NL2000917C2 - Elektrisch gereedschap met door batterijbewaking bestuurde beveiliging. - Google Patents

Description

Elektrisch gereedschap met door batterij bewaking bestuurde beveiliging.

De uitvinding betreft een van een regelbare elektromotor voorzien, door een oplaadbare batterij te voeden elektrisch apparaat, omvattende een elektromotor, een elektronisch 5 schakelelement voor het besturen van het aan de elektromotor toegevoerde vermogen, een besturingsschakeling voor het elektronische schakelelement en bedieningsmiddelen voor de besturingsschakeling, waarbij het apparaat is ingericht om te worden gevoed door een van een bewakingsschakeling voorziene batterij.

10 Dergelijke apparaten zijn algemeen bekend, in het bijzonder, doch niet uitsluitend als elektrisch handgereedschap. De bewakingsschakeling heeft hierbij de functie van het bewaken van de toestand van de oplaadbare batterij. Er zijn immers oplaadbare batterijen die met de nodige voorzichtigheid moeten worden geladen of ontladen om voortijdig defect raken of zelfs zelfontbranding of ontploffing te voorkomen. Dit betreft 15 in het bijzonder lithium-ionbatterijen, maar niet uitgesloten kan worden dat batterijen van een ander type soortgelijke eigenschappen hebben en een bewaking vereisen. De maatregelen volgens de uitvinding zijn ook van toepassing op dergelijke batterijen.

Een van de functies van de bewakingsschakeling die veelal in de batterij eenheid zal zijn 20 opgenomen omdat deze zowel tijdens het laden als het ontladen bewakingsfuncties moet uitvoeren, is het stoppen van de ontlaadstroom bij gebruik, dat wil zeggen ontladen van de batterij, bijvoorbeeld wanneer de klemspanning van de batterij een minimale waarde dreigt te onderschrijden. Het werkelijk onderschrijden van de klemspanning zou leiden tot vernieling van de batterij. Hiertoe is in de batterijeenheid niet alleen een 25 bewakingsschakeling opgenomen, maar bovendien een schakelaar, die bij desbetreffende bediening door de bewakingsschakeling de ontlaadstroom onderbreekt. Deze veelal als halfgeleider uitgevoerde schakelaar leidt tot een verhoging van de kostprijs van de batterijeenheid.

30 Het doel van de uitvinding is het verschaffen van maatregelen waarmee het bovengenoemde probleem wordt vermeden.

Dit doel wordt bereikt doordat de besturingsschakeling is ingericht om door de bewakingsschakeling van een met het apparaat verbonden batterij te worden bestuurd.

2

Deze maatregel heeft tot gevolg dat - voor zoverre de veiligheidseisen dit toelaten - de noodzaak tot de aanwezigheid van een afzonderlijke schakelaar in de batterijeenheid komt te vervallen omdat de functie ervan wordt overgenomen door de door de 5 besturingschakeling van het apparaat bestuurde halfgeleiderschakelaar die normaliter wordt gebruikt voor het regelen van het aan de elektromotor toe te voeren vermogen.

Volgens een eerste voorkeursuitvoeringsvorm is de besturingsschakeling ingericht voor het uitschakelen van het elektronische schakelelement onder besturing van de 10 bewakingssc hake ling van de batterij. Deze uitvoeringsvorm leidt tot het eenvoudigweg ovememen van de tot uitschakeling leidende beveiligingsfunctie door het elektronische schakelelement.

De in de batterijeenheid opgenomen schakelaar heeft vanwege zijn discrete wijze van 15 functioneren het nadeel dat deze bij het naderen van de minimale klemspanning volledig uitschakelt en de werking van de combinatie van batterij en apparaat blokkeert, ondanks het feit dat de ontlaadtoestand van de batterij het in principe mogelijk maakt de batterij nog verder te ontladen, zij het met een kleinere ontlaadstroom, zodat de gebruiker van het apparaat nog verder kan werken. Een voorkeursuitvoeringsvorm 20 verschaft dan ook de mogelijkheid dat de besturingsschakeling is ingericht voor het verminderen van het door het elektronische schakelelement aan de elektromotor toegevoerd vermogen onder besturing van de bewakingsschakeling van de batterij. Hiermede wordt de mogelijkheid geschapen dat bij het naderen van de minimaal toelaatbare klemspanning van de batterij, de ontlaadstroom kan worden beperkt door de 25 schakelaar modulerend te gebruiken waardoor de Ontlaadstroom van de batterij weliswaar wordt beperkt, maar waarbij toch verder gewerkt kan worden, zij het met een kleiner vermogen. Hierbij wordt opgemerkt dat veiligheidseisen de aanwezigheid van een mechanische of als halfgeleider uitgevoerde schakelaar in de batterijeenheid kunnen vereisen; ook in combinatie met de aanwezigheid van deze schakelaar worden de 30 hierboven genoemde voordelen van de modulerende elektronische schakelaar verkregen.

De uitvinding heeft, gezien het bovenstaande, eveneens betrekking op een oplaadbare batterij, waarbij deze is ingericht om te worden verbonden met een elektrisch apparaat volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de batterij van een bewakingsschakeling is voorzien, waarbij de bewakingsschakeling is ingericht voor het besturen van de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden het apparaat.

3 5 Om de besturing van de besturingsschakeling door de bewakingsschakeling te voorkomen, verschaft een eenvoudige voorkeursuitvoeringsvorm de maatregel dat de besturingsschakeling is ingericht om te worden uitgeschakeld door de bewakingsschakeling van het met het apparaat verbonden batterij.

10 Samenhangend hiermede verschaf een andere uitvoeringsvorm een oplaadbare batterij met een bewakingsschakeling die is ingericht voor het uitschakelen van de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

De in de batterij eenheid aanwezige bewakingsschakeling vereist elektrisch energie om 15 te kunnen functioneren. Om de batterij niet voortijdig te ontladen wordt deze bewakingsschakeling volgens de stand van de techniek uitgeschakeld wanneer de batterij enige tijd niet is gebruikt. Deze bewakingsschakeling moet echter weer worden ingeschakeld wanneer het laden of ontladen van de batterij weer aanvangt. Om dit mogelijk te maken, verschaft een voorkeursuitvoeringsvorm van de uitvinding de 20 maatregel dat de besturingsschakeling is ingericht voor het inschakeling van de bewakingsschakeling van de met het apparaat verbonden batterij. Hiermede wordt het mogelijk dat de bij inschakeling van het apparaat ook de bewakingsschakeling wordt ingeschakeld.

25 De uitvinding betreft dan ook eveneens een oplaadbare batterij van de hierboven soort waarbij de bewakingsschakeling is ingericht om te worden ingeschakeld door de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

Een andere voorkeursuitvoeringsvorm verschaft de maatregel dat de 30 besturingsschakeling is ingericht voor het uitschakeling van de bewakingsschakeling van de met het apparaat verbonden batterij. Hiermede wordt, bij het uitschakelen van het apparaat ook de bij de batterij behorende bewakingsschakeling uitgeschakeld.

4

De uitvinding betreft dan ook eveneens een oplaadbare batterij van de hierboven genoemde soort waarbij de bewakingsschakeling is ingericht om te worden uitgeschakeld door de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

5 Om het aantal contacten tussen de los van elkaar te nemen batterij eenheid en het apparaat te verminderen heeft het de voorkeur wanneer het apparaat is ingericht voor het vormen van een enkele communicatieverbinding tussen de besturingsschakeling en de bewakingsschakeling van een met het apparaat verbonden batterij. Deze verbinding is dan bij voorkeur ingericht voor het overdragen van signalen in beide richtingen.

10

De uitvinding betreft bovendien een oplaadbare batterij van de hierboven genoemde soort waarbij de batterij is ingericht voor het vormen van een enkele communicatieverbinding tussen de bewakingsschakeling en de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

15

De dubbelfunctie van deze communicatieverbinding brengt enige schakeltechnische problemen met zich mee. Tenminste een deel hiervan wordt opgelost wanneer de besturingsschakeling is ingericht voor het bij aarden van de communicatieverbinding blokkeren van het inschakelen van het schakelelement. Het aarden, dat wil zeggen 20 verbinden van de communicatieverbinding aan de zijde van de batterijeenheid met de minpool van de batterij, kan schakeltechnisch gemakkelijk worden geïmplementeerd door een in de geleidende toestand schakelen van een schakelbare halfgeleider, die normaliter zich in de sperrende toestand bevindt, zodat deze normaliter de ontvangende functie van de in de in de batterijeenheid opgenomen bewakingsschakeling niet 25 verstoort.

Alhoewel de uitvinding van toepassing is bij talloze apparaten, komen de voordelen ervan het beste tot uitdrukking wanneer het apparaat een elektrisch handgereedschap is.

30 Volgens de huidige stand van de techniek zijn in het algemeen slechts lithium-ion batterijen van een bewakingsschakeling voorzien. Het zal duidelijk zijn dat de uitvinding ook van toepassing is op andere batterijen, die wellicht in de toekomst worden ontwikkeld en die eveneens een dergelijke bewakingschakeling gebruiken.

5

Vervolgens zal de onderhavige uitvinding worden toegelicht aan de hand van de bijgaande figuren, waarin tonen:

Figuur 1: een schakelschema van een eerste uitvoeringsvorm van een combinatie van een apparaat en een batterijeenheid volgens de onderhavige uitvinding; en 5 Figuur 2: een schakelschema van een tweede uitvoeringsvorm van een combinatie van een apparaat en een batterij eenheid volgens de onderhavige uitvinding.

In figuur 1 is het schakelschema 1 van een apparaat weergegeven zoals bijvoorbeeld een elektrisch handgereedschap zoals een boormachine. Zoals het schakelschema toont, 10 omvat het apparaat een schakelaareenheid 2 en een elektromotor 3. Afneembaar met het apparaat gekoppeld is een batterij eenheid 4.

De batterij eenheid 4 omvat een reeks batterij cellen 5, zoals lithium-ioncellen en een bewakingschakeling 6 voor het bewaken van de laad- en ontlaadprocessen van de 15 batterij cellen 5. Hiertoe is de bewakingsschakeling 6 verbonden met elk van de cellen 5.

De schakelaareenheid 2 omvat een mechanische schakelaar 7, een daarmee in serie geschakelde halfgeleiderschakelaar 8 en een besturingsschakeling 9 voor het besturen van de halfgeleiderschakelaar 7. De besturingsschakeling 9 is voor voeding verbonden 20 met de positieve en negatieve voedingsaansluiting.

Wanneer, zoals in de tekening is weergegeven, de batterijeenheid 4 door middel van contacten 10, 11 en 12 is verbonden met het apparaat 1, ontstaat een serieschakeling van de batterijcellen 4, contacten 10, mechanische schakelaar 7, halfgeleiderschakelaar 8, 25 elektromotor 3, contacten 12 en batterijcellen 4. In zoverre komt deze schakeling overeen met de stand van de techniek.

De werking van deze schakeling is als volgt: Wanneer de batterijeenheid 4 verbonden is met het apparaat 1 kan - aannemende dat de batterijeenheid is geladen - de gebruiker de 30 schakelaar 7 sluiten door het indrukken van een niet in de tekening weergegeven trekker, waarna bij het verder indrukken van de trekker, de besturingschakeling zodanig wordt bestuurd dat de deze de halfgeleiderschakeling geleidelijk open stuurt en stroom aan de motor 3 wordt toegevoerd en de elektromotor 3 gaat draaien en het apparaat 1 gaat werken.

6

De schakeling volgens de onderhavige uitvinding onderscheidt zich van de stand van de techniek door het verschaffen van een verbinding tussen de bewakingschakeling 6 van de batterij cellen 5 en de besturingsschakeling 9. Een eerste functie van deze verbinding 5 ligt in het door de bewakingsschakeling 6 besturen van de halfgeleiderschakeling 8 wanneer de bewakingsschakeling 6 van de batterij cellen vaststelt dat verder ontlading van de batterij cellen 5 niet gewenst is omdat daarmede de levensduur van de cellen wordt bekort of zelfs een gevaarlijk situatie op kan treden. Volgens de stand van de techniek opent de bewakingsschakeling 6 een in de batterij eenheid 4 in serie met de 10 batterij cellen 5 opgenomen schakelaar, zodat daarmede verdere ontlading van de batterij cellen 5 wordt voorkomen.

In tegenstelling daarmede opent - bij de in figuur 1 weergegeven uitvoeringsvorm - de bewakingsschakeling 6 via de besturingsschakeling 9 de halfgeleiderschakeling 8, of 15 wordt de halfgeleiderschakeling zodanig bestuurd dat de ontlading met een geringere stroom wordt voortgezet. Deze strategie kan bijvoorbeeld worden gevolgd in situaties waarin het voortzetten van de ontlading niet leidt tot kwaliteitsvermindering van de batterij cellen of tot gevaarlijke situaties. Hierbij kan overigens de maatregel worden gecombineerd dat bij een andere situatie, bijvoorbeeld bij het verder dalen van de 20 klemspanning van de batterij cellen 5, de ontlaadstroom wel in zijn geheel wordt afgesloten. Deze maatregel kan zin opgenomen in de functionaliteit van de bewakingsschakeling 6 en in die van de besturingsschakeling 9. Deze volledige onderbreking kan eveneens worden uitgevoerd door de halfgeleiderschakeling 8, maar zij kan eveneens worden uitgevoerd door de mechanische, normaliter door de trekker 25 bediende schakelaar 7. Hiertoe dient deze laatste mechanische schakelaar wel als een relais te zijn uitgevoerd. Het is trouwens eveneens mogelijk dat de hierboven beschreven functie worden gecombineerd met de handhaving van de halfgeleiderschakelaar of relais in de batterij zoals die volgens de stand van de techniek wordt toegepast. Dit geldt in het bijzonder wanneer de halfgeleiderschakelaar 8 wordt 30 gebruikt voor het verminderden van de ontlaadstroom.

Voor het overdragen van de signalen van de bewakingsschakeling 6 naar de besturingsschakeling 9 is een verbinding tussen beide schakelingen 6, 9 verschaft welke zich via een contactpaar 11 uitstrekt.

7

Deze verbinding kan echter eveneens voor andere doeleinden worden toegepast, zoals het besturen van de toestand van de bewakingsschakeling 6 door de besturingsschakeling 9. Hierbij wordt gebruik gemaakt van het feit dat het in verband 5 met een laag energiegebruik aantrekkelijk is de bewakingsschakeling 6 zo veel mogelijk in rust te laten zijn. Slechts bij het inschakelen van de besturingsschakeling 9 door de trekker, zal de besturingsschakeling 9 een signaal afgeven aan de bewakingsschakeling 6 om deze in een actieve stand te plaatsen. Ook het omgekeerde is mogelijk; bij het uitschakelen van de besturingschakeling 9 wordt de het apparaat uitgeschakeld zodat 10 geen stroom meer uit de batterij cellen wordt afgenomen en de noodzaak tot het functioneren van de bewakingsschakeling 6 vervalt. In dergelijke situaties is het aantrekkelijk wanneer de besturingsschakeling is ingericht voor het afgeven van een desbetreffend signaal aan de bewakingschakeling opdat deze wordt stopgezet.

15 Voorts is de uitgangsaansluiting van de bewakingsschakeling voorzien van een transistor 13. Het dubbel gebruik van de verbinding tussen bewakingsschakeling 6 en de besturingsschakeling 9 kan, mede in verband met de beschikbare lage spanningsniveaus leiden tot schakeltechnische problemen die bijvoorbeeld kunnen worden opgelost door de bewakingsschakeling te voorzien van een de verbinding naar aarde vormende 20 bestuurbare halfgeleider, zoals de in de figuur weegegeven transistor 13, die voor het afgeven van een blokkeersignaal aan de besturingsschakeling 9, de betreffende signaallijn aardt, opdat de besturingsschakeling het bedienen van de halfgeleiderschakelaar 8 blokkeert en ontladen van de batterijcellen 5 verder wordt geblokkeerd.

25

De in figuur 2 afgebeelde uitvoeringsvorm komt voor wat betreft de opbouw in grote lijnen overeen met de in figuur 2 afgebeelde uitvoeringsvorm, maar waarbij de verbinding tussen besturingsschakeling 9 en de positieve voedingsaansluiting 12 is verbroken. Dit heeft tot gevolg dat de werking van de besturingsschakeling direct 30 afhankelijk is van de verbinding met de in de bewakingsschakeling 6 van de batterij eenheid 4; slechts wanneer de bewakingsschakeling 6 de besturingsschakeling activeert kan deze zijn functie vervullen. Samenhangend hiermede is de transistor 13 vervallen.

5 8

Het zal duidelijk zijn dat diverse veranderingen kunnen worden aangebracht in de getoonde uitvoeringsvoorbeelden zonder af te wijken van de uitvinding. Zo kan bijvoorbeeld de polariteit van de schakeling zijn omgekeerd.

Claims (16)

1. Van een regelbare elektromotor voorzien, door een oplaadbare batterij te voeden elektrisch apparaat, omvattende: 5. een elektromotor; - een elektronisch schakelelement voor het besturen van het aan de elektromotor toegevoerde elektrische vermogen; - een besturingsschakeling voor het elektronische schakelelement; en - bedieningsmiddelen voor de besturingsschakeling, 10. waarbij het apparaat is ingericht om te worden gevoed door een van een bewakingsschakeling voorziene batterij, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling is ingericht om door de bewakingsschakeling van een met het apparaat verbonden batterij te worden bestuurd.

2. Apparaat volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling is ingericht voor het uitschakelen van het elektronische schakelelement onder besturing van de bewakingsschakeling van de batterij.

3. Apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de 20 besturingsschakeling is ingericht voor het verminderen van het door het elektronische schakelelement aan de elektromotor toegevoerd vermogen onder besturing van de bewakingsschakeling van de batterij.

4. Apparaat volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat de 25 besturingsschakeling is ingericht om te worden uitgeschakeld door de bewakingsschakeling van het met het apparaat verbonden batterij.

5. Apparaat volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling is ingericht voor het inschakelen van de bewakingsschakeling van 30 de met het apparaat verbonden batterij.

6. Apparaat volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling is ingericht voor het uitschakeling van de bewakingsschakeling van de met het apparaat verbonden batterij.

7. Apparaat volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het apparaat is ingericht voor het vormen van een enkele communicatieverbinding tussen de besturingsschakeling en de bewakingsschakeling van een met het apparaat 5 verbonden batterij.

8. Apparaat volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat de besturingsschakeling is ingericht voor het bij aarden van de communicatieverbinding blokkeren van het inschakelen van het schakelelement.

9. Apparaat volgens een van de voorafgaande conclusies, met het kenmerk, dat het apparaat een elektrisch handgereedschap is.

10. Oplaadbare batterij, waarbij deze is ingericht om te worden verbonden met een 15 elektrisch apparaat volgens een van de voorafgaande conclusies, waarbij de batterij van een bewakingsschakeling is voorzien, met het kenmerk, dat de bewakingsschakeling is ingericht voor het besturen van de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

11. Oplaadbare batterij volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de bewakingsschakeling is ingericht voor het uitschakelen van de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

12. Oplaadbare batterij volgens conclusie 10 of 11, met het kenmerk, dat de 25 bewakingsschakeling is ingericht om te worden ingeschakeld door de besturingsschakeling van het met de batterij verbonden het apparaat.

13. Oplaadbare batterij volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de bewakingsschakeling is ingericht om te worden uitgeschakeld door de 30 besturingsschakeling van het met de batterij verbonden apparaat.

14. Oplaadbare batterij volgens een van de conclusies 10-13, met het kenmerk, dat de batterij is ingericht voor het vormen van een enkele communicatieverbinding tussen de en de bewakingsschakeling en de besturingsschakeling van een met de batterij verbonden apparaat.

15. Oplaadbare batterij volgens een van de conclusies 10-14, met het kenmerk, dat 5 de batterij een lithium-ion batterij is.

16. Combinatie van een apparaat volgens een van de conclusies 1-9 en een oplaadbare batterij volgens een van de conclusies 10-15.