CN103368226A - 电气设备和用于驱动电气设备的方法 - Google Patents

Abstract

在用于驱动电气设备的方法中，该电气设备具有第一蓄电池组、第二蓄电池组和电负载，在任何时刻最多只有一个蓄电池组放电来驱动负载。在此，根据第一蓄电池组的温度和第二蓄电池组的温度和/或根据第一蓄电池组的内阻和第二蓄电池组的内阻来选择要放电的蓄电池组。

Description

电气设备和用于驱动电气设备的方法

技术领域

本发明涉及一种根据专利权利要求1所述的用于驱动电气设备的方法以及一种根据专利权利要求7所述的电气设备。

背景技术

已知的是，电气设备例如电动工具配备有蓄电池（Akkus）以便与供电网络独立地运行。在便携式电气设备中已知的是，使用锂离子蓄电池，其能量密度与重量和大小之间的关系有利。已知的是，电气设备的蓄电池被构建为自给的并且可能为可更换的单元，所谓的蓄电池组。

已知的是，例如也将割草机构建为以蓄电池驱动的电气设备。然而由于已知蓄电池的能量容量有限，这种割草机尚不能够在功率和运行时间方面同汽油驱动的割草机竞争。在不中断工作来对割草机的蓄电池再充电的情况下不能地割除较大面积。在恶化的工作条件（如草茂盛或潮湿）下在较长的割除的情况下高功率需求也是不利的。这导致蓄电发热极大，这也对其使用寿命不利。此外，在蓄电池组可以被再充电之前，蓄电池组在更换之后必须首先被冷却。由此，必须中断工作较长时间。

发明内容

本发明的任务在于提出一种用于驱动电气设备的改进方法。该任务通过具有权利要求1所述的特征的方法来解决。此外，本发明的任务是提供一种改进的电气设备。该任务通过具有权利要求7所述的特征的电气设备来解决。优选的改进方案在从属权利要求中予以说明。

在根据本发明的用于驱动电气设备的方法中（该电气设备具有第一蓄电池组、第二蓄电池组和电负载），在任何时刻最多只有一个蓄电池组放电来驱动负载。在此，根据第一蓄电池组的温度和第二蓄电池组的温度和/或根据第一蓄电池组的内阻和第二蓄电池组的内阻来选择要放电的蓄电池组。有利地，第一蓄电池组和第二蓄电池组的发热均匀地进行，由此极少出现蓄电池的尖峰发热。由此延长了蓄电池组的使用寿命。

在该方法的一个优选的实施形式中，具有最低温度的蓄电池组来放电。有利地，由此避免了电气设备的蓄电池组的过度发热。

在本方法的一个合乎目的的实施形式中，当蓄电池组的温度达到确定的阈值时，该蓄电池组的放电结束。有利地，由此可以避免蓄电池组的过热。 

在本方法的一个改进方案中，当第一蓄电池组的温度和第二蓄电池组的温度彼此相差小于所确定的阈值时，第一蓄电池组和第二蓄电池组交替地放电。有利地，这两个蓄电池组于是大致相同强度地发热，其中蓄电池组的发热通过两个蓄电池组的交替运行而总体上比在只有一个蓄电池放电的情况低。由此，与在蓄电池组相继顺序放电的情况下所实现的运行时间相比有利地能够实现更长的运行时间。在其内将蓄电池组的温度判断为大致相等的阈值例如可以在2℃左右。

在本发明的一个特别优选的实施形式中，比每分钟一次更为频繁地在蓄电池之间切换。有利地，***的惯性于是使得两个蓄电池始终处于大致相同温度上。此外，蓄电池组的放电也大致均匀地进行。由此，有利地避免了，电气设备的使用者在蓄电池组之间切换时察觉到功率改变。

在本方法的一个附加的改进方案中，如果所需的电功率超过确定的阈值，则具有最低内阻的蓄电池组放电。有利地，由此可以拦截短时需要的尖峰功率。使用具有最低电阻的蓄电池组有利地导致最小发热。有利地，该方法可以设计为使得当具有最低内阻的蓄电池组并不具有所有蓄电池组中的最低温度，则该蓄电池组在短时需要尖峰功率的情况下也被选择来放电。

根据本发明的电气设备具有用于为电气设备供给能量的第一蓄电池组。此外，该设备具有用于为电气设备供给能量的第二蓄电池组。有利地，由此提高了电气设备的最大可能运行时间。

在电气设备的一个优选的实施形式中，该设备被构建为根据前面所描述的类型的方法来驱动。有利地，存储在这两个蓄电池组中的能量于是被最佳地利用。此外，蓄电池组于是被有利地驱动，使得其使用寿命尽可能长。

在该电气设备的一个合乎目的的实施形式中，该电气设备具有电路装置，该电路装置设计为在通过第一蓄电池组供电与通过第二蓄电池组供电之间切换。有利地，于是可能的是，蓄电池组并不同时而是顺序地或交替地放电。

在该电气设备的一个优选的实施形式中，第一蓄电池组和第二蓄电池组具有不同的内阻。有利地，不同的蓄电池于是可以用于不同的目的。例如，通过具有较小内阻的蓄电池承担短时提高的功率需求。

在该电气设备的一个改进方案中，该设备具有第三蓄电池组。有利地，由此进一步提高了电气设备的最大可能运行持续时间。

在该电气设备的一个实施形式中，该电气设备是割草机。有利地，设置至少第二蓄电池组于是能够实现不中断地割除更大草坪。

附图说明

现在参照附图进一步阐述本发明。其中：

图1示出了电气设备的示意性框图；

图2示出了第一放电图；

图3示出了第二放电图；

图4示出了第三放电图；

图5示出了第四放电图；以及

图6示出了第五放电图。

具体实施方式

图1示出了电气设备1的示意性框图，该电气设备可以与通过电网的供电独立地驱动。电气设备100例如可以是便携式电气设备（例如手持工具）、可行走的电气设备（例如电驱动的割草机）或固定的或半固定的设备（例如桌上型锯床）。

电气设备100具有第一蓄电池组110和第二蓄电池组120。第一蓄电池组110和第二蓄电池组120可以分别包括一个或多个蓄电池单元。优选地，第一蓄电池组110和第二蓄电池组120分别包封在壳体中，以便保护其免受侵入的水影响。同样优选地，第一蓄电池组110和第二蓄电池组120可以从电气设备110中取出。如果电气设备100是割草机，则第一蓄电池组110和第二蓄电池组120例如可以容纳在设置在割草机壳体的上侧上的装置中，并且为了行走运动而可靠地固定。

电气设备100具有电负载105以及电路装置101。蓄电池组110、120为此设计为驱动电负载105。电负载105例如可以是电驱动装置，例如电动机。在其他实施形式中，电负载例如可以是电加热装置。

此外，电气设备100还具有电路130，该电路130设计为控制第一蓄电池组110和第二蓄电池组120的放电，即通过第一蓄电池组110和通过第二蓄电池组120驱动电负载。为此，该电路130与第一开关140和第二开关150连接。如果第一开关140闭合，则第一蓄电池组110放电。如果第二开关150闭合，则第一蓄电池组120放电。电路130和开关140、150被构建为，始终最多开关140、150之一可以闭合。相应其他开关140、150于是打开。由此保证了，蓄电池组110、120并不同时放电。

电气设备100的电路130被构建为蓄电池组110、120根据蓄电池110、120的温度和/或蓄电池组110、120的内阻来放电。为此，该电路130与第一温度传感器160和第二温度传感器170连接。第一温度传感器160设计为检测第一蓄电池组110的温度。第二温度传感器170设计为检测第二蓄电池组120的温度。附加地，电路130可以与这些装置连接，以便确定蓄电池组110、120的内电阻。为此，蓄电池组110、120的内阻例如可以被测量。但蓄电池组110、120的内阻也可以在布置在蓄电池组110、120上或其中的数据区中编码，由此通过电路130来读取。此外可能的是，蓄电池组110、120的内阻持久地存储在电路130中。

图2以示意图示出了用于第一蓄电池组110和第二蓄电池组120放电的可能的第一放电图200。在图2所示的图形的水平轴线上绘制了时间201。在垂直轴线上绘制了蓄电池组110、120的温度202。第一放电图200基于如下情况：第一蓄电池110和第二蓄电池组120在第一时刻206都具有相同的低温度203。这些温度例如当相差小于2℃时于是可以被判断为相同。

电路130在第一时刻206首先开始用第一蓄电池组110放电，以便驱动电气设备100，其中任意选择第一蓄电池组110。由于第一蓄电池组110放电，所以第一蓄电池组110的温度按照温度曲线210升高，直至其在第二时刻207达到极限温度204。极限温度204是与蓄电池110、120的结构类型有关的温度，从该极限温度起，蓄电池组110、120的电学特性的持续劣化令人担心。

在第二时刻207，第一蓄电池组110加热到极限温度204。然而，第二蓄电池组120继续处于低温度203。因此，电气设备100的电路在第二时刻207切换到通过第二蓄电池组120供电。由此，第二蓄电池组120按照温度曲线220发热，直至第二蓄电粗120在第三时刻208达到极限温度204并且必须被关断。

如果第一蓄电池组110在第二时刻207到第三时刻208的时间段中充分冷却，则在第三时刻208可以又切换到通过第一蓄电池组110供电。否则，电气设备100必须完全被关断。

图3以示意图示出了用于使电气设备100的蓄电池组110、120放电的可能的第二放电图300。第二放电图300基于如下情况：第一蓄电池组110在第一时刻306具有低温度，而第二蓄电池组120具有相对于低温度203提高了平均温度205。

电气设备100的电路130在第一时刻306选择第一蓄电池组110来放电，因为该第一蓄电池组具有较低的温度。在第一蓄电池组110放电期间，第一蓄电池组110的温度按照第一曲线310提高，直至第一蓄电池组110的温度在第二时刻307又达到极限温度204。因此，电路130在第二时刻307切换到通过第二蓄电池组120供电。在第二蓄电池组120放电期间，第二蓄电池组120的温度按照第二曲线320升高，直至第二蓄电池组120在第三时刻308达到极限温度204。如果第一蓄电池组110在第三时刻308被充分冷却，则在第三时刻308可以又切换到通过第一蓄电池组110供电。否则，电气设备100必须在第三时刻308被完全关断。

图4示出了用于使电气设备100的蓄电池组110、120放电的可能的第三放电图400。第三放电图400如图2的第一放电图基于如下情况：第一蓄电池110和第二蓄电池组120在第一时刻406都具有相同的低温度203。这些温度例如当相差小于2℃时于是可以被判断为相同。

然而，根据第三放电图400，并非第一蓄电池组110单独放电直至其达到极限温度204。取而代之地，根据第三放电图400，从第一时刻406起以短时间间隔在第一蓄电池组110放电与第二徐电磁组120放电之间切换。优选地，切换比每分钟一次更为频繁地进行。特别优选地，切换比每半分钟一次、例如每隔五秒、每隔十秒或每隔二十秒更频繁地进行。在选择时间间隔时，在通过短时间间隔实现蓄电池组110、120的尽可能均匀放电与发热之间以及通过选择较长时间间隔实现切换损耗最小化之间进行权衡。

由于有规律地在第一蓄电池组110与第二蓄电池组120之间切换，第一蓄电池组110和第二蓄电池组120按照温度曲线410、420相同地发热。发热进行直至两个蓄电池组110、120在第二时刻407达到极限温度204并且电气设备100必须被关断。然而，由于每个蓄电池组110、120在相应其他蓄电池组120、110放电期间又可以被冷却，所以在第三放电图400中在第一时刻406与第二时刻407之间的持续时间大于在图2的第一放电图200中在第一时刻206与第三时刻208之间的持续时间。因此，第三放电图400相对于第一放电图200是优选的。

第三放电图400的另一优点是，通过第一蓄电池组110和第二蓄电池组120以短间隔交替运行，两个蓄电池组110、120在任何时刻都具有相同的蓄电池容量。由此，在蓄电池110、120之间切换时，电气设备100的使用者没有察觉到功率改变。

图5示出了用于电气设备100的蓄电池组110、120放电的可能的第四放电图500。第四放电图500如第二放电图300一样又基于的是：第一蓄电池110在第一时刻506具有低温度203，而第二蓄电池120在第一时刻506已经处于相对于低温度203提高的平均温度205。电气设备100的电路130因此在第一时刻506选择具有较低温度的蓄电池组，即第一蓄电池组来放电。在第一蓄电池组110放电期间，其温度按照第一温度曲线510升高。在第二时刻507，第一蓄电池组110同样达到平均温度205。以此，第一蓄电池组110和第二蓄电池组120在第二时刻507处于相同温度。相同温度在本上下文中意味着，通过温度传感器160、170所确定的蓄电池组110、120的温度相差小于例如2℃的所确定的阈值。

在第二时刻507，电路130开始使蓄电池组110、120交替地放电。在蓄电池组110、120之间的切换之间的时间段可以在大约5秒到一分钟之间。通过蓄电池组110、120交替放电，蓄电池组110、120的温度以相同方式按照第一蓄电池温度的另一曲线520和第二蓄电池温度的曲线530升高。

在第三时刻508，第一蓄电池组110和第二蓄电池组120达到极限温度204。因此，在第三时刻508，电气设备100必须关断。由于在第二时刻507与第三时刻508之间的时间段中分别恰好不处于运行中的蓄电池组110、120可以冷却，所以温度升高按照温度曲线520、530缓慢地进行。由此，在第四放电图500中在第一时刻506与第三时刻508之间的持续时间大于在图3的第二放电图中在第一时刻306与第三时刻308之间的持续时间。因此，第四放电图500相对于第二放电图300是优选的。

在电气设备100和通过电路130实施的用于使蓄电池组110、120放电的方法的一个改进方案中，也可以考虑蓄电池组110、120的内阻。蓄电池组110、120的较高内阻意味着在蓄电池组110、120放电时相应蓄电池组110、120的极大发热。因此，当两个蓄电池组110、120处于极限温度204附近的相同温度时，可以使用具有比较小的内阻的蓄电池组110、120。

如果电气设备100同时需要大电功率，则可以使用具有较小内阻的蓄电池组110、120。如果电气设备100所要求的电流强度例如升高到80A或120A的值，则与蓄电池组110、120无关地可以切换到具有较小的内阻的蓄电池组110、120。

在本方法的一个附加改进方案中，在蓄电池110、120之间的切换也关于电气设备100的大负载和小负载而进行。在该改进方案中，电气设备100具有至少两个大小不同设计的电负载，例如较弱的电动机和较强的电动机。电气设备100的这两个负载可以同时被驱动。电负载的每个都可以通过蓄电池组110、120的每个来驱动。该方法于是设计为，较热的蓄电池组110、120用于驱动电气设备100的较小的电负载，较冷的蓄电池组110、120用于驱动电气设备100的较大电负载。

图6示出了用于阐述该方法的第五放电图600。在第一时刻606，第一蓄电池组110具有第一温度603。第二蓄电池组120在第一时刻606具有第二温度604，该第二温度高于第一温度603。因此，从第一时刻606起，蓄电池组100用于驱动该设备100的较大的电负载，而第二蓄电池组120用于驱动该设备100的较小的负载。

第一蓄电池组110的温度因此按照第一温度曲线610升高，而第二蓄电池组120的温度按照较平缓的第二温度曲线620升高。第一蓄电池组110的较陡的温度升高610的原因在于，第一蓄电池组110必须提供较大的功率。在第二时刻607，两个蓄电池组110、120达到第二温度605，该第三温度高于第一温度603和第三温度604。

蓄电池组110、120在第二时刻607因此大致处于相同温度，其中前面关于温度相同性的定义的介绍同义地应用。从第二时刻607起，第一蓄电池组110和第二蓄电池组120在较小的电负荷和较大的电负荷时交替。因此，第一蓄电池组110的温度从第二时刻607起按照另一温度曲线615升高，而第二蓄电池组120的温度按照另一第二温度曲线625升高。其他温度曲线615、625都具有相同的斜率，因为蓄电池组110、120在两个电负载运行时彼此交替。

在电气设备100的一个改进方案中，当仅使用一个蓄电池110、120时，于是也可以使用设备100。

在该电气设备100的一个附加的改进方案中，电气设备100具有第三蓄电池组和/或还具有另外的蓄电池组。在电气设备100的该改进方案中，电气设备100的电路130被构建为优选具有相应最低温度的蓄电池组放电。当电气设备100的蓄电池组都分别大致具有相同的温度（即温度相差小于例如2℃），则优选以短时间间隔在电气设备100的各蓄电池组之间进行切换。

Claims (12)

1.一种用于驱动电气设备（100）的方法，

该电气设备（100）具有第一蓄电池组（110）、第二蓄电池组（120）和电负载（105），

其中在任何时刻，最多只有一个蓄电池组（110，120）放电来驱动负载（105），

其中根据第一蓄电池组（110）的温度和第二蓄电池组（120）的温度和/或根据第一蓄电池组（110）的内阻和第二蓄电池组（120）的内阻来选择要放电的蓄电池组（110，120）。

2.根据权利要求1所述的方法，

其中具有最低温度的蓄电池组（110，120）放电。

3.根据上述权利要求之一所述的方法，

其中当蓄电池组（110，120）的温度达到所确定的阈值时，蓄电池组（110，120）的放电结束。

4.根据上述权利要求之一所述的方法，

其中当第一蓄电池组（110）的温度和第二蓄电池组（120）的温度彼此相差小于所确定的阈值时，第一蓄电池组（110）和第二蓄电池组（120）交替地放电。

5.根据权利要求4所述的方法，

其中在蓄电池组（110，120）之间比每分钟一次更频繁地交替。

6.根据上述权利要求之一所述的方法，

其中如果所需的电功率超过确定的阈值，则具有最低内阻的蓄电池组（110，120）放电。

7.一种电气设备（100），

具有第一蓄电池组（110），用于为所述设备（100）供给能量，

其特征在于，

所述设备（100）具有第二蓄电池组（120），用于为所述设备（100）供给能量。

8.根据权利要求7所述的电气设备（100），

其中所述设备（100）被构建为根据按照权利要求1至6之一所述的方法来驱动。

9.根据权利要求7或者8所述的电气设备（100），

其中所述设备（100）具有电路装置（140，150），所述电路装置（140，150）被设置为在通过第一蓄电池组（110）供电与通过第二蓄电池组（120）供电之间进行切换。

10.根据权利要求7至9之一所述的电气设备（100），

其中第一蓄电池组（110）和第二蓄电池组（120）具有不同的内阻。

11.根据权利要求7至10之一所述的电气设备（100），其中所述电气设备（100）具有第三蓄电池组。

12.根据权利要求7至11之一所述的电气设备（100），其中所述电气设备（100）是割草机。

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