DE102021210157A1

DE102021210157A1 - Schnittstellenmodul zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers mit zumindest einem wechselbaren Energiespeicher sowie Verfahren zur Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers mittels des Schnittstellenmoduls

Info

Publication number: DE102021210157A1
Application number: DE102021210157.7A
Authority: DE
Inventors: Uwe Engelfried; Gerhard Walter; Helge Kuebler
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2021-09-14
Filing date: 2021-09-14
Publication date: 2023-03-16
Also published as: WO2023041218A1; CN117957741A; EP4402767A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Schnittstellenmodul (34) zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers (20) einer definierten Spannungsklasse mit zumindest einem mit dem elektrischen Verbraucher (20) unmittelbar inkompatiblen, wechselbaren Energiespeicher (10). Es wird vorgeschlagen, dass die definierte Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers (20) einem ganzzahligen Vielfachen einer Batteriespannung (U_Batt) des zumindest einen wechselbaren Energiespeicher (10) entspricht und dass das Schnittstellenmodul (34) eine Steuer- oder Regeleinheit (68) aufweist, die zumindest einen Betriebsparameter (U, I, T) des wechselbaren Energiespeichers (10) überwacht und in Abhängigkeit des überwachten Betriebsparameters (U, I, T) eine elektrische Last (102) des elektrischen Verbrauchers (20) steuert. Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers (20) mittels eines erfindungsgemäßen Schnittstellenmoduls (34).

Description

Die Erfindung betrifft ein Schnittstellenmodul zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers einer definierten Spannungsklasse mit zumindest einem mit dem elektrischen Verbraucher unmittelbar inkompatiblen, wechselbaren Energiespeicher sowie ein Verfahren zur Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers mittels des Schnittstellenmoduls nach der Gattung der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Eine Vielzahl elektrischer Verbraucher wird mit wiederaufladbaren Energiespeichern betrieben, die entsprechend durch den elektrischen Verbraucher entladen werden und mittels eines Ladegeräts wieder aufladbar sind. In der Regel bestehen derartige Energiespeicher aus einer Mehrzahl in Reihe und/oder parallel verschalteter Energiespeicherzellen zur Erzielung einer geforderten Betriebsspannung bzw. -kapazität. Sind die Energiespeicherzellen beispielsweise als Lithiumlonen-Zellen (Li-lon) ausgebildet, so lässt sich mit besonderem Vorteil eine sehr hohe Leistungs- und Energiedichte erzielen.
In den letzten Jahren haben elektrische Verbraucher immer mehr ihre netzbetriebenen Pendants verdrängt, weil sie eine deutlich größere Flexibilität unabhängig von einer stationären Energieversorgung ermöglichen und wiederaufladbare Energiespeicher immer leistungsfähiger wurden, so dass häufig nicht nur die Leistungsfähigkeit netzbetriebener Verbraucher erreicht sondern sogar überschritten wurde. Um dem Kunden einerseits eine möglichst breite Palette an elektrischen Verbrauchern anbieten zu können und andererseits ein bereits erfolgreiches Konzept von wechselbaren Energiespeichern, insbesondere Wechselakkupacks, eines bestimmten Herstellers nutzen zu können, haben sich vermehrt unterschiedliche Hersteller elektrischer Verbraucher zu so genannten Akku-Allianzen zusammengeschlossen, bei denen die elektrischen Verbraucher der unterschiedlichen Hersteller eine gemeinsame Energiespeicherplattform nutzen. Häufig ergibt sich hierbei jedoch das Problem einer Inkompatibilität zwischen den elektrischen Verbrauchern eines Herstellers mit den wechselbaren Energiespeichern des anderen Herstellers. Daher ist es erforderlich, dass die Hersteller der inkompatiblen elektrischen Verbraucher ihre jeweiligen Geräte an die gemeinsame Energiespeicherplattform anpassen, um diese nutzen zu können. Dies ist mit zum Teil aufwändigen und kostenintensiven Maßnahmen sowohl hinsichtlich der elektromechanischen Schnittstellen als auch der Verbraucher eigenen Elektronik verbunden.
Aus der WO 2016/097081 ist ein Elektrowerkzeug bekannt, das eine Steuerungseinrichtung und eine elektromechanische Schnittstelleneinrichtung zum Verbinden eines Wechselakkupacks mit dem Elektrowerkzeug sowie zum Versorgen des Elektrowerkzeugs mit einer elektrischen Spannung aus dem Wechselakkupack enthält. Die Schnittstelleneinrichtung weist eine erste und eine zweite Anschlussstelle auf und ist in wenigstens eine erste und in eine zweite Position einstellbar. Die erste Anschlussstelle ist zum Versorgen des Elektrowerkzeugs mit elektrischer Spannung aus einem ersten Wechselakkupack verwendbar, wenn die Schnittstelleneinrichtung in der ersten Position eingestellt ist und die zweite Anschlussstelle ist zum Versorgen des Elektrowerkzeugs mit elektrischer Spannung aus einem zweiten Wechselakkupack verwendbar, wenn die Schnittstelleneinrichtung in der zweiten Position eingestellt ist.
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Schnittstellenmodul für einen elektrischen Verbraucher bereitzustellen, dass eine universelle Nutzung eines normalerwiese inkompatiblen, wechselbaren Energiespeichers an dem elektrischen Verbraucher unter Einhaltung aller vorgeschriebenen Sicherheitsmaßnahmen ermöglicht.
Vorteile der Erfindung
Zur Lösung der Aufgabe ist vorgesehen, dass die definierte Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers einem ganzzahligen Vielfachen einer Batteriespannung des zumindest einen wechselbaren Energiespeicher entspricht und dass das Schnittstellenmodul eine Steuer- oder Regeleinheit aufweist, die zumindest einen Betriebsparameter des wechselbaren Energiespeichers überwacht und in Abhängigkeit des überwachten Betriebsparameters eine elektrische Last des elektrischen Verbrauchers steuert. Mit besonderem Vorteil können dadurch nicht nur ansonsten inkompatible wechselbare Energiespeicher und elektrische Verbraucher miteinander verbunden werden, es ist zudem möglich, einen Schaden am Energiespeicher und/oder am elektrischen Verbraucher wirksam zu vermeiden und dadurch die Sicherheit beim Betrieb wirksam zu erhöhen.
Als elektrische Verbraucher im Kontext der Erfindung sollen beispielweise mit einem wechselbaren Energiespeicher, insbesondere einem Wechselakkupack, betriebene 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 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 wechselbaren Energiespeicher, insbesondere einem Wechselakkupack, betriebene Messgeräte, wie Entfernungsmesser, Lasernivelliergeräte, Wallscanner, etc. sowie Garten- und Baugeräte wie Rasenmäher, Rasentrimmer, Astsägen, Motor- und Grabenfräsen, Roboter-Breaker und -Bagger oder dergleichen und Haushaltgeräte, wie Staubsauger, Mixer, etc. in Frage. Ebenso ist die Erfindung auf elektrische Verbraucher anwendbar, die zur Erzielung einer hohen Laufzeit und/oder Leistungsfähigkeit gleichzeitig mit einer Mehrzahl von Wechselakkupacks versorgt werden.
Die elektrische Last des elektrischen Verbrauchers kann beispielsweise als ein mittels einer Leistungsendstufe per Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuerter bürstenloser Gleichstrommotor (EC- oder BLDC-Motor) ausgestaltet sein. Ebenso kommen auch andere induktive, kapazitive und/oder ohmsche Lasten in Frage, die elektrisch über den wechselbaren Energiespeicher mit Energie versorgbar sind. Diese sind dem Fachmann hinlänglich bekannt, so dass an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden sollen.
Die Batteriespannung eines wechselbaren Energiespeichers ist in der Regel ein Vielfaches der Spannung einer einzelnen Energiespeicherzelle und ergibt sich aus der Verschaltung (parallel und/oder seriell) der einzelnen Energiespeicherzellen. Eine Energiespeicherzelle 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 Energiespeicherzelle an einem Ende einen positiven Zellpol und an einem gegenüberliegenden Ende einen negativen Zellpol auf. Bevorzugt sind die Energiespeicherzellen als lithiumbasierte Energiespeicherzellen, z.B. Li-Ion, Li-Po, Li-Metall oder dergleichen, ausgebildet. Die Erfindung ist aber auch für Energiespeicher mit Ni-Cd-, Ni-MH-Zellen oder andere geeignete Zellenarten anwendbar. Bei gängigen Li-Ion-Energiespeicherzellen mit einer Zellspannung von 3,6 V ergeben sich beispielhaft Batteriespannungen von 3,6 V, 7,2 V, 10,8 V, 14,4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 72 V, etc. Bevorzugt ist eine Energiespeicherzelle 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 Energiespeicherzellen abhängig, sondern kann auf beliebige Energiespeicher und Energiespeicherzellen, z.B. neben Rundzellen auch Pouchzellen oder dergleichen, angewendet werden.
Unter einem unmittelbar mit dem wechselbaren Energiespeicher inkompatiblen, elektrischen Verbraucher soll verstanden werden, dass der wechselbare Energiespeicher und der elektrische Verbraucher ohne zusätzliche Mittel keine zueinander kompatiblen elektromechanischen Schnittstellen zur werkzeuglosen Verbindung aufweisen und/oder dass der elektrische Verbraucher die zum sicheren Betrieb benötigten Betriebsdaten des wechselbaren Energiespeichers ohne zusätzliche Mittel nicht auslesen und auswerten kann. Erst über zueinander kompatible, elektromechanische Schnittstellen kann der wechselbare Energiespeicher dann werkzeuglos lösbar mit dem elektrischen Verbraucher gekoppelt werden. Mit besonderem Vorteil weist daher das Schnittstellenmodul eine elektromechanische Schnittstelle auf, die mit der elektromechanischen Schnittstelle des Wechselakkupacks kompatibel ist. Dabei ist jeweils ein erster der elektrischen Kontakte der elektromechanischen Schnittstellen als ein mit einem ersten Bezugspotential, vorzugsweise einem Versorgungspotential, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt und jeweils ein zweiter der elektrischen Kontakte der elektromechanischen Schnittstellen als ein mit einem zweiten Bezugspotential, vorzugsweise einem Massepotential, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt ausgebildet.
Die elektrische Verschaltung der mit dem Schnittstellenmodul verbundenen wechselbaren Energiespeicher ist derart ausgestaltet, dass die definierte Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers einem ganzzahligen Vielfachen der Batteriespannung eines einzelnen wechselbaren Energiespeichers entsprechen muss. Verfügt das Schnittstellenmodul über eine Mehrzahl von elektromechanischen Schnittstellen für eine entsprechende Anzahl wechselbarer Energiespeicher, so muss jeder Energiespeicher im Wesentlichen dieselbe Batteriespannung aufweisen. Mit besonderem Vorteil kann das Schnittstellenmodul gewisse Spannungsabweichungen zwischen der resultierenden Batteriespannung der verschalteten wechselbaren Energiespeicher und der Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers ausgleichen. Wird das Schnittstellenmodul nur mit einem einzigen wechselbaren Energiespeicher oder einer Mehrzahl parallel geschalteter, wechselbarer Energiespeicher betrieben, so ist die definierte Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers im Wesentlichen gleich der Batteriespannung des bzw. der einzelnen wechselbaren Energiespeicher(s). Im Falle einer Reihenschaltung einer Mehrzahl wechselbarer Energiespeicher muss die definierte Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers im Wesentlichen der Summe der Batteriespannungen der einzelnen wechselbaren Energiespeicher entsprechen.
Zur Überwachung des wechselbaren Energiespeichers und zu einer daraus ableitbaren Steuerung oder Regelung des elektrischen Verbrauchers weist das Schnittstellenmodul eine Schnittstelle zum elektrischen Verbraucher auf, über die der wechselbare Energiespeicher und der elektrische Verbraucher Informationen, insbesondere über den zumindest einen Betriebsparameter, senden und/oder empfangen können. Entsprechend weisen auch die elektromechanische Schnittstellen des Schnittstellenmoduls und des wechselbaren Energiespeichers zumindest einen dritten, als Signal- oder Datenkontakt ausgebildeten Kontakt zur Übertragung des zumindest einen Betriebsparameters auf. In bevorzugter Weise ist der zumindest eine Betriebsparameter als eine Spannung, ein Strom, ein Stromintegral, eine Temperatur, eine Information über einen Temperaturwiderstand und/oder eine Information über einen Kodierwiderstand bzw. andere Werte zur Identifikation des wechselbaren Energiespeichers ausgebildet. Es ist möglich, im Falle mehrerer zur Überwachung herangezogener Betriebsparameter, weitere als Signal- oder Datenkontakt ausgebildete Kontakte der elektromechanischen Schnittstellen zu nutzen. Alternativ ist es aber auch denkbar, dass die Signal- oder Datenübertragung im Sinne einer Powerline Communication direkt über den ersten und/oder den zweiten Energieversorgungskontakt der elektromechanischen Schnittstellen erfolgt. Entsprechende Verfahren zur Powerline Communication sind dem Fachmann bekannt und sollen hier nicht weiter ausgeführt werden.
In einer weiteren Ausgestaltungsform weist das Schnittstellenmodul zumindest ein Schaltelement, insbesondere zumindest einen MOSFET, auf, mittels dem die Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls die Energiezufuhr vom wechselbaren Energiespeicher zum elektrischen Verbraucher zeitweise oder dauerhaft unterbrechen kann, wenn der zumindest eine Betriebsparameter einen in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit hinterlegten Grenzwert über- oder unterschreitet und/oder von einem in dem Speicher hinterlegten Erwartungswert abweicht. Mit besonderem Vorteil kann dadurch ein Redundanz zu den im elektrischen Verbraucher und/oder im wechselbaren Energiespeicher vorhandenen Sicherheitssystemen erzeugt werden, die die Betriebssicherheit im Fehlerfall weiter erhöht. Zudem können damit auch elektrische Verbraucher und/oder wechselbare Energiespeicher sicher betrieben werden, die selbst über keine integrierte Möglichkeit zur Unterbrechung der Energiezufuhr verfügen. Der Grenzwert kann als eine mindestens oder höchstens zugelassene Spannung, ein mindestens oder höchstens zugelassener Strom oder eine höchstens zugelassene Temperatur und der Erwartungswert als ein Strom-Zeit-Profil, ein Widerstandswert des Temperaturwiderstands oder des Kodierwiderstands, ein Identifikationswert des wechselbaren Energiespeichers oder eine Information über eine Unterbrechung der Verbindung zum Temperaturwiderstand oder zum Kodierwiderstand ausgebildet sein.
Ergänzend kann vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit in Abhängigkeit vom Ladezustand einer Lastkapazität der elektrischen Last, insbesondere einer Zwischenkreiskapazität einer Leistungsendstufe, des elektrischen Verbrauchers einen Anlaufschutz des elektrischen Verbrauchers bei erneuter Energiezufuhr durch das zumindest eine Schaltelement nach einer Unterbrechung bewirkt und/oder ein selbständiges Zurücksetzen des Schnittstellenmoduls verhindert. Somit kann der Bediener beispielsweise unmittelbar nach dem Anschließen eines wechselbaren Energiespeichers an einen versehentlich noch eingeschalteten Verbraucher vor Verletzungen geschützt werden. Einen entsprechenden Schutz des Bedieners bietet die Vermeidung des selbständigen Zurücksetzens des Schnittstellenmoduls, nachdem ein erkannter Fehlerzustand, beispielsweise infolge einer wieder auf den Normalwert gesunkenen Temperatur des Energiespeichers, eines nahezu auf null gesunkenen Fehlerstroms oder dergleichen, nicht mehr vorliegt.
Um das zumindest eine Schaltelement vor zu hohen Lastströmen unmittelbar nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers durch den Bediener zu schützen, wird es erst dann dauerhaft eingeschaltet, wenn der Ladezustand der Lastkapazität des elektrischen Verbrauchers auf einen definierten Schwellwert, beispielsweise 90 %, angestiegen ist. Zum Vorladen der Lastkapazität des elektrischen Verbrauchers vor dessen Inbetriebnahme steuert die Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls das zumindest eine Schaltelement getaktet an. Alternativ oder ergänzend kann auch eine speziell ausgestaltete Ladestufe im Schnittstellenmodul für das Vorladen der Lastkapazität vorgesehen sein.
Falls der elektrische Verbraucher eine aufweckbare Elektronikeinheit aufweist, kann die Schnittstelle des Schnittstellenmoduls in besonders vorteilhafter Weise ein Aufwecksignal über einen als Open-Collector-Ausgang ausgebildeten Freigabekontakt und/oder Aufweckkontkat an die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers senden. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers durch das Anschließen des wechselbaren Energiespeichers aufgeweckt werden soll, um eine besonders schnelle Reaktion auf die Bedienung des Hauptschalters zu erzielen.
Um dem Bediener etwaige, durch das Schnittstellenmodul detektierte Fehlerzustände und/oder eine Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher anzuzeigen, weist das Schnittstellenmodul ein optisches, akustisches und/oder haptisches Anzeigemittel auf. Dieses kann beispielsweise als ein HMI (Human Machine Interface) in Form eines LC-, LED-, OLED-, AMOLED-Displays oder dergleichen ausgestaltet sein. Auch eine einfache, insbesondere mehrfarbige, LED kann als simples HMI dienen. Ebenso sind ein dynamischer Lautsprecher oder Piezo für die akustische oder ein Vibrationsmotor für die haptische Anzeige denkbar. Auch kann vorgesehen sein, dass das Anzeigemittel des Schnittstellenmoduls zur Anzeige von Betriebs- und/oder Fehlerzuständen des elektrischen Verbrauchers genutzt wird. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn der elektrische Verbraucher selbst über kein entsprechendes Anzeigemittel verfügt.
Damit das Schnittstellenmodul möglichst flexibel und universell für verschiedenste elektrische Verbraucher nutzbar ist, kann es als ein wechselbarer Adapter ausgestaltet sein. Der Adapter kann entweder werkzeuglos durch den Bediener oder nur mittels geeignetem Werkzeug durch den Hersteller bzw. einen autorisierten Händler austauschbar ausgeführt sein. im Falle einer werkzeuglosen Wechselbarkeit bietet es sich an, dass der Adapter zwei elektromechanische Schnittstellen aufweist, die einerseits mit der elektromechanischen Schnittstelle des wechselbaren Energiespeichers und andererseits mit der elektromechanischen Schnittstelle des elektrischen Verbrauchers kompatibel sind. Dabei umfasst die zweite elektromechanische Schnittstelle zwischen Schnittstellenmodul und elektrischen Verbraucher die eingangs erwähnte Schnittstelle zum insbesondere bidirektionalen Informationsaustausch.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers mittels des erfindungsgemäßen Schnittstellenmoduls mit zumindest den folgenden Schritten:

• Betätigen eines Hauptschalters des elektrischen Verbrauchers zum Aufwecken eines Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls,
• Einschalten zumindest eines Schaltelements, insbesondere zumindest eines MOSFETs, des Schnittstellenmoduls für die Energiezufuhr von einem an dem elektrischen Verbraucher angeschlossenen Energiespeicher zum elektrischen Verbraucher,
• Einschalten einer elektrischen Last des elektrischen Verbrauchers, wenn der zumindest eine erfasste Betriebsparameter einen in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls hinterlegten Erwartungswert erfüllt und/oder innerhalb hinterlegter Grenzwerte liegt.

Mit besonderem Vorteil kann auf diese Weise ein für den Bediener einfacher und sicherer Aufweckvorgang zur Inbetriebnahme des elektrischen Verbrauchers umgesetzt werden. Zudem lässt sich ein redundantes Sicherheitskonzept für den elektrischen Verbraucher bzw. den damit verbundenen wechselbaren Energiespeicher realisieren.
Ergänzend sind zumindest folgende Schritte nach dem Einschalten des zumindest einen Schaltelements vorgesehen:

• Aufwecken einer Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers,
• Abfragen zumindest eines im Schnittstellenmodul erfassten Betriebsparameters durch die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers oder Senden des zumindest einen im Schnittstellenmodul erfassten Betriebsparameters an die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers und
• Einschalten der elektrischen Last des elektrischen Verbrauchers durch die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers, wenn der zumindest eine erfasste Betriebsparameter einen in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls hinterlegten Erwartungswert erfüllt und/oder innerhalb hinterlegter Grenzwerte liegt.

Insbesondere für elektrische Verbraucher, die bereits über eine integrierte Elektronikeinheit zur Steuerung der elektrischen Last verfügen, kann auf diese Weise in Verbindung mit dem Schnittstellenmodul ein sicherer Betrieb des wechselbaren Energiespeichers ermöglicht werden.
In einem weiteren Schritt des Verfahrens ist vorgesehen, dass eine Lastkapazität, insbesondere eine Zwischenkreiskapazität einer Leistungsendstufe, des elektrischen Verbrauchers vor dem dauerhaften Schließen des zumindest einen Schaltelements mit den bereits weiter oben erwähnten Vorteilen vorgeladen wird.
Zudem kann zur weiteren Verbesserung der Betriebssicherheit in einem weiteren Schritt die Energiezufuhr vom Energiespeicher zum elektrischen Verbraucher durch Öffnen des zumindest einen Schaltelements unterbrochen werden und/oder das Schnittstellenmodul einen Abschaltbefehl über einen Freigabekontakt an die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers senden, sobald der zumindest eine erfasste Betriebsparameter den im Speicher der Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls hinterlegten Erwartungswert nicht erfüllt und/oder außerhalb der hinterlegten Grenzwerte liegt. Reagiert die Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers dann nicht auf den Abschaltbefehl des Schnittstellenmoduls, öffnet das Schnittstellenmodul seinerseits das zumindest eine Schaltelement zur Unterbrechung der Energiezufuhr im Sinne einer redundanten Sicherheitsstufe. Im Kurschlussfall erfolgt dagegen unabhängig von der Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers eine sofortige Unterbrechung der Energiezufuhr.
In einem weiteren Schritt wird das zumindest eine Schaltelement zur Unterbrechung der Energiezufuhr geöffnet, wenn der Entladestrom eine definierte Zeitspanne nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers nicht annähernd auf null gesunken ist. Mit besonderen Vorteil können so etwaige Fehlerströme erkannt werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Schnittstellenmodul nach dem Loslassen des Hauptschalters in einem Schritt des Verfahrens noch für eine Nachlaufzeit, insbesondere zwischen 5 und 15 Minuten, mit Energie versorgt wird, bevor die Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls, das zumindest eine Schaltelement zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher öffnet. Dies gewährleistet einerseits eine sehr schnelle erneute Inbetriebnahme innerhalb der Nachlaufzeit und anderseits eine sichere Überwachung der Betriebsparameter auch nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers.
Ausführungsbeispiele
Figurenliste
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der 1 bis 6 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten.
Es zeigen

1: einen wechselbaren Energiespeicher, der mittels unterschiedlicher, unmittelbar mit dem wechselbaren Energiespeicher inkompatibler, elektrischer Verbraucher einer definierten Spannungsklasse entladen und mittels eines Ladegeräts geladen werden kann, in einer schematischen Darstellung,
2: ein Blockschaltbild des wechselbaren Energiespeichers, des unmittelbar mit dem wechselbaren Energiespeicher inkompatiblen elektrischen Verbrauchers und eines erfindungsgemäßen Schnittstellenmoduls,
3: eine schematische Darstellung des in dem elektrischen Verbraucher aufgenommenen Schnittstellenmoduls,
4: eine schematische Darstellung des als wechselbaren Adapter ausgebildeten Schnittstellenmoduls an einem als Bohrhammer ausgebildeten elektrischen Verbraucher,
5: eine erste Ausführungsform einer elektromechanischen Schnittstelle des Schnittstellenmoduls bzw. des Adapters in einer schematischen Darstellung und
6: eine zweite Ausführungsform der elektromechanischen Schnittstelle des Schnittstellenmoduls bzw. des Adapters in einer schematischen Darstellung.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele
1 zeigt einen wechselbaren Energiespeicher 10 in Form eines wiederaufladbaren Wechselakkupacks 12 mit einer, eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 14 aufweisenden elektromechanischen Schnittstelle 16. Der Wechselakkupack 12 kann mittels eines Ladegeräts 18 geladen und durch diverse elektrische Verbraucher 20 entladen werden. Dazu müssen das Ladegerät 18 und die elektrischen Verbraucher 20 jeweils eine weitere, eine Mehrzahl elektrischer Kontakte 14 aufweisende elektromechanische Schnittstelle 22 aufweisen, die zu der elektromechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupacks 12 sowohl elektrisch als auch mechanisch kompatibel ist. 1 soll veranschaulichen, dass die Erfindung für verschiedenste elektrische Verbraucher 20 geeignet ist. So sind exemplarisch ein Akkustaubsauger 24, ein Akkuschlagschrauber 26 und ein Akkurasentrimmer 28 gezeigt. Im Kontext der Erfindung können jedoch auch andere Elektrowerkzeuge, Messgeräte, Gartengeräte und Haushaltsgeräte als elektrische Verbraucher 20 in Frage kommen.
Der Wechselakkupack 12 umfasst ein Gehäuse 30, das an einer Seitenwand bzw. an seiner Oberseite 32 die elektromechanische Schnittstelle 16 zur werkzeuglos lösbaren Verbindung mit der dazu kompatiblen, weiteren elektromechanischen Schnittstelle 24 des Ladegeräts 18 bzw. der elektrischen Verbraucher 20 aufweist. In Verbindung mit dem elektrischen Verbraucher 20 dienen die elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 primär dem Entladen des Wechselakkupacks 12, während sie in Verbindung mit dem Ladegerät 18 dem Aufladen des Wechselakkupacks 10 dienen. Die genaue Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 ist abhängig von verschiedenen Faktoren, wie beispielsweise der Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers 20, des Ladegeräts 18 und des Wechselakkupacks 12 sowie diverser Herstellerspezifikationen. So können z.B. zwei oder mehr elektrische Kontakte 14 zur Energie- und/oder Datenübertragung zwischen dem Wechselakkupack 12 und dem Ladegerät 18 bzw. dem elektrischen Verbraucher 20 vorgesehen sein. Auch ist eine mechanische Kodierung denkbar, so dass der Wechselakkupack 12 nur an bestimmten elektrischen Verbrauchern 20 betreibbar ist. Entsprechende Ausführungsbeispiele sind nachfolgend in den 5 und 6 gezeigt.
Wie eingangs erwähnt, haben sich vermehrt unterschiedliche Hersteller elektrischer Verbraucher 20 zu so genannten Akku-Allianzen zusammengeschlossen, bei denen die elektrischen Verbraucher 20 der unterschiedlichen Hersteller eine gemeinsame Energiespeicherplattform nutzen, um dem Kunden einerseits eine möglichst breite Palette an elektrischen Verbrauchern 20 anbieten zu können und andererseits ein bereits erfolgreiches und etabliertes Konzept von Wechselakkupacks 12 eines bestimmten Herstellers nutzen zu können. Häufig ergibt sich hierbei jedoch das Problem, dass die elektromechanischen Schnittstellen der elektrischen Verbraucher 20 eines Herstellers und die elektromechanische Schnittstelle 16 der Wechselakkupacks 12 des anderen Herstellers inkompatibel zueinander sind. Daher ist eine Anpassung der inkompatiblen elektrischen Verbraucher 20 an die gemeinsame Energiespeicherplattform mittels eines nachfolgend beschriebenen Schnittstellenmoduls 34 (vgl. 2) erforderlich.
Der Wechselakkupack 12 verfügt über eine mechanische Arretiervorrichtung 36 zur Arretierung der form- und/oder kraftschlüssig lösbaren Verbindung der elektromechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupack 12 an der entsprechenden Gegenschnittstelle 22 des am oder im elektrischen Verbraucher 20 montierten Schnittstellenmoduls 34. Dabei ist die Arretiervorrichtung 36 als ein gefederter Drücker 38 ausgebildet, der mit einem Arretierglied 40 des Wechselakkupacks 12 wirkverbunden ist. Aufgrund der Federung des Drückers 38 und/oder des Arretierglieds 40 rastet die Arretiervorrichtung 36 beim Einschieben des Wechselakkupacks 12 in die Gegenschnittstelle 22 des Schnittstellemoduls 34 automatisch ein. Drückt ein Bediener den Drücker 38 in Einschubrichtung, wird die Arretierung gelöst und der Bediener kann den Wechselakkupack 12 entgegen der Einschubrichtung aus dem elektrischen Verbraucher 20 bzw. dem Schnittstellenmodul 34 entnehmen bzw. ausschieben.
In 2 ist ein Blockschaltbild bestehend aus dem als wiederaufladbaren Wechselakkupack 12 ausgebildeten wechselbaren Energiespeicher 10 auf der linken Seite und einem normalerweise zum Wechselakkupack 12 inkompatiblen, elektrischen Verbraucher 20 auf der rechten Seite dargestellt. Um eine Kompatibilität zwischen Wechselakkupack 12 und elektrischem Verbraucher 20 herzustellen, weist der elektrische Verbraucher 20 das Schnittstellenmodul 34 auf, das beispielsweise als eine Leiterplatte mit entsprechenden elektronischen Bauteilen und einer zur elektromechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupacks passenden Gegenschnittstelle 22 ausgestaltet ist.
Die zueinander kompatiblen elektromechanischen Schnittstellen 16 und 22 sind jeweils mit einer Mehrzahl elektrischer Kontakte 14 versehen, wobei ein erster der elektrischen Kontakte 14 als ein mit einem ersten Bezugspotential V₁, vorzugsweise einem Versorgungspotential V₊, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 42 und ein zweiter der elektrischen Kontakte 14 als ein mit einem zweiten Bezugspotential V₂, vorzugsweise einem Massepotential GND, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 44 dient. Über den ersten und den zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44 kann der Wechselakkupack 12 einerseits durch den elektrischen Verbraucher 20 mit einem Entladestrom l entladen und anderseits durch das Ladegerät 18 mit einem Ladestrom (in 2 nicht gezeigt) geladen werden. Die Stromstärken von Lade- und Entladestrom können sich signifikant voneinander unterscheiden. So kann der Entladestrom bei entsprechend ausgelegten elektrischen Verbrauchern 20 bis zu 10 Mal höher sein als der Ladestrom des Ladegeräts 18. Der Begriff „beaufschlagbar“ soll verdeutlichen, dass die Potentiale V₊ und GND nicht dauerhaft an den Energieversorgungskontakten 42, 44 anliegen, sondern erst nach Verbindung der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 des Wechselakkupacks 12 und des Schnittstellenmoduls 34. Entsprechendes gilt für einen entladenen Wechselakkupack 12 nach Verbindung mit dem Ladegerät 16.
Der Wechselakkupack 12 weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 46 auf, die zwar in 2 als eine Reihenschaltung dargestellt sind, alternativ oder ergänzend aber auch in einer Parallelschaltung betrieben werden können, wobei die Reihenschaltung die über die Energieversorgungskontakte 42, 44 abfallende Batteriespannung U_Batt bzw. Spannungsklasse des Wechselakkupacks 12 definiert, während eine Parallelschaltung einzelner Energiespeicherzellen 46 primär die Kapazität des Wechselakkupacks 12 erhöht. Wie bereits erwähnt, können auch einzelne aus parallel verschalteten Energiespeicherzellen 46 bestehende Zell-Cluster in Reihe geschaltet werden, um eine bestimmte Batteriespannung U_Batt des Wechselakkupacks 12 bei gleichzeitig erhöhter Kapazität zu erzielen. Bei gängigen Li-lon-Energiespeicherzellen 46 mit einer Zellspannung U_Cell von jeweils 3,6 V fällt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die Energieversorgungskontakte 42, 44 eine Batteriespannung U_Batt = V₁ - V₂ von 5 · 3,6 V = 18 V ab. Je nach Anzahl der in einem Zell-Cluster parallel geschalteten Energiespeicherzellen 46 kann die Kapazität gängiger Wechselakkupacks 12 bis zu 12 Ah oder mehr betragen. Die Erfindung ist jedoch nicht von der Art, Bauform, Spannung, Stromlieferfähigkeit, etc. der verwendeten Energiespeicherzellen 46 abhängig, sondern kann auf beliebige Wechselakkupacks 12 und Energiespeicherzellen 46 angewendet werden.
Zur Überwachung der einzelnen, in Reihe geschalteten Energiespeicherzellen 46 bzw. Zell-Cluster des Wechselakkupacks 12 ist eine SCM-Vorstufe 48 (Single-Cell-Monitoring) vorgesehen. Die SCM-Vorstufe 48 weist eine Multiplexer-Messvorrichtung 50 auf, die über Filterwiderstände 52 hochohmig mit entsprechenden Abgriffen 54 der Pole der Energiespeicherzellen 46 bzw. Zell-Cluster verbindbar ist. Im Folgenden soll der Begriff Energiespeicherzelle auch das Zell-Cluster umfassen, da diese lediglich Einfluss auf die Kapazität des Wechselakkupacks 12 haben, für die Erfassung der Zellspannungen U_Cell aber gleichbedeutend sind. Die insbesondere hochohmig ausgestalteten Filterwiderstände 54 können insbesondere im Fehlerfall eine gefährliche Erwärmung der Messeingänge der Multiplexer-Messvorrichtung 50 verhindern.
Das Umschalten der Multiplexer-Messvorrichtung 50 kann über eine im Wechselakkupack 12 integrierte Überwachungseinheit 56 oder auch direkt innerhalb der SCM-Vorstufe 50 erfolgen. Zudem können auf diese Weise parallel zu den Energiespeicherzellen 46 geschaltete Schaltelemente 60 der SCM-Vorstufe 50 geschlossen oder geöffnet werden, um auf diese Weise ein so genanntes Balancing der Energiespeicherzellen 46 zur Erzielung einheitlicher Lade- bzw. Entladezustände der einzelnen Energiespeicherzellen 46 zu bewirken. Es ist ebenfalls denkbar, dass die SCM-Vorstufe 50 die gemessenen Zellspannungen U_Cell an die Überwachungseinheit 56 durchreicht, so dass die eigentliche Messung der Zellspannungen U_Cell direkt von der Überwachungseinheit 56, beispielsweise über entsprechenden Analog-Digital-Umwandler (ADC) durchgeführt wird.
Die Überwachungseinheit 56 kann als ein integrierter Schaltkreis in Form eines Mikroprozessors, ASICs, DSPs oder dergleichen ausgebildet sein. Ebenso ist aber auch denkbar, dass die Überwachungseinheit 56 aus mehreren Mikroprozessoren oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen mit entsprechender Transistorlogik besteht. Zudem kann die Überwachungseinheit 56 einen Speicher zur Speicherung zumindest eines Betriebsparameters des Wechselakkupacks 12, wie beispielsweise der Batteriespannung U_Batt, der Zellspannungen U_Cell, des Lade- oder Entladestroms I, eines Stromintegrals, einer Temperatur T oder dergleichen aufweisen.
Zur Messung der Temperatur T des Wechselakkupacks 12 bzw. der Energiespeicherzellen 46 mittels einer im Wechselakkupack 12 integrierten Messschaltung 64 dient ein im Wechselakkupack 12 angeordneter Temperatursensor 66, der vorzugsweise als NTC ausgebildet ist und im engen thermischen Kontakt mit mindestens einer der Energiespeicherzellen 46 steht. Die derart gemessene Temperatur T kann dann von einer Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 über einen ersten als Signal- oder Datenkontakt 70 ausgebildeten Kontakt 14 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 ausgewertet werden.
Damit das Schnittstellenmodul 34 des elektrischen Verbrauchers 20 den Wechselakkupack 12 identifizieren und ggf. zum Entladen freigeben kann, weist der Wechselakkupack 12 einen Kodierwiderstand 72 auf, der mit der Messschaltung 62 verbunden ist. Der mit der Messschaltung 62 gemessene Widerstandswert des Kodierwiderstands 72 kann dann über einen weiteren als Signal- oder Datenkontakt 74 ausgebildeten Kontakt 14 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 22 von der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 ausgewertet werden. Stimmt der Widerstandswert des Kodierwiderstands 72 mit einem in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 hinterlegen Erwartungswert überein, so wird der Entladevorgang des Wechselakkupacks 12 durch die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 freigegeben. Statt nur eines Kodierwiderstands 72 können auch mehrere Kodierwiderstände im Wechselakkupack 12 jeweils für den Lade- und Entladevorgang vorgesehen sein. Stimmen die gemessenen Widerstandswerte der Kodierwiderstände nicht mit den Erwartungswerten gemäß der Look-Up-Tabelle überein, wird der Lade- bzw. Entladevorgang des Wechselakkupacks 12 abgebrochen bzw. nicht erlaubt. Mit besonderem Vorteil erlaubt dies einen Betrieb von Wechselakkupacks 12 unterschiedlicher Leistungsklassen mit identischen elektromechanischen Schnittstellen 16 bzw. 22.
Neben der gemessenen Temperatur T bzw. dem Widerstandswert des Temperatursensors 66 und/oder des Kodierwiderstands 72 können über den ersten und/oder zweiten Signal- oder Datenkontakt 70 bzw. 74 auch die bereits erwähnten weiteren Betriebsparameter vom Wechselakkupack 12 an das Schnittstellenmodul 34 zur dortigen Auswertung mittels der Steuer- oder Regeleinheit 68 übertragen werden. Zudem können die Signal- oder Datenkontakte 70 bzw. 74 zum beiderseitigen Informationsaustausch zwischen Wechselakkupack 12 und elektrischem Verbraucher 20 auch bidirektional ausgebildet sein. Auf diese Weise kann das Schnittstellenmodul 44 den Wechselakkupack 12 über die dortige Überwachungseinheit 56 oder ggf. auch direkt steuern, wenn der zumindest eine Betriebsparameter einen im Speicher der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 hinterlegten Grenzwert über- oder unterschreitet und/oder von einem in dem Speicher hinterlegten Erwartungswert abweicht. Dabei dient beispielsweise ein Shunt-Widerstand 76 des Schnittstellenmoduls 34 zur Messung des Entladestroms I. Zudem kann das Schnittstellenmodul 34 einen nicht gezeigten Temperatursensor zur Messung der Temperatur T aufweisen. Auch eine direkte Messung der an den Energieversorgungskontakten 42, 44 des Schnittstellenmoduls 34 anliegenden Batteriespannung U_Batt mittels der Steuer- und Regeleinheit 68 ist denkbar. Der Grenzwert kann folglich ein mindestens oder höchstens zugelassener Spannungswert, ein mindestens oder höchstens zugelassener Stromwert oder ein höchstens zugelassener Temperaturwert und der Erwartungswert ein Strom-Zeit-Profil, ein Widerstandswert des Temperaturwiderstands 66 oder des Kodierwiderstands 72, ein anderer Identifikationswert des Wechselakkupacks 12 oder eine Information über eine Unterbrechung der Verbindung zum Temperaturwiderstand 66 oder zum Kodierwiderstand 72 sein. Ebenso ist denkbar, dass die Signal- oder Datenübertragung statt über die zusätzlichen Signal- oder Datenkontakte 70, 74 auch über den ersten und/oder den zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44 im Sinne einer Powerline Communication erfolgt.
Überschreitet der mittels des Shunt-Widerstands 76 gemessene Entladestrom I beispielsweise einen höchstens zugelassenen Stromwert oder liegt die von der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 gemessene Batteriespannung U_Batt außerhalb der Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers 20, also unter einem mindestens zugelassenen oder über einem höchstens zugelassene Spannungswert, so kann der Entladestrom I vom Wechselakkupack 12 zum elektrischen Verbraucher 20 zeitweise oder dauerhaft unterbrochen werden, indem die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 ein Schaltelement 78 im Massepfad (Low-Side) des Schnittstellenmoduls 34 öffnet. Es ist aber auch denkbar, dass ein oder mehr Schaltelemente 78 im Versorgungspfad (High-Side) angeordnet ist. Ebenso kann sowohl im Versorgungspfad als auch im Massepfad jeweils zumindest ein Schaltelement 78 vorgesehen sein. Bevorzugt ist das Schaltelement 78 als ein MOSFET ausgebildet, wobei auch andere Schaltelemente, wie beispielsweise ein Relais, ein IGBT, ein Bipolar-Transistor oder dergleichen denkbar ist. Somit können mittels des Schnittstellenmoduls 34 auch elektrische Verbraucher 20 und/oder wechselbare Energiespeicher 10 sicher betrieben werden, die selbst über keine integrierte Möglichkeit zur Unterbrechung der Energiezufuhr verfügen. Wie in 2 gezeigt, kann auch der Wechselakkupack 12 selbst ein entsprechendes Schaltelement 80 zur Unterbrechung des Entlade- oder Ladestroms I aufweisen, das mittels der dortigen Überwachungseinheit 56 angesteuert wird. Diese erhält dann über den zumindest einen als Signal- oder Datenkontakt 70, 72 ausbildeten Kontakt 14 der elektromechanischen Schnittstellen 16, 20 des Wechselakkupacks 12 und des Schnittstellenmoduls 34 einen entsprechenden Schaltbefehl von der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 68. Zur Anpassung der über die Signal- oder Datenkontakte 70, 72 übertragenen Signale bzw. Daten zwischen der Überwachungseinheit 56 bzw. der Messschaltung 62 des Wechselakkupacks 12 und der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34, weist das Schnittstellenmodul 34 entsprechende Analog- bzw. Analog-Digital-Umsetzer 82 auf, die jeweils zwischen den Signal- oder Datenkontakten 70, 72 und der Steuer- oder Regeleinheit 68 geschaltet sind.
Zur Steuerung oder Regelung des elektrischen Verbrauchers 20 ist die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 über eine weitere Schnittstelle 84 mit einer Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 verbunden. Dazu weist die weitere Schnittstelle 84 Kontaktpunkte 88 auf, die beispielsweise als Löt- oder Steckkontakte des als Leiterplatte ausgebildeten Schnittstellenmoduls 34 ausgebildet sind. Ein erster dieser Kontaktpunkte 88 dient als ein insbesondere bidirektionaler Datenkontakt 90 und ein zweiter Kontaktpunkt 88 als ein Freigabekontakt 92 zwischen der Elektronikeinheit 86 und einer Schutzschaltung 94 des Schnittstellenmoduls 34. Die Schutzschaltung 94 bewirkt eine Pegelanpassung etwaiger Spannungsunterschiede zwischen der Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 und der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34. Dazu trennt sie die entsprechenden Signale voneinander über zwei unterschiedliche Massepotentiale. Diese beiden Massepotentiale können auch galvanisch voneinander getrennt sein. Während ein erstes Massepotential auf dem Massepotential GND des Wechselakkupacks 12 liegt, ist das zweite Massepotential über den elektrischen Verbraucher 20 definiert. Über einen dritten als Aufweckkontakt 96 ausgebildeten Kontaktpunkt 88 der Schnittstelle 84 kann die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 optional ein Aufwecksignal an die Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 senden, falls die Elektronikeinheit 86 nicht direkt über den Freigabekontakt 92 geweckt werden kann. Die mit dem Freigabekontakt 92 bzw. dem Aufweckkontakt 96 verbundenen Ausgänge der Schutzschaltung 94 sind bevorzugt als Open-Collector-Ausgänge ausgestaltet, die den jeweiligen Collector beim Schließen des zugehörigen Transistors auf das zweite Massepotential des elektrischen Verbrauchers 20 ziehen.
Um den elektrischen Verbraucher 20 in Betrieb zu nehmen, betätigt der Bediener einen Hauptschalter 98 des elektrischen Verbrauchers 20 (vgl. hierzu auch 1). Dadurch wird die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 über eine mit dem Hauptschalter 98 mittels eines vierten Kontaktpunkts 88 der Schnittstelle 84 verbundene Aufweck-Schlaf-Erkennungsschaltung 100 geweckt.
Die Steuer- oder Regeleinheit 68 schließt daraufhin das bis dahin geöffnete Schaltelement 78 des Schnittstellenmoduls 34, um die Energiezufuhr vom Wechselakkupack 12 zum elektrischen Verbraucher 20 zu ermöglichen. Durch das Aufwecken der Steuer- und Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 wird auch die Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 über den Freigabekontakt 92 bzw. den Aufweckkontakt 96 geweckt. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn die Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 durch das Anstecken des Wechselakkupacks 12 aufgeweckt werden soll, um eine besonders schnelle Reaktion auf die Bedienung des Hauptschalters 98 zu erzielen.
Anschließend fragt die Elektronikeinheit 86 den zumindest einen vom Schnittstellenmodul 34 erfassten Betriebsparameter ab oder das Schnittstellenmodul 34 sendet seinerseits den zumindest einen erfassten Betriebsparameter an die Elektronikeinheit 86. Liegt der zumindest eine erfasste Betriebsparameter innerhalb der im Speicher der Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 hinterlegten Grenzwerte bzw. erfüllt er einen dort hinterlegten Erwartungswert, so schaltet die Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 eine mit dem ersten und dem zweiten Energieversorgungskontakt 42, 44 der elektromechanischen Schnittstelle 22 des Schnittstellenmoduls 34 verbundene, elektrische Last 102 ein, an der die Batteriespannung U_Batt anliegt. Die elektrische Last 102 kann beispielsweise als ein mittels einer Leistungsendstufe 104 per Pulsweitenmodulation (PWM) angesteuerter bürstenloser Gleichstrommotor (EC- oder BLDC-Motor, nicht gezeigt) des Akkustaubsauger 24, des Akkuschlagschraubers 26 oder des Akkurasentrimmers 28 ausgestaltet sein. Auf eine detaillierte Beschreibung dieser Geräte soll verzichten werden, da sie dem Fachmann hinlänglich bekannt und daher nicht erfindungswesentlich sind. Als Leistungsendstufe 104 kann eine B6-Brücke oder dergleichen in Frage kommen, die einen dreiphasigen BLDC-Motor zu dessen Drehzahl- und/oder Drehmomentänderung pulsweitenmoduliert ansteuert, was unmittelbaren Einfluss auf den Entladestrom I des Wechselakkupacks 12 hat. Die Leistungsendstufe 104 weist in der Regel eine als Zwischenkreiskapazität 106 ausgebildete Lastkapazität 108 auf. Die Erfindung ist jedoch weder auf elektromotorisch angetriebene Lasten 102 im Allgemeinen noch auf per Leistungsendstufe 104 angesteuerte BLDC-Motoren im Speziellen beschränkt. So kann die elektrische Last 102 auch einen bürstenbehafteten Elektromotor aufweisen oder nichtmotorisch ausgestaltet sein. Dem Fachmann sind zahlreiche Varianten möglicher elektrischer Lasten bekannt, so dass hierauf nicht weiter im Detail eingegangen werden soll.
Für den Fall, dass der elektrische Verbraucher 20 selbst keine Elektronikeinheit 86 aufweist, kann alternativ auch vorgesehen sein, dass die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 die elektrische Last 102 im elektrischen Verbraucher 20 einschaltet, wenn der zumindest eine erfasste Betriebsparameter einen in dem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit 68 hinterlegten Erwartungswert erfüllt und/oder innerhalb hinterlegter Grenzwerte liegt.
Um den Bediener unmittelbar nach dem Anschließen des Wechselakkupacks 12 an einen versehentlich noch eingeschalteten elektrischen Verbraucher 20 vor Verletzungen zu schützen, kann die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 mittels einer Anlaufschutzschaltung 110 in Abhängigkeit vom Ladezustand der Lastkapazität 108 einen Anlaufschutz über die Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 bewirken. Ergänzend oder alternativ lässt sich mittels der Anlaufschutzschaltung 110 auch ein selbständiges Zurücksetzen des Schnittstellenmoduls 34 verhindern. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass eine durch das Schaltelement 78 des Schnittstellenmoduls 34 unterbrochene Energiezufuhr infolge eines erkannten Fehlerzustands nach Beseitigung des Fehlerzustands, beispielsweise weil die Temperatur T oder ein Fehlerstrom des Wechselakkupacks 12 wieder unterhalb des jeweiligen Grenzwertes gesunken ist, durch ein selbständiges Schließen des Schaltelements 78 wiederhergestellt wird.
Um darüber hinaus auch das Schaltelement 78 des Schnittstellenmoduls 34 vor einem zu hohen Entladestrom I unmittelbar nach dem Einschalten des elektrischen Verbrauchers 20 durch den Bediener zu schützen, wird das Schaltelement 78 erst dann dauerhaft eingeschaltet, wenn der Ladezustand der Lastkapazität 108 des elektrischen Verbrauchers 20 auf einen definierten Schwellwert, beispielsweise 90 %, angestiegen ist. Dazu steuert die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 das zumindest eine Schaltelement 78 nach Betätigung des Hauptschalters 98 so lange getaktet an, bis der definierte Schwellwert für den Ladezustand erreicht ist. Alternativ oder ergänzend kann auch eine speziell ausgestaltete Ladestufe 112 im Schnittstellenmodul 34 für ein getaktetes oder ungetaktetes Vorladen der Lastkapazität 108 vorgesehen sein.
Eine weitere Schutzmaßnahme ergibt sich dadurch, dass die Energiezufuhr durch das Öffnen des Schaltelements 78 unterbrochen wird, wenn der Entladestrom I eine definierte Zeitspanne T_off nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers 20 nicht annähernd auf null gesunken ist. Somit können etwaige Fehlerströme erkannt werden.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Schnittstellenmodul 34 nach dem Loslassen des Hauptschalters 98 noch für eine Nachlaufzeit T_post, insbesondere zwischen 5 und 15 Minuten, mit Energie versorgt wird, bevor die Steuer- oder Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 das zumindest eine Schaltelement 78 zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher 20 öffnet. Dies gewährleistet einerseits eine sehr schnelle erneute Inbetriebnahme innerhalb der Nachlaufzeit T_post und anderseits eine sichere Überwachung der Betriebsparameter auch nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers 20.
Um dem Bediener etwaige, durch das Schnittstellenmodul 34 detektierte Fehlerzustände und/oder eine Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher 20 anzuzeigen, weist das Schnittstellenmodul 34 eine LED 112 auf, die in bevorzugter Weise an einer von außen gut sichtbaren Stelle der elektromechanischen Schnittstelle 22 des Schnittstellenmoduls 34 vorgesehen ist. Zur Anzeige eignen sich aber auch andere optische, akustische und/oder haptische Anzeigemittel, wie beispielsweise ein HMI (Human Machine Interface) in Form eines LC-, LED-, OLED-, AMOLED-Displays oder dergleichen, ein dynamischer Lautsprecher oder Piezo und/oder ein kleiner Vibrationsmotor. Ebenso ist denkbar, dass bereits im elektrischen Verbraucher 20 enthaltene Anzeigemittel genutzt werden, die über die Steuer- und Regeleinheit 68 des Schnittstellenmoduls 34 und die Elektronikeinheit 86 des elektrischen Verbrauchers 20 ansteuerbar sind. Auch kann vorgesehen sein, dass das Anzeigemittel des Schnittstellenmoduls 34 zur Anzeige von Betriebs- und/oder Fehlerzuständen des elektrischen Verbrauchers 20 genutzt wird. Dies ist insbesondere dann sinnvoll, wenn der elektrische Verbraucher selbst über kein entsprechendes Anzeigemittel verfügt.
3 zeigt einen Schnitt durch den Fuß 114 des als Bohrschlagschrauber 26 ausgebildeten elektrischen Verbrauchers 20. Das Schnittstellenmodul 34 samt der zugehörigen elektromechanischen Schnittstelle 22 ist in einer Halbschale 116 des Fußes 114 derart aufgenommen, dass der nicht gezeigte Wechselakkupack 12 mit seiner elektromechanischen Schnittstelle 16 direkt in den Fuß 114 eingeschoben werden kann und dann dort mit seinem Arretierglied 40 in einer nicht gezeigten Vertiefung der nur schematisch dargestellten, elektromechanischen Schnittstelle 22 des Schnittstellenmoduls 34 verrastet. Das Schnittstellenmodul 34 ist als eine vergossene Leiterplatte 118 ausgebildet, die über die Schnittstelle 84 mit der Elektronikeinheit 86 des Bohrschlagschraubers 26 elektrisch verbunden ist. Nur angedeutet dargestellt ist die Leistungsendstufe 104 als Bestandteil der elektrischen Last 102. Einem Fachmann ist der Aufbau des Bohrschlagschraubers 26 jedoch bekannt, so dass an dieser Stelle nicht weiter darauf eingegangen werden soll.
Damit das Schnittstellenmodul 34 flexibel und universell für verschiedenste elektrische Verbraucher 20 genutzt werden kann, ist es in 4 als ein werkzeuglos wechselbarer Adapter 120 ausgestaltet. Der Adapter 120 weist zumindest zwei unterschiedliche elektromechanische Schnittstellen 22, 122 auf, wobei die erste elektromechanische Schnittstelle 22 kompatibel zu der elektromechanischen Schnittstelle 16 des Wechselakkupacks 12 und die zumindest eine zweite elektromechanische Schnittstelle 122 kompatibel zu einer elektromechanischen Schnittstelle 124 des als Bohrhammer 126 ausgebildeten elektrischen Verbrauchers 20 ist. Die zumindest eine zweite elektromechanische Schnittstelle 122 weist dazu die elektrischen Kontaktpunkte 88 der Schnittstelle 84 auf. Eine besonders hohe Flexibilität kann erreicht werden, wenn die zumindest eine zweite elektromechanische Schnittstelle 122 des Adapters 120 für unterschiedliche elektrische Verbraucher 20 wechselbar am Adapter 120 ausgestaltet ist. Hier bietet sich jedoch an, dass ein Austausch der zumindest einen zweiten elektromechanischen Schnittstelle 122 nur Hersteller seitig vorgenommen werden kann. Ebenso ist denkbar, dass auch der vollständige Adapter 120 nur vom Hersteller des elektrischen Verbrauchers 20 mit entsprechendem Werkzeug ausgewechselt werden kann. Gegenüber dem als vergossene Leiterplatte 118 ausgebildeten Schnittstellenmodul 34 ergibt sich so der zusätzliche Vorteil einer leichteren Austauschbarkeit des Schnittstellenmoduls 34 durch den Hersteller des elektrischen Verbrauchers 20. Auch lässt sich der elektrische Verbraucher 20 so schneller wieder auf seine ursprüngliche elektromechanische Schnittstelle 124 zurückrüsten.
4 zeigt überdies die Möglichkeit, den Adapter 120 derart auszugestalten, dass er für besonders leistungsfähige elektrische Verbraucher 20 einer definierten Spannungsklasse zwei erste elektromechanischen Schnittstellen 22 für zwei parallel oder in Reihe geschaltete Wechselakkupacks 12 mit jeweils derselben Batteriespannung U_Batt aufweist. Im Falle einer Parallelschaltung der beiden Wechselakkupacks 12 muss die Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers 20 dann der jeweiligen Batteriespannung U_Batt eines einzelnen Wechselakkupacks 12 entsprechen, während die Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers 20 bei einer Reihenschaltung der beiden Wechselakkupacks 12 doppelt so hoch sein muss, wie die Batteriespannung U_Batt eines einzelnen Wechselakkupacks 12. Entsprechend muss dann auch eine Elektronik im Adapter 120 bzw. im Schnittstellenmodul 34 vorgesehen sein, die zur Verwaltung der zwei Wechselakkupacks 12 geeignet ist. Zudem ist die Elektronik mit Vorteil in der Lage, gewisse Spannungsabweichungen zwischen der resultierenden Batteriespannung U_Batt der verschalteten Wechselakkupacks 12 und der definierten Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers 20 auszugleichen. Da dem Fachmann eine derartige Elektronik bekannt ist, soll hierauf jedoch nicht näher eingegangen werden.
Um dem Bediener etwaige, durch das Schnittstellenmodul 34 des Adapters 120 detektierte Fehlerzustände und/oder eine Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher 20 anzuzeigen, weist der Adapter 120 ein optisches, akustisches und/oder haptisches Anzeigemittel 128 auf, das als die bereits weiter oben erwähnte LED 112 oder ein anderes geeignetes HMI ausgebildet sein kann. Auch hier kann das Anzeigemittel 128 des Adapters 120 zusätzlich zur Anzeige von Betriebs- und/oder Fehlerzuständen des Bohrhammers 126 genutzt werden, insbesondere, wenn dieser über kein entsprechendes, eigenes Anzeigemittel verfügt.
Die 5 und 6 zeigen zwei mögliche Ausgestaltungsformen der elektromechanische Schnittstelle 22 des Schnittstellenmoduls 34 bzw. des Adapters 120 zur werkzeuglosen Verbindung mit verschiedenen Wechselakkupacks 12 für zwei unterschiedliche Batteriespannungen U_Batt bzw. Spannungsklassen. in 5 ist die elektromechanische Schnittstelle 22 beispielsweise für eine Batteriespannung U_Batt von 18 V und in 6 für eine Batteriespannung U_Batt von 10,8 V ausgelegt.
Die elektromechanischen Schnittstellen 22 weisen jeweils die in 2 dargestellten elektrischen Kontakte 14 auf, wobei ein erster der elektrischen Kontakte 14 als ein mit dem ersten Bezugspotential V₁, vorzugsweise dem Versorgungspotential V₊, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 42, ein zweiter der elektrischen Kontakte 14 als ein mit dem zweiten Bezugspotential V₂, vorzugsweise dem Massepotential GND, beaufschlagbarer Energieversorgungskontakt 44 und ein dritter sowie vierter der elektrischen Kontakte 14 jeweils als ein Signal- oder Datenkontakt 70 bzw. 74 dient. Die elektrischen Kontakte 14 sind auf einem bevorzugt aus Kunststoff gefertigten Kontaktträger 130 befestigt bzw. von diesem teilweise umspritzt. Zudem weist der Kontaktträger 130 mechanische Kodierungen 132 auf, so dass die elektromechanische Schnittstelle 22 nur mit Wechselakkupacks 12 einer bestimmten Spannungs- und/oder Leistungsklasse kompatibel ist.
Der in 5 gezeigte Kontakthalter 130 ist im Unterschied zu dem in 6 gezeigten Kontakthalter 130 federnd über eine Druckfeder 134 am Schnittstellenmodul 34 bzw. Adapter 120 gelagert, so dass die elektromechanische Schnittstelle 22 besser gegen Vibrationen während des Betriebs des elektrischen Verbrauchers 20 geschützt ist. Insbesondere bei elektrischen Verbrauchern 20 höherer Leistungsklassen ist dies besonders vorteilhaft.
Analog zu der elektromechanischen Schnittstelle 22 kann auch die in 4 angedeutete zweite elektromechanische Schnittstelle 122 des Adapters 120 ausgebildet sein. Ihr Aufbau hängt aber maßgeblich von der Ausgestaltung der elektromechanischen Schnittstelle 124 des elektrischen Verbrauchers 20 ab.
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die in den 1 bis 6 gezeigten Formen und Größenverhältnisse der Ausführungsbeispiele noch auf die in der Beschreibung exemplarisch genannten Werte und Zahlenangaben beschränkt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016097081 [0004]

Claims

Schnittstellenmodul (34) zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers (20) einer definierten Spannungsklasse mit zumindest einem mit dem elektrischen Verbraucher (20) unmittelbar inkompatiblen, wechselbaren Energiespeicher (10), dadurch gekennzeichnet, dass die definierte Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers (20) einem ganzzahligen Vielfachen einer Batteriespannung (U_Batt) des zumindest einen wechselbaren Energiespeicher (10) entspricht und dass das Schnittstellenmodul (34) eine Steuer- oder Regeleinheit (68) aufweist, die zumindest einen Betriebsparameter (U, I, T) des wechselbaren Energiespeichers (10) überwacht und in Abhängigkeit des überwachten Betriebsparameters (U, I, T) eine elektrische Last (102) des elektrischen Verbrauchers (20) steuert.
Schnittstellenmodul (34) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (34) eine Schnittstelle (84) zum elektrischen Verbraucher (20) aufweist, über die der wechselbare Energiespeicher (10) und der elektrische Verbraucher (20) Informationen, insbesondere über den zumindest einen Betriebsparameter (U, I, T), senden und/oder empfangen können.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zumindest eine Betriebsparameter (U, I, T) eine Spannung (U), ein Strom (I), ein Stromintegral, eine Temperatur (T), eine Information über einen Temperaturwiderstand (66) und/oder eine Information über einen Kodierwiderstand (72) bzw. andere Werte zur Identifikation des wechselbaren Energiespeichers (10) ist.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (34) zumindest ein Schaltelement (78), insbesondere zumindest einen MOSFET, aufweist, mittels dem die Steuer- oder Regeleinheit (68) die Energiezufuhr vom wechselbaren Energiespeicher (10) zum elektrischen Verbraucher (20) zeitweise oder dauerhaft unterbrechen kann, wenn der zumindest eine Betriebsparameter (U, I, T) einen in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit (68) hinterlegten Grenzwert über- oder unterschreitet und/oder von einem in dem Speicher hinterlegten Erwartungswert abweicht.
Schnittstellenmodul (34) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Grenzwert als eine mindestens oder höchstens zugelassene Spannung, ein mindestens oder höchstens zugelassener Strom oder eine höchstens zugelassene Temperatur und der Erwartungswert ein Widerstandswert des Temperaturwiderstands (66) oder des Kodierwiderstands (72) oder eine Information über eine Unterbrechung der Verbindung zum Temperaturwiderstand (66) oder zum Kodierwiderstand (72) ausgebildet ist.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (68) in Abhängigkeit vom Ladezustand einer Lastkapazität (106) der elektrischen Last (102), insbesondere einer Zwischenkreiskapazität (108) einer Leistungsendstufe (104), des elektrischen Verbrauchers (20) einen Anlaufschutz des elektrischen Verbrauchers (20) bei erneuter Energiezufuhr durch das Schaltelement (78) nach einer Unterbrechung bewirkt und/oder ein selbständiges Zurücksetzen des Schnittstellenmoduls (34) verhindert.
Schnittstellenmodul (34) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuer- oder Regeleinheit (68) das zumindest eine Schaltelement (78) getaktet ansteuert, um ein Vorladen der Lastkapazität (106) des elektrischen Verbrauchers (20) vor dessen Inbetriebnahme zu bewirken.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schnittstelle (84) des Schnittstellenmoduls (34) einen als Open-Collector-Ausgang ausgestalteten Freigabekontakt (92) und/oder Aufweckkontakt (96) zum Senden eines Aufwecksignals an eine Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20) aufweist.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (34) ein Anzeigemittel (112, 128) zur Anzeige eines detektierten Fehlerzustandes und/oder einer Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher (20) aufweist.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (34) eine elektromechanische Schnittstelle (22) aufweist, die mit einer elektromechanischen Schnittstelle (16) des wechselbaren Energiespeichers (10) kompatibel ist.
Schnittstellenmodul (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (34) als ein wechselbarer Adapter (120) für den elektrischen Verbraucher (20) ausgebildet ist, wobei der Adapter (120) eine erste, zur elektromechanischen Schnittstelle (16) des wechselbaren Energiespeichers (10) kompatible, elektromechanischen Schnittstelle (22) und eine zweite, zu einer elektromechanischen Schnittstelle (124) des elektrischen Verbrauchers (20) kompatible, elektromechanische Schnittstelle (122) aufweist, die die Schnittstelle (84) umfasst.
Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers (20) mittels eines Schnittstellenmoduls (34) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit zumindest den folgenden Schritten: • Betätigen eines Hauptschalters (98) des elektrischen Verbrauchers (20) zum Aufwecken eines Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34), • Einschalten zumindest eines Schaltelements (78), insbesondere zumindest eines MOSFETs, des Schnittstellenmoduls (34) für die Energiezufuhr von zumindest einem an dem elektrischen Verbraucher (20) angeschlossenen wechselbaren Energiespeicher (10) zum elektrischen Verbraucher (20) und • Einschalten einer elektrischen Last (102) des elektrischen Verbrauchers (20), wenn der zumindest eine erfasste Betriebsparameter (U, I, T) einen in einem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34) hinterlegten Erwartungswert erfüllt und/oder innerhalb hinterlegter Grenzwerte liegt.
Verfahren nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch die weiteren Schritte nach dem Einschalten des zumindest einen Schaltelements (78): • Aufwecken einer Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20), • Abfragen zumindest eines im Schnittstellenmodul (34) erfassten Betriebsparameters (U, I, T) durch die Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20) oder Senden des zumindest einen im Schnittstellenmodul (34) erfassten Betriebsparameters (U, I, T) an die Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20) und • Einschalten der elektrischen Last (102) des elektrischen Verbrauchers (20) durch die Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20), wenn der zumindest eine erfasste Betriebsparameter (U, I, T) einen in dem Speicher der Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34) hinterlegten Erwartungswert erfüllt und/oder innerhalb hinterlegter Grenzwerte liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt eine Lastkapazität (106) der elektrischen Last (102), insbesondere eine Zwischenkreiskapazität (108) einer Leistungsendstufe (104), des elektrischen Verbrauchers (20) vor dem dauerhaften Schließen des Schaltelements (78) vorgeladen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt die Energiezufuhr vom Energiespeicher (10) zum elektrischen Verbraucher (20) durch Öffnen des zumindest einen Schaltelements (78) unterbrochen wird und/oder dass das Schnittstellenmodul (34) einen Abschaltbefehl über einen als Open-Collector-Ausgang ausgebildeten Freigabekontakt (92) an die Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20) sendet, sobald der zumindest eine erfasste Betriebsparameter (U, I, T) den im Speicher der Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34) hinterlegten Erwartungswert nicht erfüllt und/oder außerhalb der hinterlegten Grenzwerte liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Schritt das zumindest eine Schaltelement (78) zur Unterbrechung der Energiezufuhr geöffnet wird, wenn der Entladestrom (I) eine definierte Zeitspanne (T_off) nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers (20) nicht annähernd auf null gesunken ist.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche 12 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das Schnittstellenmodul (34) nach dem Loslassen des Hauptschalters (98) in einem Schritt noch für eine Nachlaufzeit (T_post), insbesondere zwischen 5 und 15 Minuten, mit Energie versorgt wird, bevor die Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34) das zumindest eine Schaltelement (78) zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher (20) öffnet.