DE102013223320A1 - battery device - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Akkuvorrichtung (100) mit wenigstens einer Akkuzelle (121, 122, 123), einem Sicherheitssystem (180) und einem die wenigstens eine Akkuzelle und das Sicherheitssystem (180) enthaltenden Gehäuse (110), beschrieben. Das Sicherheitssystem (180) umfasst dabei: – eine Sensoreinrichtung (140) zum Erfassen wenigstens einer Messgröße der Akkuvorrichtung (100), – eine Schutzeinrichtung (150) mit einer Deaktivierungseinrichtung (151) zum Deaktivieren der Akkuvorrichtung (100) und/oder einer Entladeeinrichtung (152) zum Entladen der wenigstens einen Akkuzelle (121, 122, 123) über einen internen Entladewiderstand (153), und – eine Steuereinrichtung (130) zum Überwachen eines aktuellen Betriebszustands der Akkuvorrichtung (100) anhand der erfassten Messgröße. Dabei ist die Steuereinrichtung (130) ausgebildet, die Schutzeinrichtung (150) zu aktivieren, wenn die Überwachung des aktuellen Betriebszustands einen Fehlerfall der Akkuvorrichtung (100) ergibt.A battery device (100) having at least one battery cell (121, 122, 123), a safety system (180) and a housing (110) containing the at least one battery cell and the safety system (180) is described. The safety system (180) comprises: a sensor device (140) for detecting at least one measured variable of the battery device (100), a protective device (150) with a deactivation device (151) for deactivating the battery device (100) and / or an unloading device ( 152) for discharging the at least one battery cell (121, 122, 123) via an internal discharge resistor (153), and - a control device (130) for monitoring a current operating state of the battery device (100) on the basis of the detected measured variable. In this case, the control device (130) is designed to activate the protective device (150) if the monitoring of the current operating state results in a failure of the battery device (100).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Akkuvorrichtung mit einem Schutzsystem gemäß Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Akkuvorrichtung gemäß Anspruch 8.The present invention relates to a battery device with a protection system according to claim 1 and to a method for operating such a battery device according to claim 8.

Mit wiederaufladbaren Akkuzellen ausgestattete Akkupacks kommen in verschiedenen technischen Geräten zum Einsatz, wie z.B. in Handwerkzeugmaschinen. Solche Akkupacks umfassen ein Gehäuse, welches eine oder mehrere wiederaufladbare Akkuzellen beinhaltet. Neben einer Steuereinrichtung zum Steuern des Betriebs bzw. des Lade- und Entladevorgangs der Akkuvorrichtung weisen moderne Akkupacks häufig einfache Sicherheitssysteme zum Sicherstellen eines gefahrlosen Betriebs der Akkuvorrichtung. Hierzu zählen u.a. einfache Überdruckventile, welche beispielsweise zum Abbau von im Fehlerfall im Inneren von LiIon-Runzellen auftretenden Überdruck verwendet werden. Daneben sind auch auf Druck reagierende Stromunterbrecher (CID, Current Interruption Device) bekannt, welche beim Auftreten plötzlicher Druckänderungen den Stromkreis des Akkus unterbrechen können. Schließlich kommen bei Akkuvorrichtungen auch einfache Schmelzsicherungen zum Einsatz, welche im Fehlerfall dafür sorgen, dass ein defekter oder falsch verwendeter Akkupack sich selbst deaktiviert. Ein aufgrund eines Fehlers, wie z.B. Kurzschluss, Überlastung, mechanischer Schaden etc., defekter Akkupack hält in der Regel immer noch die elektrische Ladung, die er beim Eintreten des Fehlers aufwies, selbst dann noch, wenn der Akkupack durch eine Sicherheitseinrichtung deaktiviert wurde. Durch andauernde ungünstige Einflüsse oder bei weiterer Lagerung und Transport eines solchen Akkupacks geht daher immer noch eine erhöhte Gefahr von dem Akkupack aus.Battery packs equipped with rechargeable battery cells are used in various technical devices, such as in hand tool machines. Such battery packs include a housing that includes one or more rechargeable battery cells. In addition to a control device for controlling the operation or the charging and discharging process of the battery device, modern battery packs often have simple safety systems to ensure safe operation of the battery device. These include u.a. simple pressure relief valves, which are used, for example, to reduce overpressure occurring in the interior of LiIon run cells in the event of a fault. In addition, pressure-sensitive circuit breakers (CID, Current Interruption Device) are known, which can interrupt the circuit of the battery when sudden pressure changes occur. Finally, in battery devices also simple fuses are used, which ensure in case of failure that a defective or incorrectly used battery pack disables itself. A due to an error, such as Short circuit, overload, mechanical damage, etc., defective battery pack usually still holds the electrical charge that it had when the error occurred, even if the battery pack was deactivated by a safety device. Due to ongoing unfavorable influences or further storage and transport of such a battery pack is therefore still an increased risk of the battery pack.

Solche einfachen Sicherheitseinrichtungen dürften ferner unzureichend sein in Fehlerfällen, in welchen keine plötzlichen Druckänderungen oder Stromspitzen auftreten. Hierzu zählt u.a. der Wassereintritt in das Innere eines sonst wasserdichten Akkupacks. Ferner kann selbst nach dem Abschalten des Akkupacks eine Gefahr von den noch geladenen Akkuzellen ausgehen, wenn der Akku weiterhin ungünstigen Einflüssen ausgesetzt, gelagert oder transportiert wird. Dies gilt insbesondere dann, wenn sich Wasser im Inneren des Gehäuses befindet. Such simple safety devices should also be insufficient in cases of failure in which no sudden pressure changes or current spikes occur. This includes u.a. the water enters the interior of an otherwise watertight battery pack. Furthermore, even after the battery pack has been switched off, a risk can arise from the still charged battery cells if the battery is still exposed, stored or transported to unfavorable influences. This is especially true when water is inside the enclosure.

So kann in das Gehäuse unbeabsichtlich eintretendes Wasser auch nach einem Kurzschluss bzw. einer Überlastung und dem darauf folgenden Auslösen eines Stromunterbrechers bei einer einzelnen Akkuzelle aufgrund der in den verbleibenden Akkuzellen gespeicherten Energie auch noch lange nach dem Defekt ein Stromfluss, Selbstaufheizung und damit Gefahr verursachen.Thus, unintentionally entering the housing water even after a short circuit or overload and the subsequent triggering of a circuit breaker in a single battery cell due to the energy stored in the remaining battery cells even long after the defect cause a flow of electricity, self-heating and thus danger.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die Gefahr, welche von einer dauerhaft oder zeitlich begrenzt defekten Batterievorrichtung ausgeht, zu reduzieren. Diese Aufgabe wird durch eine Batterievorrichtung gemäß Anspruch 1 gelöst. Ferner wird die Aufgabe durch ein Verfahren gemäß Anspruch 8 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. It is therefore the object of the invention to reduce the risk which emanates from a permanently or temporally limited defective battery device. This object is achieved by a battery device according to claim 1. Furthermore, the object is achieved by a method according to claim 8. Further advantageous embodiments are specified in the dependent claims.

Gemäß der Erfindung ist eine Akkuvorrichtung mit einem Gehäuse und wenigstens einer im Gehäuse angeordneten Akkuzelle vorgesehen, welche eine Sensoreinrichtung zum Erfassen wenigstens einer Messgröße der Akkuvorrichtung, wenigstens eine Sicherheitseinrichtung zum Deaktivieren der Akkuvorrichtung und/oder zum Entladen der wenigstens einen Akkuzelle über einen internen Lastwiderstand und eine Steuereinrichtung zum Überwachen des aktuellen Betriebszustands der Akkuvorrichtung anhand der erfassten Messgröße umfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Sicherheitseinrichtung zu aktivieren, um die Akkuvorrichtung zu deaktivieren und/oder eine in der wenigstens einen Akkuzelle vorhandene elektrische Ladung über einen internen Lastwiderstand aktiv abzubauen, wenn bei der Überwachung des aktuellen Betriebszustands ein Fehlerfall der Akkuvorrichtung detektiert wird. Mithilfe der Sensoreinrichtung lassen sich verschiedene Parameter bzw. Messgrößen der Akkuvorrichtung erfassen. Die Steuereinrichtung kann anhand der erfassten Messgrößen den aktuellen Betriebszustand der Akkuvorrichtung bewerten und im Falle, dass anhand der erfassten Messgrößen bzw. Parameter ein Fehlerfall der Akkuvorrichtung detektiert bzw. erkannt wird, eine geeignete Sicherheitsmaßnahme durchführen. Als Sicherheitsmaßnahme ist dabei die zeitlich begrenzt oder dauerhafte Deaktivierung der Akkuvorrichtung und/oder das Entladen der Akkuzellen bzw. der in den Akkuzellen noch gespeicherten Ladung über einen internen Entladewiderstand vorgesehen. Durch die Deaktivierung der Akkuvorrichtung, welche neben der Deaktivierung der gesamten Akkuvorrichtung auch die Deaktivierung einzelner Funktionen der Akkuvorrichtung, wie der Lade- bzw. Entladefunktion, umfassen kann, wird sichergestellt, dass die defekte Akkuvorrichtung nicht mehr bzw. nur im eingeschränkten Maß in Betrieb genommen werden kann. Hierdurch wird das Risiko reduziert, welches unmittelbar mit der Benutzung einer defekten Akkuvorrichtung einhergeht. Hingegen führt das Entladen der Akkuzellen über einen internen Entladewiderstand zur Reduktion der potenziellen Gefahr, welche von der defekten Akkuvorrichtung selbst im Falle eines Nichtbetriebs ausgeht.According to the invention, a battery device is provided with a housing and at least one battery cell arranged in the housing, which sensor means for detecting at least one measured variable of the battery device, at least one safety device for deactivating the battery device and / or discharging the at least one battery cell via an internal load resistor and a control device for monitoring the current operating state of the battery device based on the detected measured variable comprises. The control device is designed to activate the safety device in order to deactivate the battery device and / or actively reduce an electrical charge present in the at least one battery cell via an internal load resistor if an error situation of the battery device is detected during the monitoring of the current operating state. The sensor device can be used to record various parameters or measured variables of the battery device. Based on the detected measured variables, the control device can evaluate the current operating state of the rechargeable battery device and, if a fault situation of the rechargeable battery device is detected or detected on the basis of the detected measured variables or parameters, carry out a suitable safety measure. As a security measure, the temporary or permanent deactivation of the battery device and / or the discharge of the battery cells or the charge still stored in the battery cells via an internal discharge resistor is provided. By disabling the battery device, which in addition to the deactivation of the entire battery device and the deactivation of individual functions of the battery device, such as the charge or discharge, may include, ensures that the defective battery device is no longer or only to a limited extent put into operation can be. This reduces the risk, which is directly associated with the use of a defective battery device. On the other hand, the discharge of the battery cells via an internal discharge resistor leads to the reduction of the potential danger, which emanates from the defective battery device itself in the event of a non-operation.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung wenigstens einen im Inneren des Gehäuses angeordneten Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor umfasst, wobei die Sicherheitseinrichtung eine Deaktivierungseinrichtung zum Deaktivieren der Lade- und/oder der Entladefunktion der Akkuvorrichtung umfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung mithilfe der Deaktivierungseinrichtung zeitlich begrenzt oder dauerhaft zu deaktivieren, wenn der wenigstens eine Wasserund/oder Feuchtigkeitssensor Wasser und/oder Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses erfasst. Mithilfe dieser Ausgestaltung können Defekte an der Abdichtung des Gehäuses besonders einfach erkannt werden. Somit lässt sich die Gefahr reduzieren, welche beim Umgang mit einer einen Wasserschaden aufweisenden Akkuvorrichtung beispielsweise durch feuchtigkeitsbedingte Kurzschlüsse im Inneren der Akkuvorrichtung auftreten kann. In one embodiment, it is provided that the sensor device has at least one in the Inside the housing arranged water and / or humidity sensor, wherein the safety device comprises a deactivation device for deactivating the charging and / or the discharge function of the battery device. In this case, the control device is designed to temporarily or permanently deactivate the charging and / or the discharging function of the rechargeable battery device by means of the deactivation device, when the at least one water and / or moisture sensor detects water and / or moisture in the interior of the housing. With this configuration, defects in the sealing of the housing can be detected particularly easily. Thus, the risk can be reduced, which can occur when handling a battery damage having a water damage device, for example by moisture-related short circuits inside the battery device.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Sensoreinrichtung eine Anzahl im Inneren des Gehäuses verteilt angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren umfasst, wobei die Steuereinrichtung ausgebildet ist, die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung mithilfe der Deaktivierungseinrichtung zeitlich begrenzt oder dauerhaft zu deaktivieren, wenn mehrere Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren aufgrund eines schnellen Anstiegs von Wasser im Inneren des Gehäuses in einer vorgegebenen Weise zeitlich nacheinander Wasser erfassen, und/oder wenn mehrere Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren aufgrund einer im Inneren des Gehäuses erfolgten Kondensation von Wasser gleichzeitig jeweils eine geringe Menge Wasser und/oder Feuchtigkeit erfassen. Im ersten Fall lässt sich mithilfe mehrerer Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren die Menge und Position des in das Gehäuseinnere eingedrungenen Wassers abschätzen und im Falle, dass die Wassermenge bestimmte Vorgaben überschreitet bzw. das Wasser sich in besonderes kritischen Bereichen der Akkuvorrichtung befindet, eine Deaktivierung bzw. Entladung der Akkuvorrichtung einleiten. Hingegen lässt sich beim Detektieren einer geringeren Menge Wasser und/oder Feuchtigkeit in mehreren Bereichen der Akkuvorrichtung auf eine im Gehäuseinneren erfolgte Kondensation von Wasser schließen. Dabei kann durch eine Deaktivierung der Akkuvorrichtung eine weitere Belastung der Akkuzellen wirksam verhindert werden. In dem Fall, dass die ungewöhnliche Erwärmung der Akkuzellen auf einen Defekt einzelner Akkuzellen zurückgeht, kann durch das langsame Entladen der betreffenden Akkuzellen über einen internen Entladewiderstand insbesondere während der Lagerung der Akkuvorrichtung die Gefahr einer weiteren Erhitzung reduziert werden.In a further embodiment, it is provided that the sensor device comprises a number of water and / or moisture sensors arranged distributed in the interior of the housing, wherein the control device is designed to temporarily or permanently limit the charging and / or discharging function of the battery device by means of the deactivation device deactivate if a plurality of water and / or humidity sensors due to a rapid increase of water inside the housing in a predetermined manner sequentially detect water, and / or if multiple water and / or humidity sensors due to a condensation of water inside the housing simultaneously detect a small amount of water and / or moisture. In the first case, with the help of several water and / or humidity sensors, the amount and position of the water penetrated into the interior of the housing can be estimated and, if the water quantity exceeds certain specifications or the water is located in particularly critical areas of the battery device, deactivation resp Discharge the battery device. On the other hand, when a lesser amount of water and / or moisture is detected in several areas of the battery device, it is possible to conclude that water has condensed inside the housing. It can be effectively prevented by deactivating the battery device further loading of the battery cells. In the event that the unusual heating of the battery cells is due to a defect of individual battery cells, the risk of further heating can be reduced by slowly discharging the respective battery cells via an internal discharge resistor, in particular during storage of the battery device.

Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass die Sensoreinrichtung ferner wenigstens einen Inertialsensor zum Ermitteln der aktuellen Lageänderung und/oder Beschleunigung des Gehäuses umfasst. Dabei ist die Steuereinrichtung ausgebildet, die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung mithilfe der Deaktivierungseinrichtung zeitlich begrenzt oder dauerhaft zu deaktivieren, wenn der Inertialsensor eine Lageänderung und/oder eine Beschleunigung des Gehäuses registriert und anschließend ein Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor in einem zuvor trockenen Bereich des Gehäuses Wasser erfasst. Mithilfe des zusätzlichen Inertialsensors lässt sich die Bewegung vom in das Innere des Gehäuses eingedrungenen Wasser nachvollziehen bzw. voraussagen. Dabei kann die Steuereinrichtung durch die Auswertung der Korrelation zwischen der Bewegung des Gehäuses und dem Ansprechen der im Inneren des Gehäuses verteilt angeordneten Sensoren Rückschlüsse auf die Menge des in das Gehäuse eingedrungenen Wassers sowie dessen Bewegung im Gehäuse ziehen und somit entscheiden, ob ein Fehlerfall tatsächlich vorliegt und gegebenenfalls welche Sicherheitsmaßnahme eingeleitet werden soll. A further embodiment provides that the sensor device further comprises at least one inertial sensor for determining the current change in position and / or acceleration of the housing. The control device is designed to temporarily or permanently deactivate the charging and / or discharging function of the rechargeable battery device by means of the deactivation device when the inertial sensor registers a change in position and / or an acceleration of the housing and subsequently a water and / or moisture sensor in one previously captured dry area of the housing water. With the help of the additional inertial sensor, the movement can be traced or predicted by the water that has penetrated into the interior of the housing. In this case, by evaluating the correlation between the movement of the housing and the response of the sensors distributed inside the housing, the control device can draw conclusions about the amount of water penetrated into the housing and its movement in the housing, and thus decide whether a fault actually exists and, if appropriate, what security measure should be initiated.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die wenigstens eine Akkuzelle über wenigstens ein Messkabel elektrisch mit einer Einzelzellenüberwachungseinrichtung verbunden ist, wobei das Messkabel der Entladeeinrichtung als interner Entladewiderstand zum Entladen der wenigstens einen Akkuzelle dient. Durch die Verwendung des Messkabels der Einzelzellenüberwachungseinrichtung als interner Entladewiderstand lässt sich der Schaltungsaufwand der Entladeeinrichtung reduzieren. In a further embodiment it is provided that the at least one battery cell is electrically connected to a single cell monitoring device via at least one measuring cable, wherein the measuring cable of the discharging device serves as an internal discharge resistor for discharging the at least one battery cell. By using the measuring cable of the single-cell monitoring device as an internal discharge resistor, the circuit complexity of the discharge device can be reduced.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung ausgebildet ist, einen Fehlerfall zu detektieren, wenn die Auswertung der wenigstens einen Messgröße der Sensoreinrichtung einen Kurzschluss der Akkuvorrichtung, eine elektrische oder thermische Überlastung der Akkuvorrichtung, einen mechanischen Schaden des Gehäuses und/oder einen Wassereintritt in das Gehäuse ergibt. Hierdurch kann die Schutzeinrichtung bereits beim Vorliegen eines lediglich potenziell gefährlichen Betriebszustands aktiviert werden.In a further embodiment, it is provided that the control device is designed to detect a fault if the evaluation of the at least one measured variable of the sensor device causes a short circuit of the battery device, electrical or thermal overloading of the battery device, mechanical damage to the housing and / or water ingress in the case results. As a result, the protective device can already be activated in the presence of a merely potentially dangerous operating state.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Akkuvorrichtung mit einem Gehäuse und wenigstens einer darin angeordneten Akkuzelle sieht vor, dass wenigstens eine Messgröße der Akkuvorrichtung durch eine Sensoreinrichtung erfasst und der aktuelle Betriebszustand der Akkuvorrichtung der Auswertung der wenigstens einen Messgröße mittels einer Steuereinrichtung überwacht wird. Dabei wird eine Schutzeinrichtung der Akkuvorrichtung mittels der Steuereinrichtung aktiviert, wenn die Überwachung des aktuellen Betriebszustands einen Fehlerfall der Akkuvorrichtung ergibt, wobei durch die Aktivierung der Schutzeinrichtung die Akkuvorrichtung deaktiviert und/oder die wenigstens eine Akkuzelle über einen internen Entladewiderstand entladen wird. Durch die Aktivierung der Schutzeinrichtung im Fehlerfall wird die Gefahr, die von einer defekten Akkuvorrichtung ausgeht, reduziert. Dabei wird je nach Bedarf die Akkuvorrichtung stillgelegt, einzelne Funktionen der Akkuvorrichtung deaktiviert und/oder die in den Akkuzellen der Akkuvorrichtung enthaltene Ladung über einen internen Lastkreis abgebaut.The inventive method for operating a rechargeable battery device with a housing and at least one battery cell arranged therein provides that at least one measured variable of the rechargeable battery device detected by a sensor device and the current operating state of the rechargeable battery device of the evaluation of the at least one measured variable is monitored by means of a control device. In this case, a protective device of the rechargeable battery device is activated by means of the control device when the monitoring of the current operating state results in an error case of the rechargeable battery device, wherein the battery device is activated by the activation of the protective device deactivated and / or the at least one battery cell is discharged via an internal discharge resistor. By activating the protective device in the event of a fault, the risk arising from a defective rechargeable battery device is reduced. In this case, as required, the battery device is shut down, disabled individual functions of the battery device and / or degraded the charge contained in the battery cells of the battery device via an internal load circuit.

In einer Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Lade- und/oder Entladefunktion der Akkuvorrichtung durch die Steuereinrichtung zeitlich begrenzt oder dauerhaft deaktiviert wird, wenn ein Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor der Sensoreinrichtung Wasser und/oder Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses erfasst. Durch die Einschränkung der Ladefunktion wird verhindert, dass die von einem Wasser- und/oder Feuchtigkeitsschaden betroffene Akkuvorrichtung wiederaufgeladen werden kann. Hingegen wird durch die Deaktivierung der Entladefunktion sichergestellt, dass die defekte Akkuvorrichtung in Betrieb genommen werden kann. Somit lässt sich die Akkuvorrichtung bei einem Wasserschaden dauerhaft oder, falls der Wasserschaden nur vorübergehend ist, auch zeitlich begrenzt stilllegen.In one embodiment, it is provided that the charging and / or discharging function of the rechargeable battery device is temporarily or permanently deactivated by the control device when a water and / or moisture sensor of the sensor device detects water and / or moisture in the interior of the housing. Restricting the charging function prevents the rechargeable battery device affected by water and / or moisture damage from being recharged. On the other hand, it is ensured by deactivating the discharge function that the defective battery device can be put into operation. Thus, the battery device can permanently shut down in case of water damage or, if the water damage is temporary, even for a limited period of time.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung einen Fehlerfall der Akkuvorrichtung detektiert, wenn durch ein zeitlich nacheinander erfolgendes Ansprechen mehrerer in verschiedenen Bereichen des Gehäuses angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren ein schneller Anstieg von Wasser im Gehäuse erkannt wird und/oder wenn durch gleichzeitiges Ansprechen mehrerer in verschiedenen Bereichen des Gehäuses angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren eine im Gehäuse erfolgte Kondensation von Wasser erkannt wird. Durch die Verwendung mehrerer im Gehäuse verteilt angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren lässt sich die in das Gehäuse eingedrungene Wassermenge und das Verhalten bzw. die Bewegung des Wassers im Gehäuse nachvollziehen und bei drohender Gefahr entsprechende Sicherheitsmaßnahmen einleiten. Auch bei Detektion einer im Gehäuse erfolgten Kondensation lassen sich beispielsweise durch eine Abschaltung der Akkuvorrichtung oder der Akkuzellen Schäden am Gerät bzw. am Akku verhindern. Dabei wird auch die Gefahr, welche von einer entsprechend fehlerhaften Akkuvorrichtung für den Benutzer ausgeht, reduziert.In a further embodiment, it is provided that the control device detects a failure of the battery device when a rapid succession of water in the housing is detected by a time sequentially addressing multiple arranged in different areas of the housing water and / or humidity sensors and / or if by simultaneous response of several arranged in different areas of the housing water and / or humidity sensors in the housing condensation of water is detected. By using a plurality of distributed in the housing arranged water and / or humidity sensors, the amount of water that has penetrated into the housing and the behavior or the movement of the water in the housing can be traced and initiate appropriate security measures in case of imminent danger. Even with detection of a condensation in the housing can be for example by switching off the battery device or battery cells damage to the device or prevent the battery. In this case, the risk, which emanates from a correspondingly faulty battery device for the user, reduced.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass die Steuereinrichtung die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung mittels einer Deaktivierungseinrichtung zeitlich begrenzt oder dauerhaft deaktiviert, wenn ein Inertialsensor der Sensoreinrichtung eine Lageänderung und/oder eine Beschleunigung des Gehäuses registriert und im Anschluss daran ein Wasserund/oder Feuchtigkeitssensor der Sensoreinrichtung in einem zuvor trockenen Bereich des Gehäuses Wasser erfasst. Durch die Korrelation der Messgrößen der beiden Sensoren, wie z.B. Stärke und Richtung einer gemessenen Beschleunigung sowie der Zeitpunkt des Ansprechens eines Feuchtigkeitssensors, lässt sich das Eindringen einer größeren Menge Wasser in das Gehäuse besonders einfach detektieren. Somit kann durch Einleiten entsprechender Gegenmaßnahmen die Gefahr, welche von dem in dem Gehäuse vorhandenen Wasser für die Akkuvorrichtung und den Benutzer ausgeht, reduziert werden.In a further embodiment it is provided that the control device temporarily or permanently deactivates the charging and / or discharging function of the rechargeable battery device by means of a deactivation device when an inertial sensor of the sensor device registers a change in position and / or an acceleration of the housing and subsequently a water and water Moisture sensor of the sensor device detects water in a previously dry area of the housing. By correlating the measurements of the two sensors, e.g. Strength and direction of a measured acceleration and the timing of the response of a humidity sensor, the penetration of a larger amount of water into the housing can be detected particularly easily. Thus, by introducing appropriate countermeasures, the danger emanating from the water present in the housing for the battery device and the user can be reduced.

In einer weiteren Ausführungsform ist vorgesehen, dass das Entladen der wenigstens einen Akkuzelle im Fehlerfall der Akkuvorrichtung über wenigstens ein Messkabel einer Einzelzellenüberwachungseinrichtung der jeweiligen Akkuzelle erfolgt. Die Verwendung des Messkabels bzw. weiterer Bestandteile der Einzelzellenüberwachungseinrichtung für den internen Entladevorgang ermöglicht eine einfache Implementierung als Sicherheitsmaßnahme im Fehlerfall durchgeführten internen Entladefunktion.In a further embodiment, it is provided that the discharging of the at least one battery cell takes place in the event of a fault of the battery device via at least one measuring cable of a single cell monitoring device of the respective battery cell. The use of the measuring cable or other components of the single cell monitoring device for the internal discharge process allows a simple implementation as a safety measure in the event of failure carried out internal discharge function.

Schließlich sieht eine weitere Ausführungsform vor, dass ein Fehlerfall durch die Steuereinrichtung detektiert wird, wenn durch Auswertung der wenigstens einen Messgröße der Sensoreinrichtung ein Kurzschluss der Akkuvorrichtung, eine elektrische oder thermische Überlastung der Akkuvorrichtung, ein mechanischer Schaden des Gehäuses und/oder ein Wassereintritt in das Gehäuse erkannt wird.Finally, a further embodiment provides that a fault is detected by the control device if, by evaluating the at least one measured variable of the sensor device, a short circuit of the battery device, an electrical or thermal overload of the battery device, a mechanical damage of the housing and / or a water ingress into the Housing is detected.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigen:In the following the invention will be described in more detail with reference to figures. Showing:

1 eine erfindungsgemäße Batterievorrichtung mit einer drei Sensoren umfassenden Sensoreinrichtung und einer Deaktivierungseinrichtung zum Deaktivieren der Lade- und/oder Entladefunktion der Akkuzellen; 1 a battery device according to the invention with a sensor device comprising three sensors and a deactivation device for deactivating the charging and / or discharging function of the battery cells;

2 schematisch eine alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Akkuvorrichtung mit vier Sensoren und einer Entladeeinrichtung zum Entladen der Akkuzellen über einen internen Entladewiderstand; 2 schematically an alternative embodiment of the battery device according to the invention with four sensors and a discharge device for discharging the battery cells via an internal discharge resistor;

3 eine weitere alternative Ausführungsform mit einer ein oder mehrere Messkabel einer Einzelzellenüberwachungseinrichtung als interne Entladewiderstände zum Entladen der Akkuzellen nutzenden Entladeeinrichtung; 3 a further alternative embodiment with an unloading device using one or more measuring cables of a single cell monitoring device as internal discharge resistors for discharging the battery cells;

4 schematisch die erfindungsgemäße Batterievorrichtung mit einem Wasserschaden; 4 schematically the battery device according to the invention with a water damage;

5 schematisch die Bewegung des ins Gehäuse der Batterievorrichtung eingedrungenen Wassers bei einer Drehung der Batterievorrichtung; 5 schematically the movement of the water penetrated into the housing of the battery device during rotation of the battery device;

6 beispielhaft schematisch eine in Form eines Wechselakkus in einem Handwerkzeug ausgebildete Batterievorrichtung; und 6 by way of example schematically a battery device designed in the form of a replaceable battery in a hand tool; and

7 beispielhaft eine als fest eingebauter Akku in einer Handwerkzeugmaschine ausgebildete Batterievorrichtung. 7 by way of example a battery device designed as a permanently installed rechargeable battery in a hand-held power tool.

Das erfindungsgemäße Konzept sieht ein Sicherheitssystem für Batterievorrichtungen vor, welche in bestimmten Fehlerfällen die Gefahr für den Benutzer der Batterievorrichtung sowie die Gefahr einer Beschädigung der Batterievorrichtung reduziert. Bei der erfindungsgemäßen Batterievorrichtung kann es sich sowohl um einen mit einem eigenen Gehäuse ausgestatteten und in ein Elektrogerät einsetzbaren Akkupack als auch um einen in einem Elektrogerät fest eingebauten Akku handeln. Im weiteren Sinne kann unter dem Begriff Batterievorrichtung auch ein Gerät verstanden werden, in welchem ein eine oder mehrere Akkuzellen umfassender Akku ohne ein eigenes Gehäuse integriert ist.The inventive concept provides a security system for battery devices, which reduces the risk to the user of the battery device and the risk of damage to the battery device in certain cases of error. The battery device according to the invention can be both a battery pack equipped with its own housing and usable in an electrical appliance and also a battery permanently installed in an electrical appliance. In a broader sense, the term battery device can also be understood to mean a device in which a battery comprising one or more battery cells is integrated without a separate housing.

Die 1 zeigt schematisch eine beispielhafte Akkuvorrichtung 100, welche in Form eines in ein Elektrogerät einsetzbaren Akkupacks ausgebildet ist. Die Batterievorrichtung 100 umfasst ein Außengehäuse 110, einen aus mehreren Akkuzellen 121, 122, 123 aufgebauten und im Inneren des Gehäuses untergebrachten Akku 120, eine mit dem Akku 120 elektrisch verbundene und am Gehäuse 110 angeordnete elektrische Schnittstelle zum Laden und Entladen der Batterievorrichtung 100 und eine Steuereinrichtung 130 zum Steuern des Lade- und Entladevorgangs der Akkuzellen über die elektrische Schnittstelle 170. Erfindungsgemäß weist die Batterievorrichtung 100 ferner eine Sensoreinrichtung 140 mit wenigstens einen Sensor zum Erfassen wenigstens einer Messgröße der Batterievorrichtung 100 auf. Die Sensoreinrichtung 140 umfasst im vorliegenden Ausführungsbeispiel drei Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142, 143, welche in unterschiedlichen Bereichen des Gehäuses 110 der Batterievorrichtung 100 angeordnet sind. Unter dem Begriff Feuchtigkeitssensor wird im Folgenden ein Sensor zum Messen der Luftfeuchtigkeit verstanden. Somit können mithilfe dieser Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142, 143 Wasser- bzw. Feuchtigkeitsschäden des Gehäuses 110 erkannt werden. Hierzu sind die Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142, 143 mit einer Auswerteeinrichtung verbunden, welche im vorliegenden Fall als Teil der Steuereinrichtung 130 ausgebildet ist. Durch Auswertung des Ansprechverhaltens der einzelnen Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142, 143 kann dabei neben der bloßen Detektion von Wasser bzw. Feuchtigkeit im Gehäuse auch die Wassermenge und sogar die Bewegung des Wassers im Gehäuse erfasst werden. So lässt sich beispielsweise durch ein stärkeres Ansprechen eines oder mehrerer Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren auf flüssiges Wasser in dem entsprechenden Bereich des Gehäuses schließen, wobei das zeitlich nacheinander erfolgende Ansprechen mehrerer Sensoren sogar Rückschlüsse auf die Bewegung des Wassers im Gehäuse erlaubt. Hingegen kann bei gleichzeitiger Detektion von Feuchte durch mehrere Sensoren auf eine im Gehäuse stattgefundene Kondensation von Wasser geschlossen werden.The 1 schematically shows an exemplary battery device 100 , which is designed in the form of a usable in an electrical appliance battery pack. The battery device 100 includes an outer housing 110 , one of several battery cells 121 . 122 . 123 built-in and housed inside the case battery 120 , one with the battery 120 electrically connected and on the housing 110 arranged electrical interface for charging and discharging the battery device 100 and a controller 130 for controlling the charging and discharging of the battery cells via the electrical interface 170 , According to the invention, the battery device 100 Further, a sensor device 140 with at least one sensor for detecting at least one measured variable of the battery device 100 on. The sensor device 140 includes in the present embodiment, three water and / or humidity sensors 141 . 142 . 143 , which are in different areas of the housing 110 the battery device 100 are arranged. The term moisture sensor is understood below to mean a sensor for measuring the humidity. Thus, using these water and / or humidity sensors 141 . 142 . 143 Water or moisture damage to the housing 110 be recognized. These are the water and / or humidity sensors 141 . 142 . 143 connected to an evaluation device, which in the present case as part of the control device 130 is trained. By evaluating the response of the individual water and / or humidity sensors 141 . 142 . 143 In addition to the mere detection of water or moisture in the housing, it is also possible to detect the amount of water and even the movement of the water in the housing. For example, it can be concluded by a stronger response of one or more water and / or humidity sensors to liquid water in the corresponding region of the housing, the successive successive response of multiple sensors even allows conclusions about the movement of the water in the housing. On the other hand, with simultaneous detection of moisture by a number of sensors, it is possible to conclude that condensation of water has occurred in the housing.

Um die Gefahr für die Batterievorrichtung 100, für ein mit der Batterievorrichtung 100 betriebenes elektrisches Gerät oder für den Benutzer der Batterievorrichtung 100 bzw. des elektrischen Geräts zu reduzieren, wird in einem durch Wassereintritt in das Gehäuse 110 verursachten Fehlerfall eine interne Schutzeinrichtung 150 durch die Steuereinrichtung 130 aktiviert. Die Schutzeinrichtung 150 kann eine Deaktivierungseinrichtung 151 zum Deaktivieren wenigstens einer Funktion der Batterievorrichtung 100 umfassen. Im vorliegenden Fall ist die Deaktivierungseinrichtung 151 elektrisch zwischen dem Akku 120 und der elektrischen Schnittstelle 170 geschaltet. Im Falle einer Aktivierung der Deaktivierungseinrichtung 151 durch die Steuereinrichtung 130 deaktiviert diese die Lade- und/oder Entladefunktion der Akkuzellen 121, 122, 123 über die elektrische Schnittstelle 170. Die Deaktivierungseinrichtung 151 kann hierzu elektromechanische Schalter, Relais, Transistorschalter oder andere elektrische Stromunterbrecher aufweisen.To the danger for the battery device 100 , for one with the battery device 100 operated electrical device or for the user of the battery device 100 or to reduce the electrical device, is in by a water ingress into the housing 110 error caused an internal protective device 150 by the control device 130 activated. The protective device 150 may be a deactivation device 151 for deactivating at least one function of the battery device 100 include. In the present case, the deactivation device 151 electrically between the battery 120 and the electrical interface 170 connected. In case of activation of the deactivation device 151 by the control device 130 this deactivates the charging and / or discharging function of the battery cells 121 . 122 . 123 via the electrical interface 170 , The deactivation device 151 this may include electromechanical switches, relays, transistor switches or other electrical circuit breakers.

Mit der Unterbrechung bzw. Abschaltung der Lade- und/oder Entladefunktion der Akkuzellen 121, 122, 123 über die elektrische Schnittstelle 170 wird die von der Batterievorrichtung 100 für ein daran angeschlossenes elektrisches Gerät oder dem jeweiligen Benutzer verbundene Gefahr deutlich reduziert.With the interruption or shutdown of the charging and / or discharging function of the battery cells 121 . 122 . 123 via the electrical interface 170 will be that of the battery device 100 for a connected electrical device or the user associated danger significantly reduced.

Mithilfe der Wasser- bzw. Feuchtigkeitssensoren 121, 122, 123 kann sowohl die Wassermenge, die Zeit und gegebenenfalls auch die Auswirkung des Wassers erfasst werden, so dass Steuereinrichtung 130 die Batterievorrichtung 100 je nach Dauer, Schwere und Ort des Wassereintritts temporär oder dauerhaft stilllegen bzw. im Funktionsumfang begrenzen kann. Nach einem Stilllegen ist die Batterievorrichtung 100 nicht mehr ladbar und/oder nicht mehr entladbar, weil beispielsweise ein zugehöriges Elektrowerkzeug den Akkupack aufgrund eines fehlenden BUS-Signals ablehnt oder eine Leistungselektronik im Leistungsstrang des Akkupacks abgeschaltet wurde.Using the water or humidity sensors 121 . 122 . 123 Both the amount of water, the time and, where appropriate, the effect of the water can be detected, so that control device 130 the battery device 100 depending on the duration, severity and location of the water inlet temporarily or permanently shut down or limit the scope of functions. After a shutdown is the battery device 100 no longer chargeable and / or no longer dischargeable because, for example, an associated power tool rejects the battery pack due to a missing BUS signal or power electronics in the power train of the battery pack has been turned off.

Neben einer Deaktivierungseinrichtung kann die Sicherheitseinrichtung 150 ferner eine Entladeeinrichtung zum Entladen der Akkuzellen im Fehlerfall umfassen. Hierzu zeigt die 2 eine alternative Ausführungsform der Batterievorrichtung 100 mit einer eine separate Entladeeinrichtung 152 umfassenden Schutzeinrichtung 151. Die mit dem Akku 120 bzw. den einzelnen Akkuzellen 121, 122, 123 elektrisch verbundene Entladeeinrichtung 152 verfügt über wenigstens einen internen Entladewiderstand 153 zum Entladen der Akkuzellen 121, 122, 123. Sofern die Steuereinrichtung 130 nach Auswertung der von der Sensoreinrichtung 140 bereitgestellten Messgröße einen Fehlerfall detektiert, aktiviert sie die Entladeeinrichtung 152, woraufhin der Entladevorgang der Akkuzellen 121, 122, 123 über den wenigstens einen internen Entladewiderstand gestartet wird. Hierbei wird die in den Akkuzellen 121, 122, 123 des Akkus 120 gespeicherte elektrische Energie auf ein für die Batterievorrichtung 100, ein mit der Batterievorrichtung 100 betriebenes elektrisches Gerät oder einen mit der Batterievorrichtung 100 oder dem entsprechenden elektrischen Gerät hantierenden Benutzer ungefährliches Niveau abgebaut.In addition to a deactivation device, the safety device 150 Furthermore, a discharge device for discharging the battery cells in case of failure include. This shows the 2 an alternative embodiment of the battery device 100 with a separate unloading device 152 comprehensive protection device 151 , The one with the battery 120 or the individual battery cells 121 . 122 . 123 electrically connected discharge device 152 has at least one internal discharge resistor 153 for discharging the battery cells 121 . 122 . 123 , Unless the controller 130 after evaluation of the sensor device 140 provided measured variable detects a fault, it activates the unloading device 152 , whereupon the discharge of the battery cells 121 . 122 . 123 is started via the at least one internal discharge resistor. Here is the in the battery cells 121 . 122 . 123 of the battery 120 stored electrical energy on a for the battery device 100 , one with the battery device 100 powered electrical device or one with the battery device 100 or the corresponding electrical appliance user degraded harmless level.

Je nach Anwendung kann der aktuelle Zustand der Batterievorrichtung 100 anhand verschiedener Parameter bewertet werden. Hierzu kann die Sensoreinrichtung 140 grundsätzlich verschiedene Sensoren umfassen. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist neben den drei Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142, 143 auch einen Temperatursensor 144 zum Erfassen der Betriebstemperatur des Akkus 120 vorgesehen. Der Temperatursensor 144 ist hierzu vorzugsweise direkt am bzw. in unmittelbarer Nähe des Akkus 120 angeordnet. Alternativ hierzu können die einzelnen Akkuzellen 121, 122, 123 mit jeweils separaten Temperatursensoren ausgestattet sein (hier nicht gezeigt). Mithilfe der gemessenen Temperatur kann die Steuereinrichtung 130 den Zustand des Akkus 120 bzw. der einzelnen Akkuzellen 121, 122, 123 abschätzen und beim Erkennen eines Defekts an den Akkuzellen 121, 122, 123 diese mithilfe der Entladeeinrichtung 122 auf ein ungefährliches Niveau entladen. Sofern die interne Schutzeinrichtung 150 auch eine Deaktivierungseinrichtung 151 umfasst (hier nicht gezeigt), können der Akku 120 bzw. die betreffenden Akkuzellen 121, 122, 123 zusätzlich oder alternativ zum Entladen auch deaktiviert werden.Depending on the application, the current state of the battery device 100 be evaluated on the basis of various parameters. For this purpose, the sensor device 140 basically include different sensors. In the present embodiment, in addition to the three water and / or humidity sensors 141 . 142 . 143 also a temperature sensor 144 for detecting the operating temperature of the battery 120 intended. The temperature sensor 144 This is preferably directly on or in the immediate vicinity of the battery 120 arranged. Alternatively, the individual battery cells 121 . 122 . 123 be equipped with separate temperature sensors (not shown here). Using the measured temperature, the control device 130 the condition of the battery 120 or the individual battery cells 121 . 122 . 123 estimate and recognize a defect in the battery cells 121 . 122 . 123 these by means of the unloading device 122 discharged to a safe level. If the internal protective device 150 also a deactivation device 151 includes (not shown here), the battery can 120 or the respective battery cells 121 . 122 . 123 additionally or alternatively for unloading also be deactivated.

Neben der Möglichkeit eine separate Entladeeinrichtung in der Batterievorrichtung 100 vorzusehen, kann zum Entladen der Akkuzellen auch bereits auf in der Batterievorrichtung 100 vorhandene Elemente zurückgegriffen werden. Hierzu zeigt die 3 eine alternative Ausführungsform der Batterievorrichtung 100 aus 2, welche mit einer speziellen Überwachungseinrichtung 160 zum Überwachen des Ladungszustands einzelner Akkuzellen 121, 122, 123 ausgestattet ist. Diese im folgenden Ausführungsbeispiel innerhalb der Steuereinrichtung 130 integrierte Einzelzellenüberwachungseinrichtung 160 ist über entsprechende Messkabel 161, 162, 163 mit den einzelnen Akkuzellen 121, 122, 123 elektrisch verbunden. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Einzelzellenüberwachungseinrichtung 160 ausgebildet, bei einer entsprechenden Aktivierung durch die Steuereinrichtung 130 in einem Fehlerfalle einzelne oder mehrere der Akkuzellen 121, 122, 123 über die als interne Entladewiderstände dienenden Messkabel 161, 162, 163 zu entladen.In addition to the possibility of a separate discharge in the battery device 100 can also provide for discharging the battery cells already in the battery device 100 existing elements are used. This shows the 3 an alternative embodiment of the battery device 100 out 2 , which with a special monitoring device 160 to monitor the charge state of individual battery cells 121 . 122 . 123 Is provided. This in the following embodiment within the control device 130 integrated single cell monitoring device 160 is via appropriate measuring cables 161 . 162 . 163 with the individual battery cells 121 . 122 . 123 electrically connected. In the present embodiment, the single cell monitoring device 160 formed, with a corresponding activation by the control device 130 in case of an error single or multiple battery cells 121 . 122 . 123 via the measurement cables serving as internal discharge resistors 161 . 162 . 163 to unload.

Wie in der 3 ferner gezeigt ist, kann die Sensoreinrichtung 140 der Batterievorrichtung 100 einen Inertialsensor 145 zum Erfassen der Bewegung bzw. der Beschleunigung der Batterievorrichtung umfassen. Mithilfe solcher Inertialsensoren lassen sich beispielsweise gefährliche Beschleunigungen der Batterievorrichtung 100 und seiner Komponenten detektieren, wie sie beispielsweise bei einem durch einen Sturz bedingten harten Aufprall der Batterievorrichtung 100 verursacht werden. Erkennt die Steuereinrichtung 130 beispielsweise anhand des als ein Beschleunigungssensor ausgebildeten Intertialsensors 145, dass die gemessene Beschleunigung einen bestimmten Wert übersteigt, so kann von einem extremen mechanischen Schaden am Gehäuse 110 der Batterievorrichtung 100 ausgegangen werden. Like in the 3 is further shown, the sensor device 140 the battery device 100 an inertial sensor 145 for detecting the movement or the acceleration of the battery device. By means of such inertial sensors, for example, dangerous accelerations of the battery device can be achieved 100 and detect its components, such as in a crash caused by a hard impact of the battery device 100 caused. Detects the controller 130 for example, based on the trained as an acceleration sensor Intertialsensors 145 that the measured acceleration exceeds a certain value, so may cause extreme mechanical damage to the case 110 the battery device 100 be assumed.

Hingegen ist es mithilfe eines in Form eines Lage- bzw. Drehratensensors ausgebildeten Inertialsensors 145 möglich, die Drehbewegung bzw. die Lage der Batterievorrichtung 100 innerhalb des Raumes zu erfassen. Die Detektion der Drehbewegung bzw. der räumlichen Lage der Batterievorrichtung 100 im Raum kann im Falle eines Wasserschadens dazu dienen, die Bewegung des Wassers im Gehäuse 110 nachzuvollziehen bzw. vorauszusagen. Somit kann die Steuervorrichtung 130 erkennen, wenn das Wasser aus einem ersten Gehäusebereich in einem zweiten zuvor trockenen Gehäusebereich überschwappt und gegebenenfalls die dort vorhandenen elektrischen Komponenten gefährdet.On the other hand, it is by means of an inertial sensor designed in the form of a position or yaw rate sensor 145 possible, the rotational movement or the position of the battery device 100 within the space. The detection of the rotational movement or the spatial position of the battery device 100 In the room, in case of water damage, the movement of the water in the enclosure can be used 110 to understand or predict. Thus, the control device 130 recognize when the water spills over from a first housing area in a second previously dry housing area and possibly endangers the existing electrical components there.

Die folgenden 4 und 5 illustrieren einen solchen Fall. Dabei zeigt die 4 eine Batterievorrichtung 100 mit einer zwei Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142 und einem Inertialsensor 145 umfassenden Sensoreinrichtung 140. Die beiden Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142 sind dabei in verschiedenen Bereichen des Gehäuses 110 angeordnet, welche mittels einer Trennwand 113 voneinander getrennt sind. Die hier dargestellte Batterievorrichtung 100 ist aus Gründen der Übersichtlichkeit sehr vereinfacht dargestellt, wobei bewusst auf die Darstellung weiterer Komponenten verzichtet wurde. Wie aus der 4 ersichtlich ist, ist Wasser im linken unteren Bereich des Gehäuses eingedrungen, wobei der Wasserschaden aufgrund der Trennwand 113 zunächst lediglich auf diesen Gehäusebereich begrenzt ist. Da hierbei der erste Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor 141 in Kontakt mit dem Wasser kommt, registriert die Steuereinrichtung 130 nur einen auf den entsprechenden Gehäusebereich begrenzten Wasser- bzw. Feuchtigkeitsschaden.The following 4 and 5 illustrate such a case. It shows the 4 a battery device 100 with a two water and / or humidity sensors 141 . 142 and an inertial sensor 145 comprehensive sensor device 140 , The two water and / or humidity sensors 141 . 142 are doing in different areas of the housing 110 arranged, which by means of a partition wall 113 are separated from each other. The battery device shown here 100 is shown very simplified for reasons of clarity, with the deliberate omission of the presentation of other components. Like from the 4 it can be seen, water has penetrated in the lower left area of the housing, the water damage due to the partition wall 113 initially limited only to this housing area. Since in this case the first water and / or humidity sensor 141 comes in contact with the water, registers the controller 130 only limited to the corresponding housing area water or moisture damage.

Erst nach einer entsprechenden Kippbewegung 400 der Batterievorrichtung 100 schwappt die Flüssigkeit 300 aus dem durch die Trennwand 113 abgegrenzten linken unteren Gehäuseteil über die Trennwand 113 in den rechten unteren Gehäuseteil und erreicht somit auch den zweiten Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor 142. Diese Situation ist in der 5 dargestellt. Die Steuereinrichtung 130 kann folglich durch eine kombinierte Auswertung der des zeitlichen Ansprechverhaltens der Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren 141, 142 und des Inertialsensors 145 sowohl die Menge des Wassers als auch seine Bewegung im Gehäuse 110 nachvollziehen und bei entsprechender Gefahr für elektrische Bestandteile eine Aktivierung der Schutzeinrichtung 150 vornehmen.Only after a corresponding tilting movement 400 the battery device 100 spills the liquid 300 from the through the partition 113 delimited left lower housing part on the partition 113 in the right lower housing part and thus also reaches the second water and / or humidity sensor 142 , This situation is in the 5 shown. The control device 130 can thus by a combined evaluation of the temporal response of the water and / or humidity sensors 141 . 142 and the inertial sensor 145 both the amount of water and its movement in the housing 110 retrace and, if there is a corresponding risk for electrical components, activate the protective device 150 make.

Bei der hier beschriebenen Batterievorrichtung 100 kann es sich sowohl um einen Akkupack als auch um einen in einem Elektrogerät fest installierten Akku handeln. Die 6 zeigt beispielhaft die in Form eines wechselbaren Akkupacks ausgebildeten Batterievorrichtung 100 eingesetzt in einer elektrischen Handwerkzeugmaschine 200. Der Akkupack 100 besitzt ein eigenes Außengehäuse 110 und ist innerhalb einer entsprechenden Aufnahmeeinrichtung 230 des elektrischen Geräts 200 lösbar montiert. Da die Schutzeinrichtung als innerhalb des Akkupacks 100 realisiert ist, kann sie unabhängig davon aktiviert werden, ob der Akkupack an dem Elektrogerät 200 montiert ist oder nicht.In the battery device described here 100 It can be both a battery pack and a permanently installed in an electrical device battery. The 6 shows by way of example the battery device designed in the form of a replaceable battery pack 100 used in an electric hand tool 200 , The battery pack 100 has its own outer housing 110 and is within a corresponding receptacle 230 of the electrical device 200 detachably mounted. As the protective device than inside the battery pack 100 is realized, it can be activated regardless of whether the battery pack to the electrical appliance 200 mounted or not.

Hingegen zeigt die 7 eine entsprechende elektrische Handwerkzeugmaschine 200 mit einer im Griff 220 integrierten Batterievorrichtung 100 Auch in diesem Fall kann die Batterievorrichtung 100 über ein eigenes Gehäuse 110 verfügen. Alternativ hierzu können die Akkuzellen ohne ein entsprechendes eigenes Gehäuse im Gehäuse 210 des Elektrogeräts untergebracht sein, wobei in diesem Fall das Elektrogerät 200 als solches als Batterievorrichtung 100 im Sinne der Erfindung verstanden werden kann. In diesem Fall kann die Steuereinrichtung 250 des Elektrogeräts 200 die Überwachung des Funktionszustands und die Aktivierung entsprechender Schutzfunktionen in einem erkannten Fehlerfall übernehmen.On the other hand shows the 7 a corresponding electric hand tool 200 with one under control 220 integrated battery device 100 Also in this case, the battery device 100 via its own housing 110 feature. Alternatively, the battery cells without a corresponding own housing in the housing 210 be housed in the electrical appliance, in which case the electrical appliance 200 as such as a battery device 100 can be understood within the meaning of the invention. In this case, the control device 250 of the electrical appliance 200 assume the monitoring of the functional state and the activation of corresponding protective functions in a detected error case.

Die anhand der Figuren erläuterten Ausführungsformen stellen lediglich bevorzugte beziehungsweise beispielhafte Ausgestaltungen der Erfindung dar. Neben den beschriebenen und abgebildeten Ausführungsformen sind weitere Ausführungsformen vorstellbar, welche weitere Abwandlungen sowie Kombinationen von Merkmalen umfassen können. Obwohl das erfinderische Konzept in der vorstehenden Beschreibung lediglich im Zusammenhang mit austauschbaren Batterie- oder Akkupacks beschrieben wurde, bezieht sich die Erfindung grundsätzlich auch auf in Elektrogeräten integrierte Akkus bzw. Batterien. Ferner kann das erfindungsgemäße Konzept grundsätzlich auch auf weitere, hier nicht explizit beschriebene Defekte einer solchen Batterievorrichtung angewendet werden. Insbesondere kann die Sensoreinrichtung auch andere Mess- und Detektionsmethoden umfassen, beispielsweise eine Widerstandsmessung zum Erkennen von ausgelösten Schmelzsicherungen oder eine mittels mehrerer Temperatursensoren durchgeführte Messung von ungleichmäßigen Wärmeverteilungen zum Erkennen von Schäden an einzelnen Akkuzellen.The embodiments explained with reference to the figures represent only preferred or exemplary embodiments of the invention. In addition to the described and illustrated embodiments, further embodiments are conceivable, which may comprise further modifications and combinations of features. Although the inventive concept has been described in the foregoing description only in the context of interchangeable battery or battery packs, the invention basically also relates to batteries integrated into electrical appliances. Furthermore, the inventive concept can in principle be applied to other, not explicitly described defects of such a battery device. In particular, the sensor device may also comprise other measuring and detection methods, for example a resistance measurement for detecting triggered fuses or a measurement of uneven heat distributions carried out by means of a plurality of temperature sensors for detecting damage to individual battery cells.

Claims (12)

Akkuvorrichtung (100) mit wenigstens einer Akkuzelle (121, 122, 123), einem Sicherheitssystem (180) und einem die wenigstens eine Akkuzelle und das Sicherheitssystem (180) enthaltenden Gehäuse (110), das Sicherheitssystem (180) umfassend: – eine Sensoreinrichtung (140) zum Erfassen wenigstens einer Messgröße der Akkuvorrichtung (100), – eine Schutzeinrichtung (150) mit einer Deaktivierungseinrichtung (151) zum Deaktivieren der Akkuvorrichtung (100) und/oder einer Entladeeinrichtung (152) zum Entladen der wenigstens einen Akkuzelle (121, 122, 123) über einen internen Entladewiderstand (153), und – eine Steuereinrichtung (130) zum Überwachen eines aktuellen Betriebszustands der Akkuvorrichtung (100) anhand der erfassten Messgröße, wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, die Schutzeinrichtung (150) zu aktivieren, wenn die Überwachung des aktuellen Betriebszustands einen Fehlerfall der Akkuvorrichtung (100) ergibt.Battery device ( 100 ) with at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ), a security system ( 180 ) and one the at least one battery cell and the security system ( 180 ) housing ( 110 ), the security system ( 180 ) comprising: a sensor device ( 140 ) for detecting at least one measured variable of the battery device ( 100 ), - a protective device ( 150 ) with a deactivation device ( 151 ) for deactivating the battery device ( 100 ) and / or an unloading device ( 152 ) for discharging the at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ) via an internal discharge resistor ( 153 ), and - a control device ( 130 ) for monitoring a current operating state of the battery device ( 100 ) based on the detected measured variable, wherein the control device ( 130 ), the protective device ( 150 ), if the monitoring of the current operating state indicates a failure of the battery device ( 100 ). Akkuvorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei die Sensoreinrichtung (140) wenigstens einen im Inneren des Gehäuses (110) angeordneten Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor (141, 142, 143) umfasst, wobei die Schutzeinrichtung (150) eine Deaktivierungseinrichtung (151) zum Deaktivieren der Lade- und/oder der Entladefunktion der Akkuvorrichtung (100) umfasst, und wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung (100) mithilfe der Deaktivierungseinrichtung (151) zeitlich begrenzt oder dauerhaft zu deaktivieren, wenn der wenigstens eine Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor (141, 142, 143) Wasser und/oder Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses (110) erfasst. Battery device ( 100 ) according to claim 1, wherein the sensor device ( 140 ) at least one inside the housing ( 110 ) arranged water and / or humidity sensor ( 141 . 142 . 143 ), the protective device ( 150 ) a deactivation device ( 151 ) for deactivating the charging and / or discharging function of the battery device ( 100 ), and the control device ( 130 ), the charging and / or the discharging function of the battery device ( 100 ) using the deactivation device ( 151 ) temporarily or permanently deactivated, if the at least one water and / or moisture sensor ( 141 . 142 . 143 ) Water and / or moisture inside the housing ( 110 ) detected. Akkuvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Sensoreinrichtung (140) eine Anzahl im Inneren des Gehäuses (110) verteilt angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren (141, 142, 143) umfasst, wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung (100) mithilfe der Deaktivierungseinrichtung (151) zeitlich begrenzt oder dauerhaft zu deaktivieren, – wenn mehre Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren (141, 142, 143) aufgrund eines schnellen Anstiegs von Wasser im Gehäuses (110) in einer vorgegebenen Weise zeitlich nacheinander ansprechen, und/oder – wenn mehrere Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren (141, 142, 143) aufgrund einer Kondensation von Wasser im Gehäuses (110) gleichzeitig jeweils eine geringe Menge Wasser- und/oder Feuchtigkeit erfassen.Battery device according to claim 2, wherein the sensor device ( 140 ) a number inside the housing ( 110 ) distributed water and / or humidity sensors ( 141 . 142 . 143 ), wherein the control device ( 130 ), the charging and / or the discharging function of the battery device ( 100 ) using the deactivation device ( 151 ) temporarily or permanently deactivated, - if several water and / or humidity sensors ( 141 . 142 . 143 ) due to a rapid increase of water in the housing ( 110 ) in a predetermined manner in chronological succession, and / or - if several water and / or humidity sensors ( 141 . 142 . 143 ) due to a condensation of water in the housing ( 110 ) simultaneously capture a small amount of water and / or moisture at a time. Akkuvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche 2 oder 3, wobei die Sensoreinrichtung (140) ferner wenigstens einen Inertialsensor (145) zum Ermitteln der aktuellen Lageänderung und/oder Beschleunigung des Gehäuses (110) umfasst, wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung (100) mithilfe der Deaktivierungseinrichtung (151) zeitlich begrenzt oder dauerhaft zu deaktivieren, wenn der Inertialsensor (145) eine Lageänderung und/oder eine Beschleunigung des Gehäuses (110) registriert und anschließend ein Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor (141, 142, 143) in einem zuvor trockenem Bereich (112) des Gehäuses (110) Wasser erfasst.Battery device according to one of the preceding claims 2 or 3, wherein the sensor device ( 140 ) at least one inertial sensor ( 145 ) for determining the current change in position and / or acceleration of the housing ( 110 ), wherein the control device ( 130 ), the charging and / or the discharging function of the battery device ( 100 ) using the deactivation device ( 151 ) temporarily or permanently deactivate when the inertial sensor ( 145 ) a change in position and / or an acceleration of the housing ( 110 ) and then a water and / or humidity sensor ( 141 . 142 . 143 ) in a previously dry area ( 112 ) of the housing ( 110 ) Water detected. Akkuvorrichtung (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die wenigstens eine Akkuzelle (121, 122, 123) über wenigstens ein Messkabel (161, 162, 163) elektrisch mit einer Einzelzellenüberwachungseinrichtung (160) verbunden ist, und wobei das Messkabel (161, 162, 163) der Entladeeinrichtung (152) als interner Entladewiderstand (153) zum Entladen der wenigstens einen Akkuzelle (121, 122, 123) dient.Battery device ( 100 ) according to one of the preceding claims, wherein the at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ) via at least one measuring cable ( 161 . 162 . 163 ) electrically with a single cell monitoring device ( 160 ) and the measuring cable ( 161 . 162 . 163 ) of the unloading device ( 152 ) as an internal discharge resistor ( 153 ) for discharging the at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ) serves. Akkuvorrichtung (100) nach Anspruch 5, wobei die Steuereinrichtung (130) ausgebildet ist, einen Fehlerfall zu detektieren, wenn die Auswertung der wenigstens einen Messgröße der Sensoreinrichtung (140) einen Kurzschluss der Akkuvorrichtung (100), eine elektrische oder thermische Überlastung der Akkuvorrichtung (100), einen mechanischen Schaden des Gehäuses (110) und/oder einen Wassereintritt in das Gehäuse (110) ergibt.Battery device ( 100 ) according to claim 5, wherein the control device ( 130 ) is designed to detect an error case if the evaluation of the at least one measured variable of the sensor device ( 140 ) a short circuit of the battery device ( 100 ), an electrical or thermal overload of the battery device ( 100 ), a mechanical damage of the housing ( 110 ) and / or a water inlet into the housing ( 110 ). Verfahren zum Betrieb einer Akkuvorrichtung (100) mit einem Gehäuse (110) und wenigstens einer darin angeordneten Akkuzelle (121, 122, 123), wobei wenigstens eine Messgröße der Akkuvorrichtung (100) mittels einer Sensoreinrichtung (140) erfasst wird, wobei der aktuelle Betriebszustand der Akkuvorrichtung (100) durch Auswerten der wenigstens einen Messgröße mittels einer Steuereinrichtung (130) überwacht wird, wobei eine Schutzeinrichtung (150) der Akkuvorrichtung (100) mittels der Steuereinrichtung (130) aktiviert wird, wenn die Überwachung des aktuellen Betriebszustands einen Fehlerfall der Akkuvorrichtung (100) ergibt, und wobei durch die Aktivierung der Schutzeinrichtung (150) die Akkuvorrichtung (100) deaktiviert und/oder die wenigstens eine Akkuzelle (121, 122, 123) über einen internen Entladewiderstand (153) entladen wird.Method for operating a battery device ( 100 ) with a housing ( 110 ) and at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ), wherein at least one measured variable of the battery device ( 100 ) by means of a sensor device ( 140 ), wherein the current operating state of the battery device ( 100 ) by evaluating the at least one measured variable by means of a control device ( 130 ), whereby a protective device ( 150 ) of the battery device ( 100 ) by means of the control device ( 130 ) is activated when the monitoring of the current operating state indicates a failure of the battery device ( 100 ), and whereby the activation of the protective device ( 150 ) the battery device ( 100 ) and / or the at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ) via an internal discharge resistor ( 153 ) is unloaded. Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Lade- und/oder Entladefunktion der Akkuvorrichtung (100) durch die Steuereinrichtung (130) zeitlich begrenzt oder dauerhaft deaktiviert wird, wenn ein Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensor (141, 142, 143) der Sensoreinrichtung (140) Wasser und/oder Feuchtigkeit im Inneren des Gehäuses (110) erfasst. Method according to claim 7, wherein the charging and / or discharging function of the battery device ( 100 ) by the control device ( 130 ) is temporarily or permanently deactivated when a water and / or humidity sensor ( 141 . 142 . 143 ) of the sensor device ( 140 ) Water and / or moisture inside the housing ( 110 ) detected. Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung (130) einen Fehlerfall der Akkuvorrichtung (100) detektiert, – wenn durch zeitlich nacheinander erfolgendes Ansprechen mehrerer in verschiedenen Bereichen (111, 112) des Gehäuses (110) angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren (141, 142, 143) ein schneller Anstieg von Wasser im Gehäuse (110) erkannt wird, und/oder – wenn durch gleichzeitiges Ansprechen mehrerer in verschiedenen Bereichen (111, 112) des Gehäuses (110) angeordneter Wasser- und/oder Feuchtigkeitssensoren (141, 142, 143) eine im Gehäuse (110) erfolgte Kondensation von Wasser erkannt wird. Method according to claim 8, wherein the control device ( 130 ) a fault of the battery device ( 100 ), if - by successively addressing several in different areas ( 111 . 112 ) of the housing ( 110 ) arranged water and / or humidity sensors ( 141 . 142 . 143 ) a rapid increase of water in the housing ( 110 ), and / or - if, by simultaneously addressing several in different areas ( 111 . 112 ) of the housing ( 110 ) arranged water and / or humidity sensors ( 141 . 142 . 143 ) one in the housing ( 110 ) condensation of water is detected. Verfahren nach einer der Anspruche 8 oder 9, wobei die Steuereinrichtung (130) die Lade- und/oder die Entladefunktion der Akkuvorrichtung (100) mittels der Deaktivierungseinrichtung (151) zeitlich begrenzt oder dauerhaft deaktiviert, wenn ein Inertialsensor (145) der Sensoreinrichtung (140) eine Lageänderung und/oder eine Beschleunigung des Gehäuses (110) registriert und im Anschluss daran ein Wasserund/oder Feuchtigkeitssensor (141, 142, 143) der Sensoreinrichtung (140) in einem zuvor trockenem Bereich (112) des Gehäuses (110) Wasser erfasst.Method according to one of Claims 8 or 9, the control device ( 130 ) the charging and / or the discharging function of the battery device ( 100 ) by means of the deactivation device ( 151 ) is temporarily or permanently deactivated when an inertial sensor ( 145 ) of the sensor device ( 140 ) a change in position and / or an acceleration of the housing ( 110 ) and then a water and / or humidity sensor ( 141 . 142 . 143 ) of the sensor device ( 140 ) in a previously dry area ( 112 ) of the housing ( 110 ) Water detected. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die das Entladen der wenigstens einen Akkuzelle (121, 122, 123) im Fehlerfall der Akkuvorrichtung (100) über wenigstens ein Messkabel (161, 162, 163) einer Einzelzellenüberwachungseinrichtung (160) der jeweiligen Akkuzelle (121, 122, 123) erfolgt. Method according to one of claims 7 to 10, wherein the discharging of the at least one battery cell ( 121 . 122 . 123 ) in case of failure of the battery device ( 100 ) via at least one measuring cable ( 161 . 162 . 163 ) of a single cell monitoring device ( 160 ) of the respective battery cell ( 121 . 122 . 123 ) he follows. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei ein Fehlerfall durch die die Steuereinrichtung (130) detektiert wird, wenn durch Auswertung der wenigstens einen Messgröße der Sensoreinrichtung (140) ein Kurzschluss der Akkuvorrichtung (100), eine elektrische oder thermische Überlastung der Akkuvorrichtung (100), ein mechanischer Schaden des Gehäuses (110) und/oder ein Wassereintritt in das Gehäuse (110) ergibt.Method according to one of claims 7 to 11, wherein an error case by which the control device ( 130 ) is detected when, by evaluating the at least one measured variable of the sensor device ( 140 ) a short circuit of the battery device ( 100 ), an electrical or thermal overload of the battery device ( 100 ), a mechanical damage of the housing ( 110 ) and / or a water inlet into the housing ( 110 ).
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