Портативный автономный электросиловой инструмент - RU2006121550A

Реферат

1. Комплект портативного автономного электросилового инструмента, например секатора, пилы, инструмента для сбора плодов, газонокосилки, кусторезной машинки, ударного ключа, отбойного молотка, содержащий, по меньшей мере, три отдельных функциональных узла: первый узел (2), обеспечивающий механическое действие инструмента через электрический привод и соединенный по меньшей мере во время использования инструмента посредством гибкого электрического шнура (6) со вторым портативным узлом (3), являющимся источником электрической энергии для всего комплекта и содержащим электрохимическую аккумуляторную батарею, и третий узел (4) зарядки, электрически соединенный во время зарядки при помощи съемного гибкого шнура (10) со вторым узлом и выполненный с возможностью электрической подзарядки электрохимической аккумуляторной батареи второго узла, отличающийся тем, что электрическое питание привода первого узла может быть автоматически отключено, когда батарея достигает нижнего порогового значения напряжения, которое может отрицательно сказаться на его работе, второй узел (3) содержит электрохимическую литий-ионную или литий-полимерную батарею, образованную путем последовательного соединения аккумуляторов, каждый из которых состоит из одного элемента или из нескольких элементов, соединенных параллельно, и один или несколько электрических или электронных модулей управления батареей, предназначенных для защиты батареи от перегрузки током и размещенных в непосредственной близости от батареи, третий узел (4) содержит по меньшей мере один источник электрического питания, предназначенный для подзарядки литий-ионной или литий-полимерной батареи (5).

2. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что гибкий шнур (6), соединяющий первый узел (2) со вторым узлом (3), содержит соединитель (24) со стороны второго узла (3).

3. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что гибкий шнур (6), соединяющий первый узел (2) со вторым узлом (3), содержит соединитель (25) со стороны первого узла (2).

4. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что гибкий шнур (6), соединяющий первый узел (2) со вторым узлом (3), содержит соединитель (25) со стороны первого узла (2), а также второй соединитель (24) со стороны второго узла (3).

5. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что один модуль из электрических или электронных модулей управления батареей, второго узла (3) предназначен для автоматического отключения электрического питания второго узла (3), когда напряжение батареи достигает минимального нижнего уровня до разрушения литий-ионной или литий-полимерной батареи второго узла (3) при существенной потере емкости и увеличении саморазрядки.

6. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что один модуль из электрических или электронных модулей управления батареей второго узла (3) предназначен для автоматического отключения электрической зарядки батареи, когда напряжение, подаваемое из третьего узла (4) зарядки, достигает максимального значения до разрушения литий-ионной или литий-полимерной батареи второго узла (3) при существенной потере емкости и увеличении саморазрядки.

7. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что один модуль из электрических или электронных модулей управления батареей второго узла (3) предназначен для автоматического отключения электрической зарядки батареи, когда ток зарядки батареи достигает минимального нижнего уровня, рекомендованного или предписанного изготовителем литий-ионной или литий-полимерной батареи второго узла (3).

8. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что один модуль из электрических или электронных модулей управления батареей второго узла (3) предназначен для защиты батареи от коротких замыканий.

9. Комплект электроинструмента по любому из пп.1 и 8, отличающийся тем, что содержит плавкий предохранитель, установленный по меньшей мере на одной из клемм батареи второго узла (3), для защиты батареи от коротких замыканий.

10. Комплект электроинструмента по любому из пп.1 и 8, отличающийся тем, что содержит прерыватель или аналогичный элемент, установленный по меньшей мере на одной из клемм батареи второго узла (3), для защиты батареи от коротких замыканий.

11. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что один модуль из электрических или электронных модулей управления батареей второго узла (3) предназначен для отключения потребления или функции минимального потребления от батареи во время нерабочей фазы первого узла (2).

12. Комплект электроинструмента по любому из п.1 или 11, отличающийся тем, что содержит выключатель, установленный на одной из клемм батареи и предпочтительно после плавкого предохранителя или прерывателя и предназначенный для отключения потребления или минимального потребления от батареи во время нерабочей фазы первого узла (2).

13. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что третий узел (4) снабжен системой автоматического отключения электрической зарядки батареи второго узла, когда напряжение батареи достигает верхнего максимального уровня до разрушения литий-ионной или литий-полимерной батареи второго узла (3).

14. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что третий узел (4) снабжен системой автоматического отключения электрической зарядки батареи второго узла, когда ток зарядки батареи достигает нижнего минимального уровня, рекомендованного для батареи второго узла (3).

15. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что элементы литий-ионной батареи второго узла выполнены в коммерческом формате 18650.

16. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что второй узел (3) снабжен одним модулем (26) управления батареи, выполненным в виде одной или нескольких электронных плат и содержащим по меньшей мере один цифровой блок (21) обработки, например, микропроцессор, микроконтроллер или процессор цифровых сигналов, связанный с запоминающим устройством и с цифровыми и/или аналоговыми вспомогательными схемами.

17. Комплект электроинструмента по любому из п.1 или 16, отличающийся тем, что модуль управления батареи второго узла (3) предназначен для управления зарядкой, управления разрядкой, балансировки зарядки каждого аккумулятора (8), оценки и индикации емкости батареи (5), защиты во время разрядки батареи (5) от перегрузки по току во время использования инструмента, управления инструментом во время фаз обслуживания при хранении, управления сигналами тревоги, управления и передачи собранной информации, управления диагностикой.

18. Комплект электроинструмента по п.17, отличающийся тем, что для управления зарядкой, управления разрядкой, балансировки зарядки каждого аккумулятора (8), оценки и индикации емкости батареи (5) в модуле управления батареи непрерывно используются значения измерения напряжения каждого аккумулятора (8), входящего в состав батареи (5).

19. Комплект электроинструмента по любому из пп.1, 16 и 18, отличающийся тем, что батарея (5) содержит n последовательно соединенных аккумуляторов (8), при этом комплект содержит электронную схему (27) сбора данных, состоящую из n идентичных аналоговых модулей (28), установленных на контактах n аккумуляторов (8) батареи (5) и выполненных с возможностью измерения напряжения соответствующего аккумулятора (8), при этом значения напряжения, измеренные каждым из n модулей (28), поочередно поступают через по меньшей мере одну аналоговую схему (29) умножения и после усиления посредством соответствующей схемы (30) на аналогово-цифровой преобразователь (21') цифрового блока (21) обработки, входящего в состав модуля управления батареей второго узла (3).

20. Комплект электроинструмента по п.19, отличающийся тем, что аналоговые модули (28) измерения напряжения предназначены для осуществления соответственно для каждого аккумулятора (8) вычитания между напряжением, измеренным на положительном контакте, и напряжением, измеренным на отрицательном контакте, при помощи электронной дифференциальной схемы (28') с операционным усилителем, содержащей входные резисторы или резисторные элементы (28").

21. Комплект электроинструмента по п.20, отличающийся тем, что электронная дифференциальная схема (28') с операционным усилителем каждого модуля (28) измерения напряжения содержит входные резисторы или резисторные элементы (28") с полным сопротивлением, близким или превышающим 1 МОм, для получения очень слабых токов утечки, ниже 1/20000 части в час от общей емкости батареи (5).

22. Комплект электроинструмента по п.21, отличающийся тем, что значения измерения напряжения каждого аккумулятора (8) имеют точность измерения, по меньшей мере, 50 мВ.

23. Комплект электроинструмента по п.22, отличающийся тем, что требуемая точность измерения напряжения, составляющая по меньшей мере 50 мВ, достигается путем калибровки во время изготовления электронной платы модуля (26) управления батареи.

24. Комплект электроинструмента по п.23, отличающийся тем, что калибровка во время изготовления электронной платы представляет собой, для каждого модуля (28) измерения напряжения, введение путем программирования в цифровой блок (21) обработки параметров, корректирующих погрешности в зависимости от измерения одного или нескольких очень точных контрольных значений напряжения, которыми при этой операции калибровки заменяют значения напряжения, нормально измеренного на контактах каждого аккумулятора (8).

25. Комплект электроинструмента по п.16, отличающийся тем, что цифровой блок (21) обработки предназначен также для балансировки зарядки аккумуляторов (8) относительно друг друга на основании значений измерения напряжения каждого аккумулятора (8) и в случае необходимости для каждого из них подачи команды на изменение зарядного тока при помощи рассеивающих схем на основе электронных коммутаторов (31), связанных с резисторными элементами (31').

26. Комплект электроинструмента по п.24, отличающийся тем, что цифровой блок (21) обработки предназначен также для управления разрядкой путем непрерывного наблюдения за данными напряжения каждого аккумулятора (8), для остановки разрядки, когда обнаружено, что одно из значений напряжения аккумулятора (8) достигло минимального порога разрядки для литий-ионных или литий-полимерных элементов, и для прерывания разрядки путем отключения элемента (32) коммутации разрядки, и прекращения работы инструмента (2) с одновременным включением звукового или визуального сигнального устройства.

27. Комплект электроинструмента по любому из пп.16, 26, отличающийся тем, что цифровой блок (21) обработки, содержащий аналоговую электронную схему (33) измерения тока зарядки и разрядки батареи (5), предназначен для управления зарядкой, оценки и индикации емкости батареи (5) и защиты от перегрузки током во время разрядки в непрерывном режиме.

28. Комплект электроинструмента по п.27, отличающийся тем, что при управлении зарядкой в течение времени подключения третьего узла (4), образующего зарядное устройство, ко второму узлу (3) на уровне электронной платы модуля (26) управления батареей (5) завершение зарядки осуществляется путем размыкания элемента (34) коммутации зарядки, управляемого цифровым блоком (21) обработки, когда блок (21) при помощи аналоговой электронной схемы (33) измерения тока зарядки и разрядки обнаруживает падение зарядного тока до установленного порога 50 мА для батареи (5), или когда температура батареи (5) превышает предельную допустимую величину 45°С, или когда зарядка длится дольше заданного теоретического времени зарядки на около 20%.

29. Комплект электроинструмента по п.27, отличающийся тем, что цифровой блок (21) обработки предназначен для расчета емкости батареи (5) с непрерывным учетом во время зарядки и во время использования инструмента информации о моментальном токе зарядки и разрядки батареи (5), поступающей от аналоговой электронной схемы (33) измерения тока зарядки и разрядки, и значений измерений напряжения каждого аккумулятора (8) для более точного вычисления известного среднего внутреннего сопротивления.

30. Комплект электроинструмента по п.16, отличающийся тем, что защита от перегрузки по току во время разрядки батареи (5) в ходе использования инструмента, предназначенная для предохранения литий-ионной или литий-полимерной батареи от преждевременного старения или от перегрева, выполняется либо путем отключения тока разрядки в случае чрезмерного импульсного превышения максимального значения тока разрядки, допустимого для батареи (5), или превышения предельно допустимой для нее максимальной температуры, либо путем ограничения тока разрядки в зависимости от потребляемой инструментом энергии в течение некоторого скользящего времени, с учетом того, что значение энергии и скользящее время заранее определены экспериментально в зависимости от типа инструмента, его использования и срока службы литий-ионной или литий-полимерной батареи (5), входящей в состав второго узла (3).

31. Комплект электроинструмента по п.30, отличающийся тем, что цифровой блок (21) обработки предназначен для ограничения тока разрядки путем подачи команды на модуляцию длительности импульса (МДИ), генерируемой либо непосредственно блоком (21), либо при помощи специального элемента через схему (35) управления, на элемент (32) коммутации разрядки типа N-канальной МОП-схемы.

32. Комплект электроинструмента по любому из пп.16, 30, отличающийся тем, что, когда он не находится в режиме зарядки и когда его не используют в течение определенного времени, например, 10 дней, цифровой блок (21) обработки предназначен для автоматического включения управления хранением, при котором осуществляется проверка, превышает ли остаточная емкость батареи (5) накопительную емкость, рекомендованную для условий хранения литий-ионных или литий-полимерных элементов, или нет, и, если остаточная емкость существенно превышает накопительную емкость, цифровой блок (21) обработки обеспечивает включение автоматической разрядки батареи при помощи резисторных схем (31, 31'), соединенных параллельно с каждым аккумулятором (8), до момента достижения значения накопительной емкости хранения, после чего отключает все электронные схемы, при этом цифровой блок (21) обработки переходит в режим ожидания со слабым потреблением, а если емкость оказывается ниже накопительной емкости, то цифровой блок (21) обработки обеспечивает включение звукового и/или визуального сигнала тревоги.

33. Комплект электроинструмента по п.16, отличающийся тем, что цифровой блок (21) обработки предназначен также для обнаружения соединения зарядного устройства (4) под напряжением с батареей (5) путем измерения напряжения модулем (26) управления по меньшей мере на одном из контактов (37) второго узла (3), которые предназначены для подключения к зарядному устройству (4).

34. Комплект электроинструмента по п.33, отличающийся тем, что содержит специальную схему (36) измерения, предназначенную для обнаружения соединения зарядного устройства (4) под напряжением с батареей (5), причем схема (36) обеспечивает включение автоматической подзарядки батареи (5) во время хранения инструмента в нерабочей фазе путем определения момента, в который по меньшей мере один аккумулятор (8) достигает минимального значения напряжения, установленного изготовителем.

35. Комплект электроинструмента по любому из п.33 или 34,отличающийся тем, что когда модуль (26) управления батареей обнаруживает чрезмерное или недостаточное напряжение зарядного устройства (4) на уровне соответствующих соединительных контактов (37) второго узла (3), цифровой блок (21) обработки, использующий эту информацию, подает команду на остановку зарядки и включает звуковой и/или визуальный сигнал тревоги.

36. Комплект электроинструмента по п.35, отличающийся тем, что для управления информацией и диагностики запоминающее устройство цифрового блока (21) обработки данных, собираемых в ходе эксплуатации инструмента, обеспечивает накопление данных, например, числа подзарядок, количества часов эксплуатации инструмента, изменения емкости батареи (5) во времени, средней энергии, потребляемой инструментом, при этом указанные данные могут передаваться через проводную, радиочастотную или инфракрасную связь (40) на отдельный эксплуатационный терминал типа персонального компьютера, персонального электронного консультанта, GSM, который в случае необходимости подключен к Интернету.

37. Комплект электроинструмента по п.16, отличающийся тем, что модуль управления батареей, входящей в состав второго узла (3), являющегося аккумуляторным источником электрической энергии, связан с электронным модулем контроля и управления привода (2) на той же электронной плате с использованием того же цифрового блока (21) обработки.

38. Комплект электроинструмента по п.16, отличающийся тем, что модуль управления батареей содержит для каждого аккумулятора (8) дублирующие защитные схемы (38) остановки зарядки, выполненные с возможностью самостоятельной подачи команды на общую остановку зарядки при перегрузке по напряжению аккумулятора (8) путем непосредственного отключения элемента (34) коммутации зарядки без участия цифрового блока (21) обработки.

39. Комплект электроинструмента по п.27, отличающийся тем, что электронный модуль управления батареей содержит дублирующую схему (38') остановки разрядки, выполненную с возможностью подачи команды на прекращение разрядки при обнаружении тока разрядки, равного или превышающего максимально допустимое значение для батареи (5), при помощи аналоговой схемы (33) измерения, путем непосредственного отключения элемента (32) коммутации разрядки, без участия цифрового блока (21) обработки.

40. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что третий узел (4), являющийся зарядным устройством, предназначен для подзарядки литий-ионной или литий-полимерной батареи (5) и формирует напряжение с точностью, близкой к 0,5%, и регулируемый ток посредством специальной схемы регулирования напряжения и тока.

41. Комплект электроинструмента по п.1, отличающийся тем, что каждый функциональный узел (2, 3 и 4) установлен внутри соответствующего защитного корпуса.