CN101414754A - 蓄电池/设备组合和蓄电池 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了蓄电池/设备组合和蓄电池。在组合的情况中，设备单元通过至少一条电流供应线(14，16)连接到蓄电池。设备操作开关(46)布置在设备中。监控单元布置在蓄电池(10)中。监控单元包括用于检测蓄电池(10)中报警状况的装置。该装置与操作开关(46)交互式地连接。

Description

蓄电池/设备组合和蓄电池
技术领域
本发明涉及蓄电池/设备组合。
本发明还涉及蓄电池。
背景技术
随着向各种便携式无线电气和电子设备发展的普遍趋势，对蓄电池的需要日益增长，以保证这种设备的电能供应。另一方面，日益增长的蓄电池的使用导致对充电设备的需求，充电设备能够在需要的时候对这种蓄电池再充电。
在本发明中，术语“设备”首先用来描述需要蓄电池作为电能供应的各种消费电器(consumer)，特别是，电气工具和相关设备。另一方面，设备也可以理解为描述充电设备。
当蓄电池连接到消费电器时，它从消费电器中汲取电流，于是必须保证在这个过程中蓄电池不会损坏，特别是由于过大的电流汲取或被完全放电而造成的损坏。另一方面，当蓄电池连接到充电设备并且被来自充电设备的电流再充电时，必须保证蓄电池不会由于过大的电流或者由于蓄电池的过度充电而损坏。根据蓄电池的具体类型，在这种情况下，蓄电池可能受到损坏甚至报废。
在前面提到类型的移动应用中，目前使用不同种类的蓄电池，它们被称作“电池组”(battery pack)，例如，镍-镉电池(NiCd)，镍-金属混合电池(NiMH)和锂离子电池。在后者的情况下，已知使用不同组合形式的不同金属(Mn、Ni、Co、Ti)的电池。LiCoO2电池用于诸如便携式计算机之类的电子设备，LiMn2O4、LiNiO2、LiTi5O12、LiNi1-xCoxO2等用于电气工具中的应用，这是本发明目的特别感兴趣的领域。这些蓄电池具有在3.6到3.7伏之间的电池单元主干线电压(cellmains voltage)。最近，已知锂铁磷(lithium iron phosphate)类型的锂离子电池具有3.3V的电池单元主电压。
对于蓄电池类型，本发明并不限于上面列出的例子。
发明内容
本发明的目的是改善前面提到的类型的蓄电池/设备组合和蓄电池，使得可以避免上面讨论的缺点。具体地，本发明的目的是避免由于不适当的电流汲取或电流注入造成的蓄电池的损坏甚至破坏，并且这是安全的并且具有最少可能的技术投入。
本发明通过组合实现开始处提到的类型的蓄电池/设备组合中的这个目的，在所述组合中，设备通过至少一条电流供应线连接到蓄电池，在设备中布置有设备操作开关，在蓄电池中布置有监控单元，监控单元包括检测报警状况的装置，该设备交互式地连接到操作开关。
在开始处提到的类型的蓄电池中，本发明通过一种蓄电池达到该目的，所述蓄电池包括至少一个用于将蓄电池连接到设备的电流供应连接，在蓄电池中布置有监控单元，监控单元包括布置在蓄电池中用于检测报警状况的装置，该装置连接到蓄电池的信号连接。
本发明的目的最佳地以这种方式实现。
这是因为本发明使用了这个事实，即，在这种情况下感兴趣的类型的设备，例如作为消费电器的电气工具或者充电设备，总是配置有操作开关，使得相应地，蓄电池能够以极其简单的方式得到保护，这种方式是通过致动或断开操作开关，中断到消费电器的电能供应或来自充电设备的电流供应。
在这方面，这种布置是优选的，即其中至少一条电流供应线由操作开关的操作而被去激励(de-energized)。
可替代地，所述装置可以完全断开设备，例如可以通过中断至少一条电流供应线来中断。
如果监控单元是电子监控***，也是优选的。
在本发明的某个特别优选的实施例中，电子监控***监控作为蓄电池特征的状态变量，并且当超过状态变量的预定界限值时，所述装置与操作开关相互作用。
在这些实施例的某个变体中，状态变量可以是电压，例如充电电压，电流，例如充电电流，蓄电池的内部电阻值或温度，或者这些值的一阶时间导数。监控一阶时间导数提供了非常可靠的结果。
在本发明的某个实施例中，同时监控至少两个状态变量。
这个特征提供了能够甚至更精确地检测关键状态的优点。
在本发明的某个实施例中，报警状况由蓄电池的信号连接处的电压信号指示，特别地，当不存在报警状况时，为信号连接提供零信号，当出现报警信号时，为信号连接提供电压。
这个特征提供如下优点：即可以获得简单的布置，这种布置甚至在设备的其它部分或它的控制存在缺陷时，也能够保持功能。
根据说明书和附图，本发明的另外优点将显而易见。
应当理解，在不偏离本发明范围的状况下，以上提到的本发明的特征以及下面将解释的那些特征不仅可以使用在所指出的各自的组合中，也可以使用在其它组合或单独应用。
附图说明
在附图中示出了本发明的某些实施例，并且将在随后的说明中更详细地讨论这些实施例。在附图中：
图1示出了根据本发明的蓄电池/设备组合的第一实施例的示意电路图，其中蓄电池连接到充电设备；
图2示出了图1中示出的实施例的第一变体；
图3示出了图1中示出的实施例的第二变体；
图4示出了图1中示出的实施例的第三变体；
图5示出了与图1示出的类似的电路图，但是对于蓄电池/设备组合，蓄电池连接到电消费电器。
具体实施例
在图1中，蓄电池，俗称“电池组”，由参考数字10指示。蓄电池是锂离子蓄电池。
蓄电池10连接到设备，即图1例子中的充电设备12。通过正极线(positive line)14和地线16建立充电设备12和蓄电池10之间的连接，对应的蓄电池10的电流供应连接以15和17指示。充电设备12通过供电线18连接到电源主干线(mains)，例如230V AC电源主干线。
蓄电池10包括串联连接的n个电池单元20a-20n。电池单元20a-20n连接到电子监控***22。靠近电池单元22a-22n布置的是温度传感器24，例如NTC电阻器，它同样连接到电子监控***22。
电子监控***22包括能够产生信号的设备，所述信号对应于电流I(例如充电电流)、电压U(特别是充电电压)、电池单元22a-22n的内部电阻值Ri、电池单元22a-22n的温度T、以及(如果需要的话)其它作为蓄电池特征的充电状态参数。特别地，电子监控***22能够检测这些参数随时间的变化，即一阶时间导数，并且能够产生相应的信号，例如dU/dt、dI/dt、dT/dt和dRi/dt。该电子监控***也可以同时监控两个或更多的状态变量。
进一步，电子监控***可以根据这些信号产生次级(secondary)信号，用于指示例如电池单元22a-22n的报警状况，例如即将发生过度充电的状态，即将发生完全不足充电(undercharging)的状态、过压、过载电流、过热等等。将这样确定或处理的信号通过信号线30、32和34，特别是通过连接到信号线30的蓄电池10的信号连接31，发送到充电设备12。
充电设备12包括开关模式电源40和电子控制42，两者通过多个控制线44a-44n相互连接。在图1中示出的实施例的情况下，开关模式电源40包括由46指示的开关，它作为操作开关，通过该开关，充电设备12能够完全地断开，或者电流供应线14，16中至少一条可以被去激励，特别是通过电子装置被中断。开关46也可以布置在充电设备12的不同位置点，如此后将要参照图2至4所解释的那样。
电子控制***42通过信号线30，32和34接收上面讨论的信号，并且通过开关模式电源40以根据本发明方法描述的方式，调整充电电流I。
一旦电子监控***22以上面描述的方式产生指示电池单元22a-22n的报警状况的信号，这个信号致使充电设备12完全关断。例如，如果没有检测到报警状况，信号“0”将出现在信号连接处，从而出现在信号线30上。而当检测到报警状况，例如指示即将发生过度充电或即将发生完全放电状况时，将出现例如+18V的有限电压信号“1”。不言而喻，这里使用“0”或“+18V”的信号形式仅用于示例，例如，同样也可以使用其它模拟或数字信号形式。
在图1实施例的第一变体的情况下，如图2中所示，在这种情况下，由46a指示的开关布置在正极线14中。例如，开关46a可以配置为例如继电器(relay)或者半导体开关。
蓄电池10和/或电子监控***22通过用作“紧急关断”的信号线30直接致动开关46a。在这种情况下，开关46a位于充电设备的次级侧。
相应地，图3示出了第二变体，其中在这种情况下由46b指示的开关布置在地线16中。对于其它部分，这种布置的功能与图2中所示的相对应。
最后，图4示出了第三变体，其中在这种情况下由46c指示的开关布置在供电线18中。这里，信号线30也用作“紧急关断”功能。然而，现在开关46c布置在充电设备12的初级侧。同样，可以想象到使用两个或更多开关的图2到4所示的实施例的组合。
图5示出了描述的报警中断功能也可以与连接到消费电器(例如图5中所示的手动操作的电气工具50，或者任何其它电气或电子设备)的蓄电池10共同使用。电气工具50(例如钻孔机、截断研磨机、螺丝加工机或类似设备)包括手柄54中的操作开关52。由55指示的连接将电气工具50与蓄电池10相连接。在图5中示出了蓄电池10位于电气工具50旁边，这仅仅是为了简单示例的目的。实际中，蓄电池当然也可以布置在电气工具50中。
在电气工具50的操作中，当存在蓄电池可能完全放电或过热的风险时，上述的报警信号致使操作开关52被致动，因此，通过信号线30切断电气工具50。这可以通过机械地触发操作开关52或通过继电器、半导体开关或类似设备电气地对操作开关52进行去耦合来实现。

Claims (29)

1、一种蓄电池/设备组合，其中所述设备通过至少一条电流供应线连接到蓄电池(10)，所述蓄电池/设备组合具有布置在所述设备中的设备操作开关(46)和布置在蓄电池(10)中的监控单元，所述监控单元包括用于检测蓄电池(10)中的报警状况的装置，该装置与操作开关(46)交互式地连接。
2、根据权利要求1所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述装置通过对操作开关(46)的致动来对所述至少一条电流供应线(14，16)去激励。
3、根据权利要求2所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述装置将所述设备断开。
4、根据权利要求3所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述装置中断所述至少一条电流供应线(14，16)。
5、根据权利要求1至4之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述监控单元是电子监控***(22)。
6、根据权利要求5所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述电子监控***(22)监控作为蓄电池(10)特征的状态变量，并且当超过状态变量的预定界限值时，所述装置与操作开关(46)相互作用。
7、根据权利要求6所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的电压(U)。
8、根据权利要求6或权利要求7所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的电流(I)。
9、根据权利要求6至8之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的内部电阻值(Ri)。
10、根据权利要求6至9之一所述的蓄电池/设备，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的温度(T)。
11、根据权利要求6至10之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的电压的一阶时间导数(dU/dt)。
12、根据权利要求6至11之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变是量蓄电池(10)的电流的一阶时间导数(dI/dt)。
13、根据权利要求6至12之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的内部电阻值的一阶时间导数(Ri/dt)。
14、根据权利要求6至13之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的温度的一阶时间导数(dT/dt)。
15、根据权利要求1至14之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，同时监控至少两个状态变量。
16、根据权利要求1至15之一所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，所述报警状况由蓄电池的一个信号连接(31)处的电压信号指示。
17、根据权利要求16所述的蓄电池/设备组合，其特征在于，当不存在报警状况时，零信号出现在信号连接(31)处，当存在报警状况时，出现电压信号。
18、一种蓄电池，包括用于将蓄电池连接到设备的至少一条电流供应连接(15，17)，所述蓄电池具有布置在蓄电池(10)中的监控单元，所述监控单元包括用于检测蓄电池(10)中的报警状况的装置，所述装置连接到蓄电池的信号连接(31)。
19、根据权利要求18所述的蓄电池，其特征在于，所述监控单元是电子监控***(22)。
20、根据权利要求19所述的蓄电池，其特征在于，所述电子监控***(22)监控作为蓄电池(10)充电状态特征的状态变量，并且当超过状态变量的预定界限值时，所述装置向信号连接(31)提供电压信号。
21、根据权利要求20所述的蓄电池，其特征在于，当不存在报警状况时，零信号出现在信号连接(31)处，当存在报警状况时，出现电压信号。
22、根据权利要求20或权利要求21所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的电压(U)。
23、根据权利要求20至22之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的电流(I)。
24、根据权利要求20至23之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的内部电阻值(Ri)。
25、根据权利要求20至24之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的温度(T)。
26、根据权利要求20至25之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的电压的一阶时间导数(dU/dt)。
27、根据权利要求20至26之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量蓄电池(10)的电流的一阶时间导数(dI/dt)。
28、根据权利要求20至27之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的内部电阻值的一阶时间导数(Ri/dt)。
29、根据权利要求20至28之一所述的蓄电池，其特征在于，所述状态变量是蓄电池(10)的温度的一阶时间导数(dT/dt)。
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