CN1960105B - 用于过度放电保护的方法、蓄电池组件及蓄电池手工工具 - Google Patents

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Abstract

用于对具有串联连接的电池组(2a，2b)的蓄电池组件(1’)进行过度放电保护以可靠阻止蓄电池组件由于最弱单体电池(3)转换极性而过度放电的方法，具有重复进行的差测量步骤(8)，用于检测表明最弱电池(3)可能发生极性转换的事件([Θ])，其中检查两个数量相同的电池组(2a，2b)之间电压差随时间变化的数值是否超过差阈值(SD)，该阈值将恰好一个电池组(2a，2b)中最弱单体电池(3)的快速极性转换可靠地与通常放电特征线期间两个电池组(2a，2b)之间电压差随时间缓慢波动而最弱电池(3)不发生极性转换区分开。此外还介绍具有用于执行该方法的控制电路(5’)的蓄电池组件(1’)和蓄电池手工工具(7)。

Description

用于过度放电保护的方法、蓄电池组件及蓄电池手工工具
技术领域
本发明涉及一种用于具有电池组(Zellgruppe)的蓄电池组件(Akkupacks)的过度放电保护，尤其是用于蓄电池手工工具(Akkuhandwerkzeugmaschinen)的过度放电保护， 
背景技术
根据EP743736，蓄电池手工工具具有集成在电动机控制装置中的用于蓄电池组件的充电状态的控制电路，其在低于预定极限值时断开蓄电池组件或蓄电池手工工具。 
在蓄电池组件过度放电时，具有最小容量的电池(Zelle)被转换极性。因此，一个电池的一次过度放电就可能破坏整个蓄电池组件。为了避免这种破坏，可以在过度放电保护中利用电压监控检查每个单体电池是否低于阈值电压，但这在具有很多电池的蓄电池组件中意味着不经济的高布线成本。因此，通常分别检查多个电池组上的绝对组电压(Gruppenspannung)，由此将布线成本降低到经济上合理的、数量较少的电池组。但因此无法直接分别检定各个电池，因此难以防止单个电池的极性转换。 
此外，根据US6020743，在蓄电池组件中，在充电过程期间确定两个数量相同、串联连接的电池组之间的电压差随时间的变化。基于蓄电池组件的电荷随时间增多的充电方法不适用于在电荷随时间减少的、通过耗电器放电的过程中的过度放电保护。 
发明内容
本发明要解决的技术问题是实现一种用于具有电池组的蓄电池组件的过度放电保护，其在放电过程中可靠地防止各个电池的极性转 换。 
该技术问题主要是通过根据本发明的方法、根据本发明的蓄电池组件和根据本发明的蓄电池手工工具解决的。 
因此，一种用于对具有串联连接的电池组的蓄电池组件进行过度放电保护以可靠地阻止蓄电池组件由于一个最弱的单体电池转换极性而过度放电的方法包括随时间重复的差测量步骤(Differenzmessschritt)，以检测表明可能发生极性转换的事件，其中检查两个数量相同的电池组之间的电压差随时间变化的数值是否超过差阈值，该差阈值将恰好一个电池组中一个最弱的单体电池的快速极性转换可靠地与通常放电特征线期间两个电池组之间电压差随时间缓慢波动而一个最弱的单体电池不发生极性转换区分开来。 
由于在蓄电池组件的两个电池组负荷相同时，每个电池组中单体电池同时转换极性的可能性非常小，所以反过来可以通过对差测量的时间分析可靠地检测到每个电池箱中恰好一个电池(开始发生)的极性转换。由于电池的极性转换过程本身虽然比较快，但却是时间连续的过程，因此可以由过度放电保护在极性转换还处于可逆转的范围时就阻止蓄电池组件的继续放电，这又可以自动地或通过利用相应的公知逆转方法恢复。 
优选地，差阈值的数值在0.2V到1.0V之间(取决于电池数和电池技术如镍金属氢化物(NiMH)、镍镉(NiCd)或锂离子(Li-lon)、锂聚合物(Li-Polymer：Lithium-Polymer)，由此足够可靠地抑制两个电池组之间电压差的缓慢波动，但还在可逆范围内就可靠检测到开始进行的极性转换。 
优选地，在时间上周期地用0.1s至10s、更为有利的是0.1s至1s区间内的差步骤间隔重复差测量步骤，由此在可逆范围内及时地可靠检测到开始进行的、较快变化的极性转换。 
优选的，在另一个重复进行的、用于检测表明可能发生极性转换的事件的绝对测量步骤(Absolutmessschritt)中，检查蓄电池组件的总电压和/或两个电池组的各组电压是否低于绝对阈值，由此可靠地防止电池的极性转换概率被整体提高。 
优选地，在差测量步骤以及可选的绝对测量步骤后按情况而定的分离步骤中，在出现表明可能发生极性转换的事件时，将蓄电池组件与耗电器电分离开，由此与用户的中间电路(Zwischenschaltung)无关地防止过度放电。 
优选地，对应于过度放电保护的控制电路完全设置在蓄电池组件内，更为优选的是集成在微控制器内，由此可以经济地大批量制造其。 
优选地，蓄电池组件具有两个、更为优选的是具有恰好两个串联连接的电池组，每个电池组具有数量在5到20个之间的、相同数量的电池，更为优选的是恰好15个，由此利用0.5V到4.0V(Li-Ion)之间的与类型有关的电池电压提供例如18V或36V的、高效蓄电池手工工具所需要的高工作电压。 
可替换地，对应于过度放电保护的控制电路完全集成在蓄电池手工工具的电动机控制装置中，该蓄电池手工工具包括相应的蓄电池组件和进行驱动的电动机，该蓄电池组件具有电气设置在两个、更为优选的是恰好两个串联连接并分别具有相同数量电池的电池组之间的中间电压接头(Mittelspannungskontakt)，由此尤其是可以使用电动机控制装置的功率开关元件(继电器或功率半导体)，并因此可以使用自身无过度放电保护的简单蓄电池组件。 
附图说明
下面参照优选实施例详细解释本发明： 
图1示出具有集成的过度放电保护的蓄电池组件， 
图2示出具有集成的过度放电保护的蓄电池手工工具， 
图3示出蓄电池组件的放电图， 
图4示出过度放电保护的方法。 
具体实施方式
根据图1，具有恰好两个串联连接的电池组2a、2b的单个蓄电 池组件1包括完全设置在蓄电池组件1内部、微控制器形式的控制电路4，其中每个电池组包括X＝15个单体镍镉(NiCd)电池3，每个电池具有1.2V(根据负载电流IL为0.5V到1.2V)的电池电压UZ(图3)，该微控制器具有受程序控制的用于过度放电保护的方法算法5以及集成的半导体功率开关形式的功率开关元件6。 
可替换地，根据图2，具有中间电压接头19的蓄电池组件1’与具有电动机20作为耗电器的36V蓄电池手工工具7连接，其中中间电压接头19分接恰好两个串联连接的电池组2a、2b之间的中间电压，每个电池组包括X＝15个单体镍镉(NiCd)电池3，每个电池具有1.2V的电池电压UZ(图3)，作为过度放电保护发挥作用的控制电路4’完全通过蓄电池手工工具7的由微控制器控制的电动机控制装置构成，包括受程序控制的方法算法5’和继电器形式的电子控制的功率开关元件6’。 
根据图3中所示出的放电过程的电压U-时间t图，用于为具有两个数量相同并串联连接的电池组2a、2b(图1、图2)的蓄电池组件1’(图1、图2)可靠抑制通过一个最弱单体电池3(图1、图2)的极性转换所发生的过度放电的过度放电保护方法是基于对表明可能发生极性转换的事件[Θ：Theta]的及时检测。第一组电压UI表示以最弱电池3(图1、图2)的极性转换为条件的快速极性转换过程，其具有对应于电池电压UZ的快速电压变化。为了检测表明可能发生极性转换的事件[Θ：Theta]，如果两个分别对应于一个电池组2a、2b的组电压UI、UII之差在周期性连续的差步骤间隔T＝1s内随时间快速变化的数值超过差阈值SD＝0.8V(根据负载电流IL成反比(umgekehrtproportional))，或者两个缓慢变化的组电压UI、UII之一绝对低于绝对阈值SA＝0.7V×电池3/电池组2a、2b，则分别检测到表明可能发生极性转换的事件[Θ：Theta]。 
根据图4，用于过度放电保护的受程序控制的方法算法5’(图1、图2)包括在程序循环中多次重复的差测量步骤8，用于检测表明可能发生极性转换的事件[Θ：Theta]。在该差测量步骤8中，在差模块9 中确定两个组电压UI、UII的差值在周期性连续的差步骤间隔T内随时间的变化，并且在差比较器10中将其与差阈值SD比较，其中在超过时通知事件[Θ：Theta]。进一步，在另一个用于检测表明可能发生极性转换的事件[Θ：Theta]的重复进行的绝对测量步骤11中，在绝对模块12中独立地计算每个电池组2a、2b(图1、图2)的组电压UI、UII以及其和的一半，并在绝对比较器13中检查是否低于绝对阈值SA，其中在低于时通知事件[Θ：Theta]。在随后仅在通知了事件[Θ]时按情况而实施的分离步骤14中，通过到功率开关元件6’(图2)的开关信号将蓄电池组件1’(图1、图2)与耗电器(图2中的蓄电池手工工具7)电分离开。 

Claims (6)

1.一种用于对具有串联连接的电池组(2a，2b)的蓄电池组件(1)进行过度放电保护以可靠阻止蓄电池组件(1)由于一个最弱的单体电池(3)转换极性而过度放电的方法，其特征在于，具有时间上重复进行的差测量步骤(8)，用于检测表明最弱的单体电池(3)可能发生极性转换的事件([Θ])，其中检查两个在数量方面相同的电池组(2a，2b)之间的电压差随时间的变化在数值上是否超过差阈值(SD)，所述差阈值将恰好一个电池组(2a，2b)中一个最弱的单体电池(3)的快速极性转换可靠地与通常的放电特征线期间两个电池组(2a，2b)之间电压差随时间缓慢波动而最弱的单体电池(3)不发生极性转换区分开来；
在时间上周期地以0.1s至10s范围内的差步骤间隔(T)重复所述差测量步骤(8)。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述差阈值(SD)在0.5V到1.0V之间。
3.根据权利要求1至2中任一项所述的方法，其特征在于，在另一个时间上重复的、用于检测表明可能发生极性转换的事件([Θ])的绝对测量步骤(11)中，检查蓄电池组件(1)的总电压和/或两个电池组(2a，2b)的组电压(UI，UII)是否低于绝对阈值(SA)。
4.一种具有两个串联连接的电池组(2a，2b)的蓄电池组件，其中每个电池组分别包括相同数量的电池(3)，其特征在于，用于执行根据权利要求1至3中任一项所述方法的控制电路(5)完全被设置在蓄电池组件内。
5.根据权利要求4所述的蓄电池组件，其特征在于，对于每个电池组(2a，2b)，电池(3)的总数在5到20个之间。
6.一种具有蓄电池组件(1’)和进行驱动的电动机(20)的蓄电池手工工具，其中所述蓄电池组件(1’)具有电气设置在两个串联连接并分别具有相同数量电池(3)的电池组(2a，2b)之间的中间电压接头(19)，其特征在于，用于执行根据权利要求1至3中任一项所述方法的控制电路(5’)完全被集成在所述电动机(20)的电动机控制装置中。
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