CN102138268A - 蓄电池组 - Google Patents

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Abstract

用于对应配置的手持式电动工具的蓄电池组，具有带负温度系数的模拟温度传感器、从外面可触及到的温度测量接口和监测蓄电池组功能故障的分析处理单元，其中，以这种方式构造分析处理单元用于在蓄电池组功能故障时主动改变温度接口上的电压。

Description

蓄电池组
技术领域
本发明涉及一种根据权利要求1、5或6的蓄电池组和一种根据权利要求9、11或12的用于检查蓄电池组的方法。
背景技术
由EP 1 612 907 A2已知一种手持式电动工具的蓄电池组。该蓄电池组具有带负温度系数的模拟温度传感器并且被设置用于向对应配置的作为耗电器的手持式电动工具机供电或者在对应配置的充电器上充电。模拟温度传感器上设有从外部可触及到的温度测量接口，通过该温度测量接口可以影响在电动工具或充电器中设置的、具有蓄电池保护逻辑电路和在蓄电池组电流通路中设置的断路器的蓄电池保护电子装置。
蓄电池组中存在分析处理单元，该分析处理单元布局上与模拟温度传感器并联并且在紧急事件时通过该分析处理单元可以主动减小通过温度测量接口可从外部测量的总电阻。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种改进的蓄电池组和一种用于监测蓄电池组的改进的方法。
本发明的任务通过根据权利要求1、5或6所述的蓄电池组并且通过根据权利要求9、11或12所述的方法实现。
依据本发明这样影响温度测量接口，使所连接的设备实施蓄电池组保护功能。依据本发明的蓄电池组和依据本发明的方法的优点在于，提供一种简单构造的电路布置和一种用于识别出蓄电池组功能故障的可靠方法。这一点由此实现，即在蓄电池组功能故障的情况下影响电阻测量，使得可以在从外部可触及到的温度测量接口上检测电阻变化。为此可以影响温度测量接口与另一接头之间的电阻或者通过温度测量接口输出电压。因此可以安全可靠地识别蓄电池组的功能故障。通过向温度测量接口中输送故障信息，该接口也可以用于检测其他故障。
温度测量的影响可以导致合理但不准确的温度值，使得外部电路响应于确定的电阻值或温度值这样连接蓄电池组，使得同样消除或者至少减轻实际故障。替代地温度测量可以导致不合理的温度值，这可以由外部电路分析处理来作为对其他故障的提示。预先确定的温度值可以被用于使各个故障信号化。
取决于所选择的实施方式可以脉动式或持续地改变电阻或输出电压。
附图说明
图1示出具有保护电路的蓄电池组的示意图；
图2-5示出用于图1蓄电池组的其他保护电路；
图6示出电动工具；
图7示出充电器。
具体实施方式
图1示出蓄电池组1的示意图，该蓄电池组具有一个或多个例如呈锂离子电池单元形式地构造成蓄电池单元的电池单元2。这些电池单元2可以并联和/或串联。在所示的实施方式中，蓄电池组1的电池单元2串联。
此外保护电路3设有分析处理单元4。分析处理单元4通过多个测量导线6与各个电池单元或者电池单元组特别是与各个电池单元的电极连接。此外，取决于所选择的实施方式分析处理单元4可以与所选择的电池单元电极连接。此外，可以在电池单元上设置传感器5，这些传感器例如检测电池单元的温度并传送到分析处理单元4。分析处理单元4基于测量导线6和/或传感器导线7检测每个单个电池单元2、一组电池单元2或者整个蓄电池组1的功能方式，特别是极上的电压和/或通过电池单元2的电流。
蓄电池组1具有第一和第二电接头8、9，通过其提供电压电势。在所示的实施例中，在第一电接头8上提供正电压并且在第二电接头9上提供负电压或接地电压。此外，蓄电池组1具有从外部可触及到的测量点10。测量点10与第二电接头9之间串联第一和第二电阻11、12。第一电阻11构造为欧姆电阻。第二电阻12构造为具有负温度系数的NTC电阻。与第一电阻11的两个接头连接的短路导线13与第一电阻11并联。短路导线13中设有开关14。开关14通过控制导线15与分析处理单元4连接。
在蓄电池组正常工作时开关14闭合并且第一电阻11通过短路导线13跨接。因此在从外部可触及到的、在第二电接头9与测量点10之间构成的温度测量接口上只可量取NTC电阻12上的电压降。按照这种方式可以检测蓄电池组的过热。NTC电阻12与蓄电池组的电池单元紧密接触，特别是在NTC电阻与蓄电池组的电池单元之间构成导热连接。在蓄电池组温度上升的情况下，NTC电阻12的欧姆电阻下降。
分析处理单元4将通过测量导线6检测的参数，特别是电压和/或电流与储存的基准值进行比较。如果识别出所检测的数值与基准值相差大于例如5％，那么通过分析处理单元4确定蓄电池组中的功能故障。
如果分析处理单元4识别出蓄电池组的功能故障，那么分析处理单元4断开开关14，使得第一电阻11与NTC电阻12有效串联。因此在开关14断开后，测量仪在量取温度测量接口10、9或者仅测量点10上的电压时识别出存在提高的电阻或者提高的电压降。
在另一种实施方式中，电阻12具有正温度系数(PTC)并且分析处理单元4在正常工作时保持开关14断开，并在分析处理单元4识别出蓄电池组1功能故障时闭合开关14。无论如何，在故障时可以在温度测量接口10、9上确定的总电阻指示比在正常工作时高的温度。
取决于所选择的实施方式，分析处理单元4在识别出功能故障的情况下也可以脉动式断开和闭合开关14。在该实施方式中，也在温度测量接口10、9上确定脉动式的电压变化，特别是电压降的脉动式提高。因此在这种情况下蓄电池组的功能故障也可以借助温度测量接口10、9识别出，虽然功能故障不在于蓄电池组的温度变化。在一种简单的构造中，仅检测和分析处理测量点10上的电压就足够。从测量点10上的电压变化中可以得出蓄电池组功能故障的结论。
利用所设置的保护电路3不仅可以将蓄电池组特别是蓄电池组的各个电池单元的过低或者过高的温度信号化，而且也可以借助温度测量接口10、9输出和识别其他内含的干扰，例如各个电池单元的电失效。
通过温度测量接口10、9确定的受影响的值可以这样选择，使得不执行数值合理化的普通测量仪示出合适的保护行为，例如通过断开蓄电池组，而较高级的测量仪则识别出特定故障并且示出对该故障合适的保护行为，例如通过暂时限制通过蓄电池组的电流。
图2输出图1蓄电池组1的一种替代的保护电路3。在NTC电阻12与第二电接头9之间的导电连接中设置开关21，该开关通过控制导线22与分析处理单元4连接。
在蓄电池组1正常工作时开关21闭合，使得可以在温度测量接口10、9上确定的电阻指示NTC电阻12的温度。
如果分析处理单元4识别出蓄电池组的功能故障，那么分析处理单元4断开开关21，使得可以在温度测量接口10、9上确定的电阻上升到高的数值。根据开关21基于的结构类型，例如MOSFET或者继电器，该数值实际上约为100MΩ或者更高。因此在开关21断开后，外部测量仪在温度测量接口10、9上或者仅在测量点10上量取电压时，识别出存在提高的电阻或者提高的电压降。
图3示出图1的蓄电池组1的另一种替代的保护电路2。除了在图2中示出的分析处理单元4线路布置外附加地设有另一开关31，该另一开关将开关21与NTC电阻12之间的连接选择式地与电源32连接。开关31借助控制导线33与分析处理单元4连接。
在蓄电池组1正常工作时，开关21闭合和开关31断开，使得可以在温度测量接口10、9上确定的电阻指示NTC电阻12的温度。
如果分析处理单元4识别出蓄电池组的功能故障，那么分析处理单元4断开开关21并闭合开关31，使得在温度测量接口10上施加一电压。与温度测量接口10、9连接的测量仪因此确定一就NTC电阻12的温度而言失调的数值。
总体上电阻的确定通常包括对所要确定的电阻加载以电流并且检测电阻上下降的电压。如果电阻在测量期间加载以附加的电压，那么所检测的电压值不再仅体现电阻。
一种替代的测量方法设置，对电阻加载以电压并检测通过电阻流动的电流。如果在电阻上施加的电压在测量期间由于附加的电压而改变，那么测量结果如在上面所描述的测量方法中那样受到影响。
通过适当地选择附加电压的大小和极性，所检测的电阻可以变化到预先确定的数值上。该数值的符号和/或大小就电阻的确定而言可以是不合理的，以便向进行该测量的测量仪指示变化的测量含义。具有优点的是，预先确定的不合理的数值可以指示特殊的故障。
图4还示出图1蓄电池组1的另一种替代的保护电路3。与分析处理单元4的在图1中示出的线路布置不同不设置开关14并且控制导线15可以与第一电阻11和NTC电阻12之间的连接直接连接。
在蓄电池组1正常工作时，没有电压施加在控制导线15上。优选在控制导线15与每个接头8和9之间存在高欧姆电阻。
如果分析处理单元4识别出蓄电池组功能故障，那么该分析处理单元例如借助与图3的电源相应的内部电源施加电压到控制导线15上。温度测量接口10的这种影响也可以如在图3中示出的线路布置中那样由所连接的测量仪分析处理。
通过选择控制导线15上的合适电压，可以向较低电阻并因此向较高温度的方向自由影响通过温度测量接口10的温度测量。较高电压可以导致确定较高温度并且相反也是这样。在与控制导线15的脉动式控制组合的情况下可以利用这样的影响，以便例如除了输出蓄电池组1的不受影响的温度外还输出其他可能更高的温度。
例如各个电池单元2的温度可以按时间顺序通过温度测量接口10输出。如果一个电池单元2的温度低于蓄电池组1的温度，那么这还不是必然指示紧要情况，而是指示测量故障和电池单元与NTC电阻12之间导热性的效果。分析处理单元不影响可以通过温度测量接口10确定的温度值，使得外部测量仪在相应的时间段中确定与蓄电池组1的温度相应的、电池单元2的温度。
如果在一个电池单元2的范围中存在例如电池单元2中不希望的化学反应形式的干扰，那么这可以以电池单元2的温度提高表示。甚至在蓄电池组1的温度通过该电池单元2的局部加热在NTC电阻12区域中也提高之前，分析处理单元4可以在温度测量接口10上在相应的时间段中通过控制导线15加载以适当的电压来输出该电池单元2的实际温度。因此外部测量仪确定时间上的温度变化曲线，该温度变化曲线原则上相应于蓄电池组1的实际温度，但在对应配置给该电池单元2的时间段中高于该温度并相当于该电池单元2的实际温度。
传统外部测量仪不是设置用于对各个温度的时间序列分析处理，该外部测量仪在这种情况下至少短时间地在对应配置给该电池单元2的时间段中确定过热温度并且例如可以断开蓄电池组1，即与耗电器或与充电装置分离。先进测量仪可以分解各个温度的时间序列，该先进测量仪能够确定确定的电池单元2的过热温度。因此测量仪例如可以输出指示具体电池单元和所测量温度的详细故障报告，或者限制通过蓄电池组1的最大电流，以便考虑电池单元2的减小的功率。
通过控制导线15脉动式输出匹配的电压也可以用于使蓄电池组1的其他工作状态信号化。
图5还示出图1蓄电池组1的另一种替代的保护电路。NTC电阻12连接在测量点10与第二电接头9之间。从测量点10引出电阻51，该电阻借助开关52选择式地与第一电接头8连接。开关52借助控制导线53与分析处理单元4连接。
蓄电池组1正常工作时，开关52断开并且仅NTC电阻12上的电压降可以在从外部可触及到的、在第二电接头9与测量点10之间构成的温度测量接口上量取。
如果分析处理单元4识别出蓄电池组的功能故障，那么它闭合开关52，使得通过由电阻51和NTC电阻12构成的电压分配器在测量点10上施加电压，与温度测量接口10、9连接的测量仪可以分析处理该电压。
电阻51也可以脉动式可变地设计，使得在测量点10上可以要么确定NTC电阻12要么读出电压。
图6示出手持式电动工具61作为蓄电池组1的耗电器，其例如可以构造为钻机、起子机或者园艺剪切机等。手持式电动工具61具有电触点62、63，这些电触点为了运行手持式电动工具61连接在蓄电池组1的电接头8、9上。此外在手持式电动工具61上设有连接在测量点10上的温度触点64。
在手持式电动工具中构造具有构造为微控制器的蓄电池保护逻辑电路66的蓄电池保护电子装置65，利用该蓄电池保护逻辑电路可以影响设置在蓄电池组1的电流路径67中、构造为功率MOSFET的断路器68。为此断路器68与驱动手持式电动工具的电动机69可控连接。蓄电池保护逻辑电路66与测量点10和第二电接头9连接。如果蓄电池保护逻辑电路66根据处于测量点10与第二电接头9之间的电压识别出脉动式的或者持续的电阻提高，那么识别出蓄电池组的功能故障并在供给电动机69电流时予以考虑。例如减少或者中断供电。为此蓄电池保护逻辑电路66通过两个控制导线与断路器68连接。
图7示出电网供电的充电器73的示意图，蓄电池组1为充电可以连接在该充电器上。为此充电器73具有可与测量点10连接的温度接点74。此外充电器73具有第一和第二充电触点71、72，它们为给蓄电池组1充电可与蓄电池组1的第一和第二电接头8、9连接。此外充电器73中设有具有另一蓄电池保护逻辑电路76的另一蓄电池保护电子装置75。蓄电池保护逻辑电路76安置在所连接的蓄电池组的充电电路77中。
此外设有在蓄电池组充电时控制充电功率的另一断路器78。另一蓄电池保护电子装置75与测量点10和第二电接头9连接并且因此检测测量点10与第二电接头9之间的电阻或电压降。如果另一蓄电池保护电子装置75识别出过高或者过小的电压降或过大或者过小的电阻，那么通过另一蓄电池保护逻辑电路76以这种方式影响另一断路器78，即改变充电电压和/或充电电流。
借助这种布置既可以识别温升和由此带来的测量点10与第二电接头9之间电阻减小，也可以识别通过蓄电池组1的保护电路3转变为电阻提高和电压降提高的其他功能故障。取决于所选择的实施方式，另一蓄电池保护电子装置75在识别出电压降过小并因此第二电接头9与测量点10之间电阻过小或识别出电压降过高并因此电阻过高的情况下改变充电过程，特别是减小充电电压和/或充电电流或者中断充电过程。
因此利用所描述的布置一方面允许借助温度测量接口可靠地识别蓄电池组的功能故障，并且此外实现可靠地影响具有蓄电池组的手持式电动工具的运行或者具有充电器73的蓄电池组的充电。

Claims (12)

1.手持式电动工具的蓄电池组(1)，具有连接在从外面可触及到的温度测量接口(10)上的、基于电阻的模拟温度传感器(12)和监测蓄电池组(1)功能故障的分析处理单元(4)，其特征在于，该分析处理单元(4)被构造用于在识别到蓄电池组(1)功能故障的情况下主动改变温度接口(10)上的电压。
2.如权利要求1所述的蓄电池组(1)，其特征在于，所述分析处理单元(4)构造为集成电路。
3.如权利要求1或2所述的蓄电池组(1)，其特征在于，所述蓄电池组(1)具有一些单个的电池单元(2)，并且所述分析处理单元(4)至少与一个电池单元的两个电极连接。
4.如权利要求1至3之一所述的蓄电池组(1)，其特征在于，所述分析处理单元(4)以这种方式构造，使得电压可以脉动式改变。
5.手持式电动工具的蓄电池组(1)，具有连接到从外部可触及到的温度测量接口(10)上的带负温度系数的模拟温度传感器(12)和监测蓄电池组(1)功能故障的分析处理单元(4)，其特征在于，该分析处理单元(4)被构造用于在识别到蓄电池组(1)功能故障的情况下主动增大连接在温度接口(10)上的电阻(11、12)。
6.手持式电动工具的蓄电池组(1)，具有连接到从外部可触及到的温度测量接口(10)上的带正温度系数的模拟温度传感器(12)和监测蓄电池组(1)功能故障的分析处理单元(4)，其特征在于，该分析处理单元(4)被构造用于在识别到蓄电池组(1)功能故障的情况下主动减小连接在温度接口(10)上的电阻(11、12)。
7.如权利要求5或6所述的蓄电池组(1)，其特征在于，所述分析处理单元(4)与一开关(14)连接，所述模拟温度传感器具有第一电阻(12)，该第一电阻与第二电阻(11)串联，其中，第一和第二电阻的串联电路连接到温度接口(10)上，短路导线(13)与第一电阻(12)并联设置并且开关(14)设置在短路导线(13)中。
8.如权利要求5至7之一所述的蓄电池组(1)，其特征在于，所述分析处理单元(4)以这种方式构造，使得电阻(11)可以脉动式改变。
9.用于借助分析处理单元(4)显示蓄电池组(1)功能故障的方法，该蓄电池组包括温度传感器(12)和基于电阻的、从外部可触及到的温度测量接口(10)，其特征在于，在蓄电池组(1)出现功能故障的情况下主动改变温度测量接口(10)上的电压。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述电压脉动式改变。
11.用于借助分析处理单元(4)显示蓄电池组(1)功能故障的方法，该蓄电池组包括温度传感器(12)和从外部可触及到的温度测量接口(10)，通过该接口可以通过大电阻确定高温度并且通过小电阻确定低温度，其特征在于，在蓄电池组(1)出现功能故障的情况下主动增大与温度测量接口(10)连接的电阻(11、12)。
12.用于借助分析处理单元(4)显示蓄电池组(1)功能故障的方法，该蓄电池组包括温度传感器(12)和从外部可触及到的温度测量接口(10)，通过该接口可以通过小电阻确定高温度并且通过大电阻确定低温度，其特征在于，在蓄电池组(1)出现功能故障的情况下主动减小与温度测量接口(10)连接的电阻(11、12)。
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