專利名稱：便攜式自持電源工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有自持電源的設(shè)備和儀器的領(lǐng)域，更具體地，涉及具有自持電源的便攜式電動(dòng)工具，并且以具有聚合或鋰離子電池的上述類型的工具組件作為其目的。
背景技術(shù)：
下文中，通常“工具”表示適用于在執(zhí)行重要任務(wù)或在操作者的控制下執(zhí)行所述任務(wù)中、利于操作者的物理動(dòng)作的設(shè)備和儀器。工具組件表示自帶能量源的工具，且配有提供該能量源的方式。
可以引用已經(jīng)由申請(qǐng)人做出的工具針對(duì)果樹和葡萄藤大小的電子修枝剪、植物捆束機(jī)和用于收割水果的工具。
還可以以非限制的方式引用上述類型的并且根據(jù)類似技術(shù)制造的工具鏈鋸、具有線路的便攜式剪草機(jī)、樹籬修剪器、風(fēng)鎬。
由于自持電源并且獨(dú)立于外部電源的事實(shí)，這允許操作者在其運(yùn)動(dòng)中完全自由，這些便攜式電源工具本質(zhì)上與由水壓、風(fēng)力或電力源驅(qū)動(dòng)的相似工具不同。由于在其操作期間沒有污染、難聞氣體、振動(dòng)和噪聲，并且由于其使用的可靠性，與由熱力發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的自持電源便攜式工具不同。
此外，由于其安靜的特點(diǎn)及其靈活性，這些工具的使用具有史無(wú)前例的舒適性。
這種便攜式自持電源工具通常包括至少三個(gè)獨(dú)立功能的組件，即，第一組件，形成電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，并且產(chǎn)生工具的機(jī)械動(dòng)作，第二組件，形成電源，并且本質(zhì)上組成可再充電電化學(xué)電池，以及第三組件，形成適用于控制電池再充電的充電器。
這些工具的出現(xiàn)和開發(fā)主要是由于兩個(gè)技術(shù)因素
-一方面，在市場(chǎng)上出現(xiàn)具有更佳電池電容量/重量比的新型電池，-另一方面，電動(dòng)機(jī)的技術(shù)開發(fā)具有非常高的產(chǎn)出。
目前，以上作為示例所述的工具上所使用的是鎳鎘類型或鎳金屬氫化物類型的電池。它們具有大約每公斤30至50瓦特小時(shí)的電量。
假定(尤其是根據(jù)官方推薦)對(duì)于每天持續(xù)工作，操作者在斜掛帶或帶子中具有最大4kg的背部負(fù)荷能力，可以推定，利用現(xiàn)有技術(shù)，使用鎳鎘和鎳金屬氫化物，操作者攜帶的電池的總?cè)萘吭?50至200瓦特小時(shí)之間。
該容量不足以給自持便攜式電源工具提供工作半天所需的能量，當(dāng)然也不足以工作全天。
因此存在對(duì)具有更佳電池電容量/重量比的電池的需要和實(shí)際需求，以便在具有上述便攜式自持電源工具的優(yōu)點(diǎn)和品質(zhì)同時(shí)，擴(kuò)展該工具的應(yīng)用領(lǐng)域。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明在便攜式自持電源工具的范圍內(nèi)，嘗試使用鋰離子和鋰聚合物電池的新興技術(shù)。
因此，盡管當(dāng)前這些電池經(jīng)常用于移動(dòng)電話、可攜式攝像機(jī)和便攜式計(jì)算機(jī)，它們尚未用于便攜式電動(dòng)工具的應(yīng)用中，尤其是在動(dòng)力工具中，由于在這種應(yīng)用中使用它們所遇到的困難。然而，它們提供每公斤150至200瓦特小時(shí)的電容量/重量比，相對(duì)于鎳鎘或鎳金屬氫化物電池的當(dāng)前可能性，可以允許這些便攜式電動(dòng)工具的功率或壽命提高至三倍甚至四倍。
需要注意，對(duì)于功率需求，鋰離子和鋰聚合物電池在便攜式電源工具的應(yīng)用中的使用需要提供更高的電壓。
因?yàn)椋囯x子和鋰聚合物單元本身不能夠產(chǎn)生高電流，并且因?yàn)檫@需要基本單元的串聯(lián)耦合，以便獲得高電壓，以這種方式允許實(shí)際功率的供應(yīng)，即使是微弱的電流。
因此，對(duì)于產(chǎn)生適用于便攜式自持電源工具的電源的電池的形成，根據(jù)現(xiàn)行使用電壓標(biāo)準(zhǔn)，并且通過(guò)提供有效的工作電壓，應(yīng)該提供多個(gè)單元或多個(gè)電池單元的串聯(lián)耦合，這些單元的每一個(gè)包含并聯(lián)的多個(gè)單元。
因而，會(huì)產(chǎn)生現(xiàn)今仍未解決的控制并操作這種多個(gè)組件的電池的實(shí)際困難。
因此，在前述應(yīng)用(移動(dòng)電話、可攜式攝像機(jī)和便攜式計(jì)算機(jī))中，電池一般包括至多四個(gè)串聯(lián)相關(guān)的單元，其在充電和放電中的使用不復(fù)雜，并且相對(duì)容易使用。
本發(fā)明目的在于找到解決上述問(wèn)題的方法。
因此，本發(fā)明涉及上述種類的便攜式自持電源工具組件，其包括至少三個(gè)先前所述的功能組件，該工具組件的特征在于第二組件由操作者攜帶，一方面，由鋰離子或鋰聚合物電化學(xué)電池組成，電池由多于四個(gè)電池單元串聯(lián)而成，每一個(gè)電池單元包括并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)單元，另一方面，由電池的命令和控制模塊組成，該模塊優(yōu)選地呈現(xiàn)為緊鄰所述電池的電子器件的形式，并且在時(shí)間上以受控方式確保電池的最大電容量和工具的最佳使用；第一組件在其工作期間受限流系統(tǒng)控制，適用于保留其獲取能量的鋰離子或鋰聚合物電池；第三組件由至少一個(gè)電源組成，該電源的電壓和電流適用于對(duì)鋰離子或鋰聚合物電池進(jìn)行再充電。


從下面關(guān)于優(yōu)選實(shí)施例的、通過(guò)非限制示例給出的、并且參考示意圖來(lái)解釋的描述中，可以更好地理解本發(fā)明，圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明、以修枝剪形式、在充電階段期間的工具組件的透視圖；圖2是在操作者的使用階段期間的圖1所示的工具組件的透視圖；圖3是形成工具組件的一部分的第二功能組件的概要圖；以及圖4是圖3所示的第二組件的一些組成單元的電路原理圖。
具體實(shí)施例方式
在圖1、3和4中可見，便攜式自持電源工具1包括至少三個(gè)獨(dú)立功能組件2、3和4，即第一組件2，形成電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，并產(chǎn)生工具的機(jī)械動(dòng)作；第二組件3，形成電源，并且主要包括可再充電電化學(xué)電池5；以及第三組件4，形成適用于控制電池5再充電的充電器。
根據(jù)本發(fā)明，第二組件3由操作者攜帶，一方面，由鋰離子或鋰聚合物電化學(xué)電池5組成，電池5由多于四個(gè)電池單元6串聯(lián)而成，每一個(gè)電池單元包括并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)單元，另一方面，由電池5的控制和操作模塊7組成，該模塊7優(yōu)選地呈現(xiàn)緊鄰所述電池5的電子器件的形式，并且可在時(shí)間上，以受控方式確保電池的最大電容量和工具的最佳使用。
此外，第一組件2在其工作期間受限流系統(tǒng)8控制，該系統(tǒng)8適用于保留其獲取能量的鋰離子或鋰聚合物電池5；第三組件4由至少一個(gè)電源組成，該電源的電壓和電流適用于對(duì)鋰離子或鋰聚合物電池5進(jìn)行再充電。
通過(guò)使模塊7緊鄰電池5，使得有線連接更加容易，并且由于傳輸距離減小，測(cè)量和控制信號(hào)更少受到干擾、降低損耗和寄生現(xiàn)象，并且更少會(huì)出現(xiàn)偏移。
第二和第三組件3和4可以呈現(xiàn)為集成所述兩個(gè)組件3和4的單個(gè)單元的形式，或者呈現(xiàn)為兩個(gè)物理分離模塊的形式，在充電階段互相連接。
在本發(fā)明的范圍內(nèi)，后一修改實(shí)施方案當(dāng)然是優(yōu)選的，用以減少用戶攜帶的負(fù)荷。
根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，第二組件3的電池5的電動(dòng)控制和操作模塊7以電子卡的形式呈現(xiàn)，并且包括至少一個(gè)數(shù)字處理單元9(例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器)，具有存儲(chǔ)器，并且具有輔助電路，一起適用于實(shí)現(xiàn)下面任務(wù)組的至少一些任務(wù)(優(yōu)選地所有任務(wù))充電管理，
放電管理，平衡每一個(gè)電池單元6的充電，評(píng)估并顯示電池5的容量，在工具使用期間電池5放電的過(guò)載保護(hù)，在存儲(chǔ)階段期間的工具管理，警報(bào)管理，收集信息的傳輸?shù)墓芾恚\斷管理。
根據(jù)用戶命令和在第二組件3中(以及如果希望，在第一組件2和/或第三組件4中)測(cè)量的不同參數(shù)值，在工具組件1的操作管理的程序的命令和控制下，由數(shù)字處理單元9觸發(fā)并指導(dǎo)這些不同任務(wù)的執(zhí)行。
根據(jù)本發(fā)明的第一特征，并且為了實(shí)現(xiàn)充電管理、放電管理、平衡每一個(gè)電池單元6的充電、評(píng)估和顯示電池5的容量的任務(wù)，控制和命令模塊7持續(xù)地使用組成電池5的每一個(gè)電池單元6的電壓測(cè)量值。
因此，且如附圖3和4所示，本發(fā)明提供對(duì)于由n個(gè)串聯(lián)的電池單元6組成的電池5，由電子獲取通道10提供每一個(gè)電池單元6的電壓的測(cè)量值，電子獲取通道10主要由分別安裝在電池5的n個(gè)電池單元6的接線端處的n個(gè)相同的模擬模塊11組成，并且適用于測(cè)量各個(gè)相應(yīng)電池單元6的電壓，然后利用至少一個(gè)模擬復(fù)用器12，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)電路13的放大之后，將n個(gè)模塊11的每一個(gè)所測(cè)量的電壓值逐個(gè)向組成命令和控制模塊7的一部分的數(shù)字處理單元9的模擬/數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換器9’發(fā)送。
轉(zhuǎn)換器9’可以集成在單元9中，或者形成獨(dú)立于單元9的電路。
利用這種電子獲取通道10，命令和控制模塊7執(zhí)行不同電池單元6的電壓的依次或循環(huán)檢查，可以對(duì)在單元9中可用的每一個(gè)電池單元6的電壓數(shù)據(jù)進(jìn)行高頻刷新，從而可以在出現(xiàn)異常電壓值時(shí)迅速發(fā)覺，快速反應(yīng)。
如附圖4所示，用于測(cè)量電壓的模擬模塊11分別針對(duì)每一個(gè)電池單元6執(zhí)行在其正端測(cè)量的電壓和在其負(fù)端測(cè)量的電壓之間的減法，這是利用具有使用電阻11”或阻性輸入單元的運(yùn)算放大器11’的差分電子組件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
為了獲得與每一個(gè)電池單元6特定且精確控制所相適應(yīng)的測(cè)量靈敏度，在每一個(gè)電壓測(cè)量模塊11上安裝的運(yùn)算放大器11’的電子差分組件，包括接近或高于1M歐姆阻抗的電阻或阻性輸入單元11”，以便獲得非常低的損耗電流，例如但不局限于每小時(shí)小于電池5的總?cè)萘康?/20000，優(yōu)選地以至少50mV的測(cè)量精度來(lái)傳遞每一個(gè)電池單元6的電壓的測(cè)量值。
優(yōu)選地，在電池的控制和命令模塊7的電子卡的制造期間，通過(guò)校準(zhǔn)，允許單獨(dú)補(bǔ)償電壓測(cè)量11的模擬誤差，而獲得優(yōu)選地至少為50mV的希望電壓測(cè)量精度。
該校準(zhǔn)包括例如對(duì)于每一個(gè)電壓測(cè)量模塊11，由數(shù)字處理單元9中的程序引入用于作為一個(gè)或多個(gè)非常精確的基準(zhǔn)電壓的測(cè)量函數(shù)，來(lái)校正誤差的參數(shù)，代替對(duì)在每一個(gè)電池單元6的接線端處正常測(cè)量的電壓的校正操作。
為了允許以所需精度將測(cè)量信號(hào)傳遞給單元9，模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換器9’將提供至少十個(gè)有效比特作為輸出。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，平衡互相相關(guān)的電池單元6的充電的任務(wù)由數(shù)字處理單元9管理，該單元9根據(jù)每一個(gè)電池單元6的電壓測(cè)量值進(jìn)行控制，并且如果需要，對(duì)于每一個(gè)電池單元，通過(guò)以阻性單元(14’)相關(guān)聯(lián)的電子開關(guān)14為基礎(chǔ)的耗散電路，控制充電電流的變化。
例如，實(shí)現(xiàn)電池5平衡充電的方式可采用本申請(qǐng)人在2003年11月20日申請(qǐng)的法國(guó)專利申請(qǐng)No.03 13570中所描述的方法。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，管理放電的任務(wù)包括利用數(shù)字處理單元9，持續(xù)地檢查每一個(gè)電池單元6的電壓數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)字處理單元9檢測(cè)到這些電池單元6之一已經(jīng)達(dá)到由鋰離子或鋰聚合物單元的制造商預(yù)定的最小放電閾值時(shí)，中斷放電；以及通過(guò)使切換放電的組件15無(wú)效，切斷放電，從而停止工具2，并激活例如但不局限于聲音或可視警報(bào)。
如附圖3和4所示，并且根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)特征，由于模擬電子電路16用于管理電池5的充電和放電電流，管理充電、評(píng)估和顯示電池5的容量以及放電期間的過(guò)壓保護(hù)的任務(wù)持續(xù)地由數(shù)字處理單元9管理。
優(yōu)選地，在管理充電的任務(wù)期間，盡管構(gòu)成充電器4的第三組件與第二組件3在電池5的命令和控制模塊7的電子卡級(jí)別上相連，一方面，當(dāng)所述單元9利用用于測(cè)量充電和放電電流的模擬電子電路16檢測(cè)到充電電流下降到電池5的預(yù)定閾值(例如50mA)時(shí)，或者另一方面，當(dāng)電池5的溫度超出預(yù)定限制值(例如55℃)時(shí)，或在長(zhǎng)于理論充電時(shí)間的給定分?jǐn)?shù)(例如20％)的時(shí)間期間延長(zhǎng)充電時(shí)，通過(guò)打開由數(shù)字處理單元9控制的充電開關(guān)組件17而獲得充電結(jié)束。
此外，評(píng)估和顯示電池5的容量的任務(wù)由數(shù)字處理單元9管理，數(shù)字處理單元9在充電期間且在工具的使用期間，一方面，持續(xù)地考慮關(guān)于由用于測(cè)量充電和放電電流的模擬電子電路16傳遞的電池5的瞬時(shí)充電電流和放電電流的信息，另一方面，持續(xù)地考慮每一個(gè)電池單元6的電壓測(cè)量值和(不是必須的，但卻是更精確的計(jì)算所需要的)它們的平均已知內(nèi)部阻抗，來(lái)計(jì)算所述容量。
在工具使用期間電池5放電的過(guò)載保護(hù)的任務(wù)用于保護(hù)鋰離子或鋰聚合物電池，以避免過(guò)早老化或者過(guò)熱，此任務(wù)包括在瞬時(shí)脈沖遠(yuǎn)超出電池5所允許的最大放電電流的情況下，或者在超出電池5所允許的最大限制溫度的情況下，切斷放電電流；或根據(jù)工具在特定運(yùn)行時(shí)間期間所消耗的能量的函數(shù)，限制放電電流，其中，能量值和時(shí)間值已經(jīng)根據(jù)工具、工具使用以及作為第二組件3一部分的鋰離子或鋰聚合物電池5的希望壽命，通過(guò)試驗(yàn)預(yù)先確定。
根據(jù)優(yōu)選的修改實(shí)施例，通過(guò)向例如以MOSFET溝道N型組件形式實(shí)現(xiàn)的放電開關(guān)組件15施加由所述單元9直接產(chǎn)生的或者由專用組件通過(guò)試驗(yàn)階段18產(chǎn)生的脈沖寬度(MLI)的調(diào)制控制，由數(shù)字處理單元9管理放電電流的限制。
為了自動(dòng)地獲得最佳存儲(chǔ)條件，可規(guī)定當(dāng)電動(dòng)工具組件1沒有充電并且在給定時(shí)間周期(例如10天)內(nèi)未使用時(shí)，數(shù)字處理單元9自動(dòng)地執(zhí)行存儲(chǔ)管理任務(wù)，包括確認(rèn)電池5的殘留容量是否大于鋰離子或鋰聚合物單元的制造商所預(yù)定的存儲(chǔ)容量；并且如果殘留容量遠(yuǎn)大于存儲(chǔ)容量，借助與每一個(gè)電池單元6并聯(lián)的阻性電路14’，由數(shù)字處理單元9觸發(fā)電池的自動(dòng)放電，直到達(dá)到存儲(chǔ)容量為止，其后停止所有的電子電路，同時(shí)使處理單元9以低消耗模式待機(jī)；并且如果容量小于存儲(chǔ)容量，由數(shù)字處理單元9觸發(fā)聲音和/或視覺警報(bào)。
優(yōu)選地，數(shù)字處理單元9適用于利用命令和控制模塊7的電壓管理，其中第二組件3的至少一端20(優(yōu)選地正端)與所述充電器4相連，通過(guò)電壓檢測(cè)充電器4與電池5的連接。
這一功能(可通過(guò)特定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路19來(lái)完成)，可以在工具處于非使用的存儲(chǔ)階段，通過(guò)檢測(cè)到至少一個(gè)電池電源6達(dá)到制造商所設(shè)置的最小電壓瞬間，觸發(fā)電池5的自動(dòng)再充電。
當(dāng)命令和控制模塊7在第二組件3的相應(yīng)連接端20處檢測(cè)到充電器4的過(guò)量或不足電壓時(shí)，采集該信息的數(shù)字處理單元9命令停止充電，并觸發(fā)聲音和/或視覺警報(bào)。
注意，用于連接充電器4的接線端端20對(duì)和用于連接工具2的接線端端20對(duì)具有與地相連的公共負(fù)端，但是具有不同的正端，每一個(gè)正端與相應(yīng)的開關(guān)組件15或17相連。
為了利于工具組件1的使用的長(zhǎng)期控制、以及其維護(hù)和技術(shù)監(jiān)督的計(jì)劃，管理信息和診斷的任務(wù)包括在數(shù)字處理單元9的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)在工具使用期間獲取的信息，例如再充電的次數(shù)、使用工具的小時(shí)數(shù)、電池5的容量隨時(shí)間的變化、工具消耗的平均能量等，這些數(shù)據(jù)可利用有線連接、射頻或紅外連接23，向例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、電子個(gè)人助理、GSM(如果希望可以與因特網(wǎng)相連)等分離的開發(fā)終端傳輸。
為了優(yōu)化工具組件1的命令和控制裝置的集成，構(gòu)成可再充電電源的第二組件3的一部分的電池5的命令和控制模塊7可以在相同的電子卡上與驅(qū)動(dòng)器2的電子命令和控制模塊相關(guān)聯(lián)，在需要時(shí)，可以同時(shí)使用數(shù)字處理單元9。
數(shù)字電路9還包括裝置24，用于控制管理工具組件1的程序的運(yùn)行以及在圖3中象征性地表示的測(cè)量值的規(guī)定獲取。
驅(qū)動(dòng)器2的命令和控制裝置為已知，在此不再進(jìn)一步描述。
為了提供額外的安全性，比如在極限電壓或電流條件下使用這些電池單元保護(hù)電池5的電池單元6，除了上述圍繞數(shù)字處理單元9構(gòu)建的正?？刂葡到y(tǒng)之外，可以提供用于切斷第二組件3與第一或第三組件2或4的連接的附加電路。
因此，電池5的電子命令和控制模塊7可以針對(duì)每一個(gè)電池單元6，加入用于停止充電的冗余安全電路21，適用于在電池單元6過(guò)壓的情況下，獨(dú)立地控制每一個(gè)電池單元6，通過(guò)直接使充電的切換組件失效，總體上停止充電，而不涉及數(shù)字處理單元9。
同時(shí)，電子命令和控制模塊7可以包括一個(gè)用于停止放電的冗余電路21’，適用于在由模擬電子測(cè)量電路16檢測(cè)到放電電流等于或高于電池5的最大容許值的情況下，通過(guò)直接使放電的切換組件15失效，來(lái)控制放電的停止，而不涉及數(shù)字處理單元9。
優(yōu)選地，構(gòu)成適用于鋰離子或鋰聚合物電池5再充電的充電器的第三組件4產(chǎn)生精確度約為0.5％的電壓以及調(diào)節(jié)電流，這里提到的電壓和電流是利用專用電壓和電流管理電路獲得的。同樣地已知這種電路，不需要補(bǔ)充說(shuō)明。
如附圖1和2所示，(當(dāng)組件3和4分離時(shí))，每一個(gè)功能組件2、3和4被安裝在保護(hù)外殼內(nèi)和/或獨(dú)立把手中，可以通過(guò)柔軟的可拆卸連接22、22’，將其兩兩連接在一起，以便實(shí)現(xiàn)所述組件2、3、4之間的能量轉(zhuǎn)移以及命令和/或控制信號(hào)的傳輸。
注意，可以利用使組件2和3相連或不相連的電纜22’，執(zhí)行電池5的充電。
包圍第一組件2的外殼還攜帶工具，并且對(duì)于至少一部分，以人機(jī)工程學(xué)的方式成形，以允許用戶容易、可靠和舒適的抓握。
此外，控制按鈕或同類控制構(gòu)件、以及顯示器和聲音和/或發(fā)光告警裝置，鑒于其功能性以及操作者在實(shí)際使用工具組件1時(shí)對(duì)其操作讀取的需要，應(yīng)優(yōu)選地以部分在第一組件2的外殼內(nèi)、并且部分在第二組件3的外殼內(nèi)的形式呈現(xiàn)。
當(dāng)然，本發(fā)明并不局限于所述和在附圖中所示的實(shí)施例?？梢赃M(jìn)行修改，尤其是關(guān)于各種單元的組成或者由技術(shù)等效物替代，但不能脫離本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
1.一種便攜式自持電源工具，例如修枝剪、鏈鋸、水果收割工具、具有線路的剪草機(jī)、風(fēng)鎬等，包括至少三個(gè)分離功能組件，即第一組件，形成電動(dòng)驅(qū)動(dòng)器，并且產(chǎn)生工具的機(jī)械動(dòng)作，第二組件，形成電源，并且本質(zhì)上組成可再充電電化學(xué)電池，以及第三組件，形成適用于執(zhí)行電池受控再充電的充電器，其特征在于第二組件(3)由操作者攜帶，一方面，由鋰離子或鋰聚合物電化學(xué)電池(5)組成，電池(5)由多于四個(gè)電池單元(6)串聯(lián)而成，每一個(gè)電池單元包括并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)單元，另一方面，由電池(5)的命令和控制模塊(7)組成，該模塊(7)優(yōu)選地呈現(xiàn)緊鄰所述電池(5)的電子器件的形式，并且在時(shí)間上以受控方式確保電池的最大容量和工具的最佳使用；第一組件(2)在其工作期間受限流系統(tǒng)(8)控制，適用于保留其獲取能量的鋰離子或鋰聚合物電池(5)；第三組件(4)至少由電源組成，該電源的電壓和電流適用于對(duì)鋰離子或鋰聚合物電池(5)進(jìn)行再充電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，第二組件(3)的電池(5)的電子控制和命令模塊(7)以電子卡的形式呈現(xiàn)，并且包括至少一個(gè)數(shù)字處理單元(9)，例如微處理器、微控制器、數(shù)字信號(hào)處理器，與存儲(chǔ)器和附屬電路相關(guān)聯(lián)，一起適用于執(zhí)行下面任務(wù)組中的至少一些任務(wù)或者優(yōu)選地所有任務(wù)充電管理，放電管理，平衡每一個(gè)電池單元(6)的充電，評(píng)估并顯示電池(5)的容量，在工具使用期間電池(5)放電的過(guò)載保護(hù)，在存儲(chǔ)階段期間的工具管理，警報(bào)管理，收集信息的管理和傳輸，診斷管理。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，為了實(shí)現(xiàn)充電管理、放電管理、平衡每一個(gè)電池單元(6)的充電、評(píng)估和顯示電池(5)的容量的任務(wù)，命令和控制模塊(7)持久地使用組成電池(5)的每一個(gè)電池單元(6)的電壓測(cè)量值。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，對(duì)于由n個(gè)串聯(lián)的電池單元(6)組成的電池(5)，由電子獲取通道(10)提供每一個(gè)電池單元(6)的電壓的測(cè)量值，電子獲取通道(10)主要由分別安裝在電池(5)的n個(gè)電池單元(6)的接線端處的n個(gè)相同的模擬模塊(11)組成，并且適用于測(cè)量各個(gè)相應(yīng)電池單元(6)的電壓，然后利用至少一個(gè)模擬復(fù)用器(12)，在經(jīng)過(guò)適當(dāng)電路(13)的放大之后，將n個(gè)模塊(11)的每一個(gè)所測(cè)量的電壓值逐個(gè)向組成命令和控制模塊(7)的一部分的數(shù)字處理單元(9)的模擬/數(shù)字輸入轉(zhuǎn)換器(9’)發(fā)送。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，用于測(cè)量電壓的模擬模塊(11)分別針對(duì)每一個(gè)電池單元(6)執(zhí)行在其正端測(cè)量的電壓和在其負(fù)端測(cè)量的電壓之間的減法，這是利用具有針對(duì)阻性輸入單元使用電阻(11”)的運(yùn)算放大器(11’)的差分電子組件來(lái)實(shí)現(xiàn)的。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，具有每一個(gè)電壓測(cè)量模塊(11)的運(yùn)算放大器(11’)的電子差分組件包括阻抗接近或高于1M歐姆的電阻或阻性輸入單元(11”)，以便獲得非常低的損耗電流，例如但不局限于每小時(shí)小于電池(5)的總?cè)萘康?/20000。
7.根據(jù)權(quán)利要求3至6所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，以至少50mV的測(cè)量精度來(lái)傳遞每一個(gè)電池單元(6)的電壓的測(cè)量值。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，在電池的命令和控制模塊(7)的電子卡的制造期間，通過(guò)校準(zhǔn)，獲得至少為50mV的電壓測(cè)量精度。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，在電子卡的制造期間的校準(zhǔn)包括對(duì)于每一個(gè)電壓測(cè)量模塊(11)，通過(guò)編程到數(shù)字處理單元(9)中，引入用于作為一個(gè)或多個(gè)非常精確的基準(zhǔn)電壓的測(cè)量函數(shù)來(lái)校正誤差的參數(shù)，取代對(duì)在每一個(gè)電池單元(6)的接線端處測(cè)量的正常電壓的校正操作。
10.根據(jù)權(quán)利要求2至9之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，平衡互相相關(guān)的電池單元(6)的充電的任務(wù)由數(shù)字處理單元(9)管理，該單元(9)根據(jù)每一個(gè)電池單元(6)的電壓測(cè)量值進(jìn)行控制，并且如果需要，對(duì)于每一個(gè)電池單元，通過(guò)以阻性單元(14’)相關(guān)聯(lián)的電子開關(guān)14為基礎(chǔ)的耗散電路，控制充電電流的變化。
11.根據(jù)權(quán)利要求2至10之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，管理放電的任務(wù)包括利用數(shù)字處理單元(9)，持續(xù)地檢查每一個(gè)電池單元(6)的電壓數(shù)據(jù)；當(dāng)數(shù)字處理單元(9)檢測(cè)到這些電池單元(6)之一已經(jīng)達(dá)到由鋰離子或鋰聚合物單元的制造商設(shè)定的最小放電閾值時(shí)，中斷放電；以及通過(guò)使放電切換組件(15)無(wú)效，切斷放電，從而停止工具2，并激活例如但不局限于聲音或可視警報(bào)。
12.根據(jù)權(quán)利要求2至11之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，由于模擬電子電路(16)用于管理電池(15)的充電和放電電流，管理充電、評(píng)估和顯示電池(5)的容量以及放電期間的過(guò)壓保護(hù)的任務(wù)持續(xù)地由數(shù)字處理單元(9)管理。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，在管理充電的任務(wù)期間，盡管構(gòu)成充電器(4)的第三組件與第二組件(3)在電池(5)的命令和控制模塊(7)的電子卡上相連，一方面，當(dāng)所述單元(9)利用用于測(cè)量充電和放電電流的模擬電子電路(16)檢測(cè)到充電電流下降到電池(5)的預(yù)定閾值(例如50mA)時(shí)，或者另一方面，當(dāng)電池(5)的溫度超出允許限制值(例如55℃)時(shí)，或在長(zhǎng)于理論充電時(shí)間的給定分?jǐn)?shù)(例如20％)的時(shí)間期間延長(zhǎng)充電時(shí)，通過(guò)打開由數(shù)字處理單元(9)控制的充電開關(guān)組件(17)而獲得充電結(jié)束。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)工具組件，當(dāng)從屬于權(quán)利要求3至9之一時(shí)，其特征在于，評(píng)估和顯示電池(5)的容量的任務(wù)由數(shù)字處理單元(9)管理，數(shù)字處理單元(9)在充電期間且在工具的使用期間，一方面，持續(xù)地考慮關(guān)于由用于測(cè)量充電和放電電流的模擬電子電路(16)傳遞的電池(5)的瞬時(shí)充電電流和放電電流的信息，另一方面，持續(xù)地考慮每一個(gè)電池單元(6)的電壓測(cè)量值和(不是必須的，但卻是更精確的計(jì)算所需要的)它們的平均已知內(nèi)部阻抗，來(lái)計(jì)算所述容量。
15.根據(jù)權(quán)利要求2至14之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，在工具使用期間電池(5)放電的過(guò)載保護(hù)的任務(wù)用于保護(hù)鋰離子或鋰聚合物電池，以避免過(guò)早老化或者過(guò)熱，包括在瞬時(shí)脈沖遠(yuǎn)超出電池(5)的最大放電電流的情況下，或者在超出電池(5)所允許的最大限制溫度的情況下，切斷放電電流；或者根據(jù)工具在特定運(yùn)行時(shí)間期間所消耗的能量的函數(shù)，限制放電電流，其中，能量值和時(shí)間值已經(jīng)根據(jù)工具、工具使用以及作為第二組件(3)一部分的鋰離子或鋰聚合物電池(5)的希望壽命，通過(guò)試驗(yàn)預(yù)先確定。
16.根據(jù)權(quán)利要求15之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，通過(guò)向例如以MOSFET溝道N型組件形式提供的放電開關(guān)組件(15)施加由所述單元(9)直接產(chǎn)生的或者由專用組件或者利用試驗(yàn)階段(18)產(chǎn)生的脈沖寬度(MLI)的調(diào)制命令，由數(shù)字處理單元(9)管理放電電流的限制。
17.根據(jù)權(quán)利要求2至16之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，當(dāng)其沒有充電并且在給定時(shí)間周期(例如10天)內(nèi)未使用時(shí)，數(shù)字處理單元(9)自動(dòng)地執(zhí)行存儲(chǔ)管理的任務(wù)，包括確認(rèn)電池(5)的殘留容量是否大于鋰離子或鋰聚合物單元的制造商所預(yù)定的存儲(chǔ)容量，并且如果殘留容量實(shí)質(zhì)上超過(guò)存儲(chǔ)容量，借助與每一個(gè)電池單元(6)并聯(lián)的阻性電路(14、14’)，由數(shù)字處理單元(9)觸發(fā)電池的自動(dòng)放電，直到達(dá)到存儲(chǔ)容量為止，隨后停止所有的電子電路，同時(shí)使處理單元(9)以低消耗模式待機(jī)，并且如果容量低于存儲(chǔ)容量，由數(shù)字處理單元(9)觸發(fā)聲音和/或視覺警報(bào)。
18.根據(jù)權(quán)利要求2至17之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，數(shù)字處理單元(9)適用于利用命令和控制模塊(7)的電壓管理，其中第二組件(3)的至少一端(20)與所述充電器(4)相連，通過(guò)電壓檢測(cè)充電器(4)與電池(5)的連接。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，利用特定適當(dāng)?shù)臏y(cè)量電路(19)，來(lái)執(zhí)行通過(guò)電壓檢測(cè)充電器(4)與電池(5)的連接的功能，可以在工具處于非使用的存儲(chǔ)階段，通過(guò)檢測(cè)到至少一個(gè)電池電源6達(dá)到制造商所設(shè)置的最小電壓瞬間，觸發(fā)電池(5)的自動(dòng)再充電。
20.根據(jù)權(quán)利要求18或19所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，當(dāng)命令和控制模塊(7)在第二組件(3)的相應(yīng)連接端(20)處檢測(cè)到充電器(4)的過(guò)量或不足電壓時(shí)，采集該信息的數(shù)字處理單元(9)命令停止充電，并觸發(fā)聲音和/或視覺警報(bào)。
21.根據(jù)權(quán)利要求2至20之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，管理信息和診斷的任務(wù)包括在數(shù)字處理單元(9)的存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)在工具使用期間獲取的信息，例如再充電的次數(shù)、使用工具的小時(shí)數(shù)、電池(5)的容量隨時(shí)間的變化、工具消耗的平均能量等，這些數(shù)據(jù)可利用有線連接(23)、紅外射頻，向例如個(gè)人計(jì)算機(jī)、電子個(gè)人助理、GSM(如果希望可以與因特網(wǎng)相連)等分離的開發(fā)終端傳輸。
22.根據(jù)權(quán)利要求2至21之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，構(gòu)成可再充電電源的第二組件(3)的一部分的電池(5)的命令和控制模塊(7)在相同的電子卡上與驅(qū)動(dòng)器(2)的電子命令和控制模塊相關(guān)聯(lián)，在需要時(shí)，可以同時(shí)使用數(shù)字處理單元(9)。
23.根據(jù)權(quán)利要求1至21之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，電池(5)的電子命令和控制模塊(7)對(duì)于每一個(gè)電池單元(6)加入包括用于停止充電的冗余安全電路(21)，適用于在電池單元(6)過(guò)壓的情況下，獨(dú)立地控制每一個(gè)電池單元(6)，通過(guò)直接使充電的切換組件(17)失效，總體上停止充電，而不涉及數(shù)字處理單元(9)。
24.根據(jù)權(quán)利要求12或者在從屬于權(quán)利要求12時(shí)的權(quán)利要求13至23之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，電子命令和控制模塊(7)包括用于停止放電的冗余電路(21’)，適用于在由模擬電子測(cè)量電路(16)檢測(cè)到放電電流等于或高于電池(5)的最大容許值的情況下，通過(guò)直接使放電的切換組件(15)失效，來(lái)控制放電的停止，而不涉及數(shù)字處理單元(9)。
25.根據(jù)權(quán)利要求1至24之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，構(gòu)成適用于再充電鋰離子或鋰聚合物電池(5)的充電器的第三組件(4)產(chǎn)生利用專用電壓和電流管理電路獲得的具有大約0.5％精度的電壓和調(diào)節(jié)電流。
26.根據(jù)權(quán)利要求1至25之一所述的電動(dòng)工具組件，其特征在于，每一個(gè)功能組件(2、3和4)被安裝在保護(hù)外殼內(nèi)和/或可握住的外殼內(nèi)，可以通過(guò)柔軟的可拆卸電纜(22、22’)，將其兩兩連接在一起，以便實(shí)現(xiàn)所述組件2、3、4之間的能量轉(zhuǎn)移以及命令和/或控制信號(hào)的傳輸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種便攜式自持電源工具單元，例如鉗子、鏈鋸、水果收割工具、修剪器、風(fēng)鎬等，包括至少三個(gè)獨(dú)立的組件。該工具的特征在于第二組件(3)可以由用戶攜帶，并且包括鋰離子或鋰聚合物電化學(xué)電池(5)，電池(5)由多于四個(gè)電池單元(6)串聯(lián)組合而成，每一個(gè)電池單元由并聯(lián)的一個(gè)或多個(gè)單元組成；電池(5)的控制和操作模塊(7)，該模塊(7)在時(shí)間上以受控方式確保最大電池容量以及工具的最佳使用。第一組件(2)在其工作期間受限流系統(tǒng)(8)控制，用于保留其獲取能量的鋰離子或鋰聚合物電池(5)。第三組件(4)包括至少一個(gè)電源，該電源的電壓和電流適用于對(duì)鋰離子或鋰聚合物電池(5)進(jìn)行再充電。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1883096SQ200480034381
公開日2006年12月20日 申請(qǐng)日期2004年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月20日
發(fā)明者羅歇·佩勒克 申請(qǐng)人:佩勒克股份有限公司