具有供能装置的电加工器具的制作方法

发电;变电;配电装置的制造技术1.本发明涉及一种根据独立权利要求1类型的具有供能装置的电加工器具。背景技术：2.电加工器具根据其设置的使用以非常不同的功率级提供。因此，例如存在在下功率级中的蓄电池运行的手持式工具机，其以10.8v(名义上经常也称为12v)或者14.4v运行，而在中等直至更高功率级中主要使用在电压级18v、36v、54v或72v中的器具。电压值在此由所使用的蓄电池单体的电路连接(并联或串联)形成。优选地，蓄电池单体在此构造为具有3.6v的单体电压的锂基的蓄电池单体，例如锂离子、锂离子聚合物、锂金属等，其中，蓄电池单体通常是柱形的圆形单体，其单体极布置在柱形端部上。然而，下面的发明与所使用的蓄电池单体的种类和结构形式无关，而是可以应用于任意能量源，例如除了圆形单体外还考虑袋形单体或诸如此类。同样地，作为能量源可以考虑具有例如120v或230v的电网供电。3.为了尤其在商业应用中确保尽可能长的运行时间和短的停止时间，在多种蓄电池运行的加工器具中，可更换蓄电池或可更换蓄电池组已经设立为能量源。这些能量源通过在可更换蓄电池组和蓄电池运行的加工器具上的相应接口力锁合和/或形锁合地可松开地相互连接。“可松开的连接”尤其应理解为无需工具，即手动地可松开和可建立的连接。4.目前通常是，具有非常高的功率要求的电动工具使用多个可更换电池组串联或并联地运行。在串联运行中，例如使用两个18v可更换蓄电池组导致36v的供给电压。在并联运行中，相应地通过提高最大可提供的总电流提高功率。在这样的蓄电池运行的加工器具中使用多个可更换蓄电池组的特别的优点是获得与已经存在的仅用一个可更换蓄电池组运行的较低功率级的蓄电池运行的电动工具的兼容性。而且已经存在不但可以以电网而且可以以蓄电池电源运行的电动工具。5.不但在多个可更换蓄电池组的并联运行中而且在电加工器具的由电网和蓄电池电源的混合运行中可以使用所谓的“能量冗余(veroderung)”(英语：power oring)。例如由文献de 10 2013 221 113 a1得知，借助二极管实施在能量源之间、尤其在蓄能器之间的电荷平衡。在此，电供能装置具有至少两个蓄能器，它们分别利用至少一个二极管串联连接至星形点。在蓄能器的不同充电状态下，借助二极管的漏电流能够执行蓄能器的充电状态的调整。代替二极管，替代地也可以使用mosfet结合所谓的“理想二极管控制器”(例如ltc4357、zxgd3112n7、lm5051)。6.在具有能量冗余(power oring)的系统中，由多个能量源组成的总电流原则上可以具有比单个能量源的电流更高的值。然而，在此存在的危险在于，超过各个能量源的功率极限。因此通常设置，将总电流限制为能量源的最小单个电流。技术实现要素：7.本发明的任务在于，提供一种电加工器具，使得在由与电加工器具连接的能量源可提供的总电流最大化的情况下确保各个能量源的安全运行。8.本发明的优点：9.本发明涉及一种电加工器具，具有供能装置和控制或调节单元，其中，供能装置具有至少两个能量源，它们分别在与电子结构元件的串联电路中为了其单个电流的冗余而电路连接至共同的星形点，使得产生用于供给电加工器具而形成的总电流。为了解决提出的任务，能量源的至少一个子集、尤其是每个能量源配有用于测量能量源的单个电流的电流测量单元，其中，控制或调节单元使总电流适配于所测量的单个电流。因此，特别有利地可以基于检测到的电流测量值精确地分析各个能量源，以便确保在最大可能的总电流情况下，各个能量源不在其各自允许的范围之外运行。由此，相比于现有技术的解决方案可以实现具有更大输出电流和更高最大功率的供能装置。10.作为电流测量单元例如考虑分流电阻、霍尔传感器等。控制或调节单元可以构造为微处理器、dsp(数字信号处理器)、asic(专用集成电路)等并且根据由电流测量单元提供的信息以及关于能量源的类型及其允许的单个电流的认识评价：是必须减小总电流、还是可以提高总电流。11.作为电加工器具，在本发明的上下文中例如应理解为用于借助电驱动的插入式工具加工工件的电动工具。在此，电动工具可以不但构造为电动手持式工具而且构造为静止的电动工具机。典型的电动工具在此是手持式或立式钻孔机、起子机、冲击式钻孔机、钻锤、刨具、角磨机、振动磨削机、抛光机、圆锯、台锯、摆锯和刺锯等。然而，作为电加工器具也考虑园艺器具如割草机、草坪修剪器、修枝锯等。此外，本发明也可以用于家用器具如吸尘器、搅拌器等。12.可更换蓄电池组的蓄电池电压通常是单个蓄电池单体的电压的多倍并且由各个蓄电池单体的电路连接(并联或串联)产生。蓄电池单体典型地构造为电化学单体，其具有如下结构：一个单体极位于一端上并且另一单体极位于相对的另一端上。尤其，蓄电池单体在一端上具有正单体极并且在相对的端上具有负单体极。优选地，蓄电池单体构造为锂基的蓄电池单体，例如锂离子、锂离子聚合物、锂金属等。然而，本发明也可用于具有镍镉、镍氢单体或其它适合的单体种类的可更换蓄电池组。在具有3.6v的单体电压的通用锂离子蓄电池单体中，例如产生3.6v、7.2v、10.8v、14.4v、18v、36v等的电压级。优选地，蓄电池单体构造为至少基本上柱形的圆形单体，其中，单体极布置在柱形端部上。然而，本发明与所使用的蓄电池单体的种类和结构形式无关，而是可以用于任意的可更换蓄电池组和蓄电池单体，例如除了圆形单体之外也可以使用袋形单体等。同样地，本发明能够用于不可再充电的电池和用于补充蓄电池或电池供电的电网供电。13.此外应注意，蓄电池运行的加工器具的机电接口的构型以及用于不同电压级的可更换蓄电池组的力锁合和/或形状锁合地可松开的连接的相关接收部不应是本发明的内容。本领域技术人员将根据电加工器具和/或可更换蓄电池组的功率或电压级选择适用于接口的实施方式。因此，在各实施例中所示的实施方式仅应理解为示例性的。14.在本发明的另一构型中，供能装置对于每个能量源具有用于测量由相应能量源提供的电压的电压测量装置。补充地可以设置，供能装置具有用于测量在星形点处的供电电压的电压测量装置。借助所测量的电压值有利地可以实现对测量的电流值的可信度检查。15.在本发明的另一实施方式中设置，供能装置具有用于测量在星形点处的总电流的电流测量单元。所测量的总电流也可以有利地用于对能量源的测量的单个电流值的可信度检查。16.替代或补充地，供能装置可以具有用于测量该供能装置的温度的温度测量装置。根据所测量的温度能够限制总电流，以便避免供能装置或各个部件的过热。17.对根据本发明的供能装置的免于过载的进一步保护提供了防过压和/或防过流的保护电路。附图说明18.在下面根据图1至3示例性地阐述本发明，其中，相同的附图标记在附图中标记具有相同功能方式的相同组成部分。附图示出了：19.图1根据本发明的用于电加工器具的供能装置的第一实施例的方框图；20.图2根据本发明的用于电加工器具的供能装置的第二实施例的方框图；和21.图3根据本发明的用于电加工器具的供能装置的第三实施例的方框图。具体实施方式22.图1示出未进一步示出的电加工器具的根据本发明的供能装置10的第一实施例的方框图。如开头所描述的那样，作为电加工器具，在本发明的上下文中例如应理解为一种电动工具，用于借助电驱动的插入式工具加工工件。在此，电动工具可以不但构造为蓄电池运行的电动手持式工具而且构造为静止的电动工具机，其通过可更换蓄电池组以及必要时附加地用电网供电。典型的电动工具在此是手持式或立式钻孔机、起子机、冲击式钻孔机、钻锤、刨具、角磨机、振动磨削机、抛光机、圆锯、台锯、摆锯和刺锯等。然而，作为电加工器具也考虑园艺器具如割草机、草坪修剪器、修枝锯等。此外，本发明也可以用于家用器具如吸尘器、搅拌器等。23.供能装置10构造为具有第一能量源12和第二能量源14的能量冗余系统(power oring)。这两个能量源12和14可以构造为电加工器具的可更换蓄电池组或可更换蓄电池16。同样可以考虑，第一能量源12是可更换蓄电池组16，而第二能量源14是电网供电的电源。根据电加工器具的功率级可以使用非常不同的可更换蓄电池组或可更换蓄电池16以及能量源12、14。因为对于本领域技术人员而言这种可更换蓄电池组或可更换蓄电池16以及能量源12、14的构型是已知的，所以对此在下面不再进一步探讨。能量源的数量也可以变化。本发明因此不限于两个能量源12、14。24.两个能量源12、14分别在与电子结构元件18的串联中为了使其单个电流i1和i2冗余而电路连接成一个共同的星形点20。电子结构元件18例如可以实现为二极管22，该二极管的阴极在星形点20处位于相同电位上。二极管22例如可以构造为肖特基二极管，其在截止方向上具有直至约100ma的相对较大的漏电流。然而，原则上也考虑适用于单个电流的冗余的其它类型二极管。然而，代替二极管22也可以考虑，使用具有“理想二极管控制器”如例如ltc4357、zxgd3112n7、lm5051等的mosfet。25.通过具有单个电流i1的第一能量源12和具有单个电流i2的第二能量源14的能量冗余系统(power orring)，沿电流流动方向在星形点20之后产生引起的总电流is，用于供给电加工器具或包含其中的负载24，该负载24例如可以构造为电动机和/或用于电动机的控制或调节回路。作为电加工器具的负载24几乎考虑所有负载，这决定性地影响电加工器具的功率需求。26.根据本发明设置，给每个能量源12、14配属一电流测量单元26，用于测量能量源12、14的单个电流i1、i2。电流测量单元26例如可以构造为分流电阻28，其与能量源12、14和电子结构元件18串联连接以使单个电流i1、i2冗余。然而，也可以考虑，霍尔传感器或诸如此类用于电流测量。电流测量单元26与供能装置10的控制或调节单元30连接。控制或调节单元30使总电流is如此适配于测量的单个电流i1、i2，使得能量源12、14总是可以在其各自允许的运行范围中运行。27.关于最大允许的总电流is的信息通过控制或调节单元30例如通过总线系统、模拟电压信号、调频信号等被提供给负载24。电加工器具的负载24然后可以如此适配功率消耗，使得由各个能量源12、14的内阻和供电电压限制地可以分别从能量源12、14取得单个电流i1、i2，这些单个电流也位于在各自允许的运行范围内。28.此外可以考虑，如此串联地电路连接能量冗余系统(power orring)的多个部件，使得在一个部件失效的情况下禁止通过电流流入到能量源12、14之一中。29.图2示出根据本发明的供能装置10的第二实施例的方框图。设有相同附图标记的部件与根据图1的部件一致，因此在此不应再次进行阐明。与第一实施例的主要区别是用于测量在星形点20处的总电流is的电流测量单元32。类似于电流测量单元26，电流测量单元32也可以构造为分流电阻28或另一适用于电流测量的结构元件。电流测量单元32与控制或调节单元30连接，使得借助测量的总电流is能够实现对能量源12、14的测量的单个电流i1、i2的可信度检查。除了电流外，在第二实施例中附加地还由控制或调节单元30检测两个能量源12、14的单个电压u1、u2和在星形点处的供电电压us。而且这些电压也可以考虑用于对测量的单个电流i1、i2的可信度检查。30.在图3中示出根据本发明的供能装置10的第三实施例的方框图。各个部件基本上相应于图1和2的各个部件，其中，但现在出于更清楚的概览而示出了彼此间并联运行的能量源12、14和24。在此，34标明第n个能量源，其在此还构造为电网供电的电源(交流/直流变换)。31.全部n个能量源12、14、34在能量冗余系统(power orring)的意义上借助例如构造为二极管22的电子结构元件18为了单个电流i1、i2、…in的冗余而并联地连接在星形点20上，使得n个能量源12、14、34的单个电流i1、i2、…in在星形点20之后产生总电流is用于供给电加工器具12或包含其中的负载24。在此，电加工器具12的负载24也可以分为多个单个的彼此相关或无关的负载24a、24b。例如可以考虑，负载24a、24b涉及用于运行割草机的割草机构和运行与之分离的齿轮机构的多个电动机。32.类似图2，控制或调节单元30借助电流测量单元26和32获得关于n个能量源12、14、34的测量的单个电流i1、i2、…in和在星形点20处的总电流is的信息。这些电流测量单元可以构造为分流电阻28或其它适用于电流测量的结构元件。除了电流测量单元26和32外，控制或调节单元30也由能量源12、14、34获得特定的数据d，例如其类型、其允许的运行范围、温度测量值等。这些数据可以补充地用于适配总电流is。33.此外，36和38标明用于检测能量源12、14、34的单个电压un和在星形点20处的供电电压us的器件。器件36、38可以补充地也构造为防电压峰值的过压保护40，如电压峰值例如可以在电加工器具的连续运行期间在移除构造为可更换蓄电池组16的能量源12、14、34时出现。在此尤其考虑tvs二极管、电容器或其它适用于保护免于过压的器件。补充或替代地，器件36、38也可以具有过电流保护42的功能。这种保护电路例如可以通过熔化保险装置、mosfet或相应地适用于分开各电流路径的器件实现。34.此外，供能装置10还具有用于测量温度t的温度测量装置44。控制或调节单元30可以根据所测量的温度t在需要时如此限制总电流is，使得一方面将能量源12、14、34保持在其允许的运行范围中，而另一方面遵守供能装置10的热极限。这尤其是有意义的，当能量源12、14、34自身不能将单独的温度值借助数据d传输给控制或调节单元30。35.最后应指出，本发明不限于在三个附图中所示的实施例。因此可以考虑，代替所有能量源仅一个子集配备电流测量装置和/或电压测量装置。这例如可以在如下电加工器具中是有意义的，该电加工器具通过两个可更换蓄电池组16供电，并且两个可更换蓄电池组之一的单个电流可以根据基尔霍夫定律通过在星形点处的总电流和另一可更换蓄电池组16的测量的单个电流计算。









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