechselakkupacks 12 verzichtet werden.
Abschließend sei darauf hingewiesen, dass die Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele gemäß der 1 bis 5 beschränkt ist. So sind insbesondere die elektromechanischen Akkuschnittstellen 14, 16 der Wechselakkupacks 12 und des elektrischen Geräts 10 sowie die der Kombi-Akkuschnittstelle 46 exemplarisch zu verstehen. Auch ist denkbar, dass an dem elektrischen Gerät 10 mehr als zwei unterschiedliche Kombi-Akkuschnittstellen 46 für unterschiedliche Spannungsklassen U_Cl,n und/oder Leistungsklassen zum Einsatz kommen. So können z.B. an einem mit 72 V betriebenen elektrischen Gerät eine Kombi-Akkuschnittstelle für einen 72V-Wechselakkupack und zwei 36V-Wechselakkupacks sowie zwei weitere Kombi-Akkuschnittstellen für je einen 36V-Wechselakkupack und zwei 18V-Wechselakkupacks vorgesehen sein.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2018119256 [0003]
EP 3517253 A1 [0004]
DE 202017105258 U1 [0005]
EP 3661004 A1 [0006]

Claims

Elektrisches Gerät (10) mit einer Steuer- oder Regelschaltung (26) und mit einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen (14) zur Versorgung des elektrischen Geräts (10) mit einer maximal zulässigen Betriebsspannung (U_max) mittels zumindest eines durch die elektromechanischen Akkuschnittstellen (14) lösbar aufnehmbaren Wechselakkupacks (12), wobei die elektromechanischen Akkuschnittstellen (14) derart ausgelegt sind, dass Wechselakkupacks (12) zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsklassen (U_Cl,n) aufnehmbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) des elektrischen Geräts (10) mehrere Wechselakkupacks (12) einer niedrigeren Spannungsklasse (U_Cl,2, U_Cl,3) derart elektrisch in Reihe und/oder parallel verschaltet, dass ihre resultierende Batteriespannung (U_Batt) die maximal zulässige Versorgungspannung (U_max) nicht überschreitet.
Elektrisches Gerät (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) eine Mehrzahl von Wechselakkupacks (26) der höchstmöglichen Spannungsklasse (U_Cl,1) parallel verschaltet.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) eine Mehrzahl von Wechselakkupacks (12) der höchstmöglichen Spannungsklasse (U_Cl,1) derart sequenziell oder alternierend ansteuert, dass stets nur einer der Wechselakkupacks (12) Energie an das akkubetriebene Gerät (10) abgibt.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) eine Mehrzahl von Wechselakkupacks (12) unterschiedlicher Spannungsklassen (U_Cl,n) derart in einer Parallelschaltung, sequenziell oder alternierend ansteuert, dass die resultierende Batteriespannung (U_Batt) aller Wechselakkupacks (12) derselben Spannungsklasse (U_Cl,1, U_Cl,2, U_Cl,3) die maximal zulässige Versorgungspannung (U_max) nicht überschreitet.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) einen in jedem Wechselakkupack (12) gemessenen Temperaturwert (T_i) erfasst und in Abhängigkeit der gemessenen Temperaturwerte (T_i) derart die Wechselakkupacks (12) sequentiell oder alternierend ansteuert, dass von einem Wechselakkupack (12), dessen gemessener Temperaturwert (T_i) einen Temperaturgrenzwert (T_max) überschreitet, auf einen Wechselakkupack (12) umgeschaltet wird, dessen gemessener Temperaturwert (T_i) den Temperaturgrenzwert (T_max) nicht überschreitet.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) die Batteriespannung (U_Batt,i) jedes Wechselakkupacks (12) erfasst und in Abhängigkeit der gemessenen Batteriespannungen (U_Batt,i) die Wechselakkupacks (12) derart sequentiell oder alternierend ansteuert, dass von einem Wechselakkupack (12), dessen gemessene Batteriespannung (U_Batt,i) einen Mindestspannungsgrenzwert (U_min) unterschreitet, auf einen Wechselakkupack (12) umgeschaltet wird, dessen gemessene Batteriespannung (U_Batt,i) den Mindestspannungsgrenzwert (U_min) nicht unterschreitet.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) die Wechselakkupacks (12) derart ansteuert, dass ihre Gesamtleistung (P_Batt) eine für das akkubetriebene Gerät (10) voreingestellte Mindestleistung (P_min) nicht unterschreitet.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regelschaltung (26) das akkubetriebene Gerät (10) sperrt, wenn die resultierende Batteriespannung (U_Batt) aller möglichen Verschaltungsvariationen der Wechselakkupacks (12) einen Mindestspannungsgrenzwert (U_min) unterschreitet.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzeige (46) des elektrischen Geräts (10) die aktuell angesteuerten Wechselakkupacks (12), insbesondere deren gemessene Temperaturwerte (T_i) und/oder Batteriespannungen (U_Batt,i), anzeigt.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (10) zumindest zwei elektromechanische Akkuschnittstellen (14) für Wechselakkupacks (12) der höchstmöglichen Spannungsklasse (U_Cl,1) und zumindest zwei elektromechanische Akkuschnittstellen (14) für Wechselakkupacks (12) einer niedrigeren Spannungsklasse (U_Cl,2, U_Cl,3) aufweist.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrische Gerät (10) zumindest zwei Kombi-Akkuschnittstellen (48) aufweist, wobei eine Kombi-Schnittstelle (48) derart aus einer Mehrzahl elektromechanischer Akkuschnittstellen (14) für Wechselakkupacks (12) zumindest zweier unterschiedlicher Spannungsklassen (U_Cl,n) gebildet ist, dass in ihr nicht gleichzeitig Wechselakkupacks (12) unterschiedlicher Spannungsklassen (U_Cl,n) aufnehmbar sind.
Elektrisches Gerät (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Wechselakkupacks (12) der höchstmöglichen Spannungsklasse (U_Cl,1) 36V-Wechselakkupacks und die Wechselakkupacks (12) der niedrigeren Spannungsklassen (U_Cl,2, U_Cl,3) 18V- und/oder 12V-Wechselakkupacks sind.