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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verlangsamung des Entladungsprozesses eines Akkus bei abgeschalteter Last – vorzugsweise einer Handwerkzeugmaschine –, wobei der Akku mit einer seine Betriebsgrößen erfassenden und auswertenden Schaltung ausgestattet ist, welche ihre Versorgungsenergie aus dem Akku bezieht.
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Beispielsweise aus der
DE 41 06 725 A1 ist es bekannt, einen Akku mit einer Schaltung auszustatten, die Betriebsgrößen des Akkus erfasst und auswertet. Zu diesen Betriebsgrößen gehören beispielsweise während der Belastung des Akkus auftretende Lade- beziehungsweise Entladeströme und die Temperatur des Akkus. Außerdem erfasst die Schaltung den Ruhestrom und die Selbstentladung des Akkus und begrenzt die Entladung des Akkus auf eine vorgegebene Grenzspannung, um somit eine die Lebensdauer des Akkus verringernde Tiefentladung zu vermeiden. Die von der Schaltung erfassten Betriebsgrößen können schließlich für die Steuerung des Betriebs einer an den Akku angeschlossenen Last oder für die Steuerung des Aufladevorganges in einer Ladestation verwendet werden.
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Es lässt sich bei Akkus nicht vermeiden, dass sie sich, auch wenn sie nicht durch einen Verbraucher belastet werden, allmählich mit der Zeit entladen. Dieser Entladungsprozess wird noch dadurch beschleunigt, dass eine z. B. in der
DE 41 06 725 A1 beschriebene Schaltung ständig dem Akku Energie entzieht. Ziel bzw. Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, den Entladungsprozess eines Akkus so weit wie möglich zu verlangsamen, so dass der Akku für eine möglichst lange Zeit einsatzfähig bleibt für den Betrieb einer Last, beispielsweise einer Handwerkzeugmaschine (z. B. Bohrer, Schrauber, Bohrhammer, Schleifer, Säge, etc.).
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Aus der
DE 693 19 049 T2 ist eine Batterieschutzschaltung bekannt, bei der Schaltungen zur Zustandüberwachung der Batterie von der Stromversorgung abgeschaltet werden, wenn ein Überentladungszustand der Batterie detektiert wird.
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Aus der
DE 38 75 389 T2 geht ein batteriebetriebenes Gerät hervor, mit einer den Elektromotor steuernden Schaltung. Diese Schaltung wird abgeschaltet, wenn der Elektromotor außer Betrieb gesetzt worden ist, was immer dann der Fall ist, wenn die Batterie eine zu geringe Spannung liefert.
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Aus
EP 448 755 A1 ist ferner ein intelligentes Akkusystem bekannt, das einen Akkupack und einen Prozessor umfasst. Sobald der Akkupack für eine bestimmte Zeit weder geladen noch entladen wird, wird der Prozessor in einen „light-sleep”-Modus versetzt, in dem der Energieverbrauch vermindert ist.
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Ferner ist aus
US 5 783 998 A ein Akkupack bekannt, welcher neben den Anschlüssen zur Spannungsversorgung eines elektronischen Gerätes auch einen Anschluss zum Austausch von Daten zwischen dem Akkupack und dem elektronischen Gerät umfasst. Weiterhin umfasst der Akkupack Messeinrichtungen zum Erfassen des Zustands des Akkupacks hinsichtlich seiner Temperatur und seiner Spannung sowie eine CPU, mit der der Akkupack in Abhängigkeit von seiner Spannung in einen entsprechenden Betriebszustand versetzt wird.
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Vorteile der Erfindung
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Aus den Ansprüchen 1 und 6 gehen ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verlangsamung des Entladungsprozesses eines Akkus bei Abschaltung einer Last hervor, wobei der Akku mit einer seine Betriebsgrößen erfassenden und auswertenden Schaltung ausgestattet ist, welche ihre Versorgungsenergie aus dem Akku bezieht. Gemäß der Erfindung wird nach Abschaltung der Last die Schaltung im Akku mit reduzierter Versorgungsenergie betrieben wird und nach einer vorgegebenen Zeitspanne die Versorgungsenergie vollständig abgeschaltet wird. Somit verbraucht die Schaltung nach Abschaltung der Last keine Energie des Akkus und die Schaltung trägt nicht zur Entladung des Akkus bei, wenn dieser sich nicht im Betriebsmodus (Anschaltung an eine Last) befindet.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
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Es ist zweckmäßig, dass die Versorgungsenergie für die Schaltung um eine vorgegebene Zeitspanne verzögert gegenüber der Abschaltung der Last unterbrochen wird. Oft passiert es, dass eine Last kurz nach dem Abschalten wieder eingeschaltet wird. Wenn sich dann die Schaltung des Akkus noch nicht in ihrem sogenannten „Sleep-Modus” befindet, also vollständig abgeschaltet worden ist, ist die Last schnell wieder betriebsbereit und es muß nicht erst ein Aufweckvorgang, d. h. eine Aktivierung der Schaltung des Akkus erfolgen.
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Die Deaktivierung der zum Akku gehörenden Schaltung bei Abschalten der Last kann auf folgende Weise geschehen:
Es kann bei Abschaltung der Last eine Abschaltinformation an die Schaltung im Akku übertragen werden, durch die die Schaltung zur sofortigen oder zeitversetzten Unterbrechung von der Versorgungsenergie des Akkus veranlasst wird. Es kann aber auch bei Abschaltung der Last zeitgleich oder zeitversetzt die über eine von der Last zur Schaltung im Akku führende Leitung übertragene Versorgungsenergie unterbrochen werden. In diesem Fall wird die Versorgungsenergie für die Schaltung des Akkus vom Akku über die Last zur Schaltung geleitet.
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Es ist vorteilhaft, nach der Abschaltung der Last die Schaltung im Akku mit reduzierter Versorgungsenergie aus dem Akku zu betreiben und erst nach einer vorgegebenen Zeitspanne die Versorgungsenergie vollständig abzuschalten. In diesem Fall wird also bei Abschaltung der Last die Schaltung zunächst in einen sogenannten „stand by Modus” (Betrieb mit reduzierter Energieaufnahme) und anschließend erst in den „sleep Modus” (vollständige Abschaltung) gebracht. Wird nämlich die Last wieder in Betrieb genommen, während sich die Schaltung im stand by Modus befindet, ist die Schaltung schneller wieder aktivierbar als wenn sie bereits in den sleep Modus gebracht worden wäre.
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Zeichnung
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Anhand mehrerer in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
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1 ein Blockschaltbild eines mit einer Last beschalteten Akkus, dessen Schaltung ihre Versorgungsenergie direkt aus dem Akku bezieht,
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2 ein Blockschaltbild eines mit einer Last beschalteten Akkus, dessen Schaltung ihre Energie über die Last bezieht, wobei die Versorgungsenergie über eine eigene Leitung von der Last zur Schaltung geführt wird und
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3 ein Blockschaltbild eines mit einer Last beschalteten Akkus, dessen Schaltung ihre Versorgungsenergie über die Last bezieht, wobei die Versorgungsenergie über eine Informationen zwischen dem Akku und der Last übertragende Leitung zugeführt wird.
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Beschreibung von Ausführungsbeispielen
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Der 1 ist ein Blockschaltbild eines Akkus 1 und einer daran angeschlossenen Last 2 zu entnehmen. Im Akku 1 befinden sich in der Regel mehrere Akkuzellen, die durch einen Block 3 symbolisiert sind. Die Last 2 kann eine Elektrohandwerkzeugmaschine, z. B. ein Schrauber, Bohrer, Bohrhammer, Schleifer, eine Säge und dergleichen sein.
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Angenommen, die Last 2 ist ein Elektrohandwerkzeugmaschine, dann ist der mit Energie zu versorgende Verbraucher im Wesentlichen ein Elektromotor 4, der über Stromversorgungsleitungen 5 und 6 mit dem Akku 1 verbunden ist. In dem als Last 2 an den Akku 1 angeschlossenen Elektrowerkzeug befindet sich auch eine Steuerelektronik 7, die ebenfalls ihre Versorgungsenergie über die Stromversorgungsleitungen 5 und 6 aus dem Akku 1 erhält. Die Steuerelektronik 7 dient in bekannter Weise beispielsweise dazu, die Leistung oder das Drehmoment oder die Drehzahl des Elektromotors 4 zu regeln beziehungsweise zu steuern. In die mit dem Elektromotor 4 und der Steuerelektronik 7 verbundene Stromversorgungsleitungen 5 ist ein Schalter 8 eingefügt, mit dem ein Bediener die Last 2 ein- beziehungsweise abschalten kann. Der Schalter 8 kann auch ein vom Bediener betätigbarer Sollwertgeber sein, z. B. ein Potentiometer, mit dem die von der Last 2 aufgenommene Leistung eingestellt werden kann.
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Der Akku 1 enthält eine Schaltung 9, welche eine oder mehrere Betriebsgrößen der Akkuzellen 3 erfassen und auswerten kann. Betriebsgrößen sind z. B. die Temperatur oder der Druck in einer oder mehreren Akkuzellen 3. Weitere Betriebsgrößen sind z. B. Lade- beziehungsweise Entladeströme, Betriebsstunden, verfügbare Ladekapazität usw. Diese Schaltung 9 kann beispielsweise auch dazu dienen, eine Ladeanzeige am Akku 1 zu steuern oder die Entladung des Akkus auf eine vorgegebene Grenzspannung zu begrenzen, um eine Tiefentladung des Akkus zu vermeiden.
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Die Schaltung 9 im Akku 1 ist mit der Steuerelektronik 7 der Last 2 über eine Signalleitung 10 verbunden. Über diese Signalleitung 10 kann z. B. die Schaltung 9 des Akkus 1 der Steuerelektronik 7 der Last 2 den aktuellen Ladezustand des Akkus 1 übermitteln, so dass die Leistungsaufnahme der Last 2 so angepasst ist, dass der Akku 1 nicht so weit entladen wird, dass er unter einen Tiefentlade-Schwellwert abfällt, was seine Lebensdauer verringern würde. Die Signalleitung 10 kann auch dazu ausgenutzt werden, um beim Einsatz des Akkus 1 in ein Ladegerät, die Betriebsgrößen des Akkus 1 an das Ladegerät zu übertragen und damit den Ladevorgang entsprechend zu regeln beziehungsweise zu steuern.
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Die Schaltung 9 im Akku 1 ist, wie in dem Ausführungsbeispiel in 1 dargestellt, direkt an die Ausgangsanschlüsse der Akkuzellen 3 angeschlossen, um daraus ihre Versorgungsenergie zu beziehen.
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Wird die Last 2 vom Akku 1 abgeschaltet, sei es über den Schalter 8 oder dadurch, dass der Akku 1 von dem die Last 2 darstellenden Gerät abgetrennt wird, soll auch die Zuführung der Versorgungsenergie für die Schaltung 9 im Akku 1 abgeschaltet werden, damit der Akkuzelle bzw. den Akkuzellen 3 im Ruhezustand (Abtrennung von der Last 2) keine Energie von der Schaltung 9 entzogen wird, was die Entladung des Akkus 1 beschleunigen würde. Zu diesem Zweck ist in der Schaltung 9 ein elektrisch steuerbarer Schalter 11 vorgesehen, mit dem die Stromversorgung der Schaltung 9 durch die Akkuzellen 3 unterbrochen werden kann. Dieser Schalter 11 wird dann geöffnet, wenn über die Signalleitung 10 aus der Steuerelektronik 7 der Last 2 die Information zu der Schaltung 9 übertragen wird, dass die Last 2 abgeschaltet worden ist. Bei Abschaltung der Last 2 wird also die Schaltung 9 des Akkus 1 in den sogenannten Sleep-Modus versetzt.
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Der Sleep-Modus für die Schaltung 9 kann entweder direkt nach Abschalten der Last 2 oder auch zeitverzögert aktiviert werden. Da die Reaktivierung der Schaltung 9 aus dem Sleep-Modus eine gewisse Zeit dauert, ist es zweckmäßig, die Schaltung 9 nicht direkt nach Abschalten der Last in den Sleep-Modus zu versetzen, da oft die Last 2 direkt oder nach kurzer Zeit wieder eingeschaltet wird und es unkomfortabel lange dauern würde, die Schaltung 9 aus dem Sleep-Modus wieder aufzuwecken. Ist die Schaltung 9 des Akkus 1 in den Sleep-Modus versetzt worden, so erfolgt die Reakivierung der Schaltung 9 z. B. dadurch, dass der Schalter 11 wieder geschlossen wird, wenn die Steuerelektronik 7 der Last 2 über die Signalleitung 10 der Schaltung 9 signalisiert, dass entweder der Akku 1 an das Gerät 2 angesteckt oder der Schalter 8 wieder eingeschaltet worden ist.
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Die 2 und 3 zeigen zwei weitere Ausführungsbeispiele einer Schaltung, mit der die im Akku 1 vorhandene Schaltung 9 bei Abschalten der Last 2 in den Sleep-Modus versetzt werden kann. In den 2 und 3 sind Schaltungselemente, die auch bei dem Ausführungsbeispiel der 1 vorkommen und deren Funktion bereits beschrieben worden ist, mit den gleichen Bezugszeichen wie in 1 versehen.
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Beim Ausführungsbeispiel gemäß 2 erhält die Schaltung 9 des Akkus 1 ihre Versorgungsenergie nicht direkt aus den Akkuzellen 3, sondern über einen Umweg über die Last 2. Deshalb ist die Schaltung 9 über eine Stromversorgungsleitung 12 mit der Last 2 verbunden und zwar, wie die strichlierte Linie in der Steuerelektronik 7 andeutet, mit der die Last 2 mit Strom aus dem Akku 1 versorgenden Leitung 5. In die Stromversorgungsleitung 12 zwischen der Steuerelektronik 7 und der Schaltung 9 ist ein Schalter 13 eingefügt, der von der Steuerelektronik 7 angesteuert wird. Dieser Schalter 13 wird geöffnet, wenn die Last 2 vom Akku 1 abgeschaltet worden ist, so dass dann die Schaltung 9 im Akku 1 in den Sleep-Modus versetzt wird. Die Öffnung des Schalters 13 kann, wie bereits oben beschrieben, entweder gleichzeitig oder zeitversetzt geschehen, nachdem der Akku 1 von der Last 2 getrennt worden ist.
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In Abweichung von dem in 2 dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Stromversorgung für die Schaltung 9 des Akkus 1 aus der Last 2 heraus auch über die Signalleitung 10 erfolgen. Dann ist keine eigene Stromversorgungsleitung 12 zwischen der Steuerelektronik 7, der Last 2 und der Schaltung 9 des Akkus 1 erforderlich. Anstelle des Schalters 13 in der Stromversorgungsleitung 12 (vergleiche 2) ist bei dem Ausführungsbeispiel in 3 dann ein Schalter 14 in der Signalleitung 10 vorzusehen. Dieser Schalter 14 hat die gleiche Funktion wie der Schalter 13 in der 2. Der Schalter 14 beziehungsweise der Schalter 13 werden zweckmäßigerweise in die Steuerelektronik 7 integriert.
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Es ist unter Umständen sinnvoll, nach dem Abschalten der Last 2 die Schaltung 9 des Akkus 1 nicht in den zuvor beschriebenen Sleep-Modus zu versetzen, d. h., die Schaltung 9 vollständig von der Stromversorgung aus den Akkuzellen 3 abzuschalten. Denn wenn die Last 2 wieder an den Akku 1 angeschaltet wird, benötigt es eine gewisse Zeit, um die Schaltung 9 aus dem Sleep-Modus wieder zu aktivieren. Dadurch entsteht für den Bediener eine unerwünschte Wartezeit bis das Gerät 2 nach dem Einschalten wieder voll betriebsfähig ist. Diese Wartezeit lässt sich dadurch erheblich verkürzen, dass nach dem Abschalten der Last 2 die Schaltung 9 im Akku 1 zunächst nicht vollständig abgeschaltet wird, sondern für eine gewisse Zeitspanne mit reduzierter Versorgungsenergie betrieben wird. Dann haben die in den 1 bis 3 dargestellten Schalter 11, 13, 14 nicht eine reine Abschaltfunktion, sondern sie reduzieren nach der Abschaltung der Last 2 vom Akku 1 zunächst den der Schaltung 9 zugeführten Versorgungsstrom auf einen geringen Wert, der ausreicht, um die Funktionen der Schaltung 9, wenn auch mit verzögerter Reaktionszeit, aufrechtzuerhalten. Nachdem dieser Stand-by-Modus eine gewisse Zeit aktiv war und zwischenzeitlich die Last 2 nicht wieder eingeschaltet worden ist, geht der Stand-by-Modus in den Sleep-Modus über. Aus dem Stand-by-Modus ist die Last bei Anschauen an den Akku 1 schnell wieder betriebsbereit, da die Schaltung 9 ohne große Verzögerung alle ihre Funktionen wieder aufnimmt.
