ITPD20110144A1 - Apparecchiatura portatile per l'alimentazione e il controllo di attrezzi elettrici, particolarmente per uso agricolo - Google Patents

Description

APPARECCHIATURA PORTATILE PER L'ALIMENTAZIONE E IL CONTROLLO DI ATTREZZI ELETTRICI, PARTICOLARMENTE PER USO AGRICOLO

DESCRIZIONE

Il presente trovato ha per oggetto un'apparecchiatura portatile per l'alimentazione e il controllo di attrezzi elettrici, particolarmente per uso agricolo.

Apparecchiature di questo tipo, benché concepite particolarmente per uso agricolo, possono essere impiegate anche per altri usi che necessitino dell'utilizzo di dispositivi in mancanza di una presa di alimentazione elettrica.

È infatti noto che molte apparecchiature portatili sono costituite da un dispositivo comprendente un particolare utensile, scelto fra una serie di utensili in funzione dell'attività che l'utente si propone di svolgere, un motore elettrico, che provvede all'azionamento di tale utensile, e da una batteria ricaricabile che fornisce la corrente elettrica necessaria per il funzionamento dell'apparecchiatura senza una presa di corrente. Alcuni tipi noti di apparecchiature prevedono che la batteria si trovi a bordo del dispositivo (trapani, avvitatori,ecc.), mentre, in un'ulteriore configurazione, essa costituisce un corpo a parte trasportabile, ad esempio in appositi zaini, collegato al dispositivo mediante cavi di alimentazione elettrica.

Per entrambe le versioni sono noti sistemi elettrici in cui dalla batteria al dispositivo avviene un collegamento unicamente per la fornitura di energia.

Per un corretto funzionamento sarebbe invece necessario che la batteria fornisse potenza e tensione in accordo con i parametri di funzionamento del dispositivo in uso. I parametri di funzionamento delle batterie e dei dispositivi sono infatti differenti in base al dispositivo montato e, pertanto, durante la progettazione non si può fare riferimento ai parametri di un unico dispositivo. Il montaggio di dispositivi differenti potrebbe quindi richiedere l'utilizzo di batterie con pesi e ingombri differenti.

Inoltre, in caso di malfunzionamento, molto spesso l'utilizzatore non dispone di informazioni che gli permettano di conoscerne le cause e, di conseguenza, sono necessari costosi interventi di manutenzione.

Secondo il brevetto EP2033742A2, tali inconvenienti sono stati ovviati mettendo a punto un'apparecchiatura elettroportatile polivalente caratterizzata dalla presenza di un sistema di comunicazione che consente uno scambio di informazioni relativamente al tipo, alla condizione e al funzionamento del dispositivo e della batteria tra loro collegati. Questo sistema consente di adattare, se necessario, i parametri di funzionamento del dispositivo in funzione delle caratteristiche della batteria collegata e/o di adattare i parametri di funzionamento della batteria in funzione dei parametri di funzionamento del dispositivo in uso.

Il sistema di comunicazione descritto nel brevetto comprende un modulo di controllo e di comando del dispositivo, costituito da una scheda elettronica configurata per trasmettere alla batteria informazioni relative al tipo, allo stato e al funzionamento del dispositivo, ed un modulo di controllo e di gestione della batteria costituito da una scheda elettronica configurata per trasmettere al dispositivo informazioni relative al tipo, allo stato e al funzionamento della batteria collegata.

Inoltre, il dispositivo contiene un codice che permette alla batteria di identificarlo, mentre la batteria à ̈ dotata di un sistema di riconoscimento di tale codice; viceversa, la batteria contiene un codice che permette al dispositivo di identificarla, mentre il dispositivo à ̈ dotato di un sistema per il riconoscimento di tale codice. I sistemi di riconoscimento si attivano nel momento in cui le due entità vengono elettricamente collegate.

Sempre secondo tale invenzione, l'interfaccia di comunicazione tra dispositivo e batteria può essere realizzato mediante una connessione a filo o anche senza filo.

Un'apparecchiatura così concepita consente di adattare il funzionamento delle due entità migliorando il rendimento dell'apparecchiatura stessa. La possibilità di utilizzare una medesima batteria per un qualunque dispositivo scelto fra più dispositivi caratterizzati da parametri di funzionamento differenti, e di poter associare una qualunque batteria scelta fra più batterie presentanti parametri di funzionamento differenti, implica come principale vantaggio un'apprezzabile riduzione dei costi di equipaggiamento.

Secondo il sopraccitato brevetto, un'ulteriore vantaggio del trovato deriva dalla possibilità, da parte dell'elettronica di controllo, di memorizzare le informazioni fornite dal dispositivo e dalla batteria e di renderle accessibili per la diagnostica, trasmettendole all'utente in tempo reale.

Questi apparati denotano però ancora alcuni inconvenienti.

Infatti, il fatto che la comunicazione tra le due entità avvenga mediante schede elettroniche montate sia sulla batteria che sul dispositivo, implica sostenere costi di produzione e di manutenzione di entrambe le schede, oltre alla loro gestione elettronica.

Inoltre, per lo stesso motivo appena riportato, peso e ingombro ne risultano inevitabilmente aumentati, contrariamente a quanto ci si aspetterebbe per un'apparecchiatura portatile.

Un ulteriore inconveniente à ̈ legato al sistema di ricarica del pacco batteria, spesso denominato BMS (Battery Management System). Spesso tale sistema sfrutta un bilanciamento di tipo passivo, cioà ̈ bilancia le celle del pacco batteria rispetto alla cella più scarica dissipando, mediante resistenze, l'energia in eccesso presente nelle celle più cariche prima della successiva ricarica. Questo tipo di processo non à ̈ però sufficientemente affidabile e, comportando uno spreco di energia, risulta anche poco efficiente.

Compito precipuo del presente trovato à ̈ quello di ovviare agli inconvenienti sopra esposti realizzando un'apparecchiatura portatile con sistemi di comunicazione semplificati e di peso e ingombro ridotti rispetto alle versioni già presenti sul mercato.

Altro scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un'apparecchiatura portatile che possa essere proposta al mercato ad un costo competitivo.

Un ulteriore scopo del trovato à ̈ quello di realizzare un'apparecchiatura portatile che presenti costi di manutenzione ridotti rispetto alle versioni già esistenti.

Non ultimo scopo del trovato à ̈ quello di rendere affidabile ed efficiente il processo di ricarica del pacco batteria.

Questo compito, nonché questi ed altri scopi che meglio appariranno in seguito, sono raggiunti da un'apparecchiatura portatile, comprendente un dispositivo, costituito da un motore elettrico e da un utensile, detto dispositivo essendo scelto tra una pluralità di dispositivi differenti con le proprie impostazioni operative, e da una batteria per l'alimentazione di detto motore elettrico azionante l'utensile, caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di comunicazione atto a consentire il passaggio di informazioni unidirezionale da detto dispositivo verso detta batteria; detto sistema di comunicazione essendo costituito da un microcontrollore, dotato di un mezzo di identificazione, accoppiato a detto dispositivo e da un'elettronica di controllo accoppiata a detta batteria, per l'identificazione del dispositivo.

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente dalla descrizione di una forma di esecuzione preferita, ma non esclusiva, dell'apparecchiatura secondo il trovato, illustrata a titolo esemplificativo e non limitativo, negli uniti disegni, in cui:

- la figura 1 illustra l'apparecchiatura secondo il trovato in vista prospettica in esploso;

- la figura 2 illustra in vista prospettica alcuni esempi di diversi dispositivi a cui à ̈ applicabile l'invenzione;

- la figura 3 illustra uno schema semplificato del sistema di comunicazione.

Con riferimento alle figure citate, l'apparecchiatura secondo il trovato, indicata globalmente con il numero di riferimento 11, comprende un dispositivo 12, costituito da un motore 13 e da un utensile 14, e connesso, tramite il cavo di comunicazione e di alimentazione elettrica 15, alla batteria 16.

In relazione alle necessità dell'utente, il dispositivo 12, raffigurante a titolo esemplificativo una sega a catena, potrà essere sostituito con altri dispositivi, come ad esempio il tagaliasiepi 12a, il potatore a catena 12b, l'abbacchiatore 12c..., ognuno presentate i propri caratteristici parametri di funzionamento ed il proprio microcontrollore 17 con il mezzo di identificazione.

Il pacco batteria 18 à ̈ costituito da un certo numero di celle 19 e alloggiato in un corpo scatolare 20 in cui à ̈ connesso all'elettronica di controllo 21 che, a sua volta, à ̈ connessa ad uno dei dispositivi 12, ad esempio un tagliasiepi 12a, un potatore a catena 12b, un abbacchiatore 12c..., mediante il cavo di alimentazione e di comunicazione 15 che si collega al connettore 22 del dispositivo.

L'elettronica di controllo 21 ha la peculiarità di contenere sia la struttura logica che governa lo scambio di informazioni, che un sistema BMS con bilanciamento attivo, che gestisce la ricarica e la scarica del pacco batteria 18, ed un inverter per la gestione della corrente.

Il funzionamento dell'apparecchiatura secondo il trovato à ̈ il seguente.

Il dispositivo 12 più idoneo al lavoro da svolgere viene scelto tra una pluralità di dispositivi diversi (12a, 12b, 12c,..) e collegato alla batteria 16 mediante un cavo 15 che fornisce l'alimentazione elettrica al motore 13 del dispositivo 12 e che connette le due entità 21 e 17 del sistema di comunicazione. Infatti, dal momento in cui il dispositivo 12 viene collegato alla batteria 16, il microcontrollore 17 viene alimentato ed espone il suo identificativo all'elettronica di controllo 21. In tal modo l'elettronica di controllo riceve informazioni relative al tipo di dispositivo collegato. Quando il microcontrollore 17 trasmette unidirezionalmente alla batteria i dati che identificano univocamente il dispositivo, permette all'inverter di selezionare i parametri di funzionamento corretti per il dispositivo in uso. Mediante l'inverter la batteria fornisce di conseguenza l'uscita di potenza e di voltaggio richiesti.

Per quanto riguarda la gestione del pacco batteria, durante il processo di ricarica il BMS con bilanciamento attivo assorbe dall'alimentatore esterno solo l'energia necessaria al completamento della ricarica di ogni singola cella, monitora lo stato delle celle e le bilancia prelevando l'energia da quelle più cariche per trasferirla a quelle più scariche, mantenendo le celle allo stesso livello di carica.

È da notare che l'elettronica di controllo lavora in modo interamente digitale, rendendo il sistema di comunicazione e di carica delle batterie, gestito dal sistema di bilanciamento attivo, più affidabile e flessibile.

Il BMS attivo à ̈ in grado di gestire svariate tipologie di batterie esistenti sul mercato, Liion, Ni-Mh, Ni-Cd..., e l'utensile può contenere uno o più motori elettrici (PMSM, asincrono trifase..).

Vantaggiosamente, il dispositivo contiene solo un microcontrollore dotato di un mezzo di identificazione, pertanto solo il dispositivo si identifica con la batteria, ma la batteria non si identifica con il dispositivo e non trasmette alcun dato al dispositivo relativamente alla batteria collegata. In tal modo il pilotaggio à ̈ svolto interamente dalla batteria.

Si à ̈ in pratica constatato come l'apparecchiatura secondo il trovato permetta di ridurre il peso e l'ingombro grazie all'alloggiamento dell'elettronica di controllo interamente nella batteria.

Inoltre, l'integrazione dell'inverter e del BMS attivo nell'elettronica di controllo, permette di ridurre i costi di produzione e l'energia necessaria per alimentare il sistema.

Un'ulteriore vantaggio dell'apparecchiatura risiede nell'utilizzo di un sistema di controllo interamente digitale che, oltre a ridurne l'ingombro finale, risulta più affidabile e più efficace.

Benché l'apparecchiatura secondo il trovato sia stata concepita particolarmente per uso agricolo, potrà comunque essere impiegata per altri usi che necessitino dell'utilizzo di dispositivi in mancanza di una presa di alimentazione elettrica. L'apparecchiatura, così concepita, à ̈ suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell'ambito del concetto inventivo; inoltre, tutti i dettagli potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti.

In pratica i materiali impiegati, purché compatibili con l'uso specifico, nonché le dimensioni, potranno essere qualsiasi secondo le esigenze e lo stato della tecnica.

Ove le caratteristiche e le tecniche menzionate in qualsiasi rivendicazione siano seguite da segni di riferimento, tali segni di riferimento sono stati apposti al solo scopo di aumentare l’intelligibilità delle rivendicazioni e di conseguenza tali segni di riferimento non hanno alcun effetto limitante sull’interpretazione di ciascun elemento identificato a titolo di esempio da tali segni di riferimento.

Claims (4)

1. RIVENDICAZIONI 1. Apparecchiatura portatile per l'alimentazione e il controllo di attrezzi elettrici, particolarmente per uso agricolo, comprendente un dispositivo (12), costituito da un motore elettrico (13) e da un utensile (14), detto dispositivo (12) essendo scelto tra una pluralità di dispositivi differenti (12, 12a, 12b, 12c,..) con le proprie impostazioni operative, e da una batteria (16) per l'alimentazione di detto motore elettrico (13) azionante l'utensile (14), caratterizzata dal fatto di comprendere un sistema di comunicazione atto a consentire il passaggio di informazioni unidirezionale da detto dispositivo (12) verso detta batteria (16); detto sistema di comunicazione essendo costituito da un microcontrollore (17), dotato di un mezzo di identificazione, accoppiato a detto dispositivo (12) e da un'elettronica di controllo (21) accoppiata a detta batteria (16), per l'identificazione del dispositivo (12).
2. 2. Apparecchiatura, secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detta batteria (16) non à ̈ dedicata a detto tipo di dispositivo (12), può essere di differente natura chimica, scelta fra batterie Li-ion, Ni-Mh, Ni-Cd e altre simili, e costituita da un variabile numero di celle (19).
3. 3. Apparecchiatura, secondo le rivendicazioni 1 e 2, caratterizzato dal fatto che detta elettronica di controllo (21), alloggiante all'interno di detta batteria (16), comprende un sistema di controllo attivo del processo di carica e di scarica delle celle (19) del pacco batteria (18) ed un inverter per la gestione dei parametri di funzionamento.
4. 4. Apparecchiatura, secondo le rivendicazioni precedenti, caratterizzato dal fatto di comprendere un connettore (15) costituito da conduttori per l'alimentazione di detto dispositivo e da cablaggi dedicati allo scambio di informazioni tra detto dispositivo (12) e detta batteria (16).