CN1883095B - 自备电源的便携式电动成套工具 - Google Patents

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Abstract

一种诸如整枝剪、锯、水果采集工具、剪草机、灌木铲除机、篱笆裁剪器、冲击扳手、风镐的自备电源的便携式电动成套工具，包括至少三个不同功能的子***，即通过电致动器使工具产生机械动作的第一子***、形成该成套工具的电能源并且主要包括可充电的电化学电池组的第二子***、可对第二子***的电化学电池组进行充电的第三充电器子***，其特征在于第一子***至少在工具使用期间通过柔性电线与第二子***相连；并且可自动和/或由操作人员随意切断构成第一子***的电致动器的供电，第二子***是便携式的，它一方面包括由均包括一个元件或多个并联元件的电池串联连接而形成的锂离子或锂聚合物电池组，另一方面包括一个或多个用于控制和/或管理电池组的电气或电子模块，这些模块处在所述电池组附近，第三充电器子***包括至少一个供电电源，该供电电源的电压和电流能够对锂离子或锂聚合物电池组进行充电，该第三子***通过可断开的柔性电线与第二子***电连接。

Description

自备电源的便携式电动成套工具
技术领域
本发明涉及的领域是自带动力的装置或设备，具体地说涉及自备电源的便携式电动工具，本发明的目的是所述的具有锂离子或锂聚合物电池组的成套工具。 
背景技术
目前，通常用“工具”表示在实施具体任务时能够使操作人员很容易进行物理操作的装置或设备，或是在操作人员控制下实施所述任务的装置或设备。用“成套工具”表示具有自主的可再充电电源以及为该电源供电的装置的工具。 
作为已经由本申请人实施的这些工具可以列举有：修剪果树或葡萄树的电子整枝剪；植物固定夹和水果采集工具。 
作为用类似技术实施的其它工具，还可以非限定地列举有：锯、剪草机、灌木铲除器、篱笆裁剪器、冲击扳手、风镐(气锤)。 
这些带动力的便携式电动成套工具与用液力、气动力或电力致动的工具相比，区别在于该成套工具是自备电力的而且独立于任何外部能源，这样使得操作人员能够自由移动。还有它们与热电机驱动的便携式独立工具的差别就是没有污染、没有异味、运行期间没有振动和噪声并且使用可靠。 
另一方面表明，使用这些成套工具时运行声音小而且灵活，所以使用空前舒服。 
这些自备电源的便携式电动成套工具通常包括至少三个不同功能的子***，即形成电致动器并使工具产生机械作用的第一子***、形成电能量源并且主要包括可充电的电化学电池组的第二子***以及形成可对电池组 进行充电的充电器的第三子***。 
这些成套工具的出现和发展主要与两个技术因素有关： 
—一方面是具有很好的容量/重量比的新型电池组的上市； 
—另一方面高性能电动马达的生产技术的发展。 
目前用在上述成套工具中的电池组是镍镉型电池组或镍金属氢化物型电池组。它们的能量容量约为每公斤30-50瓦时。 
我们知道与官方推荐一致的是一个操作人员为了连续工作一天，在背上、斜挎在肩上或在腰带上的最大携带容量为4公斤，由此推出，如果用现有技术的锂镉型电池组或锂金属氢化物型电池组，操作人员所带电池组的总容量在120-200瓦时之间。 
这种容量总是不足以提供自备电源的便携式电动成套工具连续半天所需的能量，更别说连续工作一天了。 
因此，就存在一种实际需求和要求，即考虑到上述优点和质量，电池组的容量/重量比要大，以便能够扩展自备电源的便携式电动成套工具的应用场所。 
发明内容
为此，本发明旨在将锂离子和镍聚合物电池组用在自备电源(电源自主)的便携式电动成套工具领域中。 
实际上，虽然目前这些电池组常用在移动电话、摄像机和手提电脑中，但由于在要求自主性大并且功率大的应用中所碰到的困难，所以它们还没有被用在便携式电动工具特别是专业人员用的便携式电动工具中。然而，这些电池组目前的容量/重量比每公斤为150-220瓦时，这样相对于使用镍镉或镍金属氢化物电池组时的实际能量或使用时间来讲，就有可能比这些便携式电动工具的能量或使用时间多两倍甚至三倍。 
应当注意，考虑到能量的要求，在便携式动力电工具的应用中使用锂离子和锂聚合物电池组需要提供大电压。 
事实上，锂离子和锂聚合物元件从其性质来讲不可能释放太大的电流，由此要求多个基本元件串联连接以便得到大电压，通过这种偏压，不管电流是否有限，都可以连续提供能量。 
这样，为了形成能释放适用于自备电源的便携式工具的功率的电池组，同时遵守有关电压使用的现行法律并提供有用的工作电压，有必要将多个元件或多个电池串联连接，而每个电池并联地重新组合这些元件。 
“元件”是指单独的电能蓄能器。锂离子或锂聚合物基本元件是根据适于不同应用的标准格式而工业上制造的。这些元件是以有很强竞争力的价格大量生产的。优选但非限定性地，在本说明书下面所描述的第二子***的锂离子电池组元件是容量/价格比最理想的18650商业格式。通常，这些元件配备有能够用在特别安全的大容量电池组中的内部安全***。 
由此产生的最大难度在于对这种多组分电池组的控制和管理(操纵)，这些困难至今都未解决。 
事实上，在上述应用(移动电话、摄像机或手提电脑)中，电池组通常含有至多四个串联连接的元件或电池，它们的充放电控制不太复杂，实施比较容易。 
本发明的目的在于找出上述问题的解决方案。 
为此，本发明涉及一种上述类型的自备电源的便携式电动成套工具，它包括至少三个上述功能子***，其中，第一子***通过电致动器使该成套工具产生机械动作，第一子***至少在工具使用期间通过柔性电线与第二子***相连，该第二子***形成成套工具的电能源并主要包括可充电的电化学电池组，第三充器电子***在充电期间通过可断开的柔性电线与第二子***电连接并能对其电化学电池组进行充电。该成套工具的特征在于，当电池组电压已经达到最小低位时可自动切断对第一子***的电致动器的供电；第二子***是便携式的，它一方面包括由多个电池串联连接而形成的锂离子或锂聚合物电池组-每个电池包括一个或多个并联的元件，另一方面包括一个或多个用于控制和/或管理电池组的电气或电子模块，这些模块处在所述电池组的附近；第三充电器子***包括至少一个供电电源，该供电电源的电压和电流适于对锂离子或锂聚合物电池组进行充电。 
为了描述被保护的本发明，需要强调的是“模块”表示分享第二子系 统的功能的电气功能单元、机械电子功能单元或电子功能单元。 
附图说明
通过下面结合附图对作为非限定例子的多个实施例的描述将会更清楚地理解本发明，其中： 
图1是根据本发明的形式为整枝剪的成套工具在充电期间的透视图； 
图2是图1的成套工具在由操作人员使用时的透视图； 
图3是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第一子***带有一个对来自第二子***的最低供电电压自动切断的装置，在使用工具时该第二子***与自动切断装置相连； 
图4是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第二子***带有一个对来自第一子***的最低供电电压自动切断的模块，在使用工具时该第一子***与切断模块相连； 
图5是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第二子***带有一个对其最高供电电压的充电自动切断的模块，该切断模块与第三充电器子***相连； 
图6是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第二子***带有一个对其低供电电流的充电自动切断的模块，该切断模块与第三充电器子***相连； 
图7是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第三充电器子***带有一个对第二子***的最高供电电压的充电自动切断的装置； 
图8是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第三子***带有一个对第二子***最低供电电流的充电自动切断的装置； 
图9是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第二子***带有一个或多个能够实现以下功能的模块：a)在操作人员使用第一子***时，切断第一子***的最低供电电压；b)自动切断最高电压的充电，和c)在充电操作期间，当第二子***与第三子***连接时，自动切断最低电流的充电，d)防止短路，e)在未用第一子***期间，不消耗或很少消耗电池 组，f)停止过高温度的充电； 
图10是作为成套工具一部分的第二功能子***的概略图； 
图11是图10所示的第二子***的某些构成元件的电子原理图； 
图12是特别优选的充电方法的初步算法。 
具体实施例
如图1和2所示，自备电源的便携式电动成套工具1包括至少三个不同功能的子***2、3和4，即形成电致动器并产生工具的机械动作的第一子***2、形成电能量源并且主要包括可充电的锂离子或锂聚合物电池组5的第二子***3以及形成能够对电池组5充电的充电器的第三子***4。 
根据本发明，一方面第一子***2至少在工具使用期间通过柔性电线6与第二子***3相连，另一方面该第一子***配有可以自动和/或由操作人员随意切断构成该第一子***的电致动器7的供电的切断***。 
第一子***2的电致动器可例如由具有电刷的直流电机构成，或是由没有电刷但具有位置传感器的三相同步电机构成，也可以由既无电刷又无位置传感器的三相电机构成。 
第二子***3可由操作人员携带，该第二子***一方面由锂离子或锂聚合物电化学电池组5构成—该电池组由均包括一个元件或多个并联的元件9的电池8串联连接而成，另一方面由一个或多个用于控制和/或管理电池组的电气或电子模块构成，这些模块靠近所述电池组。例如它们固定在电池组的支承件上并处于容纳第二子***3的外壳内。也可以例如利用卡楔将它们直接结合进第二子***3的外壳内。 
由于模块紧靠在电池组5的附近，所以连接和布线比较方便且不易损坏，测量和控制信号很少受到扰乱、丢失或干扰，并且漂移很少，这是因为传输距离变小的缘故。 
根据本发明的优选实施例： 
-用于控制和/或管理配备于第二子***的电池组的电气或电子模块中的一个模块构造成：在配备于第二子***的锂离子或锂聚合物电池组因 容量(能力)丧失很多和自(然)放电增多而损坏以前，当该电池组的电压已经达到最小低位时自动切断第一子***的电力供应； 
-用于控制和/或管理配备于第二子***的电池组的电气或电子模块中的一个模块构造成：在配备于第二子***的锂离子或锂聚合物电池组因容量丧失很多和自放电增多而损坏以前，当与其连接的第三充电器子***的放电电压已经达到最大值时，自动切断对电池组的充电； 
-用于控制和/或管理配备于第二子***的电池组的电气或电子模块中的一个模块构造成：在电池组的充电电流已经达到配备有第二子***的锂离子或锂聚合物电池组制造商推荐或要求的最小低位时，自动切断对电池组的充电； 
-用于控制和/或管理配备有第二子***的电池组的电气或电子模块中的一个模块构造成具有防止电池组短路的功能。 
第三充电器子***4包括至少一个其电压和电流适合于为锂离子或锂聚合物电池组5充电的供电电源。该第三子***通过可断开的柔性线10与第二子***电连接。 
第二和第三子***3和4可以为集成了两个第二子***3和4的一体式***，也可以是两个不同的物理实体，这两个实体在充电期间通过可断开的柔性线电连接。当然，为了减少用户承受的负荷，在本发明范围内优先采用后面这种变型实施例。 
将第一子***2和第二子***3连接的柔性电线6可以设置有： 
-在第二子***3旁边的连接器24； 
-或在第一子***2旁边的连接器25； 
-或在第一子***2旁边的连接器25以及在第二子***3旁边的第二连接器24。 
根据本发明的第一非限定实施形式(图3)，第一子***2配备有用于在最小供电压下自动切断来自第二子***3的电力供应的装置，在使用工具期间该第一子***2与该第二子***3相连。应提醒的是，锂离子或锂聚合物电池组不应将电完全放出；在制造商推荐的最小电压值下的微小 的放电都会不可挽回地损坏电池组。因此，有必要为成套工具配备限制放电电压的装置以克服该缺陷。最小放电电压限制的精度应当为10％左右。这可通过优选有滞后的基于电压比较器11的电子***来实现，该比较器将电池组电压与参考电压比较，该参考电压通过将锂离子或锂聚合物电池组元件的制造商推荐的元件最小放电电压乘以所串联的电池组电池的数量而确定。因此这种***能够通过对切断构件例如Mos晶体管或继电器12的直接作用来切断第一子***的供电。该装置可以直接放在第一子***上—第一实施例就是如此，但也可放在第二子***上—对应于下面的实施例。 
根据第二实施例(图4)，在使用工具时，通过第二子***的电池组的一个用于控制和/或管理的电气或电子模块来实现对电池组放电电压的限制，该模块在工具使用期间通过柔性线6与第二子***相连。该实施例与上述实施例相同，区别在于电子切断***处在第二子***上。 
根据第三实施例(图5)，第二子***配备有在最高电压下自动切断供电电源的充电的模块，该切断模块与第三充电器子***4连接。应提醒的是，不能将锂离子或锂聚合物电池组充电到超过由所用锂离子或锂聚合物电池组的制造商推荐或建议的最高电压值，超过该充电电压会无法挽回地导致电池组元件的损坏。因此需要为成套工具配备充电电压限制装置以克服该缺陷。最大充电电压的限制必须非常精确地设置到至少1％的精度；这可通过由优选有滞后的电压比较器13构成的电子***来实现，该比较器将电池组电压与参考电压比较，该参考电压通过将锂离子或锂聚合物电池组元件的制造商推荐的元件最大充电电压乘以所串联的电池组电池的数量而确定。因此这种***能够通过对切断构件例如Mos晶体管或继电器14直接作用来切断对第二子***的充电供电。该实施例要求充电器的空载电压(开路电压)高于参考电压。该装置可以直接放在第二子***3上—本实施例就是如此，但也可直接安装在第三充电器子***上—如下文所述。 
根据第四实施例(图6)，第二子***配备有在最小充电电流下自动切断供电的模块，该切断模块与第三充电器子***4连接。应提醒的是，为了有效防止金属锂被镀出并且防止元件变得不稳定且有害从而出现损 坏，锂离子或锂聚合物电池组元件的制造商推荐了停止充电的最小电流值。因此，有必要为成套工具配备限制最小电流充电的限制装置。这种最小充电电流的限制通过一电流比较电子***15实现，该电子***由优选具有存储器的电流比较器构成，该比较器通过分流器或电流传感器16将电池组的充电电流与参考电流进行比较，该参考电流通过将锂离子或锂聚合物电池组元件的制造商推荐的最终充电电流乘以构成该电池组电池的并联连接的元件数量而确定。因此这种***能够通过对切断构件例如Mos晶体管或继电器17直接作用来切断对第二子***3的充电供电。为了实现该功能，该模块可直接设置在第二子***3上—本实施例就是如此，但也可以直接安装在第三充电器子***4上—如下文的其它实施例所说明的。 
根据第五实施例(图7)，由第三充电器子***4通过切断第二子***3的供电来实现最大充电电压的限制，该第二子***3在充电期间与第三子***4连接。该实施例与上面描述的实施例相同，区别在于电子切断***处在第三充电器子***4上。 
根据第六实施例(图8)，由第三充电器子***4通过切断第二子***3的供电来实现最小充电电流的限制，该第二子***3在充电期间与第三子***4连接。该实施例与上面描述的实施例相同，区别在于电子切断***处在第三充电器子***4上。 
最后这两个实施例结合了第三充电器子***4，当第三充电器子***4通过柔性线与第二子***3连接时，该充电器将电网中的交流电转换成适于为锂离子或锂聚合物电池组充电的直流脉冲或整形电压。第三充电器子***4例如利用连接器23通过可断开的柔性线10与第二子***3电连接。 
根据第七实施例(图9)，为了实现可操作且可靠的成套工具，可将上述六个实施例中的某些进行结合，以便在限制放电电压和限制充电电压及电流方面实现对电池组的控制和/或管理。与这些限制同时地，还必须防止电池组短路，电池组短路可能引起不合时宜的发热以及引起电池组着火。可通过优选在所有其它连接之前在电池组的至少一个端子上安装保险丝或断路器18或类似元件来有效地防止短路。此外，很重要的是，在不使用期间，将电池组放置成不耗电或耗电很少的模式，以防止电池组电压降到最低电压以下从而损坏电池组。实现该功能的非限定的方法是在电池组的一端并优选-在安装有保险丝或断路器的情况下-在保险丝或断路器18之后设置开关(断路器)19。锂离子或锂聚合物电池组元件制造商还要求，在充电和放电期间，防止电池组使用或充电超出某些温度范围。放电期间的推荐温度范围为-15℃-+60℃，而充电的温度范围是0℃-45℃。在充电期间超过阈值特别容易出现危险，而在放电期间不太容易出现。因此至少在充电期间需要保护电池组；为了实现该功能，例如可以非限定性地在保险丝附近在电池组的端部***能够与锂离子或锂聚合物电池组电绝缘的温度传感器20。必须注意的是，可根据元件的容量、电池组电池中并联连接的元件的数量以及充电器的最大放电电流的变化而采用限制充电时间的***，以取代对最小充电电流的限制。
根据本发明的性能极好的非限定的第八实施例(图10、11、12)，经过多年的试验，该实施例可以使电池组安全地实现高于1000次的充放电循环，并且容量损失低于20％；大家清楚，由于锂离子电池组的有机电解质和锂很容易燃烧，所以知道锂离子电池组具有着火的危险。在该实施例中，第二子***3配备有单个用于控制和/或管理电池组的模块，该模块的形式为至少一个电子板(电路板)并且包括至少一个诸如微处理器、微控制器、数字信号处理器的数字处理单元21，该处理单元与存储器以及数字的和/或模拟的附属电路相关联，它们结合后能够完成下列部分-优选是全部-任务： 
充电管理， 
放电管理， 
每个电池8的充电平衡， 
电池组5的容量的评估和显示， 
使用工具期间，防止电池组5在放电时的电流过大， 
贮存期间的工具管理， 
报警管理， 
所收集(接收)的信息的管理和传输， 
诊断管理。 
通过考虑用户的要求、在第二子***3以及可能在第一和/或第三子***2和/或4的区域测得的各种参数值，可在成套工具1的功能管理程序的命令和控制下由数字处理单元21开始执行和操纵这些不同的任务。 
根据本发明的一个或多个特征，为了完成充电管理、放电管理、每个电池8的充电平衡、电池组5的容量的评估和显示，用于控制和/或管理电池组的模块26一直利用构成电池组5的每个电池8的电压测量值。 
为此，如图10和11所示，本发明规定，对于由n个串联连接的电池8形成的电池组5来说，通过电子获取链27提供各电池8的电压测量值，该电子获取链主要由n个相同的模拟模块28构成，这些模块分别安装在电池组5的n个电池8的端子上并且能分别测量相应电池8的电压；然后由n个模块28的每一个测量的电压值通过至少一个模拟多路转换器29在被合适的电路30放大后一个接一个地被发送向数字处理单元21的输入数/模转换器21’，所述数字处理单元是用于控制和/或管理的模块26的一部分。 
转换器21’可以集成到单元21中，或形成与该单元分开的电路。 
通过该电子获取链27，控制和管理模块26对不同电池8的电压按顺序或循环地进行检测，从而以很高的频率更新可从单元21附近获得的每个电池8的电压数据，因此在出现异常电压测量值后能够迅速计算并反应。 
如图11所示，对于每个电池8，用于测量电压的子模拟模块28分别进行正极端子测量电压和负极端子测量电压之间的减法运算，这通过带运算放大器28’的差分电路实现，该运算放大器使用电阻28”或阻抗输入元件。 
为了得到适于对各个电池8进行可靠且精确控制的测量灵敏度，每个电压测量子模块28的带运算放大器28’的差分电路均包括阻抗接近或大于1Mohm的电阻或阻抗输入元件28”，以使漏电流非常低—作为非限定性示例每小时少于电池组5总容量的1/20000，每个电池8的电压测量值都以至少50mV的测量精度释放/传递。 
优选地，通过在制造用于控制和管理电池组的模块26的电子板期间的 校准来得到所希望的电压测量精度—即优选为至少50mV的电压测量精度，从而能够单独补偿模拟模块28的电压测量误差。 
这种校准例如在于：为每个电压测量模块28在数字处理单元21中编程输入随一个或多个非常精确的参考电压变化的误差修正参数，对于校准操作，所述参考电压代替通常在各电池8的端子上测得的电压。 
为了能够按照要求的精度将测量信号释放到单元28中，模/数转换器21’将输出至少10个有含义的比特。 
根据本发明的另一个特征，所述电池8彼此之间的充电平衡工作由数字处理单元21管理，该数字处理单元根据各电池8的电压测量值并且如有必要对于所述电池中的每一个都利用消耗电路来控制充电电流的变化，该消耗电路以与阻抗元件31’相关联的电子转换器31为基础。 
对电池组5进行平衡充电的操作方法例如可以是本申请人在2003年11月20日提交的法国专利申请No.0313570中描述的方法。 
与本发明另一特征相同的是，放电管理任务在于利用数字处理单元21持续地检测各电池8的电压数据，当该数字处理单元检测到电池8的这些电压中的一个电压已经达到锂离子或锂聚合物元件制造商推荐的最小放电阈值时中断放电，并通过使放电转换元件32失去作用来断开放电以使工具2停止，并且作为非限定性例子地起动发声的或可视的报警器。 
如图10和11所示，根据本发明另一特征，充电管理任务、电池组5的容量的估计和显示任务以及防止放电期间电流过大的任务都是由数字处理单元21借助于测量电池组5的充放电电流的模拟电路33来不间断地管理的。 
有利地，在进行充电管理任务期间，形成充电器4的第三子***在用于控制和管理电池组5的模块26的电子板的区域连接到第二子***3上，当所述单元21通过测量充电和放电电流的模拟电子电路33检测到对电池组5的充电电流的下降到达推荐的阈值例如50mA时、或者当电池组5的温度超过允许的极限值例如45℃时、或者当充电时间长于理论充电时间的给定百分比例如约20％时，通过打开由数字处理单元21控制的充电转换 元件34而使充电结束。 
另外，利用数字处理单元21管理电池组5容量的评估和显示任务，在充电期间和使用工具期间，该数字处理单元通过不间断地计算与由用于测量充放电电流的模拟电子电路33所释放的电池组5的瞬时充放电电流有关的信息、计算各电池8的电压测量值以及计算—这不是必需的而是为了计算更加精确—所述电池已知的平均内阻来算出所述容量。 
在使用工具期间，防止电池组5在放电时的电流过大—这用于防止锂离子或锂聚合物电池组过早老化或过分加热—的任务在于，在电池组5所允许的最大放电电流出现非常大的脉冲过量或超出电池组所允许的最高温度的情况下切断放电电流，或者根据工具在一段时间内所消耗的能量来限制放电电流，其中已知该能量值和该时间段根据该工具、工具的使用以及作为第二子***3的一部分的锂离子或锂聚合物电池组5的期望寿命来通过实验预先确定。 
根据一优选的替代实施例，利用数字处理单元21通过施加脉宽调制(MLI)控制来管理对放电电流限制，该脉宽调制控制或者由所述单元21直接产生或者由专门元件通过导向级(étage de pilotage)35到放电转换元件32而产生，该放电转换元件例如为N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管型的元件。 
为了自动达到最佳贮存条件，可以规定当电动成套工具1没有充电并且没有在给定时间例如10天内使用时，数字处理单元21自动承担贮存管理任务，该贮存管理任务在于检查电池组5的剩余容量是否高于锂离子或锂聚合物元件制造商推荐的贮存容量，如果剩余容量大于贮存容量，则该数字处理单元就利用与各电池8并联连接的阻抗电路31’起动电池组的自放电，直至达到贮存容量，因此还在于停止所有电子电路，同时在晚间将数字处理单元21置于低消耗的待机模式；如果容量低于贮存容量，则数字处理单元21发出声响和/或可见的警报。 
优选地，数字处理单元21能够通过控制和管理模块26至少在第二子***3的用于连接到低压充电器4的一个端子37一优选为正极端子—处进 行的电压测量来检测所述充电器4与电池组5的连接。 
通过检测至少一个电池8已经达到制造商推荐的最小电压的瞬时，这种可能由特别合适的测量电路36实现的功能使得可当工具在不使用的状态下贮存的时候起动电池组5的自动充电。 
当控制和/或管理模块26在第二子***3的相应连接端子37处检测到充电器4的电压过高或不足时，使用该信息的数字处理单元21就要求充电停止，并发出声响和/或可见的警报。 
应当注意，用于连接充电器4端子对37和用于连接工具2的端子对37具有一个与地连接的公共负极端子，而其不同的正极端子的每一个与相应的转换元件32或34连接。 
为了长期方便地控制成套工具1的使用以及其后的保养和将来的技术规划，信息管理和诊断管理任务可以在于：当使用工具时，将得到的信息储存到数字处理单元21的存储器中，这些信息例如是充电次数、计算的工具使用小时数、当时电池组5的容量变化、工具消耗的平均能量等；这些信息可以由有线的、射频的或红外的连接件40传输到独立的操作终端，例如可连接到因特网的手提电脑、个人电子辅助设备、GSM。 
为了更好地集成用于操作和控制成套工具1的装置，作为形成充电能源的第二子***3的一部分的电池组5的控制和/或管理模块26可以与作为非限定示例的同一电子板上的用于控制和管理电致动器2的模块及其传感器相关联，并且如有必要使用同一数字处理单元21，其中已知第一子***2的电致动器例如可以由具有电刷的直流电机构成，或是由具有位置传感器但无电刷的三相同步电机构成，也可以由既无电刷又无位置传感器的三相同步电机构成。 
数字电路21还包括管理成套工具1和有序求得测量数值的程序扩展控制装置，其示意性地示于图12中。 
为了在各电池承受极端电压和电流的条件下提供能够保护电池组5的电池8的附加安全措施，可以设置用于切断第二子***3与第一或第三子***2或4的连接的附加电路，该附加电路与数字处理单元21周围构成的 上述正常控制***并联。 
这样，用于控制和管理电池组5的电子模块26对于每个电池8均包括用于停止充电的冗余安全电路38，在电池8过压时，各冗余安全电路均能通过立即使充电转换元件34失去作用来独立地全面停止充电，而不必起用数字处理单元21。 
同样，电子控制和管理模块26可以包括使放电停止的冗余安全电路38’，当测量模拟电路33检测到等于或高于电池组5所允许的最大电流的放电电流时，该冗余安全电路38’能够通过立即使放电转换元件32失去作用来使放电停止，而不必起用数字处理单元21。 
优选地，形成适于为锂离子或锂聚合物电池组5充电的充电器的第三子***4产生精度约为0.5％的电压和规则电流(合格电流)，所述电压和电流均通过一用于调节电压和电流的专门电路获得。这种电路是已经公知的，所以不必再另外进行说明。 
如图1和2所示，每个功能子***2、3和4均安装在(当子***3和4不同的时候)一合适的防护和/或安置壳体中，它们彼此间通过可断开的柔性电缆6、10两两相连，从而在所述子***2、3和4之间传递能量和传输控制和/或管理信号。 
应当注意，可以使用或不使用将子***2和3彼此连接的电缆6对电池组5进行充电。 
封装第一子***2的壳体还承载工具，该壳体的至少一部分按人体工学设计，从而用户可以方便、安全并舒适地握取。 
此外，模拟操纵按钮或构件以及声和/或光的显示和报警设备优选部分地处在第一子***2的壳体的高度并且部分地处在第二子***3的壳体的高度，这根据它们的类型以及实际使用成套工具1期间用户可接近的必须性而定。 
当然，本发明不限于结合附图所描述的实施例。在本发明的保护范围内可进行多种变换，特别是不同元件的构成或等同技术的替代。 

Claims (41)

1.自备电源的便携式电动成套工具，包括至少三个不同功能的子***，即，通过电致动器使工具产生机械动作的第一子***(2)；至少在工具使用期间通过柔性电线(6)与该第一子***相连的第二子***(3)，该第二子***形成该成套工具的电能源并且主要包括可充电的电化学电池组；第三充电器子***(4)，该第三充电器子***在充电期间通过可断开的柔性电线(10)与该第二子***电连接并且能对该第二子***的电化学电池组进行充电，其特征在于，第二子***(3)一方面设置有由均包括一个元件或多个并联元件的电池(8)串联连接而成的锂离子或锂聚合物电池组，另一方面设置有一个或多个用于管理该电池组的电气或电子模块，所述模块能执行在放电期间防止电池组(5)的电流过大的任务以及能当所述元件中的一个的电压达到由锂离子或锂聚合物元件制造商推荐的最小电压阈值时中断放电以使该工具(2)停止，这些模块位于所述电池组附近；第三充电器子***(4)包括至少一个供电电源，该供电电源的电压和电流用于对锂离子或锂聚合物电池组(5)进行充电。
2.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第二子***(3)的用于管理电池组的模块能够执行下面一项或多项任务：
充电管理，
放电管理，
每个电池(8)的充电平衡，
电池组(5)的容量的评估和显示，
在使用工具期间，防止电池组(5)的放电电流过大，
贮存期间的工具管理，
报警管理，
所收集的信息的管理和传递，
诊断管理。
3.根据权利要求1至2之一的电动成套工具，其特征在于，在使用工具期间，防止电池组(5)的放电电流过大的任务是用于防止锂离子或锂聚合物电池组过早老化或过分加热的，该任务在于，在电池组(5)所允许的最大放电电流出现非常大的脉冲过量或超过电池组所允许的最高温度的情况下切断放电电流，或者根据工具在一段时间内所消耗的能量来限制放电电流，其中已知该能量值和该时间段根据工具、工具的使用以及作为第二子***(3)的一部分的锂离子或锂聚合物电池组(5)的预期寿命来通过实验预先确定。
4.根据权利要求2的电动成套工具，其特征在于，放电管理任务在于利用数字处理单元(21)持续检测各电池(8)的电压数据，当该数字处理单元检测到电池(8)的这些电压中的一个电压已经达到锂离子或锂聚合物元件制造商推荐的最小放电阈值时就中断放电，并通过使放电转换元件(32)失去作用而断开放电以使工具(2)停止，并且起动报警器。
5.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，配备于第二子***(3)的用于管理电池组的电气或电子模块中的一个模块具有这样的功能：在配备于第二子***(3)的锂离子或锂聚合物电池组因容量丧失很多和自放电增加而损坏以前，当电池组电压已经达到最小低位时，自动切断第一子***(2)的电力供应。
6.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，配备于第二子***(3)的用于管理电池组的电气或电子模块中的一个模块具有这样的功能：在配备于第二子***(3)的锂离子或锂聚合物电池组因容量丧失很多和自放电增加而损坏以前，当与其连接的第三充电器子***(4)的放电电压已经达到最大值时，自动切断对电池组的充电。
7.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，配备于第二子***(3)的用于管理电池组的电气或电子模块中的一个模块具有这样的功能：在电池组的充电电流已经达到配备于第二子***(3)的锂离子或锂聚合物电池组制造商推荐或要求的最小低位时，自动切断对电池组的充电。
8.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，配备于第二子***(3)的用于管理电池组的电气或电子模块中的一个模块具有防止电池组短路的功能。
9.根据权利要求8的电动成套工具，其特征在于，防止电池组短路的功能由设置在第二子***(3)的电池组的至少一个端子上的保险丝实现。
10.根据权利要求8的电动成套工具，其特征在于，防止电池组短路的功能由设置在第二子***(3)的电池组的至少一个端子上的断路器实现。
11.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，配备于第二子***(3)的用于管理电池组的电气或电子模块中的一个模块具有这样的功能：在不使用第一子***(2)期间，将电池组设置成不耗电或耗电很少。
12.根据权利要求1或11的电动成套工具，其特征在于，在不使用第一子***(2)期间将电池组设置成不耗电或耗电很少的功能由一开关实现，该开关设置在电池组的一个端子上。
13.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第三充电器子***(4)配备有用于在配备于第二子***(3)的锂离子或锂聚合物电池组损坏前当该电池组的电压达到最大高位时自动切断对第二子***的电池组的充电的***。
14.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第三充电器子***(4)配备有用于当配备于第二子***(3)的电池组的充电电流已经达到该电池组的制造商推荐或建议的最小低位时自动切断对第二子***的充电的***。
15.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第二子***的锂离子或锂聚合物电池组的元件的市场规格为18650。
16.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第二子***(3)配备有单个的用于管理电池组的模块(26)，该模块的形式为一个或多个电子板并且包括至少一个数字处理单元(21)。
17.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，为了完成充电管理、放电管理、每个电池(8)的充电平衡、电池组(5)的容量的评估和显示，用于管理电池组的模块持久地利用构成电池组(5)的每个电池(8)的电压测量值。
18.根据权利要求17的电动成套工具，其特征在于，对于由n个串联连接的电池(8)形成的电池组(5)来说，通过电子获取链(27)提供各电池(8)的电压测量值，该电子获取链主要由n个相同的模拟模块(28)构成，这些模块分别安装在电池组(5)的n个电池(8)的端子上并且能分别测量相应电池(8)的电压，由n个模块(28)中的每一个测量的电压值则通过至少一个模拟多路转换器(29)在被放大电路(30)放大后一个接一个地被发送到用于管理第二子***(3)电池组的模块(26)上的数字处理单元(21)的输入数/模转换器(21’)。
19.根据权利要求18的电动成套工具，其特征在于，对于每个电池(8)，用于测量电压的模拟模块(28)分别进行该电池的正极端子处的测量电压和该电池的负极端子处的测量电压之间的减法运算，这通过带运算放大器(28’)的差分电路实现，该运算放大器使用电阻(28”)或阻抗输入元件。
20.根据权利要求19的电动成套工具，其特征在于，各电压测量模块(28)的带运算放大器(28’)的差分电路均包括阻抗等于或大于1Mohm的电阻或阻抗输入元件(28”)，以使漏电流很低。
21.根据权利要求17至20之一的电动成套工具，其特征在于，每个电池(8)的电压测量值都以至少50mV的测量精度释放。
22.根据权利要求21的电动成套工具，其特征在于，通过在制造用于管理电池组的模块(26)的电子板期间的校准来实现至少50mV的电压测量精度。
23.根据权利要求22的电动成套工具，其特征在于，所述在制造电子板期间的校准在于，为各电压测量模块(28)在数字处理单元(21)中编程输入随一个或多个非常精确的参考电压变化的误差修正参数，对于校准操作，所述参考电压代替通常在各电池(8)的端子上测得的电压。
24.根据权利要求2、17、18、19和20之一的电动成套工具，其特征在于，所述电池(8)彼此之间的充电平衡任务由数字处理单元(21)管理，该数字处理单元(21)根据各电池(8)的电压测量值并且对于所述电池中的每一个都利用消耗电路来控制充电电流的变化，该消耗电路使用与阻抗元件(31’)相关联的电子转换器(31)。
25.根据权利要求2、17、18、19和20之一的电动成套工具，其特征在于，充电管理任务、电池组(5)的容量的估计和显示任务以及防止放电期间电流过大的任务都是由数字处理单元(21)借助于测量电池组(5)的充放电电流的模拟电路(33)来持续地管理的。
26.根据权利要求25的电动成套工具，其特征在于，在充电管理任务期间，形成充电器(4)的第三充电器子***在用于管理电池组(5)的模块(26)的电子板处连接在第二子***(3)上，当所述数字处理单元(21)通过测量充放电电流的模拟电子电路(33)检测到对电池组(5)的充电电流的下降达到推荐的阈值时、或者当电池组(5)的温度超过允许的极限值时、或者当充电时间长于充电理论时间的给定百分比时，通过打开由数字处理单元(21)控制的充电转换元件(34)而使充电结束。
27.根据权利要求25的电动成套工具，其特征在于，电池组(5)的容量的评估和显示任务由数字处理单元(21)管理，该数字处理单元在充电期间和使用工具期间通过不间断地计算与由测量充放电电流的模拟电路(33)所释放的电池组(5)的瞬时充放电电流有关的信息、计算各电池(8)的电压测量值。
28.根据权利要求3的电动成套工具，其特征在于，对放电电流的限制由数字处理单元(21)通过施加脉宽调制(MLI)控制来管理，该脉宽调制控制或者由所述数字处理单元(21)直接产生或者由专门元件通过导向级(35)到放电转换元件(32)而产生。
29.根据权利要求2、17、18、19和20之一的电动成套工具，其特征在于，在该电动成套工具未充电并且未使用已达给定的时间段时，数字处理单元(21)自动承担贮存管理任务，该贮存管理任务在于检查电池组(5)的剩余容量是否高于锂离子或锂聚合物元件制造商推荐的贮存容量，如果剩余容量大于该贮存容量，则该数字处理单元(21)就利用与各电池(8)并联连接的阻抗电路(31，31’)起动电池组的自放电，直至达到该贮存容量，随之还在于停止所有电子电路，同时在晚间将数字处理单元(21)置于低消耗的待机模式；如果剩余容量低于贮存容量，则该数字处理单元(21)发出声响和/或可见的警报。
30.根据权利要求2、17、18、19和20之一的电动成套工具，其特征在于，数字处理单元(21)能够通过管理模块(26)至少在用于连接到第三充电器子***(4)的第二子***(3)的一个端子(37)处进行的电压测量来检测所述第三充电器子***(4)与电池组(5)的连接。
31.根据权利要求30的电动成套工具，其特征在于，检测第三充电器子***(4)与电池组(5)的连接的功能由测量电路(36)实现，从而通过检测至少一个电池(8)已经达到制造商推荐的最小电压的瞬时，就能实现当工具在不使用的状态下贮存的时候起动电池组(5)的自动充电。
32.根据权利要求30的电动成套工具，其特征在于，当管理模块(26)在第二子***(3)的相应连接端子(37)处检测到第三充电器子***(4)的电压过高或不足时，使用所检测到的结果的数字处理单元(21)就要求充电停止，并发出声响和/或可见的警报。
33.根据权利要求2、17、18、19和20之一的电动成套工具，其特征在于，信息管理和诊断管理任务在于：当使用工具时，将得到的信息储存到数字处理单元(21)的存储器中，这些信息可以由有线的、射频的或红外的连接件(40)传输到独立的操作终端。
34.根据权利要求16至20之一的电动成套工具，其特征在于，用于管理作为形成可充电电源的第二子***(3)的一部分的电池组的模块与同一电子板上用于控制和管理电致动器(2)的模块相关联，其中使用同一数字处理单元(21)。
35.根据权利要求16至20之一的电动成套工具，其特征在于，用于管理电池组的模块对于每个电池(8)均包括使充电停止的冗余安全电路(38)，在电池(8)过压时，各冗余安全电路均能通过立即使充电转换元件(34)失去作用来独立地全面停止充电，而不必起用数字处理单元(21)。
36.根据权利要求25的电动成套工具，其特征在于，用于管理电池组的模块包括使放电停止的冗余安全电路(38’)，当测量模拟电子电路(33)检测到等于或高于电池组(5)所允许的最大电流的放电电流时，该冗余安全电路能够通过立即使放电转换元件(32)失去作用来使放电停止，而不必起用数字处理单元(21)。
37.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，形成能够为锂离子或锂聚合物电池组(5)充电的充电器的第三充电器子***(4)产生精度为0.5％的电压和受控的电流，所述电压和电流均通过用于调节电压和电流的专门电路获得。
38.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，每个功能子***(2、3、4)均安装在合适的防护和/或安置壳体中。
39.根据权利要求1至2之一的电动成套工具，其特征在于，将第一子***(2)和第二子***(3)连接的柔性电线(6)设置有在第二子***(3)旁边的连接器(24)。
40.根据权利要求1至2之一的电动成套工具，其特征在于，将第一子***(2)和第二子***(3)连接的柔性电线(6)设置有在第一子***(2)旁边的连接器(25)。
41.根据权利要求1至2之一的电动成套工具，其特征在于，将第一子***(2)和第二子***(3)连接的柔性电线(6)设置有在第一子***(2)旁边的第一连接器(25)并且设置有在第二子***(3)旁边的第二连接器(24)。
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