CN114342207A - 用于控制和调节可充电电池的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于控制和调节可充电电池的方法，该可充电电池包括至少一个第一和一个第二储能单元、控制电子器件、电压测量装置和至少一个传感器装置，其中，该传感器装置和这些储能单元分别经由至少一个可控制的开关元件连接至彼此，使得电能可以从这些储能单元传导到该传感器装置。该方法包括以下方法步骤：使用该电压测量装置来捕获该第一和第二储能单元的第一电压值；以及如果该第一储能单元的电压值与该第二储能单元的电压值之间的差异达到预定阈值，则将该至少一个开关元件从停用模式调节到启动模式，以便将电压从具有较高电压值的储能单元传导到该传感器装置。

Description

用于控制和调节可充电电池的方法
技术领域
本发明涉及一种用于控制和调节可充电电池的方法，该可充电电池具有至少一个第一和一个第二储能单元、控制电子器件、电压测量装置和至少一个传感器装置，其中该传感器装置和这些储能单元分别经由至少一个可控制的开关元件连接至彼此，其方式使得电能可以从这些储能单元传导到该传感器装置。
背景技术
现代可充电电池包含多个储能单元，这些储能单元也可以被称为原电池或可充电电池单元。此外，现代可充电电池通常还具有电池管理系统，以便监测和调节可充电电池内的功能和过程。平衡器通常是电池管理系统的重要部分。平衡器的任务是确保电荷尽可能均匀地分布在所有储能单元上。然而，根据现有技术的可充电电池中的储能单元的平衡器通常效率低。
发明内容
因此本发明的目的是提供一种用于控制和调节可充电电池的方法，该方法可以用于改进可充电电池的储能单元中的平衡和/或均匀的电荷分布。
此目的相应地通过独立权利要求1的主题来实现。本发明的进一步有利实施例可以在对应从属权利要求中找到。
该目的尤其通过一种用于控制和调节可充电电池的方法来实现，该可充电电池具有至少一个第一和一个第二储能单元、控制电子器件、电压测量装置和至少一个传感器装置，其中该传感器装置和这些储能单元分别经由至少一个可控制的开关元件连接至彼此，其方式使得电能可以从这些储能单元传导到该传感器装置。
根据本发明，该方法包括以下方法步骤：
-通过该电压测量装置来捕获该第一和第二储能单元的第一电压值；以及
-如果该第一储能单元的电压值与该第二储能单元的电压值之间的差异达到预定阈值，则将该至少一个开关元件从停用模式调节到启动模式，以便将电压从具有较高电压值的储能单元传导到该传感器装置。
根据本发明的有利实施例，该方法可以包括以下方法步骤：
在第一周期结束后，通过该电压测量装置来捕获该第一和第二储能单元的第二电压值。
这使得可以规律地或不规律地监测和/或规律地捕获各个储能单元的电压值，以便在必要时开始平衡过程，并且在可充电电池的储能单元中均匀地分布电荷。
根据本发明的有利实施例，该方法可以包括以下方法步骤：
在第一周期结束后，通过该电压测量装置来捕获该第一和第二储能单元的第二电压值，其中该第二周期取决于该第一储能单元的电压值与该第二储能单元的电压值之间的差值。
这使得对各个储能单元的电压值的监测或捕获可以与各个储能单元中电荷彼此变化的快慢程度相适应。
开关元件可以是金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)或另一合适的场效应晶体管(FET)。
附图说明
在以下附图说明中可以发现进一步的优点。本发明的多个不同的示例性实施例在附图中示出。附图、说明书和权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员还将方便地单独考虑这些特征并将它们进行组合为有用的进一步组合。
在附图中：
图1示出了具有用于执行根据本发明的方法的可充电电池的动力工具的侧视图；
图2示出了具有多个储能单元、控制装置、电压测量装置和传感器装置的可充电电池的截面视图；
图3示出了用于执行根据本发明的方法的电路图；以及
图4示出了第二周期的变化与电压变化的比值的图形说明。
具体实施方式
图1展示了动力工具1和可充电电池2。动力工具1以可充电电池操作的螺丝刀的形式展示。根据其他替代性实施例，动力工具1还可以被设计为呈动力钻、锯、研磨机等形式。
可充电电池2经由接口3连接至动力工具1并且用于向动力工具1的电负载供应电能。在供应期间，电流从可充电电池2流向动力工具1。
被设计为以可充电电池操作的螺丝刀的动力工具2大体上包括壳体4、手柄5、基部6、工具装配件7、电动马达形式的电驱动器8、控制器9、传动机构10、输入轴11、输出轴12以及激活开关13。电动马达可以是无刷电动马达。
被设计为电动马达的电驱动器8、传动机构10、输入轴11、输出轴12以及控制器9定位在壳体4内。驱动器8、传动机构10、输入轴11以及输出轴12相对于彼此定位并且定位在壳体10内，使得驱动器8产生的转矩被传送至输出轴12。输出轴12将转矩传送至传动机构10，该传动机构进而将转矩传递至输入轴11。工具装配件7由输入轴11通过传送转矩来驱动。如图1所展示，批头(bit)形式的工具被固持在工具装配件7中。借助于批头，螺钉可以被拧到材料中。工具、螺钉和材料都没有在附图中展示。
如图1还示出的，壳体4包括顶侧4a和底侧4b。手柄5包括第一端5a和第二端5b。手柄5的第一端5a被固定到壳体4的底侧4b上。此外，基部6包括上端6a和下端6b。基部6的上端6a被固定到手柄5的第二端5b上。基部6的下端6b包括接口15，并且用于将动力工具2与可充电电池2进行机械、电气和电子连接。在这种情况下，连接可再次释放。
为了接收电能(或电流)，接口15包括多个电力连接。接口15还包括数据连接，以用于发送和接收信号形式的信息和数据。
可以从图1中得出，动力工具1的控制器9定位在动力工具1的手柄5中。动力工具1的控制器9用于控制和调节与动力工具1相关且与可充电电池2相关的各个过程。控制器9特别地控制从可充电电池2流向动力工具1并且特别地用于驱动被形成为电动马达的驱动器8的电流或电流强度。此外，控制器9还用于捕获可充电电池施加的电压。
在这种情况下，动力工具2的控制器9包括微控制器18(也被称为MCU)和作为在可充电电池2与动力工具1之间进行双向通信的通信电路的一部分的数据接口。数据接口和通信电路都没有在附图中展示。
可充电电池2大体上包括具有可充电电池接口22的壳体21、以及多个储能单元23。储能单元23、具有微控制器25的控制电子器件24、电压测量装置26和传感器装置27定位在可充电电池2的壳体21中。
传感器装置27可以是例如加速度传感器、GPS传感器(全球定位系统传感器)、陀螺仪传感器、温度传感器、或需要为适当且永久的功能几乎连续地提供电能的其他传感器。
控制电子器件24还可以被称为电池管理系统。
可充电电池2还包括作为在可充电电池2与动力工具1之间进行双向通信的通信电路的一部分的数据接口。可充电电池2的数据接口在附图中未展示。
储能单元23还可以被称为可充电电池单元并且用于取出、储存以及提供电能或电压。储能单元23是基于锂离子技术的单元，其中每个可充电电池单元具有在2.7V与4.2V之间的电压。
可充电电池接口22定位在壳体21的一侧上。可充电电池接口22包括用于取出和递送电流的多个电力连接器，并且还包括用于在动力工具1与可充电电池2之间发射和接收信号的数据连接器。来自储能单元23的电流可以通过电力连接器被递送。数据连接器在附图中未展示。
可充电电池2的电力连接器连接至动力工具2的电力连接。同样的，可充电电池2的数据连接器连接至动力工具1的数据连接。
通过连接，电能可以从可充电电池2的储能单元23流向动力工具1。此外，可以在可充电电池2与动力工具1之间交换信号以便进行通信。
如可以从图2和图3得出的，每个储能单元23分别经由可控制的开关元件30连接至控制电子器件24和电压测量装置26。由于该连接，电压测量装置26可以捕获或测量各个储能单元23处的电压。
在所引用的示例性实施例中，可控制的开关元件30是呈MOSFET的形式。开关元件30可以通过信号或电流进行控制并且可以可逆地设置为启动模式或停用模式。控制是通过控制电子器件24来实现的。在停用模式中，开关元件30被设置，其方式使得电气线路断开并且电气线路因此被中断。相比之下，在启动模式中，开关元件被设置，其方式使得电气线路闭合。
可以通过电压测量装置26和控制电子器件24来捕获可充电电池单元23中的电荷的不均匀分布。然而，只有当达到预定阈值或达到两个可充电电池单元23之间的电荷差的预定阈值时，才存在可充电电池单元23中的电荷的不均匀分布。为了在可充电电池单元23中尽可能均匀地分布电荷，通过这些控制电子器件24来对连接到具有最高荷电状态的可充电电池单元23的开关元件30进行控制。控制开关元件30使开关元件30和相应的线路闭合，结果是电能从具有最高电荷状态的可充电电池单元23流到这些控制电子器件24。电能从控制电子器件24传导到传感器装置27并且因此被用于向传感器装置27供应电能。
以规律的时间间隔捕获或测量各个可充电电池单元23的电压或荷电状态。
根据进一步的实施例，还可以以不规律的时间间隔Δt(参见图4)捕获或测量各个可充电电池单元23的电压ΔV或荷电状态ΔQ(Ah)。例如，第一捕获操作与第二捕获操作之间的时间间隔可以取决于第一可充电电池单元23的最高荷电状态与第二可充电电池单元23的最低荷电状态之间的差值。最高荷电状态与最低荷电状态之间的差值越大，捕获各个可充电电池单元23的电压或荷电状态的第一操作与第二操作之间的时间间隔就越短。
时间间隔同样可以取决于可充电电池单元23的最高荷电状态与最低荷电状态之间的差异的增加。最高荷电状态与最低荷电状态之间的差异越快，捕获各个可充电电池单元23的电压或荷电状态的第一操作与第二操作之间的时间间隔就越短。
此外，如果控制电子器件24已经开始了对不同荷电状态的调节(对可充电电池单元23的平衡)，那么时间间隔可以取决于可充电电池单元23的最高荷电状态与最低荷电状态之间的差异的减少。换言之：最高荷电状态与最低荷电状态之间的调节越快，捕获各个可充电电池单元23的电压或荷电状态的第一操作与第二操作之间的时间间隔就越短。

Claims (3)

1.一种用于控制和调节可充电电池(2)的方法，该可充电电池具有至少一个第一和一个第二储能单元(23)、控制电子器件(24)、电压测量装置(26)和至少一个传感器装置(27)，其中该传感器装置(27)和这些储能单元(23)分别经由至少一个可控制的开关元件(30)连接至彼此，其方式使得电能能够从这些储能单元(23)传导到该传感器装置(27)，
其特征为以下方法步骤
-通过该电压测量装置(26)来捕获该第一和第二储能单元(23)的第一电压值；以及
-如果该第一储能单元(23)的电压值与该第二储能单元(23)的电压值之间的差异达到预定阈值，则将该至少一个开关元件(30)从停用模式调节到启动模式，以便将电压从具有较高电压值的该储能单元(23)传导到该传感器装置(27)。
2.如权利要求1所述的方法，
其特征为，在第一周期结束后，通过该电压测量装置(26)来捕获该第一和第二储能单元(23)的第二电压值。
3.如权利要求1或2所述的方法，
其特征为，在第二周期结束后，通过该电压测量装置(26)来捕获该第一和第二储能单元(23)的第二电压值，其中，该第二周期取决于该第一储能单元(23)的电压值与该第二储能单元(23)的电压值之间的差值。
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