DE102006000436B4 - Method for limiting a motor voltage - Google Patents
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Abstract
Verfahren zur Steuerung eines durch einen Akku (12) angetriebenen Motors (4), der ein spannungsabhängiges Drehzahlverhalten (LDV) aufweist, bei dem in einem ersten Schritt ein aktueller Wert einer Ausgangsspannung (UA) des Akkus (12) ermittelt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert (SW) verglichen wird, der einen unteren Spannungsbereich (LBu) begrenzt, über den hinweg ein Drehzahl-Spannungs-Verhältnis einer Motordrehzahl (dM) des Motors (4) zu der am Akku (12) abgreifbaren Ausgangsspannung (UA) von einem unteren Referenzwert (RWu) der Ausgangsspannung (UA) des Akkus (12) bis zum Schwellenwert (SW) eine erste mittlere Steigung aufweist, und bei einer detektierten Überschreitung des Schwellenwertes (SW) durch den aktuellen Wert in einem zweiten Schritt das Drehzahl-Spannungs-Verhältnis auf eine zweite mittlere Steigung zwischen dem Schwellwert (SW) und einem oberen Referenzwert (RWo) der Ausgangsspannung (UA) des Akkus (12) eingestellt wird, die kleiner als die erste mittlere Steigung ist, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite mittlere Steigung grösser Null ist.Method for controlling a motor (4) driven by a rechargeable battery (12), which has a voltage-dependent speed behavior (LDV), in which a current value of an output voltage (UA) of the rechargeable battery (12) is determined in a first step and with a predetermined threshold value (SW) which limits a lower voltage range (LBu) across which a speed-voltage ratio of an engine speed (dM) of the engine (4) to the output voltage (UA) tapped at the battery (12) from a lower reference value (RWu) of the output voltage (UA) of the battery (12) up to the threshold value (SW) has a first average slope, and in a detected exceeding of the threshold value (SW) by the current value in a second step, the speed-voltage ratio a second average slope between the threshold value (SW) and an upper reference value (RWo) of the output voltage (UA) of the battery (12) is set, which is smaller than the first average St is eigungs, characterized in that the second average slope is greater than zero.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Steuerung eines durch einen Akku angetriebenen Motors sowie ein Werkzeuggerät mit einer Steuereinrichtung zur Durchführung des Verfahrens, wobei der Motor ein spannungsabhängiges Drehzahlverhalten aufweist. Bei diesem Verfahren wird in einem ersten Schritt ein aktueller Wert der Ausgangsspannung des Akkus kontinuierlich oder zyklisch ermittelt und mit einem vorbestimmten Schwellenwert verglichen. Dieser Schwellenwert begrenzt einen unteren Spannungsbereich der Akkuspannung, der von einem unteren Referenzwert der Ausgangsspannung des Akkus bis zu besagtem Schwellenwert reicht. Der untere Referenzwert kann dabei beispielsweise durch einen Aktivierungswert eines Tiefentladeschutzes definiert oder frei gewählt sein. Über den Spannungsbereich hinweg weist ein Verhältnis einer Motordrehzahl des Motors zu einer am Akku abgreifbaren Ausgangsspannung, das als Drehzahl-Spannungs-Verhältnis bezeichnet ist und einer Funktion der Motordrehzahl über der Ausgangsspannung des Akkus entspricht, eine erste mittlere Steigung auf. Bei einer detektierten Überschreitung des Schwellenwertes durch den aktuellen Wert der Ausgangsspannung des Akkus wird in einem zweiten Schritt das Drehzahl-Spannungs-Verhältnis auf eine zweite mittlere Steigung eingestellt, die sich zwischen dem Schwellwert und einem oberen Referenzwert der Ausgangsspannung des Akkus ergibt. Das heisst die Motordrehzahl wird in Abhängigkeit des jeweilig ermittelten aktuellen Wertes der Ausgangsspannung des Akkus gesteuert. Dabei ist die zweite mittlere Steigung des Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses kleiner als die erste mittlere Steigung.The invention relates to a method for controlling a motor driven by a battery and a tool device having a control device for carrying out the method, wherein the motor has a voltage-dependent speed behavior. In this method, a current value of the output voltage of the battery is determined continuously or cyclically in a first step and compared with a predetermined threshold. This threshold limits a lower voltage range of the battery voltage, which ranges from a lower reference value of the output voltage of the battery up to said threshold. The lower reference value can be defined, for example, by an activation value of a deep discharge protection or chosen freely. Across the voltage range, a ratio of an engine speed of the engine to an output voltage tapped on the battery, referred to as a speed-to-voltage ratio, corresponding to a function of engine speed versus the output voltage of the battery, has a first average slope. In a detected exceeding of the threshold value by the current value of the output voltage of the battery in a second step, the speed-voltage ratio is set to a second average slope, which results between the threshold and an upper reference value of the output voltage of the battery. This means that the engine speed is controlled as a function of the respectively determined current value of the output voltage of the battery. In this case, the second average gradient of the speed-voltage ratio is smaller than the first average gradient.
Mit einem derartigen Verfahren kann sichergestellt werden, dass die Drehzahl des Motors jederzeit unterhalb eines kritischen Wertes liegt, bis zu dem das Handwerkzeuggerät zuverlässig arbeitet, wie beispielsweise das elektropneumatische Schlagwerk eines Bohrhammers.With such a method can be ensured that the speed of the motor is always below a critical value to which the hand tool reliably works, such as the electropneumatic hammer mechanism of a hammer drill.
Nachteilig an den bekannten Verfahren ist, dass unabhängig von der zur Verfügung stehenden Ausgangsspannung für verschiedene vorgesehene Betriebsmodi jeweils ein absolutes Maximum für die Drehzahl festgelegt wird, das zudem durch die Drehzahl im Leerlauf bestimmt ist.A disadvantage of the known method is that regardless of the available output voltage for different operating modes provided an absolute maximum for the speed is set, which is also determined by the speed at idle.
Somit steht bei einer derartigen Drehzahlbegrenzung auch unter Last lediglich eine limitierte Leistung zur Verfügung. Zudem fehlt einem Benutzer das gewohnte Verhalten des rein gesteuerten Werkzeuggerätes, das bei einem vollen Akku beziehungsweise geringerer Belastung eine höhere Drehzahl aufweist als bei einem teilweise entladenen Akku beziehungsweise einer höheren Last. Dies kann zu einem Fehlverhalten des Benutzers führen, wie beispielsweise einem regelmässigen zu frühen Wiederaufladen des Akkus. Aus diesen verfrühten Aufladevorgängen resultiert wiederum ein unnötiger Zeitverlust sowie die Gefahr von Beschädigungen am Akku durch zu häufige Ladevorgänge.Thus, with such a speed limitation, only limited power is available even under load. In addition, a user lacks the usual behavior of the purely controlled tool device that has a higher speed with a full battery or less load than with a partially discharged battery or a higher load. This can lead to a misbehavior of the user, such as a regular premature recharge of the battery. In turn, these premature recharge processes result in unnecessary loss of time and the risk of damage to the battery due to frequent recharges.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem Werkzeuggerät die genannten Nachteile zu vermeiden und auch bei einer Drehzahlbegrenzung ein gewohntes spannungsabhängiges Drehzahlverhalten des Werkzeuggerätes zu vermitteln.The present invention has for its object to avoid the disadvantages mentioned in a tool device and to convey a familiar voltage-dependent speed behavior of the tool device even with a speed limitation.
Erfindungsgemäss wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass die zweite mittlere Steigung grösser Null ist. Auf diese Weise erhält man trotz der Drehzahlbegrenzung auch oberhalb des Schwellwertes ein spannungsabhängiges Drehzahlverhalten, bei dem die Drehzahl bei einem voll geladenen Akku höher liegt als bei einem teilweise entladenen Akku und bei dem bei geringerer Last eine höhere Drehzahl herrscht. Hierdurch bleibt für den Benutzer der vollgeladene Zustand des Akkus weiterhin erkennbar, so dass er zu keinem verfrühten Ladevorgang veranlasst wird.According to the invention, the object is achieved in that the second average slope is greater than zero. In this way, despite the speed limitation and above the threshold value, a voltage-dependent speed behavior is obtained in which the speed is higher for a fully charged battery than for a partially discharged battery and for which a lower speed results in a higher speed. As a result, the fully charged state of the battery remains recognizable to the user, so that it is not caused to premature charging.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform beträgt die zweite mittlere Steigung 0,1 bis 0,5 der ersten mittleren Steigung. Hierdurch ist die Steigung über einen oberen Spannungsbereich, der nach unten durch den Schwellenwert begrenzt ist, ausreichend flach, um die Motorspannung beziehungsweise die Drehzahl wirksam unter einen kritischen Wert begrenzen zu können. Andererseits ist bei dieser Steigung im oberen Spannungsbereich bei gleich bleibender Betriebsart die Drehzahländerung in Folge einer unterschiedlichen Akkuspannung ausreichend deutlich vom Benutzer erkennbar.In a particularly preferred embodiment, the second mean slope is 0.1 to 0.5 of the first mean slope. As a result, the slope over an upper voltage range, which is limited by the threshold down, sufficiently flat to effectively limit the motor voltage or the speed below a critical value can. On the other hand, the speed change due to a different battery voltage is sufficiently clearly recognizable by the user in this slope in the upper voltage range with the same operating mode.
Vorteilhafterweise ist der untere Referenzwert wenigstens 10% kleiner als der Schwellenwert, wodurch die erste mittlere Steigung relativ unabhängig von betriebsbedingten Toleranzen des Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses festgelegt werden kann.Advantageously, the lower reference value is at least 10% less than the threshold, whereby the first average slope can be set relatively independent of operational tolerances of the speed-voltage ratio.
Bevorzugterweise ist der obere Referenzwert durch eine maximal mögliche Ausgangsspannung des Akkus definiert, wodurch auch die zweite mittlere Steigung relativ unabhängig von den betriebsbedingten Toleranzen des Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses festgelegt werden kann. Alternativ hierzu kann der Referenzwert auch durch eine nominale Nennspannung des Akkus definiert sein.Preferably, the upper reference value is defined by a maximum possible output voltage of the battery, whereby the second middle Slope can be set relatively independent of the operational tolerances of the speed-voltage ratio. Alternatively, the reference value may also be defined by a nominal nominal voltage of the battery.
Vorteilhaft ist es, wenn der Schwellenwert höchstens 30% kleiner als eine nominelle Nennspannung des Akkus ist. Hierbei kann beispielsweise bei Verwendung mehrerer Akkutypen der Schwellenwert relativ nahe an der Nennspannung des Akkus mit der niedrigsten Spannungslage liegen, um dadurch auch mit diesem Akku eine hohe Leistung abrufen zu können.It is advantageous if the threshold is at most 30% smaller than a nominal nominal voltage of the battery. In this case, for example, when using multiple types of batteries, the threshold may be relatively close to the rated voltage of the battery with the lowest voltage, thereby also be able to retrieve high performance with this battery can.
Vorteilhafterweise steigt das spannungsabhängige Drehzahlverhalten vom Schwellenwert zum oberen Referenzwert monoton, wodurch das spannungsabhängige Drehzahlverhalten für den Benutzer über den gesamten oberen Spannungsbereich hinweg gleich gut zu erkennen ist.Advantageously, the voltage-dependent speed behavior increases monotonically from the threshold value to the upper reference value, whereby the voltage-dependent speed behavior for the user over the entire upper voltage range can be recognized equally well.
Ferner ist es besonders günstig, wenn der Schwellenwert verstellbar ist, um das Werkzeuggerät an verschiedene Betriebsbedingungen anpassen zu können.Furthermore, it is particularly advantageous if the threshold value is adjustable in order to be able to adapt the tool device to different operating conditions.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform erfolgt die Einstellung der Motordrehzahl auf die zweite mittlere Steigung mittels Pulsweitenmodulation, wodurch eine besonders exakte Steuerung der Drehzahl möglich ist.In a particularly advantageous embodiment, the setting of the engine speed to the second average slope by means of pulse width modulation, whereby a particularly accurate control of the speed is possible.
Ferner wird die Aufgabe durch ein Werkzeuggerät mit einer Steuereinrichtung gelöst, die eine Elektronikeinrichtung zur Durchführung des Verfahrens in den genannten Varianten aufweist.Furthermore, the object is achieved by a tool device having a control device, which has an electronic device for carrying out the method in the variants mentioned.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Es zeigen:The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. Show it:
Die Steuereinrichtung
In
Wie hieraus zu entnehmen ist, gibt das ladezustandabhängige Drehzahlverhalten LDV den Verlauf eines Drehzahl-Spannungs-Verhältnisses der Motordrehzahl dM über der Ausgangsspannung UA des Akkus
Oberhalb des Schwellenwertes SW weist das spannungsabhängige Drehzahlverhalten LDV über einen oberen Spannungsbereich LBo hinweg, eine zweite mittlere Steigung auf. Der obere Spannungsbereich LBo ist dabei durch den Bereich zwischen dem vorbestimmten Schwellenwert SW und einem oberen Referenzwert RWo definiert. Hierbei kann der obere Referenzwert RWo beispielsweise durch eine maximal mögliche Ausgangsspannung oder eine Nennspannung des Akkus
Die zweite mittlere Steigung liegt in einem Bereich von 0,1 bis 0,5 der ersten mittleren Steigung. Dabei weist das Drehzahl-Spannungs-Verhältnis über beide Spannungsbereiche LBu, LBo einen monoton steigenden Verlauf auf.The second average slope is in a range of 0.1 to 0.5 of the first mean slope. In this case, the speed-voltage ratio over both voltage ranges LBu, LBo on a monotonically increasing course.
Um den Motor
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