CN109565186A - 充电设备 - Google Patents

Abstract

本发明基于一种尤其用于手持式工具机(12a)的感应式充电设备(10a；10b；10c)，该感应式充电设备尤其是感应式蓄电池充电设备，该感应式充电设备具有至少一个逆变器单元(14a；14b；14c)和至少一个充电电感(18a；18b；18c)，该逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压并且具有至少一个用于提供交变电压的交变电压输出端(16a；16b；16c)，该充电电感用于对至少一个能量存储器(20a)进行无线充电。提出，该感应式充电设备包括至少一个变压器(22a；22b；22c)，该变压器具有至少一个与交变电压输出端(16a；16b；16c)连接的初级电感(24a；24b；24c)并且具有至少一个与充电电感(18a；18b；18c)以保持电压类型的方式连接的次级电感(26a；26b；26c)。

Description

充电设备

背景技术

已经提出一种用于手持式工具机的感应式蓄电池充电设备，该感应式蓄电池充电设备具有至少一个逆变器单元和至少一个充电电感，该至少一个逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压并且具有至少一个交变电压输出端，该交变电压输出端用于提供交变电压，该至少一个充电电感用于对至少一个能量存储器进行无线充电。

发明内容

本发明涉及一种尤其用于手持式工具机的感应式充电设备(尤其感应式蓄电池充电设备)，该感应式充电设备具有至少一个逆变器单元和至少一个充电电感，该至少一个逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压，并且该至少一个逆变器单元具有至少一个交变电压输出端，该交变电压输出端用于提供交变电压，该至少一个充电电感用于对至少一个能量存储器进行无线充电。

提出，该感应式充电设备具有至少一个变压器，该变压器包括至少一个初级电感和至少一个次级电感，该至少一个初级电感与交变电压输出端尤其以保持电压类型的方式连接，该至少一个次级电感与充电电感尤其以保持电压类型的方式连接。

“设置”尤其应理解为专门进行编程、设计和/或配备。“对象设置用于确定的功能”尤其应理解为：该对象在至少一个应用状态和/或运行状态中满足和/或实施确定的功能。

在此，“感应式充电设备”尤其应有利地理解为无线充电设备的功能部分(尤其子组件)。感应式充电设备尤其还可以包括整个无线充电器。优选地，感应式充电设备设置用于有利地借助至少一个感应能量传输来对能量存储器进行无线的和/或非接触式的充电。特别优选地，充电设备设置用于尤其借助至少一个感性耦合来将电能(尤其电能供给)至少部分地传输给能量存储器。优选地，充电设备设置用于在给能量存储器充电时允许距离为至少0.1mm、有利地至少1mm、尤其有利地至少1cm、尤其优选地至少10cm的能量传输。有利地，该能量存储器具有至少一个电池(尤其有利地至少一个优选能够重复充电至少100次的电池)，所述至少一个电池例如是蓄电池组。特别有利地，该能量存储器构造成蓄电池组。也能够想到，该能量存储器具有至少一个超级电容器和/或至少一个电容器和/或至少一个电解槽与燃料电池的至少一个组合并且具有用于反应气体和/或反应液体的相应箱体，所述反应气体和/或反应液体例如是氢、甲烷、甲醇等。该能量存储器尤其包括至少一个接收线圈，该至少一个接收线圈优选是尤其与电池连接的接收电路的一部分，并且该接收线圈特别优选地设置用于接收在充电时所传输的能量。

“手持式工具机”在此尤其应理解为一种加工工件的机器，然而有利地理解为钻机、锤钻和/或冲击锤、无绳螺丝刀(Akkuschrauber)、电动螺丝刀、凿子、锯、刨刀、螺丝刀、铣机、磨机、角磨机、园艺器具和/或多功能工具。有利地，该逆变器单元至少包括尤其恰好一个逆变器。特别有利地，该逆变器设置用于将直流馈电电压转换成交变电压。优选地，该逆变器单元具有至少一个直流电压输入端，该直流电压输入端设置用于与直流馈电电压连接。

在此，“交变电压”尤其应理解为如下电压：该电压的符号随时间有利地周期性变化，该电压尤其是正弦电压，其中，能够想到与完美正弦变化过程存在偏差和/或产生至少一个谐波——尤其几个谐波。例如也能够想到矩形的和/或锯齿形的和/或三角形的和/或阶梯形的和/或其他尤其周期性的电压变化过程。在此，“直流馈电电压”尤其应理解为如下直流电压：该直流电压有利地设置用于给感应式充电设备提供电能。在此，“直流电压”尤其应理解为在时间上至少基本恒定的电压，有利地，该电压的时间变化过程没有符号变化。该直流电压尤其可以是借助整流器由交变电压和/或混合电压产生的电压，该电压尤其与完美的直流电压不同并且包括至少一个交变电压分量，该交变电压分量尤其具有如下幅度：该幅度是直流电压的直流电压分量的幅度的至多10％，有利地至多5％、特别有利地至多1％。因此，术语“直流电压”还应以本领域技术人员已知的方式包括具有尤其能够忽略的小交变电压分量的混合电压。与直流电压分量相比，该交变电压分量尤其如此小，使得该交变电压分量对于应用来说是无关紧要的。在此，“至少基本上”尤其应理解为：与预给定的值的偏差尤其小于预给定的值的15％、优选小于10％并且尤其优选小于5％。

优选地，充电电感构造成充电线圈。特别优选地，充电电感是充电振荡回路的一部分，该充电振荡回路有利地包括至少一个充电电容(尤其至少一个充电电容器)和/或具有至少一个谐振频率。有利地，所述变压器构造成初级电感和次级电感。特别有利地，该变压器设置用于改变交变电压的幅度。

在此，第一电子构件与第二电子构件“以保持电压类型的方式连接”尤其应理解为：通过电子构件之间的连接，电压类型保持不变。在此，有利地假设恰好存在三种电压类型——即交变电压、直流电压和混合电压。例如，如果在第一构件的输出端上存在交变电压，则在第二构件的输入端上同样存在交变电压。如果在第一构件的输出端上存在直流电压，则在第二构件的输入端上同样存在直流电压。有利地，保持电压类型的连接是直接的电连接，该直接的电连接尤其仅具有至少一个电阻和/或至少一个用于稳定的构件，所述用于稳定的构件例如是接入到直流电压连接中的二极管或接入到交变电压连接中的高通滤波器和/或低通滤波器和/或带通滤波器，并且该直接的电连接优选不具有整流器和/或逆变器。

通过感应式充电设备的根据本发明的构型，尤其可以在结构形式方面实现有利的特性。有利地，可以提供一种具有简单的和/或成本有利的和/或高效的结构形式的感应式充电设备。此外，可以有利地减少多个电压变换步骤。此外，可以有利地减少多个所需的高功率部件——例如高压MOSFET和/或高压H桥。尤其可以有利地提供一种不具有高功率MOSFET和/或高压H桥的感应式充电设备。此外，可以实现所需控制软件的简单化和/或编程开销的减少。

在本发明的一种有利构型中提出，交变电压输出端在不存在中间连接的整流器的情况下与充电电感连接。尤其感应式充电设备以及尤其根据本发明的无线充电器不具有整流器。

由此可以有利地实现构件多样性的减少和/或可以实现成本有利的可制造性。

在本发明的一种特别有利的构型中提出，变压器设置用于将交变电压升压到充电交变电压。优选地，充电交变电压的有效值至少基本上是230V。特别优选地，充电交变电压的幅度至少基本上是325V。特别优选地，充电交变电压尤其优选存在于充电电感上和/或充电振荡回路上。有利地，充电交变电压的频率至少基本上相应于充电振荡回路的谐振频率。由此，可以有利地实现高的充电效率。

在本发明的一种优选构型中提出，逆变器单元设置用于在给能量存储器充电时使交变电压的至少一个交变电压参数至少部分地匹配于充电的至少一个充电参数。有利地，感应式充电设备具有如下控制单元：该控制单元设置用于根据充电参数来操控逆变器单元。“控制单元”尤其应理解为具有至少一个控制电子器件的电气单元和/或电子单元。“电子控制器件”尤其应理解为如下单元：该单元具有计算单元、存储单元以及存储在存储单元中的运行程序、控制程序和/或调节程序，这些程序尤其设置用于由计算单元所运行。有利地，控制单元尤其设置用于根据充电参数识别至少一个充电状态。特别有利地，感应式充电设备具有至少一个传感器单元，该传感器单元设置用于检测充电参数并且尤其用于为控制单元提供充电参数。由此，可以有利地根据需要调节充电电压。

在本发明的一种特别优选的构型中提出，交变电压参数是交变电压的频率。交变电压的频率尤其至少基本上相应于充电交变电压的频率。有利地，该逆变器单元设置用于产生具有能够选择的(尤其能够改变的)频率的交变电压。由此，可以有利地直接由逆变器影响和/或确定和/或调制充电电压的频率。

在本发明的一种有利构型中提出，充电参数是充电情况下的谐振频率。充电参数尤其是存在能量存储器的情况下的充电振荡回路的谐振频率。有利地，逆变器单元设置用于使交变电压参数至少部分地(尤其完全地)匹配于充电情况下的充电振荡回路的谐振频率的失谐(Verstimmung)。逆变器单元尤其设置用于使交变电压的频率至少部分地(尤其完全地)协调于充电时的充电振荡回路的谐振频率。控制单元优选设置用于至少根据充电交变电压的实际频率与充电时充电交变电压的频率期望值的比较来确定交变电压参数。由此，可以有利地实现感应充电时的高效率和/或可靠的频率匹配。

然而也能够想到，逆变器单元设置用于有利地以确定的(尤其对于不同充电情况共同的)频率独立于充电振荡回路的谐振频率产生交变电压。

逆变器单元尤其构造成能够以如下直流馈电电压运行：该直流馈电电压是至少1V、有利地至少2V、特别有利地至少5V、优选地至少10V并且特别优选地至多12V。逆变器单元尤其构造成能够以如下直流馈电电压运行：该直流馈电电压是至多500V、有利地至多200V、特别有利地至多100V、优选地至多50V并且特别优选地至多36V。原则上，当然也能够想到其他值(尤其是位于这些值之间的值)。

在本发明的一种特别有利的构型中提出，逆变器单元构造成能够以如下直流馈电电压运行：该直流馈电电压尤其是恰好12V或至少尤其恰好24V，所述直流馈电电压尤其是车辆(例如小型货车或轿车或载重货车)提供的直流馈电电压。但是，原则上也能够想到其他的例如9V或18V或36V或48V或约50V或约100V或约200V或约500V的直流馈电电压。有利地，逆变器单元设置用于与车辆的(例如小型货车的或轿车的或载重货车的)汽车电池和/或车载电网连接。由此，可以有利地提供通用的和/或能够移动使用的充电设备。

在本发明的另一构型中提出，逆变器单元至少具有尤其恰好一个推挽式逆变器。所述逆变器尤其可以构造成推挽式逆变器。由此，可以有利地提供成本有利的和/或易于制造的感应式充电设备。

此外提出，逆变器单元具有至少一个LLC逆变器。所述逆变器尤其可以构造成LLC逆变器。优选地，LLC逆变器构造成LLC谐振变换器。有利地，LLC逆变器具有至少一个与初级电感并联连接的第一电感。特别有利地，LLC逆变器具有至少一个与初级电感串联连接的第二电感。优选地，LLC逆变器具有至少一个与初级电感以及与该初级电感并联连接的第一电感串联连接的电容。由此，可以有利地实现充电交变电压的高质量。

此外提出，逆变器单元具有至少一个H桥逆变器。所述逆变器尤其可以构造成H桥逆变器。有利地，该逆变器单元包括至少一个H桥。由此，可以有利地在逆变器中实现高效率。

可以借助如下***在无线充电和/或结构形式和/或成本高效方面实现有利的特性：该***包括根据本发明的感应式充电设备以及至少一个能量存储器，该能量存储器设置成借助充电设备被无线充电。

此外，本发明涉及一种尤其借助根据本发明的感应式充电设备来对能量存储器进行无线充电的方法，其中，由直流电压转换成充电交变电压，并且将该交变电压直接地——尤其在没有中间步骤的情况下——变压成充电交变电压，在该中间步骤中，电压类型发生改变。

通过根据本发明的方法，尤其可以在感应式充电设备的结构形式方面实现有利的特性。有利地，可以提供具有简单的和/或成本有利的和/或高效的结构形式的感应式充电设备。此外，可以有利地减少多个电压变换步骤。此外，可以有利地减少多个所需的高功率部件——例如高压MOSFET和/或高压H桥。尤其可以有利地提供不具有高功率MOSFET和/或高压H桥的感应式充电设备。此外，可以实现所需控制软件的简单化和/或减少编程开销。

根据本发明的感应式充电设备和/或根据本发明的方法不应局限于上述应用和实施例。为了满足在此所述功能，根据本发明的感应式充电设备和/或根据本发明的***尤其可以具有与在此提到的单个元件、构件和单元不同的数量。

此外，在本公开内容中说明的值范围内，位于所述极限内的值也应视为公开的和能够被任意替代的。

附图说明

由以下附图说明得出其他优点。在附图中示出本发明的三个实施例。附图、说明书和权利要求包含许多组合的特征。本领域技术人员也可以符合目的地单独考虑这些特征并将这些特征组合成有意义的其他组合。

附图示出：

图1以立体视图示出具有感应式充电设备和能量存储器的***；

图2示出***的方框图；

图3示出感应式充电设备的示意性电路图；

图4示出第二感应式充电设备的示意性电路图；

图5示出第三感应式充电设备的示意性电路图。

具体实施方式

图1示出具有感应式充电设备10a和能量存储器20a的***34a，该能量存储器20a设置成借助充电设备10a被无线充电。能量存储器20a构造成手持式工具机12a的蓄电池组。在当前情况下，感应式充电设备10a是感应式充电器36a的一部分。在当前情况下，感应式充电设备10a构造成用于手持式工具机12a的感应式蓄电池充电设备。

图2示出***34a的方框图。感应式充电设备10a具有逆变器单元14a，该逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压。逆变器单元14a具有直流电压输入端40a，该直流电压输入端设置用于与直流馈电电压连接。逆变器单元14a具有交变电压输出端16a，该交变电压输出端用于提供交变电压。感应式充电设备10a具有用于给能量存储器20a无线充电的充电电感18a。在当前情况下，充电电感18a构造成充电线圈。此外，感应式充电设备10a具有变压器22a，该变压器具有初级电感24a和次级电感26a。初级电感24a与交变电压输出端16a连接。在当前情况下，初级电感24a以保持电压类型的方式与交变电压输出端16a连接。初级电感24a与交变电压输出端16a直接连接。次级电感26a以保持电压类型的方式与充电电感18a连接。在当前情况下，次级电感26a布置在充电回路41a中，该充电回路还具有充电电感18a和充电电容42a。

能量存储器20a具有接收电感44a，该接收电感在无线充电的情况下与感应式充电设备10a的充电电感18a感性耦合。

图3示出感应式充电设备10a的示意性电路图。逆变器单元14a具有推挽式逆变器28a。逆变器单元14a具有第一开关元件46a和第二开关元件48a。在当前情况下，第一开关元件46a和第二开关元件48a分别构造成MOSFET。开关元件46a、48a能够由感应式充电设备10a的控制单元38a(参见图1)操控。为了产生交变电压，交替地并且周期性地切换开关元件46a、48a。

第一开关元件46a的第一连接端与地50a连接。第二开关元件48a的第一连接端与地50a连接。第一开关元件46a的第二连接端与初级电感24a的第一连接端连接。第二开关元件48a的第二连接端与初级电感24a的第二连接端连接。初级电感24a的第三(尤其中间的)连接端与直流电压输入端40a连接。初级电感24a尤其借助变压器芯耦合到次级电感26a上。次级电感26a的第一连接端与充电电感18a的第一连接端连接。次级电感26a的第二连接端与充电电容42a的第一连接端连接。充电电容42a的第二连接端与充电电感18a的第二连接端连接。

交变电压输出端16a在不存在中间连接的整流器的情况下与充电电感18a连接。变压器22a设置用于将交变电压升压到充电交变电压。逆变器单元14a构造成能够以12V的直流馈电电压运行。然而，也能够想到逆变器单元的用于其他直流馈电电压的设计，所述其他直流馈电电压例如是9V或18V或24V或36V。在这种情况下，交变电压具有约17V的幅度。在这种情况下，充电交变电压具有约325V的幅度。

逆变器单元14a设置用于在对能量存储器20a充电时使交变电压的至少一个交变电压参数至少部分地匹配于充电的至少一个充电参数。在当前情况下，交变电压参数是交变电压的频率。此外在当前情况下，充电参数是充电情况下的谐振频率——尤其在存在能量存储器20a时的充电回路41a的谐振频率。当充电回路41a的谐振频率由于能量存储器20a的存在而失谐时，例如根据感应式充电设备10a与能量存储器20a之间的距离，逆变器单元14a设置用于使交变电压的频率匹配于失谐。控制单元38尤其设置用于根据充电参数来操控逆变器单元14a。

在充电时，借助感应式充电设备10a执行用于对能量存储器20a进行无线充电的方法，其中，尤其借助逆变器单元14a由直流馈电电压产生交变电压，并且尤其借助变压器22a将该交变电压直接变压成充电交变电压。

在图4和图5中示出本发明的另外两个实施例。接下来的说明书和附图基本上限于实施例之间的差异，其中，关于相同标记的部件，尤其关于具有相同附图标记的构件，原则上也可以参考其他实施例(尤其图1至图3的实施例)的附图和/或说明书。

为了对所述实施例进行区分，字母a被置于图1至图3中的实施例的附图标记后面。在图4和图5的实施例中，字母a由字母b和c代替。

图4示出第二感应式充电设备10b的示意性电路图。第二感应式充电设备10b具有逆变器单元14b，该逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压。逆变器单元14b具有交变电压输出端16b，该交变电压输出端设置用于提供交变电压。逆变器单元14b具有LLC逆变器30b。LLC逆变器30b构造成LLC谐振变换器。LLC逆变器30b具有第一开关元件46b和第二开关元件48b。第一开关元件46b的第一连接端与逆变器单元14b的直流电压输入端40b连接。开关元件46b的第二连接端与第二开关元件48b的第一连接端连接。第二开关元件48b的第二连接端与地50b连接。LLC逆变器30b的电容52b的第一连接端与地50b连接。LLC逆变器30b的电容器52b的第二连接端与LLC逆变器30b的第一电感54b的第一连接端连接。LLC逆变器30b的第一电感54b的第二连接端与LLC逆变器30b的第二电感56b的第一连接端连接。LLC逆变器30b的第二电感56b的第二连接端与第二开关元件48b的第一连接端连接。第二感应式充电设备10b的变压器22b的初级电感24b的第一连接端与LLC逆变器30b的第一电感54b的第二连接端连接。初级电感24b的第二连接端与LLC逆变器30b的电容52b的第二连接端连接。为了由直流馈电电压产生交变电压，交替地并且周期性地切换开关元件46b、48b。

变压器22b包括次级电感26b。次级电感26b以保持电压类型的方式与感应式充电设备10b的充电电感18b连接。

图5示出第三感应式充电设备10c的示意性电路图。第三感应式充电设备10c具有逆变器单元14c，该逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压。逆变器单元14c具有交变电压输出端16c，该交变电压输出端设置用于提供交变电压。逆变器单元14c具有H桥逆变器32c。H桥逆变器32c具有第一开关元件46c、第二开关元件48c、第三开关元件58c和第四开关元件60c。第一开关元件46c的第一连接端与逆变器单元14c的直流电压输入端40c连接。第一开关元件46c的第二连接端与第二开关元件48c的第一连接端连接。第二开关元件48c的第二连接端与地50c连接。第三开关元件58c的第一连接端与地50c连接。第三开关元件58c的第二连接端与第四开关元件60c的第一连接端连接。第四开关元件60c的第二连接端与直流电压输入端40c连接。第一开关元件46c的第二连接端与第三感应式充电设备10c的变压器22c的初级电感24c的第一连接端连接。初级电感24c的第二连接端与第三开关元件58c的第二连接端连接。为了由直流馈电电压产生交变电压，按照H桥电路的方式，周期性地切换开关元件46c、48c、58c、60c。在此，第一开关元件46c与第三开关元件58c或者第二开关元件48c与第四开关元件60c同时切换。

变压器22c包括次级电感26c。次级电感26c以保持电压类型的方式与感应式充电设备10c的充电电感18c连接。

当然，原则上能够想到根据本发明的感应式充电设备的逆变器的任何其他变型方案。因此，在此列出的三种可能构型仅能够作为示例来考虑，其中，可以以对于本领域技术人员而言看起来有意义的方式调换各个开关元件或开关组。

Claims (12)

1.一种尤其用于手持式工具机(12a)的感应式充电设备(10a；10b；10c)，所述感应式充电设备尤其是感应式蓄电池充电设备，所述感应式充电设备具有至少一个逆变器单元(14a；14b；14c)和至少一个充电电感(18a；18b；18c)，所述至少一个逆变器单元设置用于由直流馈电电压产生交变电压，并且所述至少一个逆变器单元具有用于提供交变电压的至少一个交变电压输出端(16a；16b；16c)，所述至少一个充电电感用于对至少一个能量存储器(20a)进行无线充电，其特征在于至少一个变压器(22a；22b；22c)，所述至少一个变压器包括至少一个初级电感(24a；24b；24c)和至少一个次级电感(26a；26b；26c)，所述至少一个初级电感与所述交变电压输出端(16a；16b；16c)连接，所述至少一个次级电感与所述充电电感(18a；18b；18c)以保持电压类型的方式连接。

2.根据权利要求1所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)，其特征在于，所述交变电压输出端(16a；16b；16c)在不存在中间连接的整流器的情况下与所述充电电感(18a；18b；18c)连接。

3.根据权利要求1或2所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)，其特征在于，所述变压器(22a；22b；22c)设置用于将所述交变电压升压到充电交变电压。

4.根据上述权利要求中任一项所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)，其特征在于，所述逆变器单元(14a；14b；14c)设置用于在给所述能量存储器(20a)充电时使交变电压的至少一个交变电压参数至少部分地匹配于充电的至少一个充电参数。

5.根据权利要求4所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)，其特征在于，所述交变电压参数是所述交变电压的频率。

6.根据权利要求4或5所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)，其特征在于，所述充电参数是充电情况下的谐振频率。

7.根据上述权利要求中任一项所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)，其特征在于，所述逆变器单元(14a；14b；14c)构造成能够以至少12V或至少24V的直流馈电电压运行。

8.根据上述权利要求中任一项所述的感应式充电设备(10a)，其特征在于，所述逆变器单元(14a)具有至少一个推挽式逆变器(28a)。

9.根据上述权利要求中任一项所述的感应式充电设备(10b)，其特征在于，所述逆变器单元(14b)具有至少一个LLC逆变器(30b)。

10.根据上述权利要求中任一项所述的感应式充电设备(10c)，其特征在于，所述逆变器单元(14c)具有至少一个H桥逆变器(32c)。

11.一种***，所述***具有根据上述权利要求中任一项所述的感应式充电设备(10a)并且具有至少一个能量存储器(20a)，所述能量存储器设置成借助所述充电设备(10a)被无线充电。

12.一种用于尤其借助根据权利要求1至10中任一项所述的感应式充电设备(10a；10b；10c)来对能量存储器(10a)进行无线充电的方法，其中，由直流馈电电压产生交变电压，并且将所述交变电压直接变压成充电交变电压。