CN102197564A - 能量消耗输出装置和用于输出仍然残存的可用性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种能量消耗输出装置，用于输出可与蓄能器(12)连接的电负载(16)的仍然残存的可用性，其中，所述能量消耗输出装置具有以下特征：用于提供电蓄能器(12)的剩余容量的单元(15)；功率消耗求取单元(14)，所述功率消耗求取单元被构造用于在所述电负载(16)的当前运行模式中求得功率消耗速率；和输出单元(18)，所述输出单元被构造用于在使用所提供的剩余容量和所求得的功率消耗速率的情况下为所述能量消耗输出装置的使用者针对所述当前运行模式确定关于最大可用性的信息并且输出所述信息。
Description
技术领域
本发明涉及一些装置和方法，借助这些装置和方法使用者能够以简单的方式估计或预给定电负载的仍然残存的剩余可用性。
现有技术
现今以蓄能器(例如，电池、蓄电池等等)运行的设备(例如，手电筒)总是在(用户)目标——最大功率输出(例如，亮度)与尽可能长的运行时间(例如，发光时间)之间进行折中。通常，在手电筒中例如考虑通过选择具有低消耗的适当发光体(例如，发光二极管等等)以及具有尽可能大的容量的适当蓄电池来实现这些目标。
但受制于一些同样重要的目标，例如成本、重量等等。这导致在以上示例中在手电筒的方案中必须或者预先确定最大发光功率或者预先确定最长发光时间。因此，这种设计对于用户的不同的可能应用领域来说是非常不灵活的。用户只能以后通过购买另一个蓄能器来延长发光时间。但并不是每种应当使用灯的活动都需要完全的发光功率，并且也不是每种活动都需要最长的发光时间。
在借助蓄能器运行的其他设备——例如，蓄电池工具、蓄电池园艺工具、电动车等等中也会发现类似的设计不灵活的问题。
发明内容
因此，本发明的任务是，提供一种允许电动设备的使用者显著地扩展所述电动设备的可用性并且因此可更灵活地使用所述设备。
所述任务通过一种具有权利要求1的特征的能量消耗输出装置、一种根据并列权利要求的功率预给定装置、一种用于输出负载的仍然残存的可用性的方法以及一种用于调节负载的剩余可用性的方法来解决。
本发明的其他实施方式由从属权利要求得出。
本发明提供一种用于输出可与蓄能器连接的电负载的仍然残存的可用性的能量消耗输出装置，其中，所述能量消耗输出装置具有以下特征：
-用于提供电蓄能器的剩余容量的单元；
-功率消耗求取单元，其被构造用于在电负载的当前运行模式中求得电负载在一个工作周期期间、在单位时间期间或者对于给定路段的功率消耗；和
-输出单元，其被构造用于在使用所提供的剩余容量和所求得的功率消耗的情况下关于当前运行模式为能量消耗输出装置的使用者确定关于借助蓄能器最多还能执行的工作周期、关于最长运行时间或者关于最大行程的信息并且输出这些信息。
此外，本发明还提供一种用于输出可与蓄能器连接的电负载的仍然残存的可用性的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
-求得在电负载的当前运行模式中的功率消耗，以便求得功率消耗速率；以及
-输出关于就当前运行模式而言的最大可用性的信息，其中，在使用所确定的剩余容量和所求得的功率消耗速率的情况下确定待输出的信息。
本发明基于以下认识：在预给定的运行模式下使用者可以通过求得电负载的仍然残存的最大可用性来估计在电蓄能器耗尽之前电负载(例如电动车的电动机或者电动工具的电动机或者电运行的照明装置)还可以使用多长时间或者多少次。通过在目前调节出的运行模式和将来功率消耗的推算下求得电负载的(例如平均)功率消耗(功率消耗速率)来估计所确定的最大可用性。因此，通过知晓电负载的当前剩余容量和推算出的将来的功率消耗可以通过简单的方式方法确定出，对于多少个工作周期、对于多长时间或者(在电动车中)对于多少行驶距离(行程)电蓄能器中的能量仍足够用于运行电负载。
本发明具有以下优点：使用者现在不再需要自己(在大多数情况下不够精确地)估计他在电蓄能器耗尽之前还可以从电蓄能器中获取多长时间电能。因此，使用者在其使用电负载的行为中对蓄能器中残存的可用能量有思想准备并且避免了电负载的可能不一定必需的激活。例如在夜间，当蓄电池灯的光不再够长时间使用时，可以快速地更换车轮。因此避免了在电负载由于缺乏可用能量而快速停止之前提前警告使用者，因为可以连续地说明仍然残存的可用性。
根据另一个方面，设有用于调节可与蓄能器连接的电负载的剩余可用性的功率预给定装置，其中，所述功率预给定装置具有以下特征：
-用于提供电蓄能器的剩余容量的单元；
-功率消耗求取单元，其被构造用于在电负载的当前运行模式中求得功率消耗速率；
-接收单元，其被构造用于接收关于所期望的剩余可用性的说明；和
-控制单元，其用于在使用接收到的关于所期望的剩余可用性的说明和电负载的功率消耗速率的情况下运行电负载，从而能够至少以电负载期望的剩余可用性运行负载。
根据另一个方面，设有用于调节可与蓄能器连接的电负载的剩余可用性的方法，其中，所述方法具有以下步骤：
-确定电蓄能器的剩余容量；
-求得在电负载的当前运行模式中的功率消耗，以便求得功率消耗速率；以及
-接收关于所期望的剩余可用性的说明；以及
-在使用接收到的关于所期望的剩余可用性的说明和电负载的功率消耗速率的情况下运行电负载，从而能够以至少所期望的剩余可用性运行负载。
使用者经常可以在其活动开始时或者电负载运行时估计他的使用要求(例如，以所需的工作周期、所需的运行持续时间等形式)有多高。借助于功率预给定装置，使用者随后可以预给定剩余可用性，从而根据当前运行模式下的功率消耗和电蓄能器的剩余容量调节负载的最佳运行模式。在此，以运行持续时间、工作周期(例如，在使用蓄电池螺丝刀时的旋拧过程、电动机的转动等等)或者(对于车辆)以行程说明所述使用要求。由此，使用者可以通过简单的方式如此选择电负载的最佳运行模式，使得如此分配可供使用的剩余容量，使得其对于预给定的使用要求恰好够用。
在本发明的另一个实施方式中，功率消耗求取单元被构造用于从存储器中查询对于当前运行模式电负载的功率消耗速率。这能够实现对在制造商工厂中确定的、用于当前运行模式的功率消耗速率进行调节，使得功率消耗的确定不再需要通过在一段时间上的测量实现。这具有以下优点：更快地并且往往也更准确地说明具有存储在电蓄能器中的剩余能量的电负载的最大可用性。
同样有利的是，功率消耗求取单元被构造用于求得电负载对于多个运行模式中的每一个运行模式的功率消耗速率，其中，在各个运行模式中从电蓄能器获取不同的功率。这能够实现，通过从具有高功率消耗的运行模式转换到具有低功率消耗的运行模式来节省来自电蓄能器的能量并且确保了电负载的更长的可用性。然而，在不同的运行模式中，在此总是可以确定用于电负载的残存的可用性，从而能量消耗输出装置的使用者可以调节或者也可以变换对于所期望的使用目的或者所期望的使用持续时间最佳的运行模式。
此外，功率消耗求取单元也可以具有开关单元，所述开关单元被构造用于实施电负载在不同运行模式之间的转换。当使用者在运行能量消耗输出装置时认识到他想要更长或者更短时间地使用电负载时，这能够有利地实现手动转换，其中，使用者想要测试电负载是否提供对于长的或更短的使用持续时间仍然足够的能量。如果是这样的情况，则使用者将电负载转换到相应的运行模式中并且在这个另外的运行模式中继续电负载的运行，其中，最佳地充分利用在电蓄能器中的残存的能量。
附加地或者替换地，功率消耗求取单元也可以具有输入单元，所述输入单元被构造用于通过使用者输入来接收电负载的所期望的运行持续时间、所期望的工作周期数量或者所期望的行驶距离并且在使用接收到的运行持续时间、接收到的工作周期数量或者接收到的行驶距离以及对电负载的功率消耗特性——例如功率消耗特性曲线的认识来求得所期望的运行持续时间、所期望的工作周期数量或者所期望的行驶距离可以由电负载实现的那个电负载运行模式。这具有以下优点：使用者自己可以在其活动开始时或者电负载运行时估计他的使用要求有多高，从而随后通过能量消耗输出装置由功率消耗数据和电蓄能器的剩余容量求得最佳运行模式。由此使用者总是可以选择电负载的最佳运行模式，对于所述最佳运行模式存储在电蓄能器中的能量在所期望的使用期间恰好够用。
在本发明的另一个实施方式中，用于确定电蓄能器的剩余容量的单元被构造用于通过分析处理电蓄能器上的电压和/或分析处理电蓄能器的电流、尤其是通过分析处理电流与电压之间的线性关系来确定电蓄能器的剩余容量。尤其是在锂离子蓄电池中，可以非常简单地实现这样的剩余容量确定，因为通过线性分析处理方案提供了在数值上或者在电路技术上非常简单的剩余容量确定。在使用另一个蓄电池时，可以进行剩余容量的类似分析，其中，可以由电流/电压关系使用用于剩余容量的相应蓄电池特性曲线。
尤其是，功率消耗速率可以相应于电负载在一个时间周期期间、在单位时间期间或者对于给定路段的功率消耗。此外，关于最大可用性的信息可以相应于借助蓄能器最多还能执行的工作周期、最长运行时间或者最大行程。尤其是，所期望的剩余可用性可以相应于电负载的运行持续时间、所期望的运行周期数量或者所期望的行程。
同样有利的是，电设备具有以下特征：
-电蓄能器，用于提供用于电负载的最大供给电能；
-与电蓄能器连接的能量消耗输出装置，如其在上文中也在变型方案中描述的那样；和
-与能量消耗输出装置和电蓄能器耦合的电负载。
在本发明的一个这样的实施方式中，可以特别好地体现出根据本发明的优点，因为在此通过电蓄能器和电负载的构建可以直接在制造厂中在能量消耗输出装置中存储用于确定电蓄能器的剩余容量的相应特性参数和电负载的功率消耗的特性参数。因此，避免了能量消耗输出装置的使用者在将所述设备调节到具体使用状况时可能错误地输入这些值。
特别有利的是，电动工具、电动车或者蓄电池照明设备包括以上描述的电设备。在此，特别明显地体现出上述优点，因为在此情况中电动工具的使用者、电动车的使用者或者蓄电池照明设备的使用者不必担心在其工工作即将结束之前、在电动车即将到达其目的地之前或者在其需要蓄电池灯的光线的活动即将结束之前不得不因为设备的电蓄能器不再提供电流而放弃相应的设备。使用者可以及时地估计他必须何时结束其工作，因为设备随后不再继续可用。
在本发明的另一个实施方式中，也可以设有具有程序代码的计算机程序，用于当在数据处理装置上执行计算机程序时执行以上所述方法的步骤的。由此，尤其是可以通过数据处理装置高效地执行基于计算规则的步骤。
附图说明
以下根据附图示例性地详细说明本发明。附图示出：
图1：作为装置的本发明第一实施例的示意性框图；以及
图2：作为方法的本发明第二实施例的流程图。
可能说明的尺寸和规模仅仅是示例性的，从而本发明不限于这些尺寸和大小。此外，附图、附图说明以及权利要求书以组合的方式包含大量特征。在此，对于本领域技术人员显而易见的是，这些特征也可以单独考虑或可以概括为在此未明确描述的其他组合。
具体实施方式
图1示出本发明第一实施例的框图。在图1中示出了电设备10，所述电设备具有彼此连接的电蓄能器12、功率消耗求取单元14和负载16。电设备10在图1中构造为手电筒，但本发明并不局限于电设备10的这种构造。
电蓄能器12可以被构造为可耗尽式的和/或可重复充电式的——例如可重复充电的蓄电池的形式。所述电设备10还包括单元15，所述单元15被构造用于确定电蓄能器12的剩余容量以及用于将剩余容量或者关于剩余能量的信息传输给功率消耗求取单元14和/或显示单元18。负载16在图1中由灯泡构成。在本发明的其他实施方式中，电设备例如也具有常规的电池作为电蓄能器12和/或具有电动机作为负载16。
根据本发明的第一实施例，功率消耗求取单元14被如此构造，使得它可以确定电负载16的功率消耗。例如，为此可以在电负载的当前运行模式中在一定的测试持续时间上测量由电负载消耗的能量以及由此确定在当前(所测试的)运行模式中所述负载的功率消耗速率。替换地或附加地，也可以设有存储器，在所述存储器中对于负载16的当前运行模式(或者多个不同的运行模式)存储了相应的功率消耗速率，从而功率消耗求取单元14仅仅需要读取这些已存储的值。这节省了对负载16的功率消耗的耗费时间的测量。在知晓电负载16的功率消耗速率以及电蓄能器12的剩余容量的情况下，则可以估计电蓄能器12还可以提供能量的最大可用性。例如可以借助能量消耗输出装置通过电动工具的工作周期数量、蓄电池灯的最长照明持续时间或者电动车的最大行程来说明所述最大可用性。可以在所观察的运行模式中通过计算所求得的剩余容量与所确定的负载16的功率消耗速率的比来确定最大可用性。例如所述最大可用性随后可以通过显示单元18显示给电设备10的使用者。
为了使电设备10的使用者能够调节电负载16的功率消耗(也就是说将电负载转换到不同的运行模式中)，可以通过功率选择开关17进行到负载16的高功率消耗(位置17a)或者低功率消耗(位置17b)的转换。也可以实现在多个(特别是多于两个)不同功率消耗速率之间的转换。功率选择开关17与功率消耗求取单元14连接，从而对于不同的运行模式也可以求得相应的功率消耗速率。也可以实现负载16在不同(特别是多于两个)功率消耗模式之间的无级转换。电负载16的功率消耗速率的所述转换使使用者能够根据需完成何种活动来匹配电设备10的电负载16的运行强度。例如在夜间更换轮胎时可以要求作为电设备10的蓄电池灯的较大光功率，以便尽可能快地进行轮胎更换(这也导致短的照明持续时间)，或者替换地在夜间巡游时不要求相同蓄电池灯的较大照明功率，使得在此情形中可以实现长的照明持续时间。(作为电设备10的)蓄电池灯的操作者可以通过功率选择开关17进行相应的调节，其中，可以通过能量消耗输出装置确定以及通过显示单元18显示残存的最长照明持续时间。
在另一个实施方式中，也可设有(在图1中未示出的)输入单元，通过所述输入单元使用者可以输入关于剩余可用性的要求。所述要求随后用于基于电负载16在不同运行模式中的功率消耗速率来计算/选出电负载16的使用持续时间或使用强度至少相应于由使用者输入的要求的运行模式。因此确保，为使用者提供用于运行电负载16的、至少对于所期望的使用场景的持续时间够用的功率。
以上示例性地根据蓄电池灯的示例复述了本发明。借助所提出的方案可以借助仅仅一个照明装置和给定的蓄电池组(也就是说，预给定的容量)根据以下方面更灵活地使灯匹配于运行任务：
-可调节在照明时间方面妥协的最大照明功率(例如，夜间短时间的轮胎更换等)；
-可调节在照明功率方面妥协的最大照明时间(例如，夜间较长时间的巡游)；
-也可以无级地或者多于两级地进行最大照明时间或者照明功率的调节；
-可以实现成本节省，因为通过这样的改进灵活性可以同时实现照明时间最大化和照明功率最大化的两个目标(否则，在给定的、不可变的最大照明功率下照明时间的增加仅可通过更大的并且因此更贵的蓄电池实现)；
-可以减轻重量(更小的并且因此更轻的蓄电池)；
-可以减小结构尺寸，因为需要更小的蓄电池以及用于电子装置的成比例地更大的空间(尤其是在使用锂离子蓄电池时，因为总是以控制电子装置来运行这种蓄电池)。
可以例如以“剩余运行时间-预选/-显示”的形式将功率消耗求取单元14实现在锂离子蓄电池驱动的设备中必不可少的电子装置中。为了保护锂离子蓄电池，机器(控制)电子装置现在已经检测和处理以下参数：蓄电池电压、电流和温度。特别地，以参数“蓄电池电压”和“电流”作为信息，以便由此推断出锂离子蓄电池充电状态和求得当前所调节的功率。特别地，还应当相应地补充软件和设置显示器(只要还不存在)，以便可以通过功率消耗求取单元14实现最佳照明时间或最佳照明强度的自动控制。
借助作为功率消耗求取单元的这样的电子装置(根据作为电设备10的锂离子蓄电池灯的示例)可以实现，借助于显示器显示(针对给定的或者测量到的蓄电池容量以及预给定的或经调节的(光)功率的)(剩余)照明时间。此外，可以针对预给定的或测量到的蓄电池容量和给定的或经调节的照明时间预给定相应地匹配(光)功率。因为对于使用锂离子蓄电池作为电蓄能器12而言出于保护蓄电池的原因应当总是使用电子装置，所以也可借助于所述电子装置例如通过蓄电池电压的测量简单地实现(剩余)容量的确定。
因此，本发明提供一种方案，所述方案允许为本发明的使用者根据其工作任务显示和单独匹配运行时间(例如，照明时间)或者运行功率(例如，光功率)。
以上根据蓄电池灯详细地说明了本发明。但是，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明也可用于任意的其他电装置。以此方式也可以在具有在预给定范围内相对恒定的(机械、电、光学和/或声学)功率的其他产品中应用本发明时实现类似的设计优点、成本优点和有利于操作者的优点。这样的产品的示例可以在灯、风扇、收音机(音量)、泵、振动器、研磨机、剪草机、割草机等等的范围内。
在可在宽的范围中相对动态地调节功率的产品中，如此构造的电设备的使用者的优点同样具有优势，因为使用者知道在不对电蓄能器进行充电的情况下他还可以使用多长时间所述电设备，或者他还可以实施多少次相同类型的应用。这样的具有相对较大动态功率的产品例如可在螺丝刀、锤钻、线锯、圆锯、车辆、船舶、潜水艇、飞机、直升飞机(模型)的范围内，仅仅列举了一些示例。对于应当在具有非常动态的功率需求的范围中使用电设备的情况，应当实现相应的推算算法，所述推算算法还能够在现有的(例如，固定地编程在功率消耗求取单元中的)范围界限以外实现负载的功率控制。
图2作为用于说明可与蓄能器连接的电负载的仍然残存的可用性的方法20示出本发明的第二实施例的流程图。所述方法20包括确定22电蓄能器12的剩余容量的第一步骤以及求得24在电负载16的当前运行模式中的功率消耗速率的第二步骤，以便求得电负载16在一个工作周期(例如，钻孔、锯切过程等等)期间、在单位时间期间或者对于(车辆的)给定路段的功率消耗。在此，也可以并行地实施第一22步骤和第二24步骤。在第三步骤中，输出26关于就当前运行模式而言借助蓄能器12最多还能执行的工作周期、关于最长运行时间或者关于最大行程的信息，其中，在使用所确定的剩余容量和所求得的功率消耗速率的情况下确定待说明的信息。
Claims (15)
1.能量消耗输出装置，用于输出可与蓄能器(12)连接的电负载(16)的仍然残存的可用性，其中，所述能量消耗输出装置具有以下特征：
用于提供电蓄能器(12)的剩余容量的单元(15)；
功率消耗求取单元(14)，所述功率消耗求取单元被构造用于在所述电负载(16)的当前运行模式中求得功率消耗速率；和
输出单元(18)，所述输出单元被构造用于在使用所提供的剩余容量和所求得的功率消耗速率的情况下为所述能量消耗输出装置的使用者针对所述当前运行模式确定关于最大可用性的信息并且输出所述信息。
2.功率预给定装置，用于调节可与蓄能器(12)连接的电负载(16)的剩余可用性，其中，所述功率预给定装置具有以下特征：
用于提供所述电蓄能器(12)的剩余容量的单元(15)；
功率消耗求取单元(14)，所述功率消耗求取单元被构造用于在所述电负载(16)的当前运行模式中求得功率消耗速率；
接收单元，所述接收单元被构造用于接收关于所期望的剩余可用性的说明；和
控制单元，用于在使用接收到的关于所期望的剩余可用性的说明和所述电负载(16)的功率消耗速率的情况下运行所述电负载(16)，使得能够至少以所述电负载(16)期望的剩余可用性来运行所述负载。
3.根据权利要求1或2所述的装置，其特征在于，所述功率消耗求取单元(14)被构造用于从存储器中查询对于所述当前运行模式所述电负载(16)的功率消耗速率。
4.根据以上权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述功率消耗求取单元(14)被构造用于对于多个运行模式中的每一个运行模式求得所述电负载(16)的功率消耗速率，其中，在各个运行模式中从所述电蓄能器获取不同的功率。
5.根据以上权利要求1至4中任一项所述的装置，其特征在于，所述功率消耗求取单元(14)还具有开关单元(17)，所述开关单元被构造用于实施所述电负载(16)在不同运行模式之间的转换。
6.根据以上权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述用于确定所述电蓄能器(12)的剩余容量的单元(15)被构造用于通过分析处理所述电蓄能器(12)上的电压和/或分析处理所述电蓄能器(12)的电流、尤其是通过分析处理所述电流与所述电压之间的线性关系来确定所述电蓄能器(12)的剩余容量。
7.根据以上权利要求1至6中任一项所述的装置，其特征在于，所述功率消耗速率相应于所述电负载(16)在一个运行周期期间、在单位时间期间或者对于给定路段的功率消耗。
8.根据以上权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，所述关于所述最大可用性的信息相应于借助所述蓄能器(12)最多还能执行的工作周期、最长运行时间或者最大行程。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所期望的剩余可用性相应于所述电负载(16)的运行持续时间、所期望的运行周期数量或者所期望的行程。
10.电设备(10)，具有以下特征：
电蓄能器(12)，用于提供用于电负载(16)的最大供给电能；
根据以上权利要求1至9中任一项所述的、与所述电蓄能器(12)连接的装置；和
与所述装置和所述电蓄能器(16)耦合的电负载(16)。
11.电动工具、电动车或蓄电池照明装置，所述电动工具、所述电动车或所述蓄电池照明装置包括根据权利要求10所述的电设备(10)。
12.用于输出可与蓄能器(12)连接的电负载(16)的仍然残存的可用性的方法(20)，其中，所述方法具有以下步骤：
确定(22)所述电蓄能器(12)的剩余容量；
求得(24)在所述电负载(16)的当前运行模式中的功率消耗，以便求得功率消耗速率；以及
输出(26)关于就所述当前运行模式而言的最大可用性的信息，其中，在使用所确定的剩余容量和所求得的功率消耗速率的情况下确定待输出的信息。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，作为关于所述最大可用性的信息，预给定所述电负载(16)的所期望的运行持续时间、所期望的工作周期数量或者所期望的行程，其中，在使用接收到的关于运行持续时间、关于工作周期数量或者关于行程的说明和所述电负载(16)的功率消耗速率的情况下运行所述电负载(16)，从而可对于所说明的运行持续时间、对于所说明的工作周期数量或者对于所说明的行程运行所述负载(16)。
14.用于调节可与蓄能器(12)连接的电负载(16)的剩余可用性的方法(20)，其中所述方法具有以下步骤：
确定(22)所述电蓄能器(12)的剩余容量；
求得(24)在所述电负载(16)的当前运行模式中的功率消耗，以便求得功率消耗速率；以及
接收关于所期望的剩余可用性的说明，以及
在使用接收到的关于所期望的剩余可用性的说明和所述电负载(16)的功率消耗速率的情况下运行所述电负载(16)，从而能够以至少所期望的剩余可用性运行所述负载。
15.具有程序代码的计算机程序，所述程序代码用于当在数据处理设备上执行所述计算机程序时实施根据权利要求12或14所述的方法的步骤。
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