專利名稱：用于運(yùn)行電池供電的電器具的裝置和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電池供電的電器具的方法以及裝置，其中， 借助脈沖寬度調(diào)制對電池的放電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)。開頭所述類型的方法尤其 用于調(diào)節(jié)電池供電的工具機(jī)的電流需求。
背景技術(shù)：
由現(xiàn)有技術(shù)已知，工具機(jī)，如磨削機(jī)、起子機(jī)、鉆孔機(jī)或手持式圓鋸 機(jī)裝備有電池，從而不依賴于電網(wǎng)也可以使用這些設(shè)備。在此，尤其是在 使用可重復(fù)充電電池的情況下實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行，這些電池在使用之后可以 借助充電設(shè)備從公共電網(wǎng)或者機(jī)動(dòng)車的車載電網(wǎng)中充電，以便再次使用。
此外，由現(xiàn)有技術(shù)已知，在工具機(jī)的能量需求變化時(shí)，借助脈沖寬度 調(diào)制來調(diào)節(jié)從電池中獲取的電流。在此，從電池中獲取電流脈沖，這些電 流脈沖比所需要的驅(qū)動(dòng)電流更高。各個(gè)電流脈沖通過間歇時(shí)間彼此分開， 在這些間歇時(shí)間中所獲取的電流比所需要的驅(qū)動(dòng)電流更低。視具體情況而 定，所獲取的電流在間歇時(shí)間中可以降到零。通過對脈沖長度和脈沖之間 的間歇時(shí)間進(jìn)行調(diào)節(jié)來調(diào)整所期望的有效電流并因此在給定電壓情況下調(diào) 整輸送給設(shè)備的有效功率。
然而，所述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是，用于具有高功率需求的工具機(jī)的電池 要么在工具機(jī)運(yùn)行時(shí)很快地放電要么很大且不輕便。此外還會(huì)產(chǎn)生這樣的 問題，即具有高能量的電池被視為危險(xiǎn)品，這使得電池的存儲(chǔ)、生產(chǎn)和銷 售變得更加困難。

發(fā)明內(nèi)容
因此，由所述現(xiàn)有技術(shù)出發(fā)，本發(fā)明的任務(wù)在于，提供一種用于運(yùn)行 電器具的方法和裝置，借助該方法能夠簡單并且低成本地運(yùn)行具有高能量 需求的電動(dòng)工具。根據(jù)本發(fā)明，所述任務(wù)通過一種用于運(yùn)行電池供電的電器具的方法來 解決，在該方法中，借助脈沖寬度調(diào)制對電池的放電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中， 提供至少一個(gè)第一電池和至少一個(gè)第二電池，并且基本上在第二電池的脈 沖間歇中輸出第一電池的電流脈沖。
此外，所述任務(wù)的解決還在于一種用于在多個(gè)并聯(lián)的電池放電時(shí)進(jìn)行 電流調(diào)節(jié)的裝置，在該裝置中，每個(gè)電池可通過一個(gè)對應(yīng)的開關(guān)元件與一 個(gè)負(fù)載相連接并且與一個(gè)控制電路相連接，借助該控制電路可以控制該開 關(guān)元件，使得由電池輸出的功率可以通過對電流的脈沖寬度調(diào)制來控制， 并且該裝置被設(shè)置用于每次將多個(gè)電池中的恰好一個(gè)電池與負(fù)載進(jìn)行連 接。
根據(jù)本發(fā)明提出，借助兩個(gè)或者多個(gè)電池同時(shí)給一個(gè)電動(dòng)工具供電。 由此增大了可供使用的功率和可供使用的電池容量。在電池放電時(shí)，通過 脈沖寬度調(diào)制來調(diào)節(jié)所獲取的功率。這意味著，從每個(gè)電池獲取各個(gè)也可 以比所需要的驅(qū)動(dòng)電流大的電流脈沖。在每個(gè)電流脈沖之后是一個(gè)間歇， 在該間歇中，所獲取的電流比所需要的驅(qū)動(dòng)電流小。優(yōu)選但不必須的是， 電流在間歇時(shí)間期間下降到零。通過對脈沖長度和脈沖之間的間歇時(shí)間的 調(diào)節(jié)來調(diào)整每個(gè)電池的期望的有效放電電流。
此外提出，這樣地組合多個(gè)電池的經(jīng)過脈沖寬度調(diào)制后的電流，使得 一個(gè)電池的電流脈沖在另一個(gè)電池或另一些電池的脈沖間歇中接通。因此， 所涉及的電池以短的時(shí)間間歇交替地放電。因此在使用者看來，得到了并 行的放電。
根據(jù)本發(fā)明的放電方法適用于所有己經(jīng)知道的電池，即原電池以及可 可再充電的蓄電池，例如鎳鎘蓄電池、鎳氫蓄電池、鋰離子蓄電池或鋰聚 合物蓄電池以及其它的、這里未明確指出的類型。
本發(fā)明意義上的電池包含至少一個(gè)電池單元或蓄電池單元。為了提高 電壓、饋電能力或容量，電池可以具有多個(gè)單元，這些單元彼此串聯(lián)和/或 并聯(lián)地連接。在此，所述連接可以直接地，即通過跳線或者借助有源或無 源的結(jié)構(gòu)元件進(jìn)行，例如電阻、電感或者晶體管。除此之外，電池可以包 含其它的結(jié)構(gòu)元件，例如用于探明容量的電路、用于對單元類型進(jìn)行編碼 的電路、用于確定各個(gè)電池單元的老化的電路等等。
5在本發(fā)明的一種擴(kuò)展方案中，荷電狀態(tài)較高的電池，即存儲(chǔ)了較大電 荷量的電池比荷電狀態(tài)較低的電池承受的負(fù)荷更強(qiáng)。荷電狀態(tài)可以以該方 式部分地或者完全地相互均衡。具有不同荷電狀態(tài)的電池既可以涉及不同 的電池種類，也可以涉及名義上相同種的電池，但其因?yàn)橥驮膮?shù) 差異或者因?yàn)殡姵氐念A(yù)先使用而具有不同的荷電狀態(tài)。
為了均衡荷電狀態(tài)，在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中可以規(guī)定，首先使具 有更高的荷電狀態(tài)的電池放電，直到其達(dá)到具有更低的荷電狀態(tài)的電池的 荷電狀態(tài)。然后，使這兩個(gè)電池交替地放電直至放電終了電壓。然而，在 本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中也可以規(guī)定，如此地匹配兩個(gè)經(jīng)脈沖寬度調(diào)制 后的電流的脈沖長度和間歇時(shí)間，使得具有更高荷電狀態(tài)的電池始終更強(qiáng) 地承受負(fù)荷，從而使得在放電周期結(jié)束時(shí)兩個(gè)電池幾乎同時(shí)到達(dá)它們的放 電終了電壓。
在本發(fā)明的一種擴(kuò)展方案中可以規(guī)定，當(dāng)負(fù)載需要兩個(gè)或者更多個(gè)電 池的最大電流時(shí)，兩個(gè)電池與它們的荷電狀態(tài)無關(guān)地以它們的最大功率， 即以最大的饋電能力，承受負(fù)荷。
此外，在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中可以規(guī)定，使用一具有第一額定 容量和第一饋電能力的第一電池和一具有第二額定容量和第二饋電能力的 第二電池，其中，第二電池的這些值與第一電池的這些值不同。以這樣的 方式，用于給負(fù)載供電的電池可以與相應(yīng)的運(yùn)行狀態(tài)相匹配。例如，可以 使用一具有低容量但具有高饋電能力的電池，以便短期地提供最大負(fù)荷。 除此之外，可以使用具有較高容量但具有較低饋電能力的另一電池，用于 部分負(fù)荷范圍。為了進(jìn)一步提高所提供的最大功率，可以運(yùn)行兩個(gè)電池， 以便向負(fù)載提供最大功率。為了提供部分負(fù)荷，可以如此地使兩個(gè)電池放 電，使得一個(gè)電池的電流脈沖在另一個(gè)電池或者說另一些電池的脈沖間歇 中被接通。


以下借助實(shí)施例和附圖對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)解釋。在此示出 圖1:具有兩個(gè)電池的、根據(jù)本發(fā)明的電動(dòng)工具，
圖2:由兩個(gè)電池提供的電流以及由其產(chǎn)生的總電流的時(shí)間變化曲線，圖3:根據(jù)本發(fā)明提出的、用于電流調(diào)節(jié)的裝置。
具體實(shí)施例方式
圖1示出了一個(gè)電動(dòng)工具3，即蓄電池起子機(jī)或者說蓄電池供電的鉆 孔機(jī)。工具3在其殼體內(nèi)部具有一個(gè)電動(dòng)機(jī)，借助該電動(dòng)機(jī)可以將刀具4， 例如鉆頭或者起子置于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。
為了向電動(dòng)機(jī)供電，提供了一個(gè)第一電池1和一個(gè)第二電池2供使用。 為了接納這些電池，電動(dòng)工具3具有接口，這些接口一方面允許電池的電 接觸，另一方面負(fù)責(zé)將電池1和2機(jī)械地固定在器具3上。
由電動(dòng)機(jī)消耗的功率與由電池1和2提供的功率的比例關(guān)系在此可以 以不同的方式優(yōu)化。例如在本發(fā)明的一種實(shí)施方式中規(guī)定，電池1和2的 參數(shù)如此地確定，使得每個(gè)電池都能夠保證電動(dòng)工具3的全部功率。通過 使用第二電池，提高了可供使用的電池容量，由此延長了電動(dòng)工具3的運(yùn) 行持續(xù)時(shí)間。在本發(fā)明的另一種實(shí)施方式中可以規(guī)定，只有兩個(gè)電池1和2 的供電能力合起來才能保證電動(dòng)工具3的全部效能。在這種情況下，可以 借助一個(gè)單獨(dú)的電池1或2實(shí)現(xiàn)電動(dòng)工具3在部分負(fù)荷運(yùn)行中的運(yùn)行。
圖2示意性地示出了兩個(gè)電池1和2。在電池旁邊相對于時(shí)間示出了從 各個(gè)電池獲取的功率。在此，所獲取的功率由電流和電壓的乘積得到，從 而在給定電池電壓的情況下所示曲線也是從每個(gè)電池獲取的電流的度量。
從圖2中可以看出，從每個(gè)電池獲取電流脈沖，這些電流脈沖通過間 歇時(shí)間彼此分開。電流脈沖或者間歇時(shí)間的持續(xù)時(shí)間在此優(yōu)選地在約 0.05ms至約10ms的范圍內(nèi)。第二電池的放電曲線相應(yīng)于第一電池的放電 曲線，其中，這些放電曲線彼此偏移半個(gè)周期持續(xù)時(shí)間。由此保證了，第 二電池的電流脈沖落在第一電池的間歇時(shí)間內(nèi)。相反，第一電池的電流脈 沖落在第二電池的間歇時(shí)間內(nèi)。在圖2的右側(cè)圖像部分中示出了總功率， 該總功率由此得出，即第一電池和第二電池的電流同時(shí)被輸送給負(fù)載，例 如電動(dòng)工具3。只要一個(gè)電池的脈沖長度相應(yīng)于另一電池的間歇時(shí)間，那么 對于總功率而言得到一個(gè)恒定的變化曲線。
通過脈沖長度與間歇時(shí)間的匹配可以調(diào)整從一個(gè)電池獲取的有效電 流。由此也可以調(diào)整各個(gè)電池為總功率做出貢獻(xiàn)的比例。如果檢測到所參 與的電池的荷電狀態(tài)，那么所期望的有效功率可被如下地優(yōu)化，即具有較 高荷電狀態(tài)的電池為總電流貢獻(xiàn)的份額較大。以這樣的方式可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè) 電池同時(shí)達(dá)到完全放電的狀態(tài)。完全放電的狀態(tài)在此通過達(dá)到放電終了電壓來表示。例如， 一個(gè)充電 至百分之五十的電池和一個(gè)充電至百分之八十的第二電池可以同時(shí)達(dá)到完 全放電的狀態(tài)，如果第一電池貢獻(xiàn)總電流的百分之三十八而第二電池貢獻(xiàn)
總電流的百分之六十二。當(dāng)然，也可以規(guī)定，至少在工具3的部分負(fù)荷運(yùn) 行中，首先將具有較高荷電狀態(tài)的電池放電至具有較低荷電狀態(tài)的電池的 荷電狀態(tài)，以便隨后使這兩個(gè)電池均勻地繼續(xù)放電，直到達(dá)到完全放電的 狀態(tài)。
此外，通過對由兩個(gè)電池分別提供的功率進(jìn)行匹配可以使電動(dòng)工具3 的總功率與當(dāng)時(shí)的運(yùn)行狀態(tài)相匹配。以借助電動(dòng)起子機(jī)擰入一個(gè)螺釘為例。 如果僅將少量的螺釘螺紋進(jìn)入工件中，則電動(dòng)起子機(jī)僅需要部分功率來擰 入螺釘。隨著擰入長度逐漸增大，工件與螺釘之間的摩擦變大，這導(dǎo)致所 消耗的功率連續(xù)上升。在將螺釘頭置于工件上時(shí)，最終短時(shí)間地需要一個(gè) 最大功率，直到操作人員中斷該擰入過程或者介入轉(zhuǎn)矩限制。在輸出最大 功率的情況下可以規(guī)定，這兩個(gè)電池1和2分別產(chǎn)生它們的最高功率，從 而使得在該時(shí)刻不可能均衡不同的荷電狀態(tài)。然而，因?yàn)樵跀Q入螺釘所需 的大部分時(shí)間內(nèi)僅要求部分功率，所以可以在這段時(shí)間中通過電池的不同 負(fù)荷來進(jìn)行不同荷電狀態(tài)的均衡。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明提出的裝置的方框圖。該方框圖再次示出了兩 個(gè)電池1和2。這些電池通過開關(guān)元件6a和6b與一個(gè)負(fù)載7相連接。
在本發(fā)明的一種簡單實(shí)施方式中，開關(guān)元件6a和6b例如可以被實(shí)施 為電磁繼電器?？商娲兀部梢允褂冒雽?dǎo)體開關(guān)，例如場效應(yīng)晶體管、 雙極型晶體管或者IGBT。開關(guān)元件可以斷開兩個(gè)電池極與負(fù)載7的連接或 者僅斷開一個(gè)電池極與負(fù)載7的連接。就這點(diǎn)而言，在圖1中僅示出電池l 和2與負(fù)載7之間的連接的示圖僅可視為示意圖。
此外，圖3示出一個(gè)負(fù)載7。該負(fù)載7例如可以是電動(dòng)工具的燈或者電 動(dòng)機(jī)。當(dāng)然本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，負(fù)載7也具有至少兩條連接線，以 便與電池1和2形成閉合的電路。根據(jù)圖3的方框圖僅可被視為示意圖。
根據(jù)本發(fā)明提出的裝置具有一個(gè)控制裝置5。該控制裝置5例如可以以 集成電路的形式來實(shí)施，該集成電路執(zhí)行所有對于控制裝置5的功能而言 重要的功能。此外可以規(guī)定，控制裝置5具有一個(gè)微處理器、 一個(gè)微控制 器、 一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理器或者一個(gè)可編程的邏輯模塊。在這種情況下，控 制裝置5還具有計(jì)算機(jī)程序，該計(jì)算機(jī)程序在所述的半導(dǎo)體元件上被執(zhí)行， 并且在此實(shí)現(xiàn)控制裝置5的功能?？刂蒲b置5控制開關(guān)元件6a'和6b，即通過控制裝置5的指令使電池1 或2交替地與負(fù)載7連接，以便提供由負(fù)載消耗的功率。在此，控制裝置5 可以根據(jù)負(fù)載7的功率需求和/或根據(jù)電池的荷電狀態(tài)來控制或調(diào)節(jié)接通時(shí) 間和間歇時(shí)間。
為了使從一個(gè)單獨(dú)的電池中獲取的有效電流與該電池的荷電狀態(tài)相匹 配，設(shè)置了一個(gè)用于識(shí)別電池1和2的荷電狀態(tài)的裝置8。在此，圖3僅示 出了一個(gè)單個(gè)的裝置8，該裝置監(jiān)控這兩個(gè)電池1和2的荷電狀態(tài)。在本發(fā) 明的另一種實(shí)施方式中還規(guī)定，每個(gè)電池具有一個(gè)用于監(jiān)控荷電狀態(tài)的、 所屬的裝置8。視具體情況而定，該裝置被安裝在電池1或2的殼體中或者 在電動(dòng)工具3的殼體中。
雖然以上示范性地借助兩個(gè)電池1和2描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù) 人員所公知的是，該裝置可以容易地?cái)U(kuò)展為更多數(shù)量的電池。由此可以進(jìn) 一步增大提供給負(fù)載7的最大電流和/或電壓和/或電池容量。
本領(lǐng)域技術(shù)人員公知的是，本發(fā)明并不局限于所示出的實(shí)施例。而是 可以在轉(zhuǎn)用本發(fā)明時(shí)進(jìn)行修改或者變化，而不會(huì)在本質(zhì)上改變本發(fā)明。因 此，以上說明不可視為限制性的，而應(yīng)視為解釋性的。
權(quán)利要求
1.一種用于運(yùn)行電池供電的電器具(3)的方法，在該方法中，借助脈沖寬度調(diào)制對電池(1，2)的放電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，其特征在于，提供至少一個(gè)第一電池(1)和至少一個(gè)第二電池(2)，其中，第一電池(1)的電流脈沖基本上在第二電池(2)的脈沖間歇中被輸出。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，脈沖長度以及間歇的持 續(xù)時(shí)間與所述電池(1， 2)的荷電狀態(tài)相匹配。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述脈沖長度與所述間 歇如此匹配，使得所有的電池(1， 2)基本上同時(shí)達(dá)到它們的放電終了電 壓。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的方法，其特征在于，在電流輸出低于最 大可能電流輸出期間，相應(yīng)于荷電狀態(tài)來確定由每個(gè)電池(1， 2)提供的 電流在總電流中的份額，并且在輸出最大可能電流時(shí)，由每個(gè)電池提供的 電流在總電流中的份額約為1:1。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，第一電池 (1)和第二電池(2)具有不同的額定容量和/或不同的輸出功率。
6. —種用于在多個(gè)并聯(lián)的電池(1， 2)放電時(shí)進(jìn)行電流調(diào)節(jié)的裝置， 在該裝置中，每個(gè)電池(1， 2)能通過一個(gè)所屬的開關(guān)元件(6a， 6b)與 一個(gè)負(fù)載(7)相連接并且與一控制電路(5)相連接，借助該控制電路能 夠控制所述開關(guān)元件(6a， 6b)，使得可以通過電流的脈沖寬度調(diào)制來控制 由電池(1， 2)輸出的功率，并且該裝置被設(shè)置成用于每次將多個(gè)電池(1， 2)中的恰好一個(gè)電池(1， 2)與負(fù)載(7)連接。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的裝置，其特征在于，所述控制裝置(5)被設(shè)置用于通過對脈沖長度以及間歇與所述電池(1， 2)的荷電狀態(tài)進(jìn)行匹配 來確定由每個(gè)電池(1， 2)提供的電流在總電流中的份額，其中，所述脈 沖長度與所述間歇能夠這樣匹配，使得所有電池基本上同時(shí)達(dá)到它們的放 電終了電壓。
8. 根據(jù)權(quán)利要求6或7的裝置，其特征在于，還存在一個(gè)用于識(shí)別所 述電池(1， 2)的荷電狀態(tài)的裝置(8)。
9. 一種具有根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一項(xiàng)所述的裝置的電動(dòng)工具。
10. —種計(jì)算機(jī)程序，當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)，該計(jì)算機(jī) 程序用于執(zhí)行根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法。
11. 一種計(jì)算機(jī)程序，其具有被存儲(chǔ)在一個(gè)機(jī)器可讀的載體上的程序代 碼，當(dāng)該計(jì)算機(jī)程序在計(jì)算機(jī)上被執(zhí)行時(shí)，該計(jì)算機(jī)程序用于執(zhí)行根據(jù)權(quán) 利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于運(yùn)行電池供電的電器具的方法，在該方法中，借助脈沖寬度調(diào)制對電池的放電電流進(jìn)行調(diào)節(jié)，其中，提供至少一個(gè)第一電池和至少一個(gè)第二電池，并且該第一電池的電流脈沖在該第二電池的脈沖間歇中被輸出。此外本發(fā)明涉及一種用于在多個(gè)并聯(lián)的電池放電時(shí)進(jìn)行電流調(diào)節(jié)的裝置，在該裝置中，每個(gè)電池通過一個(gè)所屬的開關(guān)元件與一個(gè)負(fù)載相連接并且與一個(gè)控制電路相連接，借助該控制電路可以控制所述開關(guān)元件，從而使得可以通過電流的脈沖寬度調(diào)制來控制由電池輸出的功率，并且該裝置被設(shè)置用于每次將多個(gè)電池中的恰好一個(gè)電池與所述負(fù)載連接。
文檔編號(hào)H02J7/00GK101630858SQ20091016455
公開日2010年1月20日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
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