DE102007031563A1

DE102007031563A1 - Akku mit einer anpassbaren Lade-Abschaltspannung

Info

Publication number: DE102007031563A1
Application number: DE102007031563A
Authority: DE
Inventors: Jochen Bertsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-07-06
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2009-01-08
Also published as: CN101436691A; US20090009139A1

Abstract

Ein Akku (10) mit einer wiederaufladbaren Batterie (12) zum Betreiben eines Elektrogeräts (12), insbesondere eines Elektrowerkzeugs weist eine elektronische Spannungsschaltung (16) auf. Die Spannungsschaltung (16) weist wenigstens eine elektronische Komponente (18), insbesondere eine Diode, auf, die einen definierten Spannungsabfall erzeugt. Damit wird die Ladeabschaltspannung eingestellt.

Description

Die Erfindung betrifft einen Akku für ein Elektrogerät, insbesondere Elektrowerkzeug mit einer wiederaufladbaren Batterie und Anschlüssen für ein Ladegerät.
Elektrogeräte, bei denen zumindest zeitweise ein netzunabhängiger Betrieb erforderlich oder gewünscht ist werden mit einem Akku ausgestattet, der wiederaufladbare Batterien aufweist. Solche stehen heute in unterschiedlichen Typen und Größen für eine Vielzahl von Anwendungen zu Verfügung. Typische Arten für derartige wiederaufladbare Batterien sind entsprechend der in ihnen jeweils enthaltenen Komponenten beispielsweise Bleisäure-, Nickelkadmium-(NiCd), Nickelmetallhydrid-(NiMH), Lithiumionen-(LiIo) oder Lithiumpolymer-Batterien. Diese können vielfach benutzt und in einem geeigneten Ladegerät wieder aufgeladen werden. Wiederaufladbare Batterien sind beispielsweise aus der DE 33 47 717 C2 bekannt.
Ladegeräte zum Aufladen von wiederaufladbaren Batterien sind aus dem Stand der Technik in vielfältigen Ausführungen bekannt. Dabei werden auch Ladebetriebssysteme eingesetzt, mit deren Hilfe unterschiedliche physikalische Größen der zu ladenden Batterie berücksichtigt werden. Beispielsweise wird in der DE 10 2005 020 356 A1 ein Ladegerät offenbart, das eine Messeinheit zum Erfassen wenigstens einer Batteriekenngröße aufweist. Das Ladegerät umfasst eine Recheneinheit, mit der es ermöglicht wird, den Ladevorgang entsprechend den bei den wiederaufladbaren Batterien individuell vorliegenden Alterungszuständen zu gestalten.
Beim Aufladen wird nur ein Teil der zur Verfügung stehenden elektrischen Energie in Ladung umgesetzt. Ein anderer Teil wird am Innenwiderstand der wiederaufladbaren Batterie in Wärme umgewandelt und geht somit für den Ladevorgang verloren. Diese Verlustleistung kann zu einer unerwünschten Erwärmung der wiederaufladbaren Batterie und damit des Akkus führen. Daher muss der Ladevorgang überwacht werden. Insbesondere auf Lithium basierende Batteriezellen, die so genannten Batteriepacks, werden auf eine bestimmte Spannung geladen, die auch vom Ladegerät überwacht und geregelt werden muss. Wird die im Akku vorgegebene Ladeschlussspannung erreicht, so wird der Ladevorgang beendet oder der Ladestrom so begrenzt, dass die Spannung der auf Lithium basierenden Zellen konstant gehalten werden kann.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einem Akku eine wiederaufladbare Batterie verstanden, die neben der wiederaufladbaren Batterie oder dem wiederaufladbaren Batteriepack selbst wenigstens eine weitere Komponente, wie beispielsweise eine elektronische Schaltung, Anschlüsse für eine elektrische Maschine oder einen Verriegelungsmechanismus zum Anschluss an ein Elektrogerät, insbesondere ein Elektrowerkzeug aufweist.
Um eine definierte Ladeschlussspannung einstellen zu können wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, zwischen dem Akku und dem Ladegerät eine elektronische Spannungsschaltung vorzusehen, die Komponenten aufweist, mit denen ein definierter Spannungsabfall erreicht werden kann. Hierzu wird der Akku mit einer elektronischen Spannungsschaltung versehen, die mit wenigstens einer elektronischen Komponente ausgestattet ist, welche einen definierten Spannungsabfall erzeugt. Damit kann erreicht werden, dass die Abschaltspannung unabhängig vom eingesetzten Ladegerät auch für zukünftige, noch nicht definierte Akkus unmittelbar am Akku selbst einstellbar ist. Die bekannten Ladegeräte bleiben damit auch für zukünftige Lithium Akkus verwendbar und es kann ein flexibles und zukunftssicheres Ladeverfahren für Lithium-Batteriepacks bereitgestellt werden.
Besonders vorteilhaft ist es, die Spannungsschaltung mit Dioden als Komponenten aufzubauen. Denn diese weisen einerseits einen definierten Spannungsabfall je Diode auf. Andererseits sind unterschiedliche Typen von Dioden bekannt, die auch jeweils einen unterschiedlichen Spannungsabfall aufweisen. So stehen Dioden zur Verfügung, die einen Spannungsabfall zwischen 0,1 bis 1 Volt, und typischerweise zwischen 0,2 und 0,7 Volt, beispielsweise 0,6 Volt aufweisen.
Bevorzugt wird in der Spannungsschaltung die jeweils erforderliche Anzahl von Dioden in Reihe geschaltet, wobei die Art und die Anzahl der Dioden so gewählt werden, dass insgesamt der gewünschte Spannungsabfall erreicht wird. Damit können in einer Reihenschaltung verschiedene Dioden zum Einsatz kommen.
Weiterhin können in einer derartigen Reihenschaltung Dioden gleichen Typs und mit jeweils gleichem Spannungsabfall, beispielsweise mit einem Spannungsabfall von jeweils 0,6 Volt, verwendet werden.
Üblicherweise besteht die Lithium-basierende wiederaufladbare Batterie aus einer Mehrzahl von Batteriezellen, die so miteinander verschaltet werden, dass sich die gewünschte Spannung ergibt. In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird daher die Anzahl der Dioden in der Spannungsschaltung so gewählt, dass sie gleich der Anzahl der Batteriezellen der wiederaufladbaren Batterie ist.
In einer alternativen Ausführungsform können auch verschiedene Typen von Dioden mit auch zumindest teilweise unterschiedlichem Spannungsabfall eingesetzt werden. Dies ermöglicht es, die jeweils für das Akku-Pack erforderliche Ladeschlussspannung genau einzustellen.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der einzigen Figur sowie deren Beschreibungsteile. Es zeigt im Einzelnen:
1: schematisch einen Akku mit einer zwischen dem Akku und dem Ladegerät liegenden Spannungsschaltung
2: schematisch einen Akku mit einer zwischen dem Akku und dem Ladegerät liegenden Spannungsschaltung
3: schematisch einen Akku mit einer zwischen dem Akku und dem Ladegerät liegenden Spannungsschaltung
1 zeigt schematisch einen Akku 10, der über die Anschlüsse 22a bis 22d einerseits mit einem Elektrogerät 12, beispielsweise einem Elektrowerkzeug und andererseits mit einem Ladegerät 20 verbunden werden kann. Der Akku 10 weist eine wiederaufladbare Batterie 14 auf, die bevorzugt als auf Lithium basierende Batterie mit einer Anzahl von Batteriezellen aufgebaut ist. Der Aufbau von auf Lithium basierenden Batterien ist an sich bekannt und wird daher an dieser Stelle nicht näher erläutert.
Der Akku 20 weist weiterhin eine Spannungsschaltung 16 auf, mit der im Akku ein jeweils gewünschter Spannungsabfall eingestellt werden kann. Hierzu ist in der Spannungsschaltung 16 wenigstens eine elektronische Komponente 18 vorgesehen. In dem in 1 dargestellten Beispiel werden sechs Dioden als elektronische Komponenten 18 eingesetzt, mit denen die Span nung jeweils definiert herabgesetzt werden kann. Dabei ist die Spannungsschaltung 16 im Plus-Zweig vorgesehen.
Das Ladegerät 20 liefert eine definierte Ausgangsspannung von beispielsweise 20 Volt. Im Beispiel wird davon ausgegangen, dass die wiederaufladbare Batterie 14 auf bis zu 16,4 Volt aufgeladen werden soll. Hierzu wird mit Hilfe der Spannungsschaltung 16 die gewünschte Abschaltspannung der wiederauf ladbaren Batterie 14, und damit des Akkus 10 eingestellt. Werden in der Spannungsschaltung 16 Dioden verwendet, die je Diode einen Spannungsabfall von 0,6 Volt aufweisen, kann der gesamte Spannungsabfall durch eine Reihenschaltung von sechs Dioden auf 3,6 Volt eingestellt werden. Dem entsprechend werden in der Spannungsschaltung sechs Dioden in Reihe geschaltet.
Wie in 2 dargestellt, ist es auch möglich, die Span nungsschaltung 16 im Minus-Zweig vorzusehen. Beispielsweise können hierzu drei elektronische Komponenten 18, die als Dioden ausgeführt sind, im Minuszweig vorgesehen sein.
In 3 ist ein weiteres Beispiel für die Möglichkeit der Verwirklichung der Spannungsschaltung 16 dargestellt. Hierzu werden die elektronischen Komponenten 18, die für einen definierten Spannungsabfall sorgen und die im Beispiel als Dioden ausgeführt sind, sowohl im Plus-Zweig, als auch im Minus-Zweig ist es auch möglich, die Spannungsschaltung 16 im Minus-Zweig vorzusehen. Beispielsweise können also zwei Dioden im Plus-Zweig und eine Diode im Minus-Zweig vorgesehen sein.
Grundsätzlich hängt die Anzahl der eingesetzten Dioden allerdings von deren Art und damit von ihrem jeweiligen Spannungsabfall ab, der bei Dioden typischerweise zwischen 0,2 und 0,7 Volt liegt.
Besonders vorteilhaft ist es, die Anzahl der eingesetzten Dioden auf die Anzahl der in der wiederaufladbaren Batterie verwendeten Batteriezellen abzustimmen. Damit kann die Anzahl der Dioden gleich der Anzahl der Batteriezellen gewählt werden. Vorraussetzung ist allerdings, dass die Ladespannung des Ladegeräts 20 höher ist, als die maximale Spannung der wiederaufladbaren Batterie.
Die Spannungsschaltung wurde zwar anhand von in Reihe geschalteten Dioden beschrieben. Allerdings können auch andere Spannungsschaltungen eingesetzt werden, mit denen ein definierter Spannungsabfall eingestellt werden kann. Hierzu zählen insbesondere einstellbare Spannungsregler oder Tiefsetzsteller, mit denen sich ebenfalls im Rahmen einer Schaltungsanordnung ein definierter Spannungsabfall erzeugen lässt.
Der erfindungsgemäße Akku hat außerdem den Vorteil, dass auch die Mischung von unterschiedlichen Batteriezellen, die eine unterschiedliche Abschaltspannung haben, ermöglicht wird. So kann beispielsweise im Falle einer nicht ausreichenden Verfügbarkeit einer bestimmten Batteriezelle auf einen anderen Typ von Batteriezelle ausgewichen werden, wobei lediglich die Abschaltspannung mit der elektronischen Spannungsschaltung 16 eingestellt werden muss. Der Akku 10 setzt sich damit zwar aus Batteriezellen unterschiedlicher Typen und einer geeigneten Spannungsschaltung 16 zusammen, ist äußerlich jedoch nicht von dem bisher für diese Anwendung eingesetzten Akku zu unterscheiden. Damit wird eine hohe Verfügbarkeit von Akkus und damit eine große Flexibilität gewährleistet.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 3347717 C2 [0002]
- DE 102005020356 A1 [0003]

Claims

Akku (10) für ein Elektrogerät (12), insbesondere ein Elektrowerkzeug, mit einer wiederaufladbaren Batterie (14) und Anschlüssen (22a, 22b) für ein Ladegerät (20) dadurch gekennzeichnet, dass der Akku (10) eine elektronische Spannungsschaltung (16) mit wenigstens einer elektronischen Komponente (18) aufweist, die einen definierten Spannungsabfall erzeugt.
Akku nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Komponente (18) als Diode ausgeführt ist.
Akku nach Anspruch 2 dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Spannungsschaltung (16) eine oder mehrere in Reihe geschaltete Dioden aufweist.
Akku nach einem der Ansprüche 2 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall an jeder Diode zwi schen 0,1 und 1 Volt, insbesondere zwischen 0,2 und 0,7 Volt liegt.
Akku nach einem der Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall an jeder Diode gleich ist.
Akku nach einem der Ansprüche 3 oder 4 dadurch gekennzeichnet, dass der Spannungsabfall an wenigstens zwei Dioden unterschiedlich ist.
Akku nach einem der Ansprüche 2 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Dioden gleich der Anzahl der Batteriezellen der wiederaufladbaren Batterie (14) ist.