EP4402767A1 - Interface module for operating an electrical consumer with at least one exchangeable energy storage device and a method for controlling the electrical consumer by means of the interface module - Google Patents
Interface module for operating an electrical consumer with at least one exchangeable energy storage device and a method for controlling the electrical consumer by means of the interface moduleInfo
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- EP4402767A1 EP4402767A1 EP22748306.2A EP22748306A EP4402767A1 EP 4402767 A1 EP4402767 A1 EP 4402767A1 EP 22748306 A EP22748306 A EP 22748306A EP 4402767 A1 EP4402767 A1 EP 4402767A1
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Definitions
- Interface module for operating an electrical consumer with at least one exchangeable energy store and method for controlling the electrical consumer using the interface module
- the invention relates to an interface module for operating an electrical load of a defined voltage class with at least one replaceable energy store that is directly incompatible with the electrical load, and a method for controlling the electrical load using the interface module.
- a large number of electrical consumers are operated with rechargeable energy stores, which are discharged accordingly by the electrical consumer and can be recharged using a charger.
- energy stores consist of a plurality of energy storage cells connected in series and/or in parallel in order to achieve a required operating voltage or capacity. If the energy storage cells are designed as lithium ion cells (Li-ion), for example, a very high power and energy density can be achieved with particular advantage.
- Li-ion lithium ion cells
- a power tool is known from WO 2016/097081, which contains a control device and an electromechanical interface device for connecting a replaceable battery pack to the power tool and for supplying the power tool with an electrical voltage from the replaceable battery pack.
- the interface device has a first and a second connection point and can be adjusted into at least a first and a second position.
- the first connection point can be used to supply the power tool with electrical voltage from a first replaceable battery pack when the interface device is set in the first position
- the second connection point can be used to supply the power tool with electrical voltage from a second replaceable battery pack when the interface device is in the second position is set.
- the defined voltage class of the electrical consumer corresponds to an integer multiple of a battery voltage of the at least one exchangeable energy store and that the interface module has a control or regulating unit that monitors at least one operating parameter of the exchangeable energy store and as a function of the monitored operating parameter controls an electrical load of the electrical consumer.
- the interface module has a control or regulating unit that monitors at least one operating parameter of the exchangeable energy store and as a function of the monitored operating parameter controls an electrical load of the electrical consumer.
- Electrical consumers in the context of the invention should be understood to mean, for example, power tools operated with a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, for machining workpieces using an electrically driven insert tool.
- the power tool can be designed both as a hand-held power tool and as a stationary power tool.
- Typical power tools in this context are handheld or stationary drills, screwdrivers, percussion drills, hammer drills, planes, angle grinders, orbital sanders, polishing machines, circular saws, table saws, chop saws and jigsaws or the like.
- Measuring devices operated with a replaceable energy store such as range finders, laser levels, wall scanners, etc., as well as garden and construction equipment such as lawnmowers, lawn trimmers, pruning saws, motor and trench cutters, robot breaker and excavator also come as electrical consumers or the like and household appliances such as vacuum cleaners, blenders, etc. in question.
- the invention can also be applied to electrical consumers that are simultaneously supplied with a plurality of exchangeable battery packs in order to achieve a long service life and/or high performance.
- the electrical load of the electrical consumer can be designed, for example, as a brushless direct current motor (EC or BLDC motor) controlled by means of a power output stage via pulse width modulation (PWM).
- PWM pulse width modulation
- Other inductive, capacitive and/or ohmic loads that can be supplied with energy electrically via the exchangeable energy store are also possible are. These are well known to those skilled in the art, so that they will not be discussed further at this point.
- the battery voltage of a replaceable energy store is usually a multiple of the voltage of an individual energy storage cell and results from the interconnection (in parallel and/or in series) of the individual energy storage cells.
- An energy storage cell is typically configured as a galvanic cell having a configuration in which one cell pole is at one end and another cell pole is at an opposite end. In particular, the energy storage cell has a positive cell pole at one end and a negative cell pole at an opposite end.
- the energy storage cells are preferably designed as lithium-based energy storage cells, e.g. Li-Ion, Li-Po, Li-Metal or the like. However, the invention can also be used for energy stores with Ni-Cd, Ni-MH cells or other suitable cell types.
- An energy storage cell is preferably designed as an at least essentially cylindrical round cell, with the cell poles being arranged at the ends of the cylindrical shape.
- the invention is not dependent on the type and design of the energy storage cells used, but can be applied to any energy storage and energy storage cells, e.g. pouch cells or the like in addition to round cells.
- An electrical load that is directly incompatible with the exchangeable energy store should be understood to mean that the exchangeable energy store and the electrical load do not have any mutually compatible electromechanical interfaces for tool-free connection without additional means and/or that the electrical load has the operating data of the exchangeable device required for safe operation Can not read and evaluate energy storage without additional means. Only via mutually compatible, electromechanical interfaces can the exchangeable energy store then be detachably coupled to the electrical consumer without tools. It is therefore particularly advantageous for the interface module to have an electromechanical interface which is compatible with the electromechanical interface of the exchangeable battery pack.
- a first of the electrical contacts of the electromechanical interfaces as a with a first reference potential tial, preferably a supply potential, power supply contact that can be acted upon
- a second of the electrical contacts of the electromechanical interfaces is designed as a power supply contact that can be acted upon with a second reference potential, preferably a ground potential.
- the electrical wiring of the exchangeable energy store connected to the interface module is designed in such a way that the defined voltage class of the electrical consumer must correspond to an integer multiple of the battery voltage of an individual exchangeable energy store. If the interface module has a plurality of electromechanical interfaces for a corresponding number of replaceable energy stores, then each energy store must have essentially the same battery voltage. With particular advantage, the interface module can compensate for certain voltage deviations between the resulting battery voltage of the connected exchangeable energy store and the voltage class of the electrical consumer. If the interface module is operated with only a single exchangeable energy store or a plurality of exchangeable energy stores connected in parallel, the defined voltage class of the electrical load is essentially the same as the battery voltage of the individual exchangeable energy store(s). In the case of a series connection of a plurality of exchangeable energy stores, the defined voltage class of the electrical load must essentially correspond to the sum of the battery voltages of the individual exchangeable energy stores.
- the interface module has an interface to the electrical load, via which the exchangeable energy store and the electrical load can send and/or receive information, in particular about the at least one operating parameter .
- the electromechanical interfaces of the interface module and the replaceable energy store also have at least one third contact, designed as a signal or data contact, for transmitting the at least one operating parameter.
- the at least one operating parameter is preferably a voltage, a current, a current integrally, a temperature, information about a temperature resistance and/or information about a coding resistor or other values for identifying the exchangeable energy store.
- the interface module has at least one switching element, in particular at least one MOSFET, by means of which the control or regulating unit of the interface module can temporarily or permanently interrupt the energy supply from the exchangeable energy store to the electrical load if the at least one operating parameter in a store exceeds or falls below the limit value stored in the control or regulation unit and/or deviates from an expected value stored in the memory. Redundancy to the safety systems present in the electrical load and/or in the replaceable energy storage device can thereby be created with particular advantage, which further increases operational safety in the event of a fault. In addition, electrical consumers and/or exchangeable energy stores can also be operated safely that do not themselves have an integrated option for interrupting the energy supply.
- the control or regulating unit of the interface module can temporarily or permanently interrupt the energy supply from the exchangeable energy store to the electrical load if the at least one operating parameter in a store exceeds or falls below the limit value stored in the control or regulation unit and/or deviates from an expected value stored in the memory. Redundancy to the safety systems present in the electrical load and
- the limit value can be a minimum or maximum permitted voltage, a minimum or maximum permitted current or a maximum permitted temperature and the expected value as a current-time profile, a resistance value of the temperature resistor or the coding resistor, an identification value of the exchangeable energy storage device or information about an interruption in the connection to the temperature resistor or to the coding resistor.
- control or regulation unit depending on the state of charge of a load capacitance of the electrical load, in particular an intermediate circuit capacitance of a power output stage, of the electrical consumer chers causes a start-up protection of the electrical load when energy is resupplied by the at least one switching element after an interruption and/or prevents the interface module from being automatically reset.
- the operator can be protected from injury immediately after connecting a replaceable energy store to a consumer that was accidentally still switched on.
- a corresponding protection for the operator is offered by avoiding the automatic resetting of the interface module after a detected fault condition, for example as a result of the temperature of the energy storage device having fallen back to the normal value, a fault current falling to almost zero or the like, no longer exists.
- the control or regulating unit of the interface module controls the at least one switching element in a clocked manner.
- a specially designed charging stage can also be provided in the interface module for precharging the load capacitance.
- the interface of the interface module can send a wake-up signal to the electronics unit of the electrical consumer in a particularly advantageous manner via a release contact designed as an open collector output and/or wake-up contact. This makes sense in particular when the electronics unit of the electrical consumer is to be woken up by connecting the exchangeable energy store in order to achieve a particularly quick response to the operation of the main switch.
- the interface module has an optical, acoustic and/or haptic indicator.
- This can, for example, be an HMI (Human Machine Interface) in the form of an LC, LED, OLED, AMOLED display or the like.
- a simple, in particular multicolored, LED can also serve as a simple HMI.
- a dynamic loudspeaker or piezo for the acoustic display or a vibration motor for the haptic display are also conceivable.
- the interface module can be used as flexibly and universally as possible for a wide variety of electrical consumers, it can be designed as an exchangeable adapter.
- the adapter can either be designed to be exchangeable by the operator without tools or only by the manufacturer or an authorized dealer using a suitable tool.
- tool-free interchangeability it makes sense for the adapter to have two electromechanical interfaces that are compatible with the electromechanical interface of the exchangeable energy store on the one hand and with the electromechanical interface of the electrical load on the other.
- the second electromechanical interface between the interface module and the electrical consumers includes the interface mentioned at the outset for the bidirectional exchange of information in particular.
- the invention also relates to a method for controlling an electrical load using the interface module according to the invention, with at least the following steps:
- a load capacitance in particular an intermediate circuit capacitance of a power output stage, of the electrical load is precharged before the at least one switching element is permanently closed, with the advantages already mentioned above.
- the energy supply from the energy store to the electrical load can be interrupted by opening the at least one switching element and/or the interface module can send a switch-off command to the electronic unit of the electrical load via an enabling contact as soon as the at least one operating parameter has been detected does not meet the expected value stored in the memory of the control or regulation unit of the interface module and/or is outside the stored limit values. Does the electronic unit react If the electrical consumer does not respond to the switch-off command from the interface module, the interface module in turn opens the at least one switching element to interrupt the power supply in the sense of a redundant safety level. In the event of a short circuit, on the other hand, the power supply is immediately interrupted, independently of the electronic unit of the electrical load.
- the at least one switching element is opened to interrupt the energy supply if the discharge current has not dropped to approximately zero within a defined period of time after the electrical load has been switched off. In this way, any fault currents can be detected with particular advantage.
- a follow-up time in particular between 5 and 15 minutes
- the control or regulating unit of the interface module which has at least one switching element for interrupting the Energy supply to the electrical consumer opens.
- Fig. 1 an exchangeable energy store, which is directly incompatible with the exchangeable energy store by means of different electrical consumers of a defined voltage class can be discharged and charged using a charger, in a schematic representation,
- Fig. 5 a first embodiment of an electromechanical interface of the interface module or the adapter in a schematic representation
- FIG. 1 shows a replaceable energy store 10 in the form of a rechargeable replaceable battery pack 12 with an electromechanical interface 16 having a plurality of electrical contacts 14.
- the replaceable battery pack 12 can be charged using a charger 18 and discharged by various electrical consumers 20.
- the charging device 18 and the electrical loads 20 must each have a further electromechanical interface 22 having a plurality of electrical contacts 14 which is both electrically and mechanically compatible with the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 .
- FIG. 1 is intended to illustrate that the invention is suitable for a wide variety of electrical consumers 20.
- a cordless vacuum cleaner 24, a cordless impact wrench 26 and a cordless lawn trimmer 28 shown.
- other power tools, measuring devices, gardening tools and household appliances can also be used as electrical loads 20 .
- the exchangeable battery pack 12 comprises a housing 30 which has the electromechanical interface 16 on a side wall or on its upper side 32 for the tool-free, detachable connection to the compatible, further electromechanical interface 24 of the charging device 18 or the electrical consumer 20 .
- the electromechanical interfaces 16, 22 are primarily used to discharge the removable battery pack 12, while they are used in conjunction with the charger 18 to charge the removable battery pack 10.
- the exact design of the electromechanical interfaces 16, 22 depends on various factors, such as the voltage class of the electrical load 20, the charger 18 and the exchangeable battery pack 12, as well as various manufacturer specifications.
- two or more electrical contacts 14 can be provided for energy and/or data transmission between the replaceable battery pack 12 and the charger 18 or the electrical load 20.
- a mechanical coding is also conceivable, so that the replaceable battery pack 12 can only be operated on specific electrical loads 20 .
- Corresponding exemplary embodiments are shown in FIGS. 5 and 6 below.
- the replaceable battery pack 12 has a mechanical locking device 36 for locking the positively and/or non-positively releasable connection of the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 to the corresponding mating interface 22 of the interface module 34 mounted on or in the electrical consumer 20.
- the locking device 36 is a spring-loaded pusher 38 is formed, which is operatively connected to a locking member 40 of the exchangeable battery pack 12. Due to the springiness of the pusher 38 and/or the locking member 40, the locking device 36 automatically engages when the replaceable battery pack 12 is pushed into the mating interface 22 of the interface module 34. If an operator presses the push button 38 in the insertion direction, the lock is released and the operator can remove or push out the replaceable battery pack 12 from the electrical consumer 20 or the interface module 34 in the opposite direction to the insertion direction.
- FIG. 2 shows a block diagram consisting of the replaceable energy store 10 designed as a rechargeable replaceable battery pack 12 on the left-hand side and an electrical consumer 20 that is normally incompatible with the replaceable battery pack 12 on the right-hand side.
- the electrical load 20 has the interface module 34, which is designed, for example, as a printed circuit board with corresponding electronic components and a mating interface 22 that matches the electromechanical interface 16 of the exchangeable battery pack.
- the mutually compatible electromechanical interfaces 16 and 22 are each provided with a plurality of electrical contacts 14, with a first of the electrical contacts 14 as a power supply contact 42 that can be charged with a first reference potential Vi, preferably a supply potential V+, and a second of the electrical contacts 14 as a power supply contact 44 that can be charged with a second reference potential V2, preferably a ground potential GND.
- a first reference potential Vi preferably a supply potential V+
- V2 preferably a ground potential GND
- the current strengths of charging and discharging current can differ significantly from each other.
- the discharge current at accordingly designed electrical consumers 20 can be up to 10 times higher than the charging current of the charger 18.
- the term "can be acted upon” is intended to make it clear that the potentials V+ and GND are not permanently applied to the energy supply contacts 42, 44, but only after the connection of the electromechanical interfaces 16, 22 of the exchangeable battery pack 12 and the interface module 34. The same applies to a discharged exchangeable battery pack 12 after connection to the charger 16.
- the replaceable battery pack 12 has a plurality of energy storage cells 46, which are shown in Figure 2 as a series circuit, but can alternatively or additionally also be operated in a parallel circuit, the series circuit using the energy supply contacts 42, 44 dropping battery voltage Ußatt or voltage class of the removable battery pack 12 is defined, while connecting individual energy storage cells 46 in parallel primarily increases the capacity of the removable battery pack 12 .
- individual cell clusters consisting of energy storage cells 46 connected in parallel can also be connected in series in order to achieve a specific battery voltage U ßatt of the exchangeable battery pack 12 with a simultaneously increased capacity.
- the capacity of common exchangeable battery packs 12 can be up to 12 Ah or more.
- the invention is not dependent on the type, design, voltage, current delivery capability, etc. of the energy storage cells 46 used, but can be applied to any exchangeable battery pack 12 and energy storage cell 46 .
- An SCM preliminary stage 48 (single cell monitoring) is provided for monitoring the individual energy storage cells 46 or cell clusters of the exchangeable battery pack 12 connected in series.
- the SCM preliminary stage 48 has a multiplexer measuring device 50 which can be connected to corresponding taps 54 of the poles of the energy storage cells 46 or cell cluster via filter resistors 52 with high resistance.
- the term energy storage cell should also include the cell cluster, since these only have an influence on the capacity of the exchangeable battery pack 12, but are of equal importance for the detection of the cell voltages Uceii. tend to be.
- the filter resistors 54 which are designed in particular to have a high resistance, can prevent dangerous heating of the measuring inputs of the multiplexer measuring device 50, particularly in the event of a fault.
- the multiplexer measuring device 50 can be switched over via a monitoring unit 56 integrated in the exchangeable battery pack 12 or also directly within the SCM preliminary stage 50 .
- switching elements 60 of the SCM preliminary stage 50 that are connected in parallel with the energy storage cells 46 can be closed or opened in this way in order to bring about a so-called balancing of the energy storage cells 46 in order to achieve uniform charging or discharging states of the individual energy storage cells 46.
- the SCM preliminary stage 50 forwards the measured cell voltages Uceii to the monitoring unit 56, so that the actual measurement of the cell voltages Uceii is carried out directly by the monitoring unit 56, for example via a corresponding analog-to-digital converter (ADC).
- ADC analog-to-digital converter
- the monitoring unit 56 can be designed as an integrated circuit in the form of a microprocessor, ASICs, DSPs or the like. However, it is also conceivable that the monitoring unit 56 consists of a plurality of microprocessors or at least partially of discrete components with appropriate transistor logic. In addition, the monitoring unit 56 can have a memory for storing at least one operating parameter of the replaceable battery pack 12, such as the battery voltage Ußatt, the cell voltages Uceii, the charging or discharging current I, a current integral, a temperature T or the like.
- a temperature sensor 66 which is arranged in the replaceable battery pack 12 and is preferably embodied as an NTC and is in close thermal contact with at least one of the energy storage cells 46, is used to measure the temperature T of the replaceable battery pack 12 or the energy storage cells 46 using a measuring circuit 64 integrated in the replaceable battery pack 12.
- the temperature T measured in this way can then be evaluated by a control or regulating unit 68 of the interface module 34 via a first contact 14 of the electromechanical interfaces 16 , 22 embodied as a signal or data contact 70 . So that the interface module 34 of the electrical consumer 20 can identify the replaceable battery pack 12 and, if necessary, release it for discharging, the replaceable battery pack 12 has a coding resistor 72 which is connected to the measuring circuit 62 .
- the resistance value of the coding resistor 72 measured with the measuring circuit 62 can then be evaluated by the control or regulating unit 68 of the interface module 34 via a further contact 14 embodied as a signal or data contact 74 of the electromechanical interfaces 16 , 22 . If the resistance value of the coding resistor 72 matches an expected value stored in a memory of the control or regulation unit 68 of the interface module 34 , then the discharging process of the replaceable battery pack 12 is released by the control or regulation unit 68 of the interface module 34 .
- coding resistors can also be provided in the replaceable battery pack 12 for the charging and discharging process.
- the charging or discharging process of the exchangeable battery pack 12 is interrupted or not permitted. This particularly advantageously allows the operation of exchangeable battery packs 12 of different performance classes with identical electromechanical interfaces 16 and 22.
- the other operating parameters already mentioned can also be transmitted via the first and/or second signal or data contact 70 or 74 from the replaceable battery pack 12 to the interface module 34 for evaluation there be transmitted by means of the control or regulation unit 68.
- the signal or data contacts 70 or 74 can also be bidirectional for the mutual exchange of information between the replaceable battery pack 12 and the electrical load 20 .
- interface module 44 can control replaceable battery pack 12 via monitoring unit 56 located there or, if necessary, also directly if the at least one operating parameter exceeds or falls below a limit value stored in the memory of control or regulating unit 68 of interface module 34 and/or from a expected value stored in the memory.
- a shunt resistor 76 of the interface module 34 is used to measure the discharge current I.
- the interface module 34 can have a temperature sensor, not shown, for measuring the temperature T.
- a direct measurement of the battery voltage U.sub.Batt present at the energy supply contacts 42, 44 of the interface module 34 by means of the control and regulation unit 68 is also conceivable.
- the limit value can consequently be a minimum or maximum permissible voltage value, a minimum or maximum permissible current value or a maximum permissible temperature value and the expected value can be a current-time profile, a resistance value of the temperature resistor 66 or the coding resistor 72, another identification value of the replaceable battery pack 12 or a Information about an interruption in the connection to the temperature resistor 66 or to the coding resistor 72 be. It is also conceivable that the signal or data transmission takes place via the first and/or the second energy supply contact 42, 44 in the sense of a power line communication instead of via the additional signal or data contacts 70, 74.
- the discharge current I measured by means of the shunt resistor 76 exceeds a maximum permissible current value, for example, or if the battery voltage Ußatt measured by the control or regulating unit 68 of the interface module 34 is outside the voltage class of the electrical consumer 20, i.e. below a minimum permissible or above a maximum permissible voltage value, the discharge current I from the replaceable battery pack 12 to the electrical load 20 can be temporarily or permanently interrupted by the control or regulating unit 68 of the interface module 34 opening a switching element 78 in the ground path (low side) of the interface module 34.
- one or more switching elements 78 to be arranged in the supply path (high side).
- switching element 78 can be provided both in the supply path and in the ground path.
- Switching element 78 is preferably designed as a MOSFET, with other switching elements such as a relay, an IGBT, a bipolar transistor or the like also being conceivable.
- electrical consumers 20 and/or exchangeable energy stores 10 can also be operated safely, which themselves do not have an integrated option for interrupting the energy supply.
- the exchangeable battery pack 12 itself can also have a corresponding switching element 80 for interrupting the discharging or charging current I, which is controlled by means of the monitoring unit 56 located there.
- the interface module 34 receives via the at least one designed as a signal or data contact 70, 72 contact 14 of the electromechanical Interfaces 16, 20 of the replaceable battery pack 12 and the interface module 34 see a corresponding switching command from the control or regulation unit 68 of the interface module 68.
- the interface module 34 has corresponding analog or analog-to-digital converters 82, each of which is located between the signal or data contacts 70, 72 and the control or regulation unit 68 are switched.
- the control or regulation unit 68 of the interface module 34 is connected to an electronic unit 86 of the electrical consumer 20 via a further interface 84.
- the further interface 84 has contact points 88 which are designed, for example, as soldering or plug-in contacts of the interface module 34 designed as a printed circuit board.
- a first of these contact points 88 serves as a particularly bidirectional data contact 90 and a second contact point 88 as a release contact 92 between electronics unit 86 and a protection circuit 94 of interface module 34.
- Protection circuit 94 adjusts the level of any voltage differences between electronics unit 86 of electrical load 20 and the control or regulating unit 68 of the interface module 34. To this end, it separates the corresponding signals from one another via two different ground potentials.
- ground potentials can also be electrically isolated from one another. While a first ground potential is at the ground potential GND of the exchangeable battery pack 12 , the second ground potential is defined via the electrical load 20 .
- the control or regulating unit 68 of the interface module 34 can optionally send a wake-up signal to the electronics unit 86 of the electrical consumer 20 via a third contact point 88 of the interface 84 configured as a wake-up contact 96 if the electronics unit 86 cannot be woken up directly via the enable contact 92.
- the outputs of the protective circuit 94 connected to the enabling contact 92 or the wake-up contact 96 are preferably designed as open collector outputs which draw the respective collector to the second ground potential of the electrical load 20 when the associated transistor is closed.
- the operator actuates a main switch 98 of the electrical load 20 (cf. also FIG. 1 in this regard).
- This wakes up the control or regulating unit 68 of the interface module 34 via a wake-up sleep detection circuit 100 connected to the main switch 98 by means of a fourth contact point 88 of the interface 84 .
- the control or regulating unit 68 then closes the previously open switching element 78 of the interface module 34 in order to enable the power supply from the exchangeable battery pack 12 to the electrical consumer 20 .
- the waking up of the control and regulation unit 68 of the interface module 34 also wakes up the electronics unit 86 of the electrical load 20 via the enable contact 92 or the wake-up contact 96 . This is particularly useful if the electronics unit 86 of the electrical load 20 is to be woken up by plugging in the replaceable battery pack 12 in order to achieve a particularly quick response to the operation of the main switch 98 .
- Electronics unit 86 queries the at least one operating parameter recorded by interface module 34, or interface module 34 in turn sends the at least one recorded operating parameter to electronics unit 86. If the at least one recorded operating parameter is within those stored in the memory of control or regulating unit 68 of interface module 34 limit values or if it meets an expected value stored there, the electronics unit 86 of the electrical load 20 switches on an electrical load 102 which is connected to the first and the second energy supply contact 42, 44 of the electromechanical interface 22 of the interface module 34 and to which the battery voltage Ußatt is present .
- the electrical load 102 can be configured, for example, as a brushless direct current motor (EC or BLDC motor, not shown) of the cordless vacuum cleaner 24, the cordless impact wrench 26 or the cordless lawn trimmer 28, which is controlled by means of a power output stage 104 via pulse width modulation (PWM).
- PWM pulse width modulation
- a B6 bridge or the like can be considered as the power output stage 104 , which drives a three-phase BLDC motor to change its speed and/or torque with pulse width modulation, which has a direct influence on the discharge current I of the replaceable battery pack 12 .
- the power output stage 104 generally has a load capacitance 108 embodied as an intermediate circuit capacitance 106 .
- the application is neither limited to loads 102 driven by electric motors in general nor to BLDC motors controlled by power output stage 104 in particular.
- the electrical load 102 can also have an electric motor with brushes or be designed as a non-motor. Numerous variants of possible electrical loads are known to a person skilled in the art, so that there is no need to go into further detail here.
- control or regulation unit 68 of interface module 34 switches on electrical load 102 in electrical load 20 if the at least one operating parameter recorded in the The expected value stored in the memory of the control or regulation unit 68 is met and/or is within stored limit values.
- the control or regulating unit 68 of the interface module 34 can use a start-up protection circuit 110, depending on the state of charge of the load capacitance 108, to provide start-up protection via the electronic unit 86 of the electrical load 20 cause. Additionally or alternatively, the start-up protection circuit 110 can also be used to prevent the interface module 34 from being automatically reset.
- the switching element 78 of the interface module 34 In order to also protect the switching element 78 of the interface module 34 from an excessively high discharge current I immediately after the operator has switched on the electrical load 20, the switching element 78 is only switched on permanently when the state of charge of the load capacitance 108 of the electrical load 20 is on a defined threshold value, for example 90%, has increased.
- the control or regulation unit 68 of the interface module 34 controls the at least one switching element 78 after actuation ment of the main switch 98 until the defined threshold value for the state of charge is reached.
- a specially configured charging stage 112 can also be provided in the interface module 34 for clocked or non-clocked precharging of the load capacitance 108 .
- a further protective measure results from the fact that the energy supply is interrupted by the opening of the switching element 78 if the discharge current I has not dropped to approximately zero a defined period of time T off after the electrical load 20 has been switched off. In this way, any fault currents can be detected.
- interface module 34 has an LED 112, which is preferably located at a location on electromechanical interface 22 of the interface module that is clearly visible from the outside 34 is provided.
- LED 112 is preferably located at a location on electromechanical interface 22 of the interface module that is clearly visible from the outside 34.
- other optical, acoustic and/or haptic display means are also suitable for the display, such as an HMI (Human Machine Interface) in the form of an LC, LED, OLED, AMOLED display or the like, a dynamic loudspeaker or piezo and/or or a small vibration motor.
- HMI Human Machine Interface
- display means already contained in the electrical load 20 are used, which can be controlled via the control and regulation unit 68 of the interface module 34 and the electronics unit 86 of the electrical load 20 .
- FIG. 3 shows a section through the base 114 of the electrical load 20 designed as a drill impact driver 26.
- the interface module 34 together with the associated electromechanical interface 22 is accommodated in a half-shell 116 of the base 114 in such a way that the removable battery pack 12 (not shown) with its electromechanical interface 16 can be connected directly can be inserted into the foot 114 and then locked there with its locking member 40 in a not shown depression of the electromechanical interface 22 of the interface module 34 shown only schematically.
- the interface module 34 is designed as a cast circuit board 118 which is electrically connected to the electronics unit 86 of the impact drill 26 via the interface 84 .
- the power output stage 104 as part of the electrical load 102 is only indicated in outline. However, the structure of the impact drill 26 is known to a person skilled in the art, so that it will not be discussed further at this point.
- the interface module 34 can be used flexibly and universally for a wide variety of electrical consumers 20, it is configured in FIG. 4 as an adapter 120 that can be changed without tools.
- the adapter 120 has at least two different electromechanical interfaces 22, 122, the first electromechanical interface 22 being compatible with the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 and the at least one second electromechanical interface 122 being compatible with an electromechanical interface 124 of the electrical load embodied as a rotary hammer 126 20 is.
- the at least one second electromechanical interface 122 has the electrical contact points 88 of the interface 84 .
- a particularly high level of flexibility can be achieved if the at least one second electromechanical interface 122 of the adapter 120 is designed to be exchangeable on the adapter 120 for different electrical loads 20 .
- the at least one second electromechanical interface 122 can only be replaced by the manufacturer.
- the entire adapter 120 can only be replaced by the manufacturer of the electrical consumer 20 using the appropriate tool.
- the interface module 34 designed as a cast printed circuit board 118, this results in the additional advantage that the interface module 34 can be more easily replaced by the manufacturer of the electrical load 20.
- the electrical load 20 can also be replaced more quickly in this way back to its original electromechanical interface 124.
- FIG. 4 also shows the possibility of configuring the adapter 120 in such a way that it has two first electromechanical interfaces 22 for two parallel or series-connected exchangeable battery packs 12 each with the same battery voltage Ußatt for particularly powerful electrical consumers 20 of a defined voltage class.
- the voltage class of the electrical load 20 must then correspond to the respective battery voltage Ußatt of a single exchangeable battery pack 12, while the voltage class of the electrical load 20 in a series connection of the two exchangeable battery packs 12 must be twice as high as the battery voltage Ußatt a single exchangeable battery pack 12.
- electronics must then also be provided in the adapter 120 or in the interface module 34, which is suitable for managing the two exchangeable battery packs 12.
- the electronics are advantageously able to compensate for certain voltage deviations between the resulting battery voltage Ußatt of the connected exchangeable battery packs 12 and the defined voltage class of the electrical load 20 .
- the electronics are known to those skilled in the art, they will not be discussed in any more detail.
- adapter 120 In order to indicate to the operator any error states detected by interface module 34 of adapter 120 and/or an interruption in the power supply to electrical load 20, adapter 120 has an optical, acoustic, and/or haptic indicator 128, which is the same as that already mentioned above LED 112 or another suitable HMI can be formed.
- the display means 128 of the adapter 120 can also be used to display operating and/or error states of the rotary hammer 126, particularly if the latter does not have its own corresponding display means.
- FIGS. 5 and 6 show two possible configurations of the electromechanical interface 22 of the interface module 34 or of the adapter 120 for tool-free connection to various exchangeable battery packs 12 for two different battery voltages Ußatt or voltage classes.
- the electromechanical interface 22 is designed, for example, for a battery voltage Ußatt of 18 V and in FIG. 6 for a battery voltage Ußatt of 10.8 V.
- the electromechanical interfaces 22 each have the electrical contacts 14 shown in FIG second reference potential V2, preferably ground potential GND, power supply contact 44 that can be acted upon, and a third and fourth of the electrical contacts 14 each serve as a signal or data contact 70 or 74, respectively.
- the electrical contacts 14 are attached to a contact carrier 130, which is preferably made of plastic, or is partially encapsulated by it.
- the contact carrier 130 has mechanical codings 132, so that the electromechanical interface 22 is only compatible with replaceable battery packs 12 of a specific voltage and/or power class.
- the contact holder 130 shown in Figure 5 is resiliently mounted on the interface module 34 or adapter 120 via a compression spring 134, so that the electromechanical interface 22 is better protected against vibrations during the operation of the electrical load 20 . This is particularly advantageous in particular in the case of electrical consumers 20 in higher power classes.
- the second electromechanical interface 122 of the adapter 120 indicated in FIG. However, its structure depends significantly on the configuration of the electromechanical interface 124 of the electrical load 20 .
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Abstract
The invention relates to an interface module (34) for operating an electrical consumer (20) of a defined voltage class with at least one exchangeable energy storage device (10) that is directly incompatible with the electrical consumer (20). It is proposed that the defined voltage class of the electrical consumer (20) corresponds to an integer multiple of a battery voltage (UBatt) of the at least one exchangeable energy storage device (10) and that the interface module (34) has a control or regulating unit (68) that monitors at least one operating parameter (U, I, T) of the exchangeable energy storage device (10) and controls an electrical load (102) of the electrical consumer (20) as a function of the monitored operating parameter (U, I, T). In addition, the invention relates to a method for controlling an electrical consumer (20) by means of an interface module (34) according to the invention.
Description
Beschreibung Description
Titel title
Schnittstellenmodul zum Betreiben eines elektrischen Verbrauchers mit zumindest einem wechselbaren Energiespeicher sowie Verfahren zur Ansteuerung des elektrischen Verbrauchers mittels des Schnittstellenmoduls Interface module for operating an electrical consumer with at least one exchangeable energy store and method for controlling the electrical consumer using the interface module
Beschreibung 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. The invention relates to an interface module for operating an electrical load of a defined voltage class with at least one replaceable energy store that is directly incompatible with the electrical load, and a method for controlling the electrical load using the interface module.
Stand der Technik State of the art
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 ver- schalteter Energiespeicherzellen zur Erzielung einer geforderten Betriebsspannung bzw. -kapazität. Sind die Energiespeicherzellen beispielsweise als Lithium- lonen-Zellen (Li-Ion) ausgebildet, so lässt sich mit besonderem Vorteil eine sehr hohe Leistungs- und Energiedichte erzielen. A large number of electrical consumers are operated with rechargeable energy stores, which are discharged accordingly by the electrical consumer and can be recharged using a charger. As a rule, such energy stores consist of a plurality of energy storage cells connected in series and/or in parallel in order to achieve a required operating voltage or capacity. If the energy storage cells are designed as lithium ion cells (Li-ion), for example, a very high power and energy density can be achieved with particular advantage.
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. In recent years, electrical consumers have increasingly displaced their mains-operated counterparts because they enable significantly greater flexibility independent of a stationary energy supply and rechargeable energy storage devices have become more and more powerful, so that the performance of mains-operated consumers is often not only achieved but even exceeded. On the one hand, in order to offer the customer the widest possible range of To be able to offer electrical consumers and on the other hand to be able to use an already successful concept of exchangeable energy stores, in particular exchangeable battery packs, from a specific manufacturer, different manufacturers of electrical consumers have increasingly joined forces to form so-called battery alliances, in which the electrical consumers of the different manufacturers share a common Use energy storage platform. However, this often results in the problem of incompatibility between the electrical loads from one manufacturer and the exchangeable energy storage devices from the other manufacturer. It is therefore necessary for the manufacturers of the incompatible electrical loads to adapt their respective devices to the common energy storage platform in order to be able to use them. This is associated with sometimes complex and cost-intensive measures both with regard to the electromechanical interfaces and the consumer's own electronics.
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. A power tool is known from WO 2016/097081, which contains a control device and an electromechanical interface device for connecting a replaceable battery pack to the power tool and for supplying the power tool with an electrical voltage from the replaceable battery pack. The interface device has a first and a second connection point and can be adjusted into at least a first and a second position. The first connection point can be used to supply the power tool with electrical voltage from a first replaceable battery pack when the interface device is set in the first position, and the second connection point can be used to supply the power tool with electrical voltage from a second replaceable battery pack when the interface device is in the second position is set.
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. It is the object of the invention to provide an interface module for an electrical consumer that enables universal use of a normally incompatible, exchangeable energy store on the electrical consumer while complying with all prescribed safety measures.
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. Advantages of the Invention To solve the task, it is provided that the defined voltage class of the electrical consumer corresponds to an integer multiple of a battery voltage of the at least one exchangeable energy store and that the interface module has a control or regulating unit that monitors at least one operating parameter of the exchangeable energy store and as a function of the monitored operating parameter controls an electrical load of the electrical consumer. Not only can otherwise incompatible replaceable energy stores and electrical loads be connected to one another with particular advantage, it is also possible to effectively avoid damage to the energy store and/or the electrical load and thereby effectively increase safety during operation.
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. Electrical consumers in the context of the invention should be understood to mean, for example, power tools operated with a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, for machining workpieces using an electrically driven insert tool. The power tool can be designed both as a hand-held power tool and as a stationary power tool. Typical power tools in this context are handheld or stationary drills, screwdrivers, percussion drills, hammer drills, planes, angle grinders, orbital sanders, polishing machines, circular saws, table saws, chop saws and jigsaws or the like. Measuring devices operated with a replaceable energy store, in particular a replaceable battery pack, such as range finders, laser levels, wall scanners, etc., as well as garden and construction equipment such as lawnmowers, lawn trimmers, pruning saws, motor and trench cutters, robot breaker and excavator also come as electrical consumers or the like and household appliances such as vacuum cleaners, blenders, etc. in question. The invention can also be applied to electrical consumers that are simultaneously supplied with a plurality of exchangeable battery packs in order to achieve a long service life and/or high performance.
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. The electrical load of the electrical consumer can be designed, for example, as a brushless direct current motor (EC or BLDC motor) controlled by means of a power output stage via pulse width modulation (PWM). Other inductive, capacitive and/or ohmic loads that can be supplied with energy electrically via the exchangeable energy store are also possible are. These are well known to those skilled in the art, so that they will not be discussed further at this point.
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. The battery voltage of a replaceable energy store is usually a multiple of the voltage of an individual energy storage cell and results from the interconnection (in parallel and/or in series) of the individual energy storage cells. An energy storage cell is typically configured as a galvanic cell having a configuration in which one cell pole is at one end and another cell pole is at an opposite end. In particular, the energy storage cell has a positive cell pole at one end and a negative cell pole at an opposite end. The energy storage cells are preferably designed as lithium-based energy storage cells, e.g. Li-Ion, Li-Po, Li-Metal or the like. However, the invention can also be used for energy stores with Ni-Cd, Ni-MH cells or other suitable cell types. With common Li-ion energy storage cells with a cell voltage of 3.6 V, battery voltages of 3.6 V, 7.2 V, 10.8 V, 14.4 V, 18 V, 36 V, 54 V, 72 V, etc. An energy storage cell is preferably designed as an at least essentially cylindrical round cell, with the cell poles being arranged at the ends of the cylindrical shape. However, the invention is not dependent on the type and design of the energy storage cells used, but can be applied to any energy storage and energy storage cells, e.g. pouch cells or the like in addition to round cells.
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 Bezugspoten-
tial, 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. An electrical load that is directly incompatible with the exchangeable energy store should be understood to mean that the exchangeable energy store and the electrical load do not have any mutually compatible electromechanical interfaces for tool-free connection without additional means and/or that the electrical load has the operating data of the exchangeable device required for safe operation Can not read and evaluate energy storage without additional means. Only via mutually compatible, electromechanical interfaces can the exchangeable energy store then be detachably coupled to the electrical consumer without tools. It is therefore particularly advantageous for the interface module to have an electromechanical interface which is compatible with the electromechanical interface of the exchangeable battery pack. In each case, a first of the electrical contacts of the electromechanical interfaces as a with a first reference potential tial, preferably a supply potential, power supply contact that can be acted upon, and a second of the electrical contacts of the electromechanical interfaces is designed as a power supply contact that can be acted upon with a second reference potential, preferably a ground potential.
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 verschal- teten 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. The electrical wiring of the exchangeable energy store connected to the interface module is designed in such a way that the defined voltage class of the electrical consumer must correspond to an integer multiple of the battery voltage of an individual exchangeable energy store. If the interface module has a plurality of electromechanical interfaces for a corresponding number of replaceable energy stores, then each energy store must have essentially the same battery voltage. With particular advantage, the interface module can compensate for certain voltage deviations between the resulting battery voltage of the connected exchangeable energy store and the voltage class of the electrical consumer. If the interface module is operated with only a single exchangeable energy store or a plurality of exchangeable energy stores connected in parallel, the defined voltage class of the electrical load is essentially the same as the battery voltage of the individual exchangeable energy store(s). In the case of a series connection of a plurality of exchangeable energy stores, the defined voltage class of the electrical load must essentially correspond to the sum of the battery voltages of the individual exchangeable energy stores.
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 Strom-
integral, 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 Signaloder 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. To monitor the exchangeable energy store and to control or regulate the electrical load that can be derived from this, the interface module has an interface to the electrical load, via which the exchangeable energy store and the electrical load can send and/or receive information, in particular about the at least one operating parameter . Correspondingly, the electromechanical interfaces of the interface module and the replaceable energy store also have at least one third contact, designed as a signal or data contact, for transmitting the at least one operating parameter. The at least one operating parameter is preferably a voltage, a current, a current integrally, a temperature, information about a temperature resistance and/or information about a coding resistor or other values for identifying the exchangeable energy store. In the case of several operating parameters used for monitoring, it is possible to use further contacts of the electromechanical interfaces designed as signal or data contacts. Alternatively, however, it is also conceivable for the signal or data to be transmitted in the sense of a power line communication directly via the first and/or the second power supply contact of the electromechanical interfaces. Corresponding methods for power line communication are known to the person skilled in the art and will not be explained further here.
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 Überoder 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. In a further embodiment, the interface module has at least one switching element, in particular at least one MOSFET, by means of which the control or regulating unit of the interface module can temporarily or permanently interrupt the energy supply from the exchangeable energy store to the electrical load if the at least one operating parameter in a store exceeds or falls below the limit value stored in the control or regulation unit and/or deviates from an expected value stored in the memory. Redundancy to the safety systems present in the electrical load and/or in the replaceable energy storage device can thereby be created with particular advantage, which further increases operational safety in the event of a fault. In addition, electrical consumers and/or exchangeable energy stores can also be operated safely that do not themselves have an integrated option for interrupting the energy supply. The limit value can be a minimum or maximum permitted voltage, a minimum or maximum permitted current or a maximum permitted temperature and the expected value as a current-time profile, a resistance value of the temperature resistor or the coding resistor, an identification value of the exchangeable energy storage device or information about an interruption in the connection to the temperature resistor or to the coding resistor.
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 Verbrau-
chers 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. In addition, it can be provided that the control or regulation unit, depending on the state of charge of a load capacitance of the electrical load, in particular an intermediate circuit capacitance of a power output stage, of the electrical consumer chers causes a start-up protection of the electrical load when energy is resupplied by the at least one switching element after an interruption and/or prevents the interface module from being automatically reset. Thus, for example, the operator can be protected from injury immediately after connecting a replaceable energy store to a consumer that was accidentally still switched on. A corresponding protection for the operator is offered by avoiding the automatic resetting of the interface module after a detected fault condition, for example as a result of the temperature of the energy storage device having fallen back to the normal value, a fault current falling to almost zero or the like, no longer exists.
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. In order to protect the at least one switching element from excessive load currents immediately after the operator has switched on the electrical consumer, it is only switched on permanently when the state of charge of the load capacity of the electrical consumer has risen to a defined threshold value, for example 90%. To precharge the load capacity of the electrical consumer before it is put into operation, the control or regulating unit of the interface module controls the at least one switching element in a clocked manner. Alternatively or additionally, a specially designed charging stage can also be provided in the interface module for precharging the load capacitance.
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. If the electrical consumer has an electronics unit that can be woken up, the interface of the interface module can send a wake-up signal to the electronics unit of the electrical consumer in a particularly advantageous manner via a release contact designed as an open collector output and/or wake-up contact. This makes sense in particular when the electronics unit of the electrical consumer is to be woken up by connecting the exchangeable energy store in order to achieve a particularly quick response to the operation of the main switch.
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. In order to indicate to the operator any error states detected by the interface module and/or an interruption in the energy supply to the electrical consumer, the interface module has an optical, acoustic and/or haptic indicator. This can, for example, be an HMI (Human Machine Interface) in the form of an LC, LED, OLED, AMOLED display or the like. A simple, in particular multicolored, LED can also serve as a simple HMI. A dynamic loudspeaker or piezo for the acoustic display or a vibration motor for the haptic display are also conceivable. Provision can also be made for the display means of the interface module to be used to display operating and/or error states of the electrical load. This is particularly advantageous when the electrical load itself does not have any corresponding display means.
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. So that the interface module can be used as flexibly and universally as possible for a wide variety of electrical consumers, it can be designed as an exchangeable adapter. The adapter can either be designed to be exchangeable by the operator without tools or only by the manufacturer or an authorized dealer using a suitable tool. In the case of tool-free interchangeability, it makes sense for the adapter to have two electromechanical interfaces that are compatible with the electromechanical interface of the exchangeable energy store on the one hand and with the electromechanical interface of the electrical load on the other. In this case, the second electromechanical interface between the interface module and the electrical consumers includes the interface mentioned at the outset for the bidirectional exchange of information in particular.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Verbrauchers mittels des erfindungsgemäßen Schnittstellenmoduls mit zumindest den folgenden Schritten: The invention also relates to a method for controlling an electrical load using the interface module according to the invention, with at least the following steps:
• Betätigen eines Hauptschalters des elektrischen Verbrauchers zum Aufwecken eines Steuer- oder Regeleinheit des Schnittstellenmoduls, • Actuating a main switch of the electrical consumer to wake up a control or regulation unit of the interface module,
• Einschalten zumindest eines Schaltelements, insbesondere zumindest eines MOSFETs, des Schnittstellenmoduls für die Energiezufuhr von einem an dem elektrischen Verbraucher angeschlossenen Energiespeicher zum elektrischen Verbraucher, • switching on at least one switching element, in particular at least one MOSFET, of the interface module for supplying energy from an energy store connected to the electrical load to the electrical load,
• 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. • Switching on an electrical load of the electrical consumer when the at least one detected operating parameter meets an expected value stored in a memory of the control or regulation unit of the interface module and/or is within stored limit values. In this way, a wake-up process that is simple and safe for the operator to start up the electrical consumer can be implemented with particular advantage. In addition, a redundant safety concept can be implemented for the electrical consumer or the exchangeable energy store connected to it.
Ergänzend sind zumindest folgende Schritte nach dem Einschalten des zumindest einen Schaltelements vorgesehen: In addition, at least the following steps are provided after switching on the at least one switching element:
• Aufwecken einer Elektronikeinheit des elektrischen Verbrauchers, • waking up an electronic unit of the electrical consumer,
• 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 • Querying at least one operating parameter recorded in the interface module by the electronics unit of the electrical consumer or sending the at least one operating parameter recorded in the interface module to the electronics unit of the electrical consumer and
• 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. • Switching on the electrical load of the electrical consumer by the electronics unit of the electrical consumer when the at least one recorded operating parameter meets an expected value stored in a memory of the control or regulation unit of the interface module and/or is within stored limit values.
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 this way, in connection with the interface module, safe operation of the exchangeable energy store can be made possible, particularly for electrical loads that already have an integrated electronic unit for controlling the electrical load.
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. In a further step of the method, it is provided that a load capacitance, in particular an intermediate circuit capacitance of a power output stage, of the electrical load is precharged before the at least one switching element is permanently closed, with the advantages already mentioned above.
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 Elektronikein-
heit 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 addition, to further improve operational safety, in a further step, the energy supply from the energy store to the electrical load can be interrupted by opening the at least one switching element and/or the interface module can send a switch-off command to the electronic unit of the electrical load via an enabling contact as soon as the at least one operating parameter has been detected does not meet the expected value stored in the memory of the control or regulation unit of the interface module and/or is outside the stored limit values. Does the electronic unit react If the electrical consumer does not respond to the switch-off command from the interface module, the interface module in turn opens the at least one switching element to interrupt the power supply in the sense of a redundant safety level. In the event of a short circuit, on the other hand, the power supply is immediately interrupted, independently of the electronic unit of the electrical load.
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. In a further step, the at least one switching element is opened to interrupt the energy supply if the discharge current has not dropped to approximately zero within a defined period of time after the electrical load has been switched off. In this way, any fault currents can be detected with particular advantage.
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. Provision is also made for the interface module to be supplied with energy for a follow-up time, in particular between 5 and 15 minutes, after the main switch has been released in a step of the method, before the control or regulating unit of the interface module, which has at least one switching element for interrupting the Energy supply to the electrical consumer opens. On the one hand, this ensures very quick restarting within the run-on time and, on the other hand, reliable monitoring of the operating parameters even after the electrical consumer has been switched off.
Ausführungsbeispiele exemplary embodiments
Zeichnung drawing
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren 1 bis 6 beispielhaft erläutert, wobei gleiche Bezugszeichen in den Figuren auf gleiche Bestandteile mit einer gleichen Funktionsweise hindeuten. The invention is explained below by way of example with reference to FIGS. 1 to 6, with the same reference symbols in the figures indicating the same components with the same function.
Es zeigen: Show it:
Fig. 1: einen wechselbaren Energiespeicher, der mittels unterschiedlicher, unmittelbar mit dem wechselbaren Energiespeicher inkompatibler, elektrischer Verbraucher einer definierten Spannungs-
klasse entladen und mittels eines Ladegeräts geladen werden kann, in einer schematischen Darstellung, Fig. 1: an exchangeable energy store, which is directly incompatible with the exchangeable energy store by means of different electrical consumers of a defined voltage class can be discharged and charged using a charger, in a schematic representation,
Fig. 2: ein Blockschaltbild des wechselbaren Energiespeichers, des unmittelbar mit dem wechselbaren Energiespeicher inkompatiblen elektrischen Verbrauchers und eines erfindungsgemäßen Schnittstellenmoduls, 2: a block diagram of the exchangeable energy store, the electrical consumer directly incompatible with the exchangeable energy store and an interface module according to the invention,
Fig. 3: eine schematische Darstellung des in dem elektrischen Verbraucher aufgenommenen Schnittstellenmoduls, 3: a schematic representation of the interface module accommodated in the electrical load,
Fig. 4: eine schematische Darstellung des als wechselbaren Adapter ausgebildeten Schnittstellenmoduls an einem als Bohrhammer ausgebildeten elektrischen Verbraucher, 4: a schematic representation of the interface module designed as an exchangeable adapter on an electrical consumer designed as a hammer drill,
Fig. 5: eine erste Ausführungsform einer elektromechanischen Schnittstelle des Schnittstellenmoduls bzw. des Adapters in einer schematischen Darstellung und Fig. 5: a first embodiment of an electromechanical interface of the interface module or the adapter in a schematic representation and
Fig. 6: eine zweite Ausführungsform der elektromechanischen Schnittstelle des Schnittstellenmoduls bzw. des Adapters in einer schematischen Darstellung. 6: a second embodiment of the electromechanical interface of the interface module or of the adapter in a schematic representation.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele Description of the exemplary embodiments
Figur 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. Figur 1 soll veranschaulichen, dass die Erfindung für verschiedenste elektrische Verbraucher 20 geeignet ist. So sind exemplarisch ein Akkustaubsauger 24, ein Akkuschlagschrauber 26 und ein Akkurasen-
trimmer 28 gezeigt. Im Kontext der Erfindung können jedoch auch andere Elektrowerkzeuge, Messgeräte, Gartengeräte und Haushaltsgeräte als elektrische Verbraucher 20 in Frage kommen. 1 shows a replaceable energy store 10 in the form of a rechargeable replaceable battery pack 12 with an electromechanical interface 16 having a plurality of electrical contacts 14. The replaceable battery pack 12 can be charged using a charger 18 and discharged by various electrical consumers 20. For this purpose, the charging device 18 and the electrical loads 20 must each have a further electromechanical interface 22 having a plurality of electrical contacts 14 which is both electrically and mechanically compatible with the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 . FIG. 1 is intended to illustrate that the invention is suitable for a wide variety of electrical consumers 20. For example, a cordless vacuum cleaner 24, a cordless impact wrench 26 and a cordless lawn trimmer 28 shown. In the context of the invention, however, other power tools, measuring devices, gardening tools and household appliances can also be used as electrical loads 20 .
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 Figuren 5 und 6 gezeigt. The exchangeable battery pack 12 comprises a housing 30 which has the electromechanical interface 16 on a side wall or on its upper side 32 for the tool-free, detachable connection to the compatible, further electromechanical interface 24 of the charging device 18 or the electrical consumer 20 . In conjunction with the electrical consumer 20, the electromechanical interfaces 16, 22 are primarily used to discharge the removable battery pack 12, while they are used in conjunction with the charger 18 to charge the removable battery pack 10. The exact design of the electromechanical interfaces 16, 22 depends on various factors, such as the voltage class of the electrical load 20, the charger 18 and the exchangeable battery pack 12, as well as various manufacturer specifications. For example, two or more electrical contacts 14 can be provided for energy and/or data transmission between the replaceable battery pack 12 and the charger 18 or the electrical load 20. A mechanical coding is also conceivable, so that the replaceable battery pack 12 can only be operated on specific electrical loads 20 . Corresponding exemplary embodiments are shown in FIGS. 5 and 6 below.
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. Figur 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. As mentioned at the beginning, different manufacturers of electrical consumers 20 have increasingly joined forces to form so-called rechargeable battery alliances, in which the electrical consumers 20 from the different manufacturers use a common energy storage platform in order to be able to offer the customer the widest possible range of electrical consumers 20 and on the other hand, to be able to use an already successful and established concept of interchangeable battery packs 12 from a specific manufacturer. However, the problem often arises here that the electromechanical interfaces of the electrical consumers 20 from one manufacturer and the electromechanical interface 16 of the interchangeable battery packs 12 from the other manufacturer are incompatible with one another. It is therefore necessary to adapt the incompatible electrical loads 20 to the common energy storage platform by means of an interface module 34 (cf. FIG. 2) described below. The replaceable battery pack 12 has a mechanical locking device 36 for locking the positively and/or non-positively releasable connection of the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 to the corresponding mating interface 22 of the interface module 34 mounted on or in the electrical consumer 20. The locking device 36 is a spring-loaded pusher 38 is formed, which is operatively connected to a locking member 40 of the exchangeable battery pack 12. Due to the springiness of the pusher 38 and/or the locking member 40, the locking device 36 automatically engages when the replaceable battery pack 12 is pushed into the mating interface 22 of the interface module 34. If an operator presses the push button 38 in the insertion direction, the lock is released and the operator can remove or push out the replaceable battery pack 12 from the electrical consumer 20 or the interface module 34 in the opposite direction to the insertion direction.
In Figur 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. FIG. 2 shows a block diagram consisting of the replaceable energy store 10 designed as a rechargeable replaceable battery pack 12 on the left-hand side and an electrical consumer 20 that is normally incompatible with the replaceable battery pack 12 on the right-hand side. In order to establish compatibility between the exchangeable battery pack 12 and the electrical load 20, the electrical load 20 has the interface module 34, which is designed, for example, as a printed circuit board with corresponding electronic components and a mating interface 22 that matches the electromechanical interface 16 of the exchangeable battery pack.
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 Vi, 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 I entladen und anderseits durch das Ladegerät 18 mit einem Ladestrom (in Figur 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. The mutually compatible electromechanical interfaces 16 and 22 are each provided with a plurality of electrical contacts 14, with a first of the electrical contacts 14 as a power supply contact 42 that can be charged with a first reference potential Vi, preferably a supply potential V+, and a second of the electrical contacts 14 as a power supply contact 44 that can be charged with a second reference potential V2, preferably a ground potential GND. About the first and the second power supply contact 42, 44, the removable battery pack 12 on the one hand discharged by the electrical load 20 with a discharge current I and on the other hand charged by the charger 18 with a charging current (not shown in Figure 2). The current strengths of charging and discharging current can differ significantly from each other. So the discharge current at accordingly designed electrical consumers 20 can be up to 10 times higher than the charging current of the charger 18. The term "can be acted upon" is intended to make it clear that the potentials V+ and GND are not permanently applied to the energy supply contacts 42, 44, but only after the connection of the electromechanical interfaces 16, 22 of the exchangeable battery pack 12 and the interface module 34. The same applies to a discharged exchangeable battery pack 12 after connection to the charger 16.
Der Wechselakkupack 12 weist eine Mehrzahl von Energiespeicherzellen 46 auf, die zwar in Figur 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 Ußatt 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 ßatt des Wechselakkupacks 12 bei gleichzeitig erhöhter Kapazität zu erzielen. Bei gängigen Li-Ion-Energiespeicherzellen 46 mit einer Zellspannung Uceii von jeweils 3,6 V fällt im vorliegenden Ausführungsbeispiel über die Energieversorgungskontakte 42, 44 eine Batteriespannung U ßatt = Vi - 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. The replaceable battery pack 12 has a plurality of energy storage cells 46, which are shown in Figure 2 as a series circuit, but can alternatively or additionally also be operated in a parallel circuit, the series circuit using the energy supply contacts 42, 44 dropping battery voltage Ußatt or voltage class of the removable battery pack 12 is defined, while connecting individual energy storage cells 46 in parallel primarily increases the capacity of the removable battery pack 12 . As already mentioned, individual cell clusters consisting of energy storage cells 46 connected in parallel can also be connected in series in order to achieve a specific battery voltage U ßatt of the exchangeable battery pack 12 with a simultaneously increased capacity. In conventional lithium-ion energy storage cells 46 with a cell voltage Uceii of 3.6 V each, a battery voltage U ßatt =Vi -V2 of 5×3.6 V=18 V drops across the energy supply contacts 42, 44 in the present exemplary embodiment. Depending on the number of energy storage cells 46 connected in parallel in a cell cluster, the capacity of common exchangeable battery packs 12 can be up to 12 Ah or more. However, the invention is not dependent on the type, design, voltage, current delivery capability, etc. of the energy storage cells 46 used, but can be applied to any exchangeable battery pack 12 and energy storage cell 46 .
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 Uceii aber gleichbedeu-
tend sind. Die insbesondere hochohmig ausgestalteten Filterwiderstände 54 können insbesondere im Fehlerfall eine gefährliche Erwärmung der Messeingänge der Multiplexer-Messvorrichtung 50 verhindern. An SCM preliminary stage 48 (single cell monitoring) is provided for monitoring the individual energy storage cells 46 or cell clusters of the exchangeable battery pack 12 connected in series. The SCM preliminary stage 48 has a multiplexer measuring device 50 which can be connected to corresponding taps 54 of the poles of the energy storage cells 46 or cell cluster via filter resistors 52 with high resistance. In the following, the term energy storage cell should also include the cell cluster, since these only have an influence on the capacity of the exchangeable battery pack 12, but are of equal importance for the detection of the cell voltages Uceii. tend to be. The filter resistors 54, which are designed in particular to have a high resistance, can prevent dangerous heating of the measuring inputs of the multiplexer measuring device 50, particularly in the event of a fault.
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 Uceii an die Überwachungseinheit 56 durchreicht, so dass die eigentliche Messung der Zellspannungen Uceii direkt von der Überwachungseinheit 56, beispielsweise über entsprechenden Analog-Digital-Umwandler (ADC) durchgeführt wird. The multiplexer measuring device 50 can be switched over via a monitoring unit 56 integrated in the exchangeable battery pack 12 or also directly within the SCM preliminary stage 50 . In addition, switching elements 60 of the SCM preliminary stage 50 that are connected in parallel with the energy storage cells 46 can be closed or opened in this way in order to bring about a so-called balancing of the energy storage cells 46 in order to achieve uniform charging or discharging states of the individual energy storage cells 46. It is also conceivable that the SCM preliminary stage 50 forwards the measured cell voltages Uceii to the monitoring unit 56, so that the actual measurement of the cell voltages Uceii is carried out directly by the monitoring unit 56, for example via a corresponding analog-to-digital converter (ADC).
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 Ußatt, der Zellspannungen Uceii, des Lade- oder Entladestroms I, eines Stromintegrals, einer Temperatur T oder dergleichen aufweisen. The monitoring unit 56 can be designed as an integrated circuit in the form of a microprocessor, ASICs, DSPs or the like. However, it is also conceivable that the monitoring unit 56 consists of a plurality of microprocessors or at least partially of discrete components with appropriate transistor logic. In addition, the monitoring unit 56 can have a memory for storing at least one operating parameter of the replaceable battery pack 12, such as the battery voltage Ußatt, the cell voltages Uceii, the charging or discharging current I, a current integral, a temperature T or the like.
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. A temperature sensor 66, which is arranged in the replaceable battery pack 12 and is preferably embodied as an NTC and is in close thermal contact with at least one of the energy storage cells 46, is used to measure the temperature T of the replaceable battery pack 12 or the energy storage cells 46 using a measuring circuit 64 integrated in the replaceable battery pack 12. The temperature T measured in this way can then be evaluated by a control or regulating unit 68 of the interface module 34 via a first contact 14 of the electromechanical interfaces 16 , 22 embodied as a signal or data contact 70 . So that the interface module 34 of the electrical consumer 20 can identify the replaceable battery pack 12 and, if necessary, release it for discharging, the replaceable battery pack 12 has a coding resistor 72 which is connected to the measuring circuit 62 . The resistance value of the coding resistor 72 measured with the measuring circuit 62 can then be evaluated by the control or regulating unit 68 of the interface module 34 via a further contact 14 embodied as a signal or data contact 74 of the electromechanical interfaces 16 , 22 . If the resistance value of the coding resistor 72 matches an expected value stored in a memory of the control or regulation unit 68 of the interface module 34 , then the discharging process of the replaceable battery pack 12 is released by the control or regulation unit 68 of the interface module 34 . Instead of just one coding resistor 72, several coding resistors can also be provided in the replaceable battery pack 12 for the charging and discharging process. If the measured resistance values of the coding resistors do not match the expected values according to the look-up table, the charging or discharging process of the exchangeable battery pack 12 is interrupted or not permitted. This particularly advantageously allows the operation of exchangeable battery packs 12 of different performance classes with identical electromechanical interfaces 16 and 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 Ußatt 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. In addition to the measured temperature T or the resistance value of the temperature sensor 66 and/or the coding resistor 72, the other operating parameters already mentioned can also be transmitted via the first and/or second signal or data contact 70 or 74 from the replaceable battery pack 12 to the interface module 34 for evaluation there be transmitted by means of the control or regulation unit 68. In addition, the signal or data contacts 70 or 74 can also be bidirectional for the mutual exchange of information between the replaceable battery pack 12 and the electrical load 20 . In this way, interface module 44 can control replaceable battery pack 12 via monitoring unit 56 located there or, if necessary, also directly if the at least one operating parameter exceeds or falls below a limit value stored in the memory of control or regulating unit 68 of interface module 34 and/or from a expected value stored in the memory. In this case, for example, a shunt resistor 76 of the interface module 34 is used to measure the discharge current I. In addition, the interface module 34 can have a temperature sensor, not shown, for measuring the temperature T. A direct measurement of the battery voltage U.sub.Batt present at the energy supply contacts 42, 44 of the interface module 34 by means of the control and regulation unit 68 is also conceivable. The limit value can consequently be a minimum or maximum permissible voltage value, a minimum or maximum permissible current value or a maximum permissible temperature value and the expected value can be a current-time profile, a resistance value of the temperature resistor 66 or the coding resistor 72, another identification value of the replaceable battery pack 12 or a Information about an interruption in the connection to the temperature resistor 66 or to the coding resistor 72 be. It is also conceivable that the signal or data transmission takes place via the first and/or the second energy supply contact 42, 44 in the sense of a power line communication instead of via the additional signal or data contacts 70, 74.
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 Ußatt 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 Figur 2 gezeigt, kann auch der Wechselakkupack 12 selbst ein entsprechendes Schaltelement 80 zur Unterbrechung des Entlade- oder Ladestroms I aufweisen, das mittels der dortigen Überwa- chungseinheit 56 angesteuert wird. Diese erhält dann über den zumindest einen als Signal- oder Datenkontakt 70, 72 ausbildeten Kontakt 14 der elektromechani-
sehen 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 Überwachungsein- heit 56 bzw. der Messschaltung 62 des Wechselakkupacks 12 und der Steueroder 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. If the discharge current I measured by means of the shunt resistor 76 exceeds a maximum permissible current value, for example, or if the battery voltage Ußatt measured by the control or regulating unit 68 of the interface module 34 is outside the voltage class of the electrical consumer 20, i.e. below a minimum permissible or above a maximum permissible voltage value, the discharge current I from the replaceable battery pack 12 to the electrical load 20 can be temporarily or permanently interrupted by the control or regulating unit 68 of the interface module 34 opening a switching element 78 in the ground path (low side) of the interface module 34. However, it is also conceivable for one or more switching elements 78 to be arranged in the supply path (high side). Likewise, at least one switching element 78 can be provided both in the supply path and in the ground path. Switching element 78 is preferably designed as a MOSFET, with other switching elements such as a relay, an IGBT, a bipolar transistor or the like also being conceivable. Thus, using the interface module 34, electrical consumers 20 and/or exchangeable energy stores 10 can also be operated safely, which themselves do not have an integrated option for interrupting the energy supply. As shown in FIG. 2, the exchangeable battery pack 12 itself can also have a corresponding switching element 80 for interrupting the discharging or charging current I, which is controlled by means of the monitoring unit 56 located there. This then receives via the at least one designed as a signal or data contact 70, 72 contact 14 of the electromechanical Interfaces 16, 20 of the replaceable battery pack 12 and the interface module 34 see a corresponding switching command from the control or regulation unit 68 of the interface module 68. To adapt the signals or data transmitted via the signal or data contacts 70, 72 between the monitoring unit 56 or the measuring circuit 62 of the replaceable battery pack 12 and the control or regulation unit 68 of the interface module 34, the interface module 34 has corresponding analog or analog-to-digital converters 82, each of which is located between the signal or data contacts 70, 72 and the control or regulation unit 68 are switched.
Zur Steuerung oder Regelung des elektrischen Verbrauchers 20 ist die Steueroder 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 Figur 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. To control or regulate the electrical consumer 20, the control or regulation unit 68 of the interface module 34 is connected to an electronic unit 86 of the electrical consumer 20 via a further interface 84. For this purpose, the further interface 84 has contact points 88 which are designed, for example, as soldering or plug-in contacts of the interface module 34 designed as a printed circuit board. A first of these contact points 88 serves as a particularly bidirectional data contact 90 and a second contact point 88 as a release contact 92 between electronics unit 86 and a protection circuit 94 of interface module 34. Protection circuit 94 adjusts the level of any voltage differences between electronics unit 86 of electrical load 20 and the control or regulating unit 68 of the interface module 34. To this end, it separates the corresponding signals from one another via two different ground potentials. These two ground potentials can also be electrically isolated from one another. While a first ground potential is at the ground potential GND of the exchangeable battery pack 12 , the second ground potential is defined via the electrical load 20 . The control or regulating unit 68 of the interface module 34 can optionally send a wake-up signal to the electronics unit 86 of the electrical consumer 20 via a third contact point 88 of the interface 84 configured as a wake-up contact 96 if the electronics unit 86 cannot be woken up directly via the enable contact 92. The outputs of the protective circuit 94 connected to the enabling contact 92 or the wake-up contact 96 are preferably designed as open collector outputs which draw the respective collector to the second ground potential of the electrical load 20 when the associated transistor is closed. In order to put the electrical load 20 into operation, the operator actuates a main switch 98 of the electrical load 20 (cf. also FIG. 1 in this regard). This wakes up the control or regulating unit 68 of the interface module 34 via a wake-up sleep detection circuit 100 connected to the main switch 98 by means of a fourth contact point 88 of the interface 84 . The control or regulating unit 68 then closes the previously open switching element 78 of the interface module 34 in order to enable the power supply from the exchangeable battery pack 12 to the electrical consumer 20 . The waking up of the control and regulation unit 68 of the interface module 34 also wakes up the electronics unit 86 of the electrical load 20 via the enable contact 92 or the wake-up contact 96 . This is particularly useful if the electronics unit 86 of the electrical load 20 is to be woken up by plugging in the replaceable battery pack 12 in order to achieve a particularly quick response to the operation of the main switch 98 .
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 Ußatt 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 Erfin-
dung 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. Electronics unit 86 then queries the at least one operating parameter recorded by interface module 34, or interface module 34 in turn sends the at least one recorded operating parameter to electronics unit 86. If the at least one recorded operating parameter is within those stored in the memory of control or regulating unit 68 of interface module 34 limit values or if it meets an expected value stored there, the electronics unit 86 of the electrical load 20 switches on an electrical load 102 which is connected to the first and the second energy supply contact 42, 44 of the electromechanical interface 22 of the interface module 34 and to which the battery voltage Ußatt is present . The electrical load 102 can be configured, for example, as a brushless direct current motor (EC or BLDC motor, not shown) of the cordless vacuum cleaner 24, the cordless impact wrench 26 or the cordless lawn trimmer 28, which is controlled by means of a power output stage 104 via pulse width modulation (PWM). A detailed description of these devices will be dispensed with since they are well known to those skilled in the art and are therefore not essential to the invention. A B6 bridge or the like can be considered as the power output stage 104 , which drives a three-phase BLDC motor to change its speed and/or torque with pulse width modulation, which has a direct influence on the discharge current I of the replaceable battery pack 12 . The power output stage 104 generally has a load capacitance 108 embodied as an intermediate circuit capacitance 106 . the invention However, the application is neither limited to loads 102 driven by electric motors in general nor to BLDC motors controlled by power output stage 104 in particular. Thus, the electrical load 102 can also have an electric motor with brushes or be designed as a non-motor. Numerous variants of possible electrical loads are known to a person skilled in the art, so that there is no need to go into further detail here.
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. In the event that electrical load 20 itself does not have an electronics unit 86, it can alternatively also be provided that control or regulation unit 68 of interface module 34 switches on electrical load 102 in electrical load 20 if the at least one operating parameter recorded in the The expected value stored in the memory of the control or regulation unit 68 is met and/or is within stored limit values.
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. In order to protect the operator from injury immediately after connecting the replaceable battery pack 12 to an electrical load 20 that is accidentally still switched on, the control or regulating unit 68 of the interface module 34 can use a start-up protection circuit 110, depending on the state of charge of the load capacitance 108, to provide start-up protection via the electronic unit 86 of the electrical load 20 cause. Additionally or alternatively, the start-up protection circuit 110 can also be used to prevent the interface module 34 from being automatically reset. In this way it can be ensured that an energy supply interrupted by the switching element 78 of the interface module 34 as a result of a detected error condition after the error condition has been eliminated, for example because the temperature T or a fault current of the replaceable battery pack 12 has fallen below the respective limit value again, by automatic closing of the switching element 78 is restored.
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 Betäti-
gung 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. In order to also protect the switching element 78 of the interface module 34 from an excessively high discharge current I immediately after the operator has switched on the electrical load 20, the switching element 78 is only switched on permanently when the state of charge of the load capacitance 108 of the electrical load 20 is on a defined threshold value, for example 90%, has increased. For this purpose, the control or regulation unit 68 of the interface module 34 controls the at least one switching element 78 after actuation ment of the main switch 98 until the defined threshold value for the state of charge is reached. Alternatively or additionally, a specially configured charging stage 112 can also be provided in the interface module 34 for clocked or non-clocked precharging of the load capacitance 108 .
Eine weitere Schutzmaßnahme ergibt sich dadurch, dass die Energiezufuhr durch das Öffnen des Schaltelements 78 unterbrochen wird, wenn der Entladestrom I eine definierte Zeitspanne TOff nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers 20 nicht annähernd auf null gesunken ist. Somit können etwaige Fehlerströme erkannt werden. A further protective measure results from the fact that the energy supply is interrupted by the opening of the switching element 78 if the discharge current I has not dropped to approximately zero a defined period of time T off after the electrical load 20 has been switched off. In this way, any fault currents can be detected.
Weiterhin ist vorgesehen, dass das Schnittstellenmodul 34 nach dem Loslassen des Hauptschalters 98 noch für eine Nachlaufzeit Tpost, 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 Tpost und anderseits eine sichere Überwachung der Betriebsparameter auch nach dem Ausschalten des elektrischen Verbrauchers 20. Provision is also made for the interface module 34 to be supplied with energy for a follow-up time T post , in particular between 5 and 15 minutes, after the main switch 98 has been released, before the control or regulating unit 68 of the interface module 34 switches the at least one switching element 78 to the Interruption of the power supply to the electrical load 20 opens. This ensures, on the one hand, a very quick restart within the run-on time T post and, on the other hand, reliable monitoring of the operating parameters even after the electrical consumer 20 has been switched off.
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.
Figur 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. In order to indicate to the operator any error states detected by interface module 34 and/or an interruption in the power supply to electrical load 20, interface module 34 has an LED 112, which is preferably located at a location on electromechanical interface 22 of the interface module that is clearly visible from the outside 34 is provided. However, other optical, acoustic and/or haptic display means are also suitable for the display, such as an HMI (Human Machine Interface) in the form of an LC, LED, OLED, AMOLED display or the like, a dynamic loudspeaker or piezo and/or or a small vibration motor. It is also conceivable that display means already contained in the electrical load 20 are used, which can be controlled via the control and regulation unit 68 of the interface module 34 and the electronics unit 86 of the electrical load 20 . Provision can also be made for the display means of the interface module 34 to be used to display operating and/or error states of the electrical load 20 . This makes sense in particular when the electrical consumer itself does not have a corresponding display device. Figure 3 shows a section through the base 114 of the electrical load 20 designed as a drill impact driver 26. The interface module 34 together with the associated electromechanical interface 22 is accommodated in a half-shell 116 of the base 114 in such a way that the removable battery pack 12 (not shown) with its electromechanical interface 16 can be connected directly can be inserted into the foot 114 and then locked there with its locking member 40 in a not shown depression of the electromechanical interface 22 of the interface module 34 shown only schematically. The interface module 34 is designed as a cast circuit board 118 which is electrically connected to the electronics unit 86 of the impact drill 26 via the interface 84 . The power output stage 104 as part of the electrical load 102 is only indicated in outline. However, the structure of the impact drill 26 is known to a person skilled in the art, so that it will not be discussed further at this point.
Damit das Schnittstellenmodul 34 flexibel und universell für verschiedenste elektrische Verbraucher 20 genutzt werden kann, ist es in Figur 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. So that the interface module 34 can be used flexibly and universally for a wide variety of electrical consumers 20, it is configured in FIG. 4 as an adapter 120 that can be changed without tools. The adapter 120 has at least two different electromechanical interfaces 22, 122, the first electromechanical interface 22 being compatible with the electromechanical interface 16 of the replaceable battery pack 12 and the at least one second electromechanical interface 122 being compatible with an electromechanical interface 124 of the electrical load embodied as a rotary hammer 126 20 is. For this purpose, the at least one second electromechanical interface 122 has the electrical contact points 88 of the interface 84 . A particularly high level of flexibility can be achieved if the at least one second electromechanical interface 122 of the adapter 120 is designed to be exchangeable on the adapter 120 for different electrical loads 20 . Here, however, it makes sense that the at least one second electromechanical interface 122 can only be replaced by the manufacturer. It is also conceivable that the entire adapter 120 can only be replaced by the manufacturer of the electrical consumer 20 using the appropriate tool. Compared to the interface module 34 designed as a cast printed circuit board 118, this results in the additional advantage that the interface module 34 can be more easily replaced by the manufacturer of the electrical load 20. The electrical load 20 can also be replaced more quickly in this way back to its original electromechanical interface 124.
Figur 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 Ußatt aufweist. Im Falle einer Parallelschaltung der beiden Wechselakkupacks 12 muss die Spannungsklasse des elektrischen Verbrauchers 20 dann der jeweiligen Batteriespannung Ußatt 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 Ußatt 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 Ußatt 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. FIG. 4 also shows the possibility of configuring the adapter 120 in such a way that it has two first electromechanical interfaces 22 for two parallel or series-connected exchangeable battery packs 12 each with the same battery voltage Ußatt for particularly powerful electrical consumers 20 of a defined voltage class. In the case of a parallel connection of the two exchangeable battery packs 12, the voltage class of the electrical load 20 must then correspond to the respective battery voltage Ußatt of a single exchangeable battery pack 12, while the voltage class of the electrical load 20 in a series connection of the two exchangeable battery packs 12 must be twice as high as the battery voltage Ußatt a single exchangeable battery pack 12. Accordingly, electronics must then also be provided in the adapter 120 or in the interface module 34, which is suitable for managing the two exchangeable battery packs 12. In addition, the electronics are advantageously able to compensate for certain voltage deviations between the resulting battery voltage Ußatt of the connected exchangeable battery packs 12 and the defined voltage class of the electrical load 20 . However, since such electronics are known to those skilled in the art, they will not be discussed in any more detail.
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. In order to indicate to the operator any error states detected by interface module 34 of adapter 120 and/or an interruption in the power supply to electrical load 20, adapter 120 has an optical, acoustic, and/or haptic indicator 128, which is the same as that already mentioned above LED 112 or another suitable HMI can be formed. Here, too, the display means 128 of the adapter 120 can also be used to display operating and/or error states of the rotary hammer 126, particularly if the latter does not have its own corresponding display means.
Die Figuren 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 Ußatt bzw. Spannungsklassen. In Figur 5 ist
die elektromechanische Schnittstelle 22 beispielsweise für eine Batteriespannung Ußatt von 18 V und in Figur 6 für eine Batteriespannung Ußatt von 10,8 V ausgelegt. FIGS. 5 and 6 show two possible configurations of the electromechanical interface 22 of the interface module 34 or of the adapter 120 for tool-free connection to various exchangeable battery packs 12 for two different battery voltages Ußatt or voltage classes. In Figure 5 is the electromechanical interface 22 is designed, for example, for a battery voltage Ußatt of 18 V and in FIG. 6 for a battery voltage Ußatt of 10.8 V.
Die elektromechanischen Schnittstellen 22 weisen jeweils die in Figur 2 dargestellten elektrischen Kontakte 14 auf, wobei ein erster der elektrischen Kontakte 14 als ein mit dem ersten Bezugspotential Vi, 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. The electromechanical interfaces 22 each have the electrical contacts 14 shown in FIG second reference potential V2, preferably ground potential GND, power supply contact 44 that can be acted upon, and a third and fourth of the electrical contacts 14 each serve as a signal or data contact 70 or 74, respectively. The electrical contacts 14 are attached to a contact carrier 130, which is preferably made of plastic, or is partially encapsulated by it. In addition, the contact carrier 130 has mechanical codings 132, so that the electromechanical interface 22 is only compatible with replaceable battery packs 12 of a specific voltage and/or power class.
Der in Figur 5 gezeigte Kontakthalter 130 ist im Unterschied zu dem in Figur 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. In contrast to the contact holder 130 shown in Figure 6, the contact holder 130 shown in Figure 5 is resiliently mounted on the interface module 34 or adapter 120 via a compression spring 134, so that the electromechanical interface 22 is better protected against vibrations during the operation of the electrical load 20 . This is particularly advantageous in particular in the case of electrical consumers 20 in higher power classes.
Analog zu der elektromechanischen Schnittstelle 22 kann auch die in Figur 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. Analogously to the electromechanical interface 22, the second electromechanical interface 122 of the adapter 120 indicated in FIG. However, its structure depends significantly on the configuration of the electromechanical interface 124 of the electrical load 20 .
Es sei abschließend noch darauf hingewiesen, dass die Erfindung weder auf die in den Figuren 1 bis 6 gezeigten Formen und Größenverhältnisse der Ausführungsbeispiele noch auf die in der Beschreibung exemplarisch genannten Werte und Zahlenangaben beschränkt ist.
Finally, it should also be pointed out that the invention is neither limited to the forms and proportions of the exemplary embodiments shown in FIGS. 1 to 6 nor to the values and numerical data given as examples in the description.
Claims
1. 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 (Ubatt) 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. 1. Interface module (34) for operating an electrical load (20) of a defined voltage class with at least one exchangeable energy store (10) that is directly incompatible with the electrical load (20), characterized in that the defined voltage class of the electrical load (20) has a corresponds to integer multiples of a battery voltage (Ubatt) of the at least one exchangeable energy store (10) and that the interface module (34) has a control or regulating unit (68) which has at least one operating parameter (U, I, T) of the exchangeable energy store (10) monitored and depending on the monitored operating parameters (U, I, T) controls an electrical load (102) of the electrical consumer (20).
2. 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. 2. Interface module (34) according to claim 1, characterized in that the interface module (34) has an interface (84) to the electrical load (20) via which the exchangeable energy store (10) and the electrical load (20) information, in particular can send and/or receive via the at least one operating parameter (U, I, T).
3. 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. 3. Interface module (34) according to any one of the preceding claims, characterized in that the at least one operating parameter (U, I, T) is a voltage (U), a current (I), a current integral, a temperature (T), information via a temperature resistor (66) and/or information about a coding resistor (72) or other values for identifying the exchangeable energy store (10).
4. 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 Betriebspara-
meter (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: 4. Interface module (34) according to one of the preceding claims, characterized in that the interface module (34) has at least one switching element (78), in particular at least one MOSFET, by means of which the control or regulating unit (68) controls the energy supply from the exchangeable energy store (10) to the electrical consumer (20) can be interrupted temporarily or permanently if the at least one operating parameter meter (U, I, T) exceeds or falls below a limit value stored in a memory of the control or regulation unit (68) and/or deviates from an expected value stored in the memory. Interface module (34) according to Claim 4, characterized in that the limit value is a minimum or maximum permissible voltage, a minimum or maximum permissible current or a maximum permissible temperature and the expected value is a resistance value of the temperature resistor (66) or the coding resistor (72) or information about an interruption in the connection to the temperature resistor (66) or to the coding resistor (72) is formed. Interface module (34) according to one of the preceding claims 4 or 5, characterized in that the control or regulating unit (68) depending on the state of charge of a load capacitance (106) of the electrical load (102), in particular an intermediate circuit capacitance (108) of a power output stage ( 104), the electrical load (20) causes a start-up protection of the electrical load (20) when power is supplied again by the switching element (78) after an interruption and/or prevents the interface module (34) from being automatically reset. Interface module (34) according to Claim 6, characterized in that the control or regulating unit (68) controls the at least one switching element (78) in a clocked manner in order to precharge the load capacitance (106) of the electrical consumer (20) before it is put into operation. Interface module (34) according to one of the preceding claims, characterized in that the interface (84) of the interface module (34) has a release contact (92) and/or wake-up contact (96) designed as an open collector output for sending a wake-up signal to an electronic unit (86) of the electrical load (20). Interface module (34) according to one of the preceding claims, characterized in that the interface module (34) has a display means (112, 128) for displaying a detected fault condition and/or an interruption in the power supply to the electrical consumer (20). Interface module (34) according to one of the preceding claims, characterized in that the interface module (34) has an electromechanical interface (22) which is compatible with an electromechanical interface (16) of the exchangeable energy store (10). Interface module (34) according to one of the preceding claims 2 to 10, characterized in that the interface module (34) is designed as an exchangeable adapter (120) for the electrical load (20), the adapter (120) having a first, for electromechanical Interface (16) of the exchangeable energy store (10) compatible, electromechanical interface (22) and a second, to an electromechanical interface (124) of the electrical load (20) compatible, electromechanical interface (122), which includes the interface (84). . Method for controlling an electrical consumer (20) by means of an interface module (34) according to one of the preceding claims, having at least the following steps:
• Betätigen eines Hauptschalters (98) des elektrischen Verbrauchers (20) zum Aufwecken eines Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34), • Actuating a main switch (98) of the electrical consumer (20) to wake up a control or regulating unit (68) of the interface module (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 • switching on at least one switching element (78), in particular at least one MOSFET, of the interface module (34) for supplying energy from at least one exchangeable energy store (10) connected to the electrical load (20) to the electrical load (20) and
• 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): • Switching on an electrical load (102) of the electrical consumer (20) when the at least one detected operating parameter (U, I, T) meets an expected value stored in a memory of the control or regulation unit (68) of the interface module (34) and/ or is within stored limit values. Method according to Claim 12, characterized by the further steps after switching on the at least one switching element (78):
• Aufwecken einer Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20), • waking up an electronic unit (86) of the electrical consumer (20),
• Abfragen zumindest eines im Schnittstellenmodul (34) erfassten Betriebsparameters (U, I, T) durch die Elektronikeinheit (86) des elektrischen Ver-
- 28 - brauchers (20) oder Senden des zumindest einen im Schnittstellenmodul (34) erfassten Betriebsparameters (U, I, T) an die Elektronikeinheit (86) des elektrischen Verbrauchers (20) und • Queries at least one operating parameter (U, I, T) recorded in the interface module (34) by the electronic unit (86) of the electrical connection - 28 - consumer (20) or sending the at least one operating parameter (U, I, T) recorded in the interface module (34) to the electronics unit (86) of the electrical consumer (20) and
• 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 (TOff) 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 (Tpost), insbesondere zwischen 5 und 15 Minuten, mit Energie versorgt wird, bevor die Steuer- oder Regeleinheit (68) des Schnittstellenmoduls (34) das zumindest
- 29 - eine Schaltelement (78) zur Unterbrechung der Energiezufuhr zum elektrischen Verbraucher (20) öffnet.
• Switching on the electrical load (102) of the electrical consumer (20) by the electronics unit (86) of the electrical consumer (20) when the at least one recorded operating parameter (U, I, T) has a value stored in the memory of the control or regulation unit ( 68) of the interface module (34) and/or is within stored limit values. Method according to one of the preceding claims 12 or 13, characterized in that in one step a load capacitance (106) of the electrical load (102), in particular an intermediate circuit capacitance (108) of a power output stage (104), of the electrical consumer (20) before the permanent Closing the switching element (78) is charged. Method according to one of the preceding claims 12 to 14, characterized in that in one step the energy supply from the energy store (10) to the electrical consumer (20) is interrupted by opening the at least one switching element (78) and/or that the interface module (34) sends a switch-off command via a release contact (92) designed as an open collector output to the electronic unit (86) of the electrical consumer (20) as soon as the at least one recorded operating parameter (U, I, T) exceeds the value in the memory of the control or regulation unit (68) of the interface module (34) is not met and/or is outside the stored limit values. Method according to one of the preceding claims 12 to 15, characterized in that in one step the at least one switching element (78) is opened to interrupt the energy supply if the discharge current (I) a defined period of time (T O ff) after switching off the electrical consumer (20) has not fallen anywhere near to zero. Method according to one of the preceding claims 12 to 16, characterized in that after the main switch (98) is released, the interface module (34) supplies energy in one step for a run-on time (T pos t), in particular between 5 and 15 minutes is before the control or regulation unit (68) of the interface module (34) that at least - 29 - a switching element (78) to interrupt the power supply to the electrical consumer (20) opens.
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