自备电源的便携式电动成套工具制造技术

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系统，即通过电致动器使工具产生机械动作的第一子系统、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系统、可对第二子系统的电化学电池组进行充电的第三充电器子系统，其特征在于第一子系统至少在工具使用期间通过柔性电线与第二子系统相连；并且可自动和／或由操作人员随意切断构成第一子系统的电致动器的供电，第二子系统是便携式的，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，第三充电器子系统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，该第三子系统通过可断开的柔性电线与第二子系统电连接。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术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，本专利技术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。
技术介绍
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系统，即形成电致动器并使工具产生机械作用的第一子系统、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系统以及形成可对电池组进行充电的充电器的第三子系统。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。
技术实现思路
为此，本专利技术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系统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系统。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。本专利技术的目的在于找出上述问题的解决方案。为此，本专利技术涉及一种上述类型的自备电源的便携式电动成套工具—即其包括至少三个上面提到的功能子系统，所述成套工具的特征在于第一子系统至少在工具使用期间通过柔性电线与第二子系统相连，其特征还在于可以自动和/或由操作人员随意切断构成第一子系统的电致动器的供电。第二子系统是便携式的，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。第三充电器子系统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。第三子系统通过可以断开的柔性电线与第二子系统电连接。为了描述被保护的本专利技术，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专利技术，其中图1是根据本专利技术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，其中的第一子系统带有一个对来自第二子系统的最低供电电压自动切断的装置，在使用工具时该第二子系统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，其中的第二子系统带有一个对来自第一子系统的最低供电电压自动切断的模块，在使用工具时该第一子系统与切断模块相连；图5是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第二子系统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系统相连；图6是所述工具的非限定实施方案的概略图，其中的第二子系统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系统相连；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系统带有一个对第二子系统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，其中的第三子系统带有一个对第二子系统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，其中的第二子系统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系统时，切断第一子系统的最低供电电压；b)自动切断最高电压的充电，和c)在充电操作期间，当第二子系统与第三子系统连接时，自动切断最低电流的充电，d)防止短路，e)在未用第一子系统期间，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系统的概略图；图11是图10所示的第二子系统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系统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系统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的第二子系统3以及形成能够对电池组5充电的充电器的第三子系统4。根据本专利技术，一方面第一子系统2至少在工具使用期间通过柔性电线6与第二子系统3相连，另一方面该第一子系统配有可以自动和/或由操作人员随意切断构成该第一子系统的电致动器7的供电的切断系统。第一子系统2的电致动器可例如由具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
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系统，即，通过电致动器使工具产生机械动作的第一子系统、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系统、可对第二子系统的电化学电池组进行充电的第三充电器子系统，其特征在于，第一子系统（２）至少在工具使用期间通过柔性电线（６）与第二子系统（３）相连；可以自动和／或由操作人员随意切断构成第一子系统的电致动器的供电；第二子系统（３）是便携式的，该第二子系统一方面设置有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，另一方面设置有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；第三充电器子系统（４）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（５）进行充电，该第三子系统通过可断开的柔性电线（１０）与第二子系统电连接。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】FR 2003-11-20 03136081.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系统，即，通过电致动器使工具产生机械动作的第一子系统、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系统、可对第二子系统的电化学电池组进行充电的第三充电器子系统，其特征在于，第一子系统(2)至少在工具使用期间通过柔性电线(6)与第二子系统(3)相连；可以自动和/或由操作人员随意切断构成第一子系统的电致动器的供电；第二子系统(3)是便携式的，该第二子系统一方面设置有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，另一方面设置有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；第三充电器子系统(4)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(5)进行充电，该第三子系统通过可断开的柔性电线(10)与第二子系统电连接。2.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，将第一子系统(2)和第二子系统(3)连接的柔性电线(6)设置有在第二子系统(3)旁边的连接器(24)。3.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，将第一子系统(2)和第二子系统(3)连接的柔性电线(6)设置有在第一子系统(2)旁边的连接器(25)。4.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，将第一子系统(2)和第二子系统(3)连接的柔性电线(6)设置有在第一子系统(2)旁边的第一连接器(25)并且设置有在第二子系统(3)旁边的第二连接器(24)。5.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第一子系统(2)配备有用于自动切断该第一子系统的供电的装置，以便在设有第二子系统(3)的锂离子或锂聚合物电池组因容量损失太大或自然放电增大而损坏以前，当电池组电压已经达到最小低位时自动切断其电力供应。6.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，用于控制和/或管理配备于第二子系统(3)的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系统(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系统(2)的电力供应。7.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，用于控制和/或管理配备于第二子系统(3)的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系统(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多而损坏以前，当与其连接的第三充电器子系统(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。8.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，用于控制和/或管理配备于第二子系统(3)的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系统(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。9.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，用于控制和/或管理配备于第二子系统(3)的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。10.根据权利要求1和9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系统(3)的电池组的至少一个端子上的保险丝实现。11.根据权利要求1和9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系统(3)的电池组的至少一个端子上的断路器或类似元件实现。12.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，用于控制和/或管理配备于第二子系统(3)的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未用第一子系统(2)期间，将电池组放置成不耗电或耗电很少。13.根据权利要求1或12的电动成套工具，其特征在于，在未用第一子系统(2)期间将电池组放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，如果安装有保险丝或断路器则该开关优选设置在该保险丝或断路器之后。14.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第三子系统(4)配备有用于在配备于第二子系统(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系统的电池组的充电的系统。15.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第三子系统(4)可配备有用于当配备于第二子系统(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系统的充电的系统。16.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第二子系统的锂离子或锂聚合物电池组的元件的市场规格为18650。17.根据权利要求1的电动成套工具，其特征在于，第二子系统(3)可配备有单个的用于控制和/或管理电池组的模块(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)，该数字处理单元例如与存储器以及数字的和/或模拟的附属电路相关联。18.根据权利要求1和17的电动成套工具，其特征在于，用于控制和/或管理第二子系统(3)的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。19.根据权利要求1、17和18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，用于控制和/或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。20.根据权利要求1、17、18和19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)在被合适的电路(30)放大后一个接一个地被发送到用于控制和/或管理第二子系统(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’)。21.根据权利要求20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。22.根据权利要求21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接近或大于1Mohm的电阻或阻抗输入元件(28”)，以使漏电流很低—例如每小时少于电池组(5)总容量的1/20000。23.根据权利要求19至22的电动成套工具，其特征在于，每个电池(...

【专利技术属性】
技术研发人员：R佩朗，
申请(专利权)人：佩朗股份有限公司，
类型：发明
国别省市：FR[法国]