用于识别电压降的设备和方法与流程

本发明涉及一种用于识别阳极端子和阴极端子之间的电压降的设备，所述设备具有控制电容器、测量装置、放电电路和控制装置。本发明此外涉及一种具有用于识别电压降的设备的电动机床，尤其是电池运行的电动机床。本发明还涉及一种用于识别阳极端子和阴极端子之间的电压降的方法，据此为了识别电压降评估控制电容器的充电状态。本发明此外涉及一种用于通过控制装置执行该方法的计算机程序。

背景技术：

1、在电装置的情况下，有时存在以下需求：确定电压降(尤其是电装置或电装置的组件的供电电压的电压降)，以便例如采取适当措施来限制电压降的损坏性作用和/或采取预防措施来防止重新的电压降，或者以便记录电压降和/或通知用户该变故。

2、尤其是因为可以被考虑用于识别电压降的装置的电子组件(例如控制装置、诸如微处理器等)通常同样受电压降影响，所以例如在供电电压已经被恢复之后，在技术上并不总是简单地能够实施电压降的事后确定。

3、可以尤其在安全关键装置、诸如警报设施、危险警告设施和用于限制访问的装置的情况下以及尤其是也在电动机驱动装置、诸如电驱动车辆或电动机床的情况下显示电压降的确定。

4、在电动机床的情况下和在电驱动车辆的情况下，特别的危险在于，在电压已经被恢复之后，使电动机床或车辆无意地运转。

5、在电动机床的情况下，尤其是当电动机床的可手动操纵的操作开关可以被确定在接通位置以用于接通和关断电动机床时，情况可能如此。在这样的情况下，当用户将电动机床连接到电压源上时，可能发生操作开关处于其接通位置。可替代地，电动机床的无意地投入运行也可能通过以下方式进行，即在运行电动机床期间由于故障、例如由于过热的电池包供电电压暂时发生故障，并且随后出乎意料地使再次可用，例如当电池包再次充分冷却时。

6、电动机床或电动车辆的无意且因此必要时也未被注意到的投入运行不仅对于用户而且对于处于紧邻的环境中的其他人员来说可能是极端危险的，并且此外可能对机器或车辆造成代价高昂的损坏。为了回避在这种情况下出现的对于用户及其周围环境的危险，可以显示电压降的监控用于提供重新起动保护。

7、从现有技术中已经已知的是，在电动机床的情况下、尤其是在电池运行的电动机床的情况下设置对应的重新起动保护。在该解决方案的情况下，当电动机床的操作开关在将电动机床与电压源连接时在其接通位置被操纵时，安全系统防止对电动机施加电功率。由此可以防止电动机床的无意投入运行。通常，为此设置安全电路，所述安全电路与电动机床的操作开关连接并且确定其开关位置。安全电路此外通常具有监控电路，以便在发生故障的供电电压之后确定对电动机床的恢复的供应。这种用于电池运行的电动机床的重新起动保护(“起动封锁”)例如在de 10 2009 046 116 a1中得以描述。

8、实际上，缓冲电容器被使用在电动机床中、尤其是也被使用在电池运行的电动机床中，以便例如在利用无刷直流电动机对电动机床进行时钟控制时最小化过电压，使得电动机床的所有功率开关都可以在其指定范围内被运行。为此，通常在电池包端子处或在为了对电动机床供电而设置的阳极端子和阴极端子之间使用具有仅非常低的等效串联电阻的高电容性缓冲电容器(所谓的“低esr”电容器)。然而，这对于电压降的识别或与重新起动保护设备组合是有问题的，因为缓冲电容器由于其高电容和低串联电阻而本身可以暂时充当能量源。因此，由于供电电压的缓冲，电池包的移除或电池包的干扰情况可能被掩饰。因此，可能发生：在移除一个或多个电池包之后，电动机床的电动机首先发生故障，然而重新起动保护设备一如既往地通过缓冲电容器获得足够的电压，由此所述重新起动保护设备不能够感知供电电压的停止。由此，在恢复实际供电电压时，在操作开关被操纵时不能提供重新起动保护。

9、此外，如果在电动机床中可以同时使用多个电池包，则用于识别电压降的已知设备有时不能可靠地被使用。已知的设备有时也仅适用于与特定的电池包类型一起使用。

技术实现思路

1、鉴于已知的现有技术，本发明的任务在于提供一种设备，利用所述设备有可能可靠地识别电压降，并且所述设备可以优选地灵活地被用于使用在各种电装置中，尤其是还与经缓冲的供电电压和/或与多个电压源相组合地使用。

2、最后，本发明的任务还是提供一种电动机床，用于识别电压降的改善的设备集成到所述电动机床中，尤其是用于提供可靠的重新起动保护。

3、此外，本发明的任务是提供一种方法，利用该方法有可能可靠地识别电压降，并且该方法可以优选地灵活地被用于使用在各种电装置中，尤其是还与经缓冲的供电电压和/或与多个电压源相组合地使用。

4、本发明的任务还是提供一种有利的计算机程序。

5、该任务对于设备利用在权利要求1中列出的特征来解决。关于电动机床，该任务通过权利要求12的特征来解决。关于方法，该任务通过权利要求14来解决，并且对于计算机程序，通过权利要求15来解决。

6、从属权利要求和下面描述的特征涉及本发明的有利实施方式和变型方案。

7、提供一种用于识别阳极端子和阴极端子之间的电压降的设备。

8、在阳极端子和阴极端子之间的电压或电位差在下面有时也被称为“供电电压”。然而，原则上，这不一定必须是供电电压。

9、阳极端子也可以被称为“正”连接点。阴极端子也可以被称为“负”连接点或“接地端子”或“地”。

10、阳极端子和/或阴极端子可以被理解为根据本发明的设备的一部分，但是也可以仅由该设备监控，即不是该设备的一部分。

11、根据本发明，该设备具有控制电容器，所述控制电容器的第一电极与阳极端子连接，并且所述控制电容器的第二电极与阴极端子连接。原则上，控制电容器可以是任何结构类型的电容器。

12、根据本发明，该设备具有测量装置，所述测量装置被设立用于根据在阳极端子和阴极端子之间检测到的电位差以及电位差的第一阈值在放电控制线路上输出放电信号。为此，测量装置优选地与阳极端子和/或阴极端子连接。

13、阳极端子和阴极端子之间的电位差可以在尤其是作为全部电位差的划分器的测量装置中(优选地经由还在下面提到的第二分压器)被确定。

14、根据本发明，该设备此外具有与放电控制线路连接的放电电路，所述放电电路被设立用于根据放电信号对控制电容器进行放电。

15、放电信号可以是经由放电控制线路传输的模拟或数字电压值。例如，放电信号可以是负电位，所述负电位至少接近阴极端子的电位，或者是正电位，所述正电位至少接近阳极端子的电位。然而，优选地可以由于在放电控制线路上缺乏电位来提供放电信号，例如当放电控制线路由测量装置被切换为无电位的(“浮置(floating)”)，而在正常操作中、即在阳极端子和阴极端子之间的足够电位差的情况下在放电控制线路上施加所定义的电位(尤其是负电位，例如阴极端子的电位)。

16、根据本发明，该设备此外具有控制装置，所述控制装置被设立用于通过评估控制电容器的充电状态来识别电压降。

17、控制装置可以被构造为微处理器。代替微处理器，还可以设置用于实现控制装置的任意其他装置，例如印刷电路板上的分立电构件的一个或多个装置、逻辑可编程控制器(sps)、专用集成电路(asic)或其他可编程电路，例如还有现场可编程门阵列(fpga)、可编程逻辑装置(pla)和/或市场上常见的计算机。

18、本发明的特别优点是通过直接监控阳极端子和阴极端子之间的电位差来输出放电信号。由此，例如可以取消对提供供电电压的电压源的控制线路进行监控的必要性，由此该设备可以灵活地被用于与任意电压源一起使用。

19、通过测量装置在产生放电信号时使用第一阈值，此外可能的剩余电压可以有利地通过缓冲电压(例如通过缓冲电容器)被一起考虑，并且因此在产生放电信号时被减弱。

20、可以规定，控制装置在监控电压降时不使绝对值用于比较，而是将控制电容器的充电状态与实际施加的供电电压的分压器进行对比。以这种方式可以改善信号偏移和探测安全性。

21、控制装置可以被设立用于在电压恢复之后、尤其是在电压恢复之后立即或尽可能快地识别电压降。

22、在本发明的一种有利的改进方案中可以规定，阳极端子和/或阴极端子能够与外部电压源的相对应的供电端子连接。在此可以尤其是涉及一个或多个电池包的供电端子。

23、例如，阳极端子和/或阴极端子可以直接是对应的供电接口、尤其是电池包接口的阳极接触件或阴极接触件。

24、本发明完全特别适用于与多个电池包、例如两个、三个、四个或更加多的电池包一起使用。

25、在本发明的范围内，电池包不仅可以被理解为具有单个蓄电池单元(也称为二次电池)的蓄电池而且可以被理解为具有多个蓄电池单元的互连的包。在最广泛的意义上，电池包还可以被理解为不是或不仅仅是以电化学方式构建的用于电能的存储器，即例如电容器。在本发明的意义上，电池组或电池组包、也即用于电能的不可再充电的存储器被视为术语“电池包”。

26、根据本发明的一种改进方案可以规定，控制电容器的第一电极经由第一分压器与阳极端子连接。

27、由于控制电容器与阳极端子并且与阴极端子连接，所以当在阳极端子和阴极端子之间存在电压时，控制电容器充电。最后，在电装置的正常运行时，可以假设控制电容器的充电状态在第一次充电之后保持恒定或至少几乎保持恒定。该正常状态可以被控制装置识别。而如果控制电容器的充电状态偏离该正常状态，则控制装置可以推断出已经发生的电压降。

28、为了控制控制电容器的充电行为或者为了预先给定所定义的充电曲线，可以根据第一分压器的分压比给控制电容器提供阳极端子和阴极端子之间的电压。通过这种方式，可以预先给定充电持续时间和最大可达的充电电压。

29、第一分压器可以例如被设立或确定尺寸用于使阳极端子和阴极端子之间的电位差的1％至50％、优选地2％至40％、特别优选地3％至30％、完全特别优选地4％至20％、更加进一步优选地5％至10％对控制电容器可用。

30、例如，第一分压器可以给控制电容器的第一电极提供阳极端子和阴极端子之间的电位差的27比497的比例(尤其是在标称供电电压为36伏的情况下)。例如，第一分压器可以给控制电容器的第一电极提供阳极端子和阴极端子之间的电位差的27比267的比例(尤其是在标称供电电压为18伏或10.8伏的情况下)。

31、根据本发明的一种改进方案可以规定，测量装置具有第一受控开关。

32、第一受控开关的控制输入端可以经由第二分压器与阳极端子连接。尤其是，以这种方式，该设备可以灵活地被适配于不同的事实、例如还被适配于可选地存在的缓冲电容器。

33、第二分压器可以例如被设立或确定尺寸用于使阳极端子和阴极端子之间的电位差的1％至50％、优选地2％至40％、特别优选地3％至30％对第一受控开关的控制输入端可用。例如，第二分压器可以给第一受控开关的控制输入端提供阳极端子和阴极端子之间的电位差的47比447的比例。上述值尤其是在标称供电电压为36伏时适用。

34、但是，第二分压器例如还可以被设立或确定尺寸用于使阳极端子和阴极端子之间的电位差的4％至20％或者甚至5％至10％对第一受控开关的控制输入端可用。例如，第二分压器可以给第一受控开关的控制输入端提供阳极端子和阴极端子之间的电位差的100比333的比例。上述值尤其是在标称供电电压为18伏或10.8伏时适用。

35、受控开关可以被设立用于与第一分压器一起规定第一阈值。

36、在本发明的一种改进方案中可以规定，第一阈值为阳极端子和阴极端子之间的标称电位差的10％至90％、优选地为20％至80％并且特别优选地为30％至70％。

37、在一种优选变型方案中，第一受控开关可以被构造用于当在控制输入端处施加的输入电位超过第一阈值时，以低阻抗将放电控制线路与阴极端子连接。但是原则上应当提及的是，第一受控开关还可以被构造用于当在控制输入端处施加的输入电位超过第一阈值时，以低阻抗将放电控制线路与阳极端子连接。

38、在本发明的一种改进方案中可以规定，当在控制输入端处施加的输入电位未超过第一阈值时，将放电控制线路与阴极端子分离(切换成高阻抗的)。

39、因此，放电信号可以优选地被产生，其方式是放电控制线路在正常运行时、即在足够的电压供应时承载阴极端子的电位或者至少近似地承载阴极端子的电位，并且在电压降的情况下被切换为无电位的。然而原则上也可以规定，通过所定义的电位在放电控制线路上提供放电信号。

40、在本发明的一种有利的改进方案中可以规定，放电电路具有第二受控开关。

41、第二受控开关的控制输入端可以与放电控制线路连接。第二受控开关优选地被构造用于当在放电控制线路上施加放电信号时，即例如当所述放电控制线路与阴极端子分离时(尤其是当放电控制线路是无电位的时)，以低阻抗将所述控制电容器的第一电极与控制电容器的第二电极连接。

42、可选地可以规定，放电控制线路具有布置在测量装置和放电电路之间的串联电阻。放电控制线路的串联电阻可以例如为1kω至100kω，例如47kω。

43、在本发明的一种改进方案中可以规定，第二受控开关的控制输入端经由上拉电阻与阳极端子连接。可替代地，也可以设置至阴极端子的下拉电阻。

44、可以有利地通过上拉电阻或下拉电阻使用基于电位自由度的放电信号。上拉电阻或下拉电阻可以例如为1mω或更大，例如为4.7mω。

45、尤其是可以规定，上拉电阻或下拉电阻与放电控制线路的串联电阻相比被构造为更高阻抗的。例如，串联电阻可以为4.7kω，并且上拉电阻/下拉电阻可以为4.7mω。

46、在本发明的一种有利的改进方案中可以规定，第一受控开关和/或第二受控开关被构造为半导体开关，尤其是被构造为mosfet(金属氧化物半导体场效应晶体管，“metal-oxide-semiconductor field-effect transistor”)，优选地被构造为n沟道mosfet。必要时还可以设置p沟道mosfet。

47、然而，原则上可以设置任意受控开关，但是尤其是半导体开关。例如还可以规定，受控开关被构造为双极型晶体管。受控开关的结构类型原则上对于本发明是不受限的。

48、在本发明的一种有利的改进方案中可以规定，控制装置具有比较器单元，所述比较器单元被设立用于将控制电容器的充电状态与阳极端子和阴极端子之间的电位差的第二阈值进行比较，其中当充电状态小于第二阈值时识别电压降。

49、优选地可以数字地评估控制电容器的充电状态。例如，比较器单元可以被设计为数字电路或数字软件模块。

50、可以优选地经由第一模数转换器将充电状态、尤其是控制电容器的第一电极的电位输送给控制装置。

51、第二阈值优选地可以是实际供电电压的分压器类型的相对电位差，并且可以从第三分压器开始例如经由第二模数转换器被输送给控制装置。第三分压器的分压比优选地对应于第一分压器的分压比。

52、在本发明的一种有利的改进方案中可以规定，第二阈值为阳极端子和阴极端子之间的标称电位差的1％至95％，优选地为5％至50％，例如为5％至10％。

53、控制装置可以被设立用于在启动过程之后或者在为控制装置建立足够的供电电压之后使控制装置投入运行之后立即检测控制电容器的充电状态。

54、可以规定，控制装置被设立用于在定义的时间段内监控控制电容器的充电状态。从而还可以检测控制电容器的充电行为，并且例如可以识别正好发生的充电过程，所述充电过程可以推断出先前发生的电压损耗。

55、本发明还涉及一种电动机床、尤其是电池运行的电动机床，所述电动机床具有用于进行供电的阳极端子和阴极端子以及根据上面以及下面的实施方案所述的用于识别阳极端子与阴极端子之间的电压降的设备。

56、所提出的设备可以完全特别适用于与电动机床一起使用。然而，原则上，该识别可以适用于与任意电装置一起使用，其中电压降的识别是有利的，尤其是甚至在电驱动的车辆的情况下。

57、在一种改进方案中可以规定，该设备被构造为重新起动保护装置的组件或者具有重新起动保护装置。本发明特别良好地适用于与重新起动保护装置一起使用。

58、尤其是可以规定，电动机床具有重新起动保护装置，用于防止电动机床在电压降之后不受控制地重新起动，其中重新起动保护装置为了识别电压降与该设备通信连接或者包括该设备。

59、电动机床的电动机优选地被构造为无刷直流电动机(bldc技术)。所提出的用于识别电压降的设备特别良好地适用于该技术。因为设置有具有例如高达5伏剩余电荷的对应的缓冲电容器，所以如果例如从电动机床减去一个或多个电池包，则在bldc技术的情况下机器电子设备的电压通常不下降回至0伏。为了仍然探测重新起动保护事件，通过所提出的设备有可能减弱电容器电压的影响。

60、即使当电池包倾斜地或不正确地被推开或者多个电池包中仅例如一个被插入到电动机床中时，所提出的设备有利地也适用。因此，本发明特别良好地适用于例如电池运行的角磨机，所述角磨机通常由至少两个串联连接的电池包运行。

61、电动机床可以具有用于选择性地接通或关断电动机的操作开关。可选地，操作开关可以被锁闭在接通和/或关断位置。

62、重新起动保护装置可被设立用于对操作开关进行采样并且在操作开关被操纵时以及在电压已经被恢复之后在所识别的电压降之后立即阻断电动机的重新起动。然而，替代于对操作开关进行采样，也可以规定，在电压降之前检测电动机的运行状态或者确定在恢复电压供应之后是否即将起动电动机。

63、所提出的重新起动保护设备可以特别灵活地可用于电装置、尤其是电动机床的几乎所有可想到的变型方案。重新起动保护设备尤其是可以被构造为比现有技术的已知的重新起动保护设备更可靠。

64、本发明还涉及一种用于识别阳极端子和阴极端子之间的电压降的方法，据此为了识别所述电压降评估控制电容器的充电状态，所述控制电容器的第一电极与阳极端子连接并且所述控制电容器的第二电极与阴极端子连接。控制电容器根据在阳极端子和阴极端子之间检测到的电位差和电位差的第一阈值被放电。

65、控制电容器可以有利地例如通过供电电压或阳极端子与阴极端子之间的电压的分压比被充电。

66、可以例如将n沟道mosfet或其他晶体管或受控开关与控制电容器并联连接，以便以受控制的方式对控制电容器进行放电。

67、n沟道mosfet的控制输入端或栅极端子可以与测量装置的电池电压耦合式第一受控开关或n沟道mosfet连接。如果然后断开供电电压，则测量装置的第一受控开关最后变得不导通，并且第二受控开关经由上拉电阻被拉至沿阳极端子的方向的导通电位，由此尽管所连接的缓冲电容器，但是控制电容器仍被放电，所述缓冲电容器本身可以充当供电源。

68、如果例如在接通的电装置的情况下、也即例如在电动机床的接通的电动机的情况下电池包再次被插上(重新起动保护事件)，则第二受控开关由于其控制输入端与第一受控开关连接而再次被切换为不导通的。于是，控制电容器能够再次通过可选的充电电阻根据供电电压的所定义的分压比充电。该充电行为可以由控制装置监控并且与供电电压的另一分压比进行比较。如果控制电容器被充电得低于所设置的完全充电，必要时在考虑一定的容差的情况下，可以识别电压降，并且例如可以不接通电动机。

69、本发明此外涉及一种计算机程序，所述计算机程序包括控制指令，当通过控制装置实施程序时，所述控制指令促使所述控制装置实施根据上面和下面的实施方案所述的方法。

70、本发明还涉及根据上面和下面的实施方案所述的设备与电装置的用途，所述设备在阳极端子和阴极端子之间具有缓冲电容器，尤其是高电容缓冲电容器(“低esr”电容器)。

71、本发明此外涉及根据上面和下面的实施方案所述的设备与电装置、尤其是电动机床的有利用途，该电装置可以由多个电压源、尤其是由多个电池包运行。

72、本发明特别适用于与具有用于在阳极端子和阴极端子之间提供电压的外部电压供应的电装置、例如电动机床一起使用。

73、在这一点上应当提及的是，电组件与其他电组件“连接”所依据的上面和下面的表述分别可以指的是直接或间接连接。从而必要时其他电组件、例如电阻、线圈、电容器或其他器件可以参与连接。术语“连接”必要时还可以在直接电连接的意义上通过术语“连接上”互换。

74、原则上，本发明范围内的所有电阻也可以由对应的电阻网络并且因此由多个单独的电阻组成。这也类似地适用于所有其他电构件，例如电容器。各个电构件电互连成更大的公共单元对于本领域技术人员而言是常见的。

75、特别地由设备、电动机床、方法和计算机程序给出的结合本发明的主题之一描述的特征也可以有利地对于本发明的其他主题被实施。同样，结合本发明的主题之一提到的优点也可以与本发明的其他主题有关地来理解。

76、补充地应当表明的是，诸如“包括”、“具有”或“带有”之类的术语不排除其他特征或步骤。此外，指示单数个步骤或特征的诸如“一”或“这个”的术语不排除多个特征或步骤，并且反之亦然。

77、然而，在本发明的纯粹实施方式中，还可以规定，在本发明中用术语“包括”、“具有”或“带有”引入的特征决定性地被列举。与此相应地，一个或多个特征列举在本发明的范围内可以被认为是闭合的，例如分别针对每一个权利要求被考虑。例如，本发明可以仅仅由权利要求1中提到的特征组成。

78、应当提及的是，主要出于可区分相应设备或方法特征的原因而使用诸如“第一”或“第二”等之类的名称，并且不一定应该表明特征相互决定或相互关联。

79、此外应当强调的是，当前描述的值和参数一起包括分别命名的值或参数的±10％或更小、优选地±5％或更小、进一步优选地±1％或更小并且完全特别优选地±0.1％或更小的偏差或波动，只要在实施本发明时在实际上不排除这些偏差。通过初始值和最终值来说明范围还包括所有由分别所命名的范围所包括的值和分数，尤其是初始值和最终值以及相应的平均值。