CN101630858A - 用于运行电池供电的电器具的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于运行电池供电的电器具的方法，在该方法中，借助脉冲宽度调制对电池的放电电流进行调节，其中，提供至少一个第一电池和至少一个第二电池，并且该第一电池的电流脉冲在该第二电池的脉冲间歇中被输出。此外本发明涉及一种用于在多个并联的电池放电时进行电流调节的装置，在该装置中，每个电池通过一个所属的开关元件与一个负载相连接并且与一个控制电路相连接，借助该控制电路可以控制所述开关元件，从而使得可以通过电流的脉冲宽度调制来控制由电池输出的功率，并且该装置被设置用于每次将多个电池中的恰好一个电池与所述负载连接。

Description

用于运行电池供电的电器具的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于运行电池供电的电器具的方法以及装置，其中，借助脉冲宽度调制对电池的放电电流进行调节。开头所述类型的方法尤其用于调节电池供电的工具机的电流需求。

背景技术

由现有技术已知，工具机，如磨削机、起子机、钻孔机或手持式圆锯机装备有电池，从而不依赖于电网也可以使用这些设备。在此，尤其是在使用可重复充电电池的情况下实现经济的运行，这些电池在使用之后可以借助充电设备从公共电网或者机动车的车载电网中充电，以便再次使用。

此外，由现有技术已知，在工具机的能量需求变化时，借助脉冲宽度调制来调节从电池中获取的电流。在此，从电池中获取电流脉冲，这些电流脉冲比所需要的驱动电流更高。各个电流脉冲通过间歇时间彼此分开，在这些间歇时间中所获取的电流比所需要的驱动电流更低。视具体情况而定，所获取的电流在间歇时间中可以降到零。通过对脉冲长度和脉冲之间的间歇时间进行调节来调整所期望的有效电流并因此在给定电压情况下调整输送给设备的有效功率。

然而，所述现有技术的缺点是，用于具有高功率需求的工具机的电池要么在工具机运行时很快地放电要么很大且不轻便。此外还会产生这样的问题，即具有高能量的电池被视为危险品，这使得电池的存储、生产和销售变得更加困难。

发明内容

因此，由所述现有技术出发，本发明的任务在于，提供一种用于运行电器具的方法和装置，借助该方法能够简单并且低成本地运行具有高能量需求的电动工具。

根据本发明，所述任务通过一种用于运行电池供电的电器具的方法来解决，在该方法中，借助脉冲宽度调制对电池的放电电流进行调节，其中，提供至少一个第一电池和至少一个第二电池，并且基本上在第二电池的脉冲间歇中输出第一电池的电流脉冲。

此外，所述任务的解决还在于一种用于在多个并联的电池放电时进行电流调节的装置，在该装置中，每个电池可通过一个对应的开关元件与一个负载相连接并且与一个控制电路相连接，借助该控制电路可以控制该开关元件，使得由电池输出的功率可以通过对电流的脉冲宽度调制来控制，并且该装置被设置用于每次将多个电池中的恰好一个电池与负载进行连接。

根据本发明提出，借助两个或者多个电池同时给一个电动工具供电。由此增大了可供使用的功率和可供使用的电池容量。在电池放电时，通过脉冲宽度调制来调节所获取的功率。这意味着，从每个电池获取各个也可以比所需要的驱动电流大的电流脉冲。在每个电流脉冲之后是一个间歇，在该间歇中，所获取的电流比所需要的驱动电流小。优选但不必须的是，电流在间歇时间期间下降到零。通过对脉冲长度和脉冲之间的间歇时间的调节来调整每个电池的期望的有效放电电流。

此外提出，这样地组合多个电池的经过脉冲宽度调制后的电流，使得一个电池的电流脉冲在另一个电池或另一些电池的脉冲间歇中接通。因此，所涉及的电池以短的时间间歇交替地放电。因此在使用者看来，得到了并行的放电。

根据本发明的放电方法适用于所有已经知道的电池，即原电池以及可可再充电的蓄电池，例如镍镉蓄电池、镍氢蓄电池、锂离子蓄电池或锂聚合物蓄电池以及其它的、这里未明确指出的类型。

本发明意义上的电池包含至少一个电池单元或蓄电池单元。为了提高电压、馈电能力或容量，电池可以具有多个单元，这些单元彼此串联和/或并联地连接。在此，所述连接可以直接地，即通过跳线或者借助有源或无源的结构元件进行，例如电阻、电感或者晶体管。除此之外，电池可以包含其它的结构元件，例如用于探明容量的电路、用于对单元类型进行编码的电路、用于确定各个电池单元的老化的电路等等。

在本发明的一种扩展方案中，荷电状态较高的电池，即存储了较大电荷量的电池比荷电状态较低的电池承受的负荷更强。荷电状态可以以该方式部分地或者完全地相互均衡。具有不同荷电状态的电池既可以涉及不同的电池种类，也可以涉及名义上相同种的电池，但其因为同型元件的参数差异或者因为电池的预先使用而具有不同的荷电状态。

为了均衡荷电状态，在本发明的一种实施方式中可以规定，首先使具有更高的荷电状态的电池放电，直到其达到具有更低的荷电状态的电池的荷电状态。然后，使这两个电池交替地放电直至放电终了电压。然而，在本发明的另一种实施方式中也可以规定，如此地匹配两个经脉冲宽度调制后的电流的脉冲长度和间歇时间，使得具有更高荷电状态的电池始终更强地承受负荷，从而使得在放电周期结束时两个电池几乎同时到达它们的放电终了电压。

在本发明的一种扩展方案中可以规定，当负载需要两个或者更多个电池的最大电流时，两个电池与它们的荷电状态无关地以它们的最大功率，即以最大的馈电能力，承受负荷。

此外，在本发明的另一种实施方式中可以规定，使用一具有第一额定容量和第一馈电能力的第一电池和一具有第二额定容量和第二馈电能力的第二电池，其中，第二电池的这些值与第一电池的这些值不同。以这样的方式，用于给负载供电的电池可以与相应的运行状态相匹配。例如，可以使用一具有低容量但具有高馈电能力的电池，以便短期地提供最大负荷。除此之外，可以使用具有较高容量但具有较低馈电能力的另一电池，用于部分负荷范围。为了进一步提高所提供的最大功率，可以运行两个电池，以便向负载提供最大功率。为了提供部分负荷，可以如此地使两个电池放电，使得一个电池的电流脉冲在另一个电池或者说另一些电池的脉冲间歇中被接通。

附图说明

以下借助实施例和附图对本发明进行详细解释。在此示出

图1：具有两个电池的、根据本发明的电动工具，

图2：由两个电池提供的电流以及由其产生的总电流的时间变化曲线，

图3：根据本发明提出的、用于电流调节的装置。

具体实施方式

图1示出了一个电动工具3，即蓄电池起子机或者说蓄电池供电的钻孔机。工具3在其壳体内部具有一个电动机，借助该电动机可以将刀具4，例如钻头或者起子置于旋转状态。

为了向电动机供电，提供了一个第一电池1和一个第二电池2供使用。为了接纳这些电池，电动工具3具有接口，这些接口一方面允许电池的电接触，另一方面负责将电池1和2机械地固定在器具3上。

由电动机消耗的功率与由电池1和2提供的功率的比例关系在此可以以不同的方式优化。例如在本发明的一种实施方式中规定，电池1和2的参数如此地确定，使得每个电池都能够保证电动工具3的全部功率。通过使用第二电池，提高了可供使用的电池容量，由此延长了电动工具3的运行持续时间。在本发明的另一种实施方式中可以规定，只有两个电池1和2的供电能力合起来才能保证电动工具3的全部效能。在这种情况下，可以借助一个单独的电池1或2实现电动工具3在部分负荷运行中的运行。

图2示意性地示出了两个电池1和2。在电池旁边相对于时间示出了从各个电池获取的功率。在此，所获取的功率由电流和电压的乘积得到，从而在给定电池电压的情况下所示曲线也是从每个电池获取的电流的度量。

从图2中可以看出，从每个电池获取电流脉冲，这些电流脉冲通过间歇时间彼此分开。电流脉冲或者间歇时间的持续时间在此优选地在约0.05ms至约10ms的范围内。第二电池的放电曲线相应于第一电池的放电曲线，其中，这些放电曲线彼此偏移半个周期持续时间。由此保证了，第二电池的电流脉冲落在第一电池的间歇时间内。相反，第一电池的电流脉冲落在第二电池的间歇时间内。在图2的右侧图像部分中示出了总功率，该总功率由此得出，即第一电池和第二电池的电流同时被输送给负载，例如电动工具3。只要一个电池的脉冲长度相应于另一电池的间歇时间，那么对于总功率而言得到一个恒定的变化曲线。

通过脉冲长度与间歇时间的匹配可以调整从一个电池获取的有效电流。由此也可以调整各个电池为总功率做出贡献的比例。如果检测到所参与的电池的荷电状态，那么所期望的有效功率可被如下地优化，即具有较高荷电状态的电池为总电流贡献的份额较大。以这样的方式可以实现两个电池同时达到完全放电的状态。

完全放电的状态在此通过达到放电终了电压来表示。例如，一个充电至百分之五十的电池和一个充电至百分之八十的第二电池可以同时达到完全放电的状态，如果第一电池贡献总电流的百分之三十八而第二电池贡献总电流的百分之六十二。当然，也可以规定，至少在工具3的部分负荷运行中，首先将具有较高荷电状态的电池放电至具有较低荷电状态的电池的荷电状态，以便随后使这两个电池均匀地继续放电，直到达到完全放电的状态。

此外，通过对由两个电池分别提供的功率进行匹配可以使电动工具3的总功率与当时的运行状态相匹配。以借助电动起子机拧入一个螺钉为例。如果仅将少量的螺钉螺纹进入工件中，则电动起子机仅需要部分功率来拧入螺钉。随着拧入长度逐渐增大，工件与螺钉之间的摩擦变大，这导致所消耗的功率连续上升。在将螺钉头置于工件上时，最终短时间地需要一个最大功率，直到操作人员中断该拧入过程或者介入转矩限制。在输出最大功率的情况下可以规定，这两个电池1和2分别产生它们的最高功率，从而使得在该时刻不可能均衡不同的荷电状态。然而，因为在拧入螺钉所需的大部分时间内仅要求部分功率，所以可以在这段时间中通过电池的不同负荷来进行不同荷电状态的均衡。

图3示出了根据本发明提出的装置的方框图。该方框图再次示出了两个电池1和2。这些电池通过开关元件6a和6b与一个负载7相连接。

在本发明的一种简单实施方式中，开关元件6a和6b例如可以被实施为电磁继电器。可替代地，也可以使用半导体开关，例如场效应晶体管、双极型晶体管或者IGBT。开关元件可以断开两个电池极与负载7的连接或者仅断开一个电池极与负载7的连接。就这点而言，在图1中仅示出电池1和2与负载7之间的连接的示图仅可视为示意图。

此外，图3示出一个负载7。该负载7例如可以是电动工具的灯或者电动机。当然本领域技术人员公知的是，负载7也具有至少两条连接线，以便与电池1和2形成闭合的电路。根据图3的方框图仅可被视为示意图。

根据本发明提出的装置具有一个控制装置5。该控制装置5例如可以以集成电路的形式来实施，该集成电路执行所有对于控制装置5的功能而言重要的功能。此外可以规定，控制装置5具有一个微处理器、一个微控制器、一个数字信号处理器或者一个可编程的逻辑模块。在这种情况下，控制装置5还具有计算机程序，该计算机程序在所述的半导体元件上被执行，并且在此实现控制装置5的功能。

控制装置5控制开关元件6a′和6b，即通过控制装置5的指令使电池1或2交替地与负载7连接，以便提供由负载消耗的功率。在此，控制装置5可以根据负载7的功率需求和/或根据电池的荷电状态来控制或调节接通时间和间歇时间。

为了使从一个单独的电池中获取的有效电流与该电池的荷电状态相匹配，设置了一个用于识别电池1和2的荷电状态的装置8。在此，图3仅示出了一个单个的装置8，该装置监控这两个电池1和2的荷电状态。在本发明的另一种实施方式中还规定，每个电池具有一个用于监控荷电状态的、所属的装置8。视具体情况而定，该装置被安装在电池1或2的壳体中或者在电动工具3的壳体中。

虽然以上示范性地借助两个电池1和2描述了本发明，但本领域技术人员所公知的是，该装置可以容易地扩展为更多数量的电池。由此可以进一步增大提供给负载7的最大电流和/或电压和/或电池容量。

本领域技术人员公知的是，本发明并不局限于所示出的实施例。而是可以在转用本发明时进行修改或者变化，而不会在本质上改变本发明。因此，以上说明不可视为限制性的，而应视为解释性的。

Claims (11)

1.一种用于运行电池供电的电器具(3)的方法，在该方法中，借助脉冲宽度调制对电池(1，2)的放电电流进行调节，其特征在于，提供至少一个第一电池(1)和至少一个第二电池(2)，其中，第一电池(1)的电流脉冲基本上在第二电池(2)的脉冲间歇中被输出。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，脉冲长度以及间歇的持续时间与所述电池(1，2)的荷电状态相匹配。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述脉冲长度与所述间歇如此匹配，使得所有的电池(1，2)基本上同时达到它们的放电终了电压。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，在电流输出低于最大可能电流输出期间，相应于荷电状态来确定由每个电池(1，2)提供的电流在总电流中的份额，并且在输出最大可能电流时，由每个电池提供的电流在总电流中的份额约为1∶1。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其特征在于，第一电池(1)和第二电池(2)具有不同的额定容量和/或不同的输出功率。

6.一种用于在多个并联的电池(1，2)放电时进行电流调节的装置，在该装置中，每个电池(1，2)能通过一个所属的开关元件(6a，6b)与一个负载(7)相连接并且与一控制电路(5)相连接，借助该控制电路能够控制所述开关元件(6a，6b)，使得可以通过电流的脉冲宽度调制来控制由电池(1，2)输出的功率，并且该装置被设置成用于每次将多个电池(1，2)中的恰好一个电池(1，2)与负载(7)连接。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述控制装置(5)被设置用于通过对脉冲长度以及间歇与所述电池(1，2)的荷电状态进行匹配来确定由每个电池(1，2)提供的电流在总电流中的份额，其中，所述脉冲长度与所述间歇能够这样匹配，使得所有电池基本上同时达到它们的放电终了电压。

8.根据权利要求6或7的装置，其特征在于，还存在一个用于识别所述电池(1，2)的荷电状态的装置(8)。

9.一种具有根据权利要求6至8中任一项所述的装置的电动工具。

10.一种计算机程序，当该计算机程序在计算机上被执行时，该计算机程序用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。

11.一种计算机程序，其具有被存储在一个机器可读的载体上的程序代码，当该计算机程序在计算机上被执行时，该计算机程序用于执行根据权利要求1至5中任一项所述的方法。

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