CN117396310A - 动力工具与可充电电池之间的通信 - Google Patents

Abstract

本发明披露了一种用于在动力工具与可充电电池之间进行通信的方法，其中，可充电电池包括具有第一收发器的控制器单元，并且动力工具包括具有第二收发器的控制单元。该方法涉及以下方法步骤：‑从第一收发器向第二收发器发射第一信号；‑在经过预定时间段之后从第一收发器向第二收发器发射第二信号；‑如果在预定时间段内接收到的信号数量达到预定阈值，则将动力工具从第一操作状态转换到第二操作状态，和/或‑如果在预定时间段内接收到的信号数量达到预定阈值，则向第一收发器发射信号，以便将可充电电池从第一操作状态转换到第二操作状态。披露了一种用于执行该通信方法的系统，该系统包括动力工具和可充电电池。披露了一种用于执行该通信方法的可充电电池。披露了一种用于执行该通信方法的动力工具。

Description

动力工具与可充电电池之间的通信

技术领域

本发明涉及一种用于在动力工具与向该动力工具供应电能的可充电电池之间进行通信的方法，其中，可充电电池包括具有至少一个第一收发器的控制器单元，并且动力工具包括具有至少一个第二收发器的控制单元。

本发明还涉及一种用于执行该通信方法的系统，该系统包括动力工具和可充电电池。此外，本发明涉及一种用于执行该通信方法的可充电电池。

本发明进一步涉及一种用于执行该通信方法的动力工具。

背景技术

为了给电操作的动力工具供应电能，通常会将可充电电池可释放地连接到动力工具，使得布置在可充电电池内部的储能单体(也称为电池单体)可以将所储存的电能传递给动力工具的相关负载。负载可以是用于动力工具的驱动件、照明器、控制器设备等。用于在动力工具与可充电电池之间进行这种类型的连接的设备由机械附接部件和电连接端子两者组成。这种类型的连接设备通常也称为接口或接口设备。

电连接端子通常作为可释放的插入式连接件设置在电能供应器的相应的正极路径和负极路径中，使得可充电电池的正极触头和负极触头由此与动力工具的负载的对应的正极触头和负极触头接触。

机械部件可以呈例如导轨系统或插入式连接件的形式，借助于该导轨系统或该插入式连接件，可以将可充电电池滑动到动力工具上的连接设备上(该连接设备被实施为接口)，而且还可以再次移除所述可充电电池。将可充电电池滑动到动力工具上使可充电电池的连接端子(即，正极触头和负极触头)与动力工具的对应的连接端子连接，使得可充电电池中所储存的电能可以到达动力工具的负载。

动力工具与可充电电池之间的精确且首要是牢固的连接往往会面临一定的挑战。

一方面，机械部件和电连接端子的设计必须确保处理相对简单，使得将可充电电池附接到动力工具以及将可充电电池移除尽可能地简便。

另一方面，机械部件和电连接端子必须相对坚固，使得它们能够承受连接有可充电电池的动力工具的使用期间的移动、振动和冲击。

即使是动力工具与可充电电池之间的连接短暂地或暂时地中断，也总是不期望的。

连接中断可能会导致从可充电电池到动力工具的电能供应间断，其结果是，动力工具的电动马达不再稳定地旋转和/或仅以较低的速度旋转。这进而可能会导致例如电动马达处的功率波动，从而导致电动马达产生不稳定的转矩或仅产生过低的转矩。功率或转速的波动导致从电动马达产生的转矩输出较低，最终导致动力工具的工作效率低下。

此外，这种类型的能量供应中断也可能指示可充电电池出现故障。始终需要注意可充电电池是否出现故障，因为这些故障最终可能会导致可充电电池完全损毁或彻底失效。

此外，连接中断还可能指示连接设备的机械部件即将失效。在机械部件失效的情况下，可充电电池可能会与动力工具分离并掉落到地面，这可能会导致可充电电池永久性损坏。这方面的问题在于，可充电电池与动力工具的初始或初期脱离或分离通常不会为人注意，直到最后可充电电池突然掉落，从而发生可充电电池的失效或永久性损坏。

因此，目的是尽早检测出动力工具与可充电电池之间的连接是否存在可能最终导致可充电电池与动力工具断开连接的故障，并且还应采取适当的措施。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于在动力工具与可充电电池之间进行双向通信的方法，该方法可以用于解决前述问题、特别是用于指示可充电电池与动力工具的附接有问题。该目的通过权利要求1的主题和权利要求3、4和5的主题来实现。在从属权利要求中呈现了有利实施例。

该目的特别地通过一种用于在动力工具与向该动力工具供应电能的可充电电池之间进行通信方法来实现，其中，可充电电池包括具有至少一个第一收发器的控制器单元，并且动力工具包括具有至少一个第二收发器的控制单元。

根据本发明，该方法包括以下方法步骤：

-从第一收发器向第二收发器发射至少一个第一信号；

-在经过预定时间段之后从第一收发器向第二收发器发射至少一个第二信号；

-如果第二收发器在预定时间段内接收到的信号数量达到预定阈值、和/或第二收发器接收到的信号的形式根据预定阈值与预定形式有所偏差，则将动力工具从第一操作状态转换到第二操作状态，和/或

-如果第二收发器在预定时间段内接收到的信号的数量达到预定阈值、和/或第二收发器接收到的信号的形式根据预定阈值与预定形式有所偏差，则从第二收发器向第一收发器发射至少一个信号，以便将可充电电池从第一操作状态转换到第二操作状态。

第一操作状态可以是动力工具或可充电电池的启用模式，在启用模式下，动力工具或可充电电池的至少一个功能处于启用状态。动力工具的至少一个功能可以是运行动力工具的驱动件以便产生转矩。此外，可充电电池的至少一个功能可以是提供储存在可充电电池中的电能。第二操作状态可以是停用状态，在停用状态下，动力工具或可充电电池的所有功能都处于停用状态。动力工具的所有功能停用意指例如动力工具的用于产生转矩的驱动件也至少暂时地停止运行。可充电电池的所有功能停用导致提供储存在可充电电池中的电能至少暂时地中断。

信号的形式可以涉及通信信号的一种或多种属性。通信信号的属性可以是电压水平、电流水平、(多个)电压边、电压降、电压升、比特数目等。

动力工具与可充电电池之间的通信可以是双向通信，也可以是单方向通信或单向通信。在双向通信的情况下，可以在动力工具与可充电电池之间交换信号、数据和信息。相比之下，在单方向通信或单向通信的情况下，信号、数据和信息仅从可充电电池发送到动力工具、或者仅从动力工具发送到可充电电池。

根据本发明的有利实施例，可以包括以下方法步骤：

-从第一收发器向第二收发器发射包含同步模式的信号，以便调整至少一个第一收发器和至少一个第二收发器之间的通信的传输速率。

至少一个第一收发器与至少一个第二收发器之间的通信的传输速率也可以被称为“波特率”。

该目的还通过一种用于执行该通信方法的系统来实现，该系统包括动力工具和用于向该动力工具供应电能的可充电电池，其中，可充电电池包括至少一个第一收发器，并且动力工具包括至少一个第二收发器，并且其中，可充电电池包括第一通信元件，并且动力工具包括第二通信元件，该第二通信元件可以连接到第一通信元件，其中，在连接状态下，可以在第一通信元件和第二通信元件之间传输信号。

披露了一种用于执行该通信方法的可充电电池，该可充电电池包括具有至少一个第一收发器的控制器单元包括。

披露了一种用于执行该通信方法的动力工具，该动力工具包括具有至少一个第二收发器的控制单元包括。

附图说明

进一步的优点将从以下对附图的描述中变得明显。在附图中展示了本发明的各种示例性实施例。附图、说明书和权利要求中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且组合这些特征以形成有用的进一步组合。

在附图中，相同和相似的部件通过相同的附图标记来表示，在附图中：

图1示出了根据本发明的系统的示意性侧视图，该系统具有动力工具和可充电电池，该可充电电池与该动力工具相连。

图2a示出了具有可充电电池接口的可充电电池的立体图；

图2b示出了具有动力工具接口的动力工具的立体图；以及

图3示出了动力工具的手柄和底座设备、以及具有可充电电池接口的可充电电池的立体图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的系统1的优选示例性实施例，该系统具有动力工具2和可充电电池3。

在本示例性实施例中，动力工具2呈可充电电池操作的螺丝刀的形式。根据替代性实施例，动力工具2还可以呈动力钻机、锯、打磨机等形式。

动力工具2主要包括壳体4、工具装配件5和手柄6。

动力工具2的壳体4进而包括前端4a、后端4b、顶侧4c和底侧4d。如图1所示，驱动件7、传动设备8、输出轴9和控制单元10定位在壳体4内部。驱动件7在这种情况下呈无刷电动马达的形式。作为替代方案，驱动件7也可以呈使用碳刷换向的电动马达的形式。呈无刷电动马达形式的驱动件7用于产生转矩。驱动件7与传动设备8相连，其方式为使得驱动件7所产生的转矩被传递到传动设备8。输出轴9包括第一端9a和第二端9b。传动设备8进而连接到输出轴9的第一端9a，使得驱动件7所产生的转矩被传递到输出轴9。输出轴9的第二端9b连接到工具装配件5，其方式为使得输出轴9的转矩被传递到工具装配件5。工具装配件5用于接纳并固持工具11。在本示例性实施例中，工具11呈螺丝刀刀头的形式。借助于传递到工具装配件5的转矩，转矩最终被传递到呈螺丝刀刀头形式的工具11。

手柄6包括第一端6a和第二端6b，并且被使用者用来握持并引导动力工具2。使用者未在附图中展示。用于启用动力工具的开关定位在手柄6的一侧。手柄6的第一端6a布置在壳体4的底侧4d。底座设备12连接在手柄6的第二端6b处。在底座设备12处包含动力工具接口13。动力工具接口13用作可充电电池3的连接件。

如图2和图3中可以看到的，动力工具接口13包括机械附接部件14a和电连接端子15a。动力工具接口13的机械附接部件14a在此呈锁定元件的形式。动力工具接口13的电连接端子15a进而呈第一正极触头16a和第二正极触头17a以及第一负极触头18a和第二负极触头19a的形式。

根据替代性示例性实施例(未示出)，可以仅设置一个正极触头和一个负极触头。根据另一替代性示例性实施例(未示出)，可以设置三个正极触头和三个负极触头。

图2a描绘了可充电电池3。可充电电池3包括电池壳体20、多个储能单体21、可充电电池接口22和控制器单元23。

储能单体21和控制器单元23定位在电池壳体20内部。

电池壳体20包括前侧20a、后侧20b、顶侧20c、底侧20d、左侧壁20e和右侧壁20f。可充电电池接口22定位在顶侧20c。图2和图3中仅描绘了右侧壁20f。然而，未示出的左侧壁20e在设计上与右侧壁20f相同。

可充电电池接口22被设计为与动力工具接口13相对应，使得可充电电池接口22和动力工具接口13可以可释放地彼此连接。为此目的，可充电电池接口22同样包括机械附接部件14b和电连接端子15b。

可充电电池接口13的电连接端子15b进而呈第一正极触头16b和第二正极触头17b以及第一负极触头18b和第二负极触头19b的形式。

正如动力工具接口13一样，机械附接部件14b呈锁定元件的形式。

可充电电池接口22的锁定元件对应于动力工具接口13的锁定元件，使得两个锁定元件可以以互锁的方式可释放地彼此连接。作为替代方案，两个锁定元件的连接也可以具有强制锁定设计。

根据替代性实施例，动力工具接口13处的机械附接部件以及对应地可充电电池接口22处的机械附接部件也可以呈导轨设备的形式，用以实现可充电电池3相对于动力工具2的可释放的互锁附接。

此外，可充电电池3包括第一收发器24和第一通信元件25。

如图1所示，第一收发器24定位在可充电电池3的控制器单元23处。根据替代性实施例，第一收发器24也可以定位在可充电电池3上的另一点处，并且可以通过第一线路连接到控制器单元23以用于交换信号和数据的目的。

还如图1所示，根据本发明的第一示例性实施例，第一通信元件25呈凸型连接器的形式。呈凸型连接器形式的第一通信元件25进而经由第一通信线路27连接到控制器单元23。通过将第一通信元件25连接到控制器单元23，可以交换信号、数据和信息。

第一通信元件25主要用于从可充电电池3发射通信信号并将通信信号接收到可充电电池。

如图2a和图3所描绘的，呈凸型连接器形式的第一通信元件25定位在可充电电池接口22处、在正极触头16b、17b与负极触头18b、19b之间。

根据另一示例性实施例，第一通信元件25还可以呈用于无线通信或无线电传输的无线电元件的形式。

动力工具2对应地包括第二收发器28和第二通信元件29。

还如图1所示，第二收发器28定位在动力工具2的控制单元10处。根据替代性实施例，第二收发器28也可以定位在动力工具2上的另一点处，并且可以通过第二线路连接到控制单元10以用于交换信号和数据的目的。

如图3同样所示，根据本发明的第一示例性实施例，第二通信元件29呈凹型连接器的形式。呈凹型连接器形式的第二通信元件29对应于呈凸型连接器形式的第一通信元件25，使得呈凸型连接器形式的第一通信元件25可以插入式连接到呈凹型连接器形式的第二通信元件29。通过将第一通信元件25连接到第二通信元件29，可以在可充电电池3的控制器单元23与动力工具2的控制单元10之间交换或传送信号、数据和信息。动力工具2与可充电电池3之间的通信可以是双向通信，也可以是单方向通信或单向通信。在单方向通信或单向通信的情况下，信号、数据和信息仅从可充电电池3的控制器单元23发送到动力工具2的控制单元10。

如图2b和图3所示，呈凹型连接器形式的第二通信元件29定位在动力工具接口13处、在正极触头16a、17a与负极触头18a、19a之间。

根据另一示例性实施例，第二通信元件29还可以呈用于无线通信或无线电传输的无线电元件的形式。

对于第一通信元件25和第二通信元件29两者都呈用于无线通信或无线电传输的无线电元件的形式的示例性实施例，从可充电电池3的控制器单元23到动力工具2的控制单元10的信号、数据和信息的交换以无线电链路的形式进行。无线电链路可以是无线电频段中的蓝牙、WLAN、ZigBee、NFC(近场通信)、Wibree或WiMAX，以及红外频段和光频段中的IrDA(红外数据协会)、FSO(自由空间光通信)和Li-Fi(光保真)。

图1示出了所具有的动力工具2和可充电电池3处于连接状态的系统1，其中，作为能量供应器的可充电电池3通过动力工具接口13可释放地连接到动力工具2的可充电电池接口22。如图3中可以看到，为此目的，动力工具2遵循虚线S。在这种状态下，相应的正极触头16a、17a、16b、17b和负极触头18a、19a、18b、19b两者彼此连接，并且第一通信元件25和第二通信元件29彼此连接。如果动力工具2和可充电电池3两者都处于启用模式(也称为启用状态或操作状态)，那么例如作为可充电电池3的功能，来自可充电电池3的电能可以到达动力工具2。此外，例如作为动力工具2的功能，呈电动马达形式的驱动件7可以旋转并由此产生转矩。

动力工具2与可充电电池3之间的通信方法用于确保可充电电池3在系统1在使用中时持续牢固且正确地连接到动力工具2。借助于该通信方法，可以检测出可充电电池3可能出现故障，例如由于可充电电池3相对于动力工具2的紧固有问题或受到损坏而出现故障。为了执行该方法，使动力工具2和可充电电池3处于连接状态，使得相应的机械附接部件14a、14b彼此连接、相应的电连接端子15a、15b彼此连接、并且相应的通信元件25、29彼此连接；参见图1或图3。借助于可充电电池3的控制器单元23，生成信号并将该信号以规则的时间间隔经由可充电电池3的第一通信元件25发送到动力工具2的第二通信元件29。然后，将信号从第二通信元件29发送到动力工具2的控制单元10。

在此上下文中，“以规则的时间间隔发射信号”意指，选择特定的传输速率(或频率)来发射信号，该信号在最开始的时候、即在可充电电池3连接到动力工具2之后立即被传递到动力工具3(或动力工具2的控制单元10)。此外，向动力工具2通知信号的形式和信号通信的其他属性。可以将所发送信号的形式和信号通信的其他属性保存在动力工具2的控制单元10的存储器30中。

在此上下文中，所发射的信号可以通过“波形”来表征。信号或一系列信号的“波形”描述了振荡量随时间的变化的特征和形状。特征或形状可以是正弦波、方波、三角波、锯齿波等。

此外，所发射的信号可以由例如电压水平、电流水平、(多个)电压边、电压降、电压升、比特数目等来表征。

在所发射的信号呈比特形式的情况下，则为此目的，也限定一定的传输速率(也称为波特率)。

在本示例性实施例中，所发射的信号由5mV的电压水平来表征。

在由可充电电池3发射并由动力工具2接收的信号的预定形式和频率几乎保持不变的情况下，动力工具2和可充电电池两者保持在目前的操作状态(也称为模式或操作模式)。因此，例如，动力工具2可以保持在启用状态，在启用状态下，呈电动马达形式的驱动件7产生转矩。可充电电池3同样保持在启用状态，在启用状态下，来自可充电电池3的电能持续到达动力工具2。

如果例如由于系统1掉落或以其他方式被不正确地处理，可充电电池3不再正确地连接到动力工具2、并且因此可充电电池3与动力工具2之间的通信连接受损，那么信号不再以预定形式和预定频率(或传输速率或波特率)传递。由于信号的预定形式和传输速率在通信开始之前被保存在动力工具2的控制装置10中，因此控制装置10可以识别出接收到的信号的形式和传输速率的任何偏差或改变。作为识别出的偏差或改变的结果，动力工具2借助于控制装置10从启用状态改变到停用状态。

在此应当注意，对于启用状态改变到停用状态而言，接收到的信号的形式和传输速率的偏差必须足够大。为此目的，在动力工具2的控制装置10中保存适当的偏差阈值。在接收到的信号的形式或传输速率达到所存储的阈值的情况下，控制装置致使动力工具2的操作状态改变。

附图标记列表

1 系统

2 动力工具

3 可充电电池

4 动力工具的壳体

4a 动力工具的壳体的前端

4b 动力工具的壳体的后端

4c 动力工具的壳体的顶侧

4d 动力工具的壳体的底侧

5 工具装配件

6 手柄

6a 手柄的第一端

6b 手柄的第二端

7 驱动件

8 传动设备

9 输出轴

9a 输出轴的第一端

9b 输出轴的第二端

10 控制单元

11 工具

12 底座设备

13 动力工具接口

14a 动力工具接口的机械附接部件

14b 可充电电池接口的机械附接部件

15a 动力工具接口的电连接端子

15b 可充电电池接口的电连接端子

16a 动力工具接口的电连接端子的第一正极触头

16b 可充电电池接口的电连接端子的第一正极触头

17a 动力工具接口的电连接端子的第二正极触头

17b 可充电电池接口的电连接端子的第二正极触头

18a 动力工具接口的电连接端子的第一负极触头

18b 可充电电池接口的电连接端子的第一负极触头

19a 动力工具接口的电连接端子的第二负极触头

19b 可充电电池接口的电连接端子的第二负极触头

20 电池壳体

20a 电池壳体的前侧

20b 电池壳体的后侧

20c 电池壳体的顶侧

20d 电池壳体的底侧

20e 电池壳体的左侧壁

20f 电池壳体的右侧壁

21 储能单体

22 可充电电池接口

23 控制器单元

24 第一收发器

25 第一通信元件

26 开关

27 第一通信线路

28 第二收发器

29 第二通信元件

30 存储器

S 用于将动力工具连接到可充电电池的线

Claims (5)

1.一种用于在动力工具(2)与向该动力工具(2)供应电能的可充电电池(3)之间进行通信的方法，其中，该可充电电池(3)包括具有至少一个第一收发器(24)的控制器单元(23)，并且该动力工具(2)包括具有至少一个第二收发器(28)的控制单元(10)，

其特征在于，以下方法步骤：

-从该第一收发器(24)向该第二收发器(28)发射至少一个第一信号；

-在经过预定时间段之后从该第一收发器(24)向该第二收发器(28)发射至少一个第二信号；

-如果该第二收发器(28)在预定时间段内接收到的信号数量达到预定阈值、和/或该第二收发器(28)接收到的信号的形式根据预定阈值与预定形式有所偏差，则将该动力工具(2)从第一操作状态转换到第二操作状态，和/或

-如果该第二收发器(28)在预定时间段内接收到的信号数量达到预定阈值、和/或该第二收发器(28)接收到的信号的形式根据预定阈值与预定形式有所偏差，则从该第二收发器(28)向该第一收发器(24)发射至少一个信号，以便将该可充电电池(3)从第一操作状态转换到第二操作状态。

2.如权利要求1所述的通信方法，

其特征在于，从该第一收发器(24)向该第二收发器(28)发射包含同步模式的信号，以便调整该至少一个第一收发器(24)和该至少一个第二收发器(28)之间的通信的传输速率。

3.一种用于执行至少如权利要求1或2所述的通信方法的系统(1)，该系统包括动力工具(2)和用于向该动力工具(2)供应电能的可充电电池(3)，其中，该可充电电池(3)包括具有至少一个第一收发器(24)的控制器单元(23)，并且该动力工具(2)包括具有至少一个第二收发器(28)的控制单元(10)，并且其中，该可充电电池(3)包括第一通信元件(25)，并且该动力工具(2)包括第二通信元件(29)，该第二通信元件能够连接到该第一通信元件(25)，其中，在连接状态下，能够在该第一通信元件与该第二通信元件(25，29)之间传输信号。

4.一种用于执行至少如权利要求1或2所述的通信方法的可充电电池(3)，该可充电电池包括控制器单元(23)，该控制器单元具有至少一个第一收发器(24)包括。

5.一种用于执行至少如权利要求1或2所述的通信方法的动力工具，该动力工具包括控制单元，该控制单元具有至少一个第二收发器包括。