用于手持式电动工具的模块化的蓄电池单元、手持式电动工具和修复方法

技术领域

本发明涉及一种用于手持式电动工具的模块化的蓄电池单元、一种具有对应的蓄电池单元的手持式电动工具以及一种用于这样的蓄电池单元的修复方法。

背景技术

通常借助蓄电池单元使手持式电动工具工作。随着时间的推移，蓄电池单元的性能随着老化而逐渐丧失。老化在此尤其涉及各个原电池。除了各个电池之外，蓄电池单元还具有其他部件(如电子器件或还有壳体)，这些部件较少地或几乎不受老化的影响。因此，当蓄电池单元的电池已经无法使用时，这些部件仍然可以被继续使用。

然而，已知的蓄电池单元是以如下方式被整合的，即：部件无法在不被损坏的情况下被彼此分离，例如通过焊接连接或钎焊连接。

发明内容

在此背景下，本发明的目的在于提供一种用于手持式电动工具的经改善的蓄电池单元。

根据第一方面，提出了一种用于手持式电动工具的模块化的蓄电池单元。模块化的蓄电池单元具有电子模块和至少一个电池模块。电子模块被配置成用于根据至少一个测量值来监测该至少一个电池模块的状态。该至少一个电池模块具有保持框架和由保持框架保持的多个单电池，其中单电池在保持框架中相互电连接，以提供预定的输出电压。电子模块和该至少一个电池模块能够仅藉由可松脱的机械连接和电连接相互连接。

该模块化的蓄电池单元(下文还被简称为“蓄电池单元”)具有可以彼此独立地更换各个模块的优点。因此在有缺陷情况下无需替换整个蓄电池单元，而是仅替换有缺陷的模块。

此外，可以对蓄电池单元进行修复，其方式为将蓄电池单元拆成单独的模块，由此使得可以触及有缺陷的部位。

蓄电池单元尤其被配置成用于使手持式电动工具工作，该手持式电动工具以处于9V至72V范围内、优选介于12V至36V之间的工作电压工作。

输出电压例如由在电池模块中串联连接的单电池实现。例如，锂离子电池在充满电的状态下输出电压(端电压)为约3.6V。如果这些电池中的两个电池串联连接，则输出电压翻倍至约7.2V。除了锂离子电池之外，还可以使用其他的原电池(如镍-镉、镍-金属氢化物或还有铅电池)，其中这些电池于是可以具有不同的输出电压。

电子模块例如包括集成电路，如ASIC(application specific integratedcircuit，专用集成电路)、PLC(programmabe logic controller，可编程逻辑控制器)等。该集成电路例如通过分接在联接的电池模块处的电压工作。集成电路被配置成用于监测电池模块的状态。在此，状态可以包括以下信息：当前剩余容量(电量)、当前充电电流和/或放电电流、当前端电压、该至少一个电池模块的每个单电池的当前单电池电压、以及该至少一个电池模块的一个或多个电池的当前温度。

为了监测状态，电子模块可以包括多个传感器和/或与作为电池模块的一部分的传感器电连接。优选地，电子模块包括一个或多个电压表、一个或多个电流表并且与至少一个温度传感器相连接。

电子单元可以被配置成用于控制该至少一个电池单元的充电电流或放电电流。在此，电子单元尤其可以与手持式电动工具的元件和/或充电设备共同作用。

在实施方式中，电子模块被配置成用于提供电触点，以将该至少一个电池模块与手持式电动工具电连接。

在该实施方式中，电流从电池模块、经由布置在电子模块中的至少一条电流导线流向手持式电动工具。还可以说，该至少一个电池模块的一极或两极通过电子模块构成回路。在该实施方式中，电子模块例如可以被配置成用于根据手持式电动工具的对应信号和/或电池模块的状态来控制该至少一个电池单元的放电电流。电子模块还可以被配置成用于中断从电池模块向手持式电动工具的电流流动。电子模块例如具有在电池模块侧的两个触点，这些触点用于与布置在电池模块上的、被施加电池模块的输出电压的对应两个触点相接触。此外，电子模块具有在手持式电动工具侧的两个触点，这些触点用于与布置在手持式电动工具上的、被提供输出电压的对应两个触点相接触。

电池模块包括具有多个单电池的组件，这些单电池在电池模块中被固定地相互接线以提供输出电压。单电池可以在电池模块中部分地以并联电连接的方式和串联电连接的方式相连接。并联电连接适合用于在在此没有增大输出电压的情况下增大电池模块的容量。电池模块的保持框架使得单电池的组件具有机械稳定性。单电池优选地以不可松脱的连接被紧固在电池模块中。在实施方式中可以提出，单电池可松脱地由电池模块保持。电池模块的保持框架例如由塑料、(尤其包括碳纤维、玻璃纤维和/或芳族聚酰胺纤维的)复合材料、金属和/或上述材料的组合制成。

单电池尤其被理解成提供恰好两个电极的原电池。即，单电池尤其不是由各自自身形成原电池的两个或更多个单元构成的。

电子模块和该至少一个电池模块可以优选地借助于锁定连接、卡扣连接、插接连接和/或螺纹连接力配合地、优选地形状配合地相互连接。这些连接可被松脱，使得电子模块和该至少一个电池模块可以从联接状态转换到拆分状态，而在此电子模块或电池模块不受损。

电子模块与电池模块之间的电连接优选地借助于插接触点建立，然而还可以使用弹簧触点，尤其在仅最小的电流流过的纯信号路径的情况下。

根据模块化的蓄电池单元的实施方式，电子模块被配置成用于检测至少一个电压值和/或电流值并且根据检测到的电压值和/或电流值来监测该至少一个电池模块的状态。

在该实施方式中，电子模块有利地被配置成用于监测该至少一个电池模块的电量。因此，电子模块可以防止电池模块过度放电，这可能损坏或甚至毁坏电池模块中的单电池。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，电子模块包括至少一个温度传感器以用于检测该至少一个电池模块的至少一个温度值，并且电子模块被配置成用于根据检测到的温度值来监测电池模块的状态。

检测到的温度值尤其涉及至少一个单电池的表面上的温度。温度值代表单电池中存在的温度和电池模块中的平均温度。例如可以假设另外的单电池具有大体上相同的温度。

根据电池模块中单电池的数量，可以设有多个温度传感器，这些温度传感器被配置成用于检测不同单电池的相应温度值。

温度对单电池有显著的影响。一方面，单电池中电荷载流子的迁移率在温度更高的情况下增大，由此单电池的内阻降低。另一方面，随着温度升高，单电池中不期望的化学反应(例如腐蚀)的化学反应速率也会增大，这导致电池老化更快。此外，单电池可能在超过温度上限时永久地损坏或毁坏，在最坏的情况下单电池甚至可能着火和/或分解。因此，由电子模块监测温度是有利的。当温度过高时，电子模块例如可以减小对电池模块的充电电流或放电电流，以便由此提高电池模块的使用寿命。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，温度传感器由弹簧元件保持与该至少一个电池模块的单电池直接接触。

在该实施方式中，温度传感器不是固定地与电池模块相连接，而是可以和电子模块一起与电池模块分离，在此温度传感器不受损。

在实施方式中可以提出，温度传感器被整合在电池模块中，并且可以借助于插接连接器等与电子模块相连接。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，电子模块被配置成用于检测该至少一个电池模块的每个单电池的单电池电压，其中为每个单电池提供指配的电导线。

该实施方式可以实现，有利地获取电池模块的各个单电池是否有缺陷和/或是否限制电池模块的性能。在串联电连接时，电流流过串联连接单电池中的每个单电池，因此即使这些电池中的仅一个电池例如内阻增大，也会出现问题，因为这在总体上限制了电流流动并且还特别严重地使所涉及的单电池变热。

尤其藉由所指配的导线和弹簧触点来分接相应的单电池的电压。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，单电池在该至少一个电池模块中以串联电连接的方式和/或以并联电连接的方式相互连接，使得电池模块具有预定的输出电压和预定的充电容量。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，该蓄电池单元包括两个或更多个电池模块，这些电池模块能够以可再次松脱的方式相互联接。

该实施方式的优点在于：当这些电池模块之一有缺陷或性能不足时，仅需更换该电池模块，而其余的电池模块可以被继续使用。

在该实施方式中，蓄电池单元至少包括电子模块和两个电池模块。

优选地首先将电池模块相互联接，并且随后将所联接的电池模块与电子模块相联接。

在实施方式中可以提出，电池模块可以单独与电子模块相联接。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，这两个或更多个电池模块以串联电连接的方式相互连接，使得蓄电池单元的输出电压与这两个或更多个电池模块所提供的输出电压的总和相对应。

该实施方式的优点在于：特别是对于被设计用于高工作电压(例如24V、36V、48V或最高达72V)的手持式电动工具，针对该高工作电压需要串联连接的大量单电池，仍可以用较少量的单电池来制造电池模块。

根据模块化的蓄电池单元的另一个实施方式，这两个或更多个电池模块能够借助于锁定连接、卡扣连接、插接连接和/或螺纹连接相互连接，尤其能够形状配合地和/或力配合地相互连接。

根据第二方面，提出一种具有根据第一方面的模块化的蓄电池单元的手持式电动工具。手持式电动工具例如被设计为钻孔器、冲击钻、电锤、手持式圆锯、线锯、狐尾锯、切割机、搅拌器等。

根据第三方面，提出一种针对模块化的蓄电池单元的修复方法。模块化的蓄电池单元包括电子模块和至少一个电池模块，该电子模块和该至少一个电池模块能够仅藉由可松脱的机械连接和电连接相互连接。修复方法包括以下步骤：

获取该至少一个电池模块的状态；以及

根据所获取的状态；用其状态比获取到的状态更好的替代用电池模块来更换该至少一个电池模块。

蓄电池单元是尤其如借助第一方面所描述的那样设计的。

有利地，可以在电子单元或该至少一个电池模块不受损的情况下对蓄电池单元进行修复。在大多数情况下，当电池模块已有明显老化现象、因此大多情况下需更换电池模块时，蓄电池单元的电子模块仍可以工作。

根据修复方法的实施方式，更换包括：通过松脱可松脱的机械连接和电连接，将模块化的蓄电池单元拆分成电子模块和该至少一个电池模块；以及通过闭合可松脱的机械连接和电连接，用电子模块和替代用电池模块组合成模块化的蓄电池单元。

在该实施方式中，尤其继续使用电子单元。这通常是可能的，因为电子单元并不经受与电池模块的老化相当的老化。

根据修复方法的另一个实施方式，替代用电池模块是全新的电池模块。

根据修复方法的另一个实施方式，模块化的蓄电池单元具有两个或更多个电池模块，这些电池模块能够以可再次松脱的方式相互联接，其中仅更换这些电池模块中的恰好一个电池模块和/或其中不更换这些电池模块中的至少一个电池模块。

在该实施方式中，继续使用至少一个电池模块、尤其具有最佳性能的电池模块。由此可以减少被更换的电池模块的数量。

根据修复方法的另一个实施方式，获取相应的电池模块的状态包括：获取相应的电池模块的充电容量、内阻、充电循环次数和/或放电曲线。

附图说明

下文的描述借助示例性的实施方式和附图来阐述本发明。在附图中：

图1示出模块化的蓄电池单元的示意性视图；

图2示出两个电池模块的示意性视图；

图3示出手持式电动工具的模块化的蓄电池单元的电互连的示意性拓扑结构；

图4示出模块化的蓄电池单元的修复方法的示意性流程图；

图5示出模块化的蓄电池单元的另一修复方法的示意性流程图；以及

图6示出手持式电动工具的示意性视图；除非另有说明，否则相同的或功能相同的元件在附图中由相同的附图标记指示。

具体实施方式

图1示出手持式电动工具1(参见图6)的模块化的蓄电池单元100的示意性视图。模块化的蓄电池单元100包括电子模块110和电池模块120。电池模块120包括保持框架121，该保持框架被配置成用于保持多个单电池122。布置在保持框架121中的单电池122藉由电连接123被固定地相互接线，使得电池模块120具有特定的输出电压和特定的总容量。输出电压和总容量根据单电池122的类型(尤其是其单电池电压及其单独容量)以及单电池122在保持框架121中接线的类型而得出。单电池122之间的电连接123可以被整合到保持框架121中(例如呈保持板的形式)，然而或者被设计成与保持框架分离的，例如呈单独的线或线缆段的形式。在单电池122串联电连接时，输出电压与单电池电压的总和相对应。在并联电连接时，总容量与单电池容量的总和相对应。单电池122可以例如以成组并联连接的方式和成组串联连接的方式存在于电池模块120中。

电池模块120具有可松脱的机械连接器130A和可松脱的电连接器132A。例如，机械连接器130A是适合用于拧入对应的螺钉的螺纹，而电连接器132A是能够与相对应的插座相连接的插接触点。

电子模块110具有与电池模块120的可松脱的机械连接器130A和电连接器132A相对应的连接器130B、132B。在该示例中，它们例如是螺钉130B和插座132B。电子模块110被配置成用于根据至少一个测量值U、I、T(参见图3)来监测电池模块120的状态。为此，电子模块110尤其包括对应的测量装置114，该测量装置例如被设计为电压测量装置并且被配置成用于检测电池模块120的输出电压。在实施方式中，测量装置114可以被配置成用于检测电池模块120的每个单电池122的单电池电压(未示出)。

在该示例中，电子模块110还包括两个电触点111、112以用于接触手持式电动工具1的对应的电触点。在触点111、112处尤其提供电池模块120的输出电压。在该示例中，用于驱动手持式电动工具1的电动马达2(参见图6)的电流从电连接器132A、经由电连接器132B和触点111、112流向电动马达2。

借助于可松脱的机械连接器130A、130B和电连接器132A、132B，电子模块110和电池模块120可以被彼此分离以及被再次连接，而不损坏其中任何一者。换言之，模块化的蓄电池单元100可以被拆卸和再次组装。

蓄电池单元100并不限于下面借助图2阐述的电池模块120。图2示出两个电池模块120A、120B的示意性视图，这些电池模块各自具有保持框架121和多个单电池122。电池模块各自配备有可松脱的机械连接器130A(参见图1)，为了清楚起见，这些机械连接器未在图2中示出。这两个电池模块120A、120B被配置成用于藉由可松脱的机械连接130A、130B和电连接132相连接以及再次分离。电池模块120A、120B在此尤其被设计成在与电子模块110(参见图1)组合的情况下被共同用于模块化的蓄电池单元100中。

为此，这些电池模块120A、120B中的每个电池模块均具有可松脱的电连接器132A，藉由该电连接器可以与电子模块110和/或手持式电动工具100建立电连接。附加地，这些电池模块120A、120B中的每个电池模块均具有用于接触相应另一个电池模块120A、120B的电触点132。当电池模块120A、120B借助于可松脱的机械连接器130A、130B相互联接(这在该示例中借助于被结合到相应的保持框架121中的燕尾型连接器形状配合地进行)时，电触点132同时被接触。替代于此，还可以设有单独的插接触点。

通过接触电触点132，这两个电池模块120A、120B串联电连接，其中在这两个电连接器132A上提供输出电压(为此还参见下文图3)。然后，以此方式可松脱地相互连接的电池模块120A、120B可以与相对应的电子模块110相连接，以形成蓄电池单元100。

图3示出手持式电动工具1的模块化的蓄电池单元100的电互连的示意性拓扑结构。图3在此展示了如下情况：两个电池模块120A、120B相互串联连接。电子模块110被配置成用于检测电池模块120A、120B的不同的测量值：I(电流)、U(电压)、T(温度)。电子模块110尤其具有两个温度传感器TS，其中相应一个温度传感器被指配给这些电池模块120A、120B中的一个电池模块。未展示、然而同样可能的是，检测针对电池模块120A、120B的每个单电池122(参见图1或图2)的单电池电压。

在图3中可以看出，所有的电连接132均藉由可松脱的插座/插头组合等来进行。藉由手持式电动工具1中的主开关3来闭合电流回路，使得由模块化的蓄电池单元100提供的电流可以流经手持式电动工具1的马达2。

图4示出(例如在图1中示出的)模块化的蓄电池单元100的修复方法的示意性流程图。蓄电池单元100被设置成在由蓄电池驱动的手持式电动工具1(参见图3或图6)中使用。起点是模块化的蓄电池单元100，其包括电子模块110和电池模块120。电池模块120例如名义上具有5Ah(安时)的容量。

在修复方法的第一步骤S1中，获取电池模块120的状态。在该示例中，例如获取到仅为3Ah的实际容量。例如由于电池模块120在使用一段时间之后老化，这可能是这样的情况。同样获取电子模块110的状态，其中没有发现故障等。电子模块对应地标有“OK”。针对第一步骤，不一定需要拆卸模块化的蓄电池单元100。

在修复方法的第二步骤S2中，用替代用电池模块125来更换电池模块120。替代用电池模块125例如是全新的电池模块。替代用电池模块125具有完全的5Ah的容量。为了进行更换，通过断开可松脱的机械连接130A、130B(参见图1)和电连接132A、132B，从电子模块110拆下旧的电池模块120，并且随后借助于连接130A、130B、132A、132B将替代用电池模块125装配到电子模块110上。

修复后的蓄电池单元100随后具有与全新的蓄电池单元相当的性能。

图5示出模块化的蓄电池单元100A、100B的另一修复方法的示意性流程图。蓄电池单元100A、100B相应地被设置成在由蓄电池驱动的手持式电动工具1(参见图3或图6)中使用。在该示例中，蓄电池单元100相应地具有电子模块110和两个电池模块120A、120B、120C、120D。例如可以借助图2或图3阐述各个蓄电池单元100A、100B的结构。

在第一方法步骤S1中，通过获取每个模块的状态来获取两个蓄电池单元100A、100B的状态。应说明的是，在实施方式中，还可以仅获取电池模块120的状态。在该示例中，“获取状态”包括对相应的电子模块110的功能测试，其中两个电子模块110均良好(“OK”)，并且获取每个电池模块120A、120B、120C、120D的工作时长以及实际充电容量。电池模块120A具有5h的工作时长和5Ah的实际容量。电池模块120B具有5h的工作时长和2Ah的实际容量。电池模块120C具有50h的工作时长和4Ah的实际容量。电池模块120D具有5h的工作时长和3Ah的实际容量。

在第二方法步骤S2中，至少部分地更换电池模块120A、120B、120C、120D。在该示例中，蓄电池单元100A完全配备有新的替代用电池模块125。在蓄电池单元110B中，用从蓄电池单元110A拆卸下来的电池模块120A来替代较弱的电池模块120D。

这两个最弱的电池模块120B、120D被供用于回收，因为这些电池模块不再具有足够的电性能。

以所描述的方式，针对各自具有多个电池模块120的多个模块化的蓄电池单元100A、100B，可以获取其状态仍可供进一步使用并且具有相似的状态的电池模块120对。这些对然后可以被用于修复后的蓄电池单元100。状态不佳的电池模块120可以被回收并且被其他电池模块120替代。因此，修复后的蓄电池单元100的状态总是优于修复前的蓄电池单元100的状态。

图6示出由蓄电池驱动的手持式电动工具1的示意性视图。例如，该手持式电动工具是电锤。电锤1具有电动马达2，该电动马达由(例如借助图2或图3阐述的)模块化的蓄电池单元100供应电流。主开关3在此例如控制从蓄电池单元100汲取的功率。在该示例中，蓄电池单元100具有电子模块110和两个电池模块120A、120B。当蓄电池单元100在其性能方面减弱时，可以例如借助于参照图4或图5阐述的修复方法来对蓄电池单元进行修复，其方式为更换一个或两个电池模块120A、120B。

附图标记清单

1 手持式电动工具

2 电动马达

3 开关

100 模块化的蓄电池单元

100A 模块化的蓄电池单元

100B 模块化的蓄电池单元

110 电子模块

111 电触点

112 电触点

114 测量装置

120 电池模块

120A 电池模块

120B 电池模块

120C 电池模块

120D 电池模块

121 保持框架

122 单电池

123 电连接

125 替代用电池模块

130 可松脱的机械连接

130A 可松脱的机械连接

130B 可松脱的机械连接

132 可松脱的电连接

132A 可松脱的电连接

132B 可松脱的电连接

I 电流

S1 方法步骤

S2 方法步骤

T 温度

TS 温度传感器

U 电压