用于电动工具的电池组的制作方法

1.本发明涉及用于电动工具的电池组、具有这种电池组的电动工具和用来运行用于电动工具的电池组的方法。


背景技术：

2.用于电动工具的电池组的最大功率输出给电动工具受到限制。在已知的电动工具中，一旦达到临界的极限值，电动工具或电池组的蓄电池管理系统切断电流供给。然而，对于电动工具的用户来说，这是不利的，因为电动工具突然不再可用，可能时，对于用户来说，完全不知道对此的原因。


技术实现要素：

3.在该背景下，本发明的目的在于提供一种用于电动工具的电池组的改善的方案，通过该方案提高电动工具的用户的舒适度。
4.该目的通过独立权利要求的相应的对象实现。有利的改进方案和优选的实施方式为从属权利要求的对象。
5.改善的方案基于的思想是，在实际达到电池组的功耗的极限值之前相应地向用户通知关于该情况的信息，其中，考虑将预测的功耗特性用于评判。
6.根据改善的方案，提供了一种用于电动工具的电池组。电池组具有至少一个蓄电池单池，尤其至少一个锂离子蓄电池单池，并且具有监测电路。监测电路设立成确定电池组的电或热测量参量。电池组具有控制单元，该控制单元设立成取决于电或热测量参量来确定电池组的功耗特性，并且取决于确定的功耗特性预测电池组的将来的功耗特性。此外，控制单元设立成取决于预测的功耗特性检查至少一个预定的接受条件，并且取决于检查的结果引入关于通知用户的措施。
7.尤其可将控制单元理解为电池组(例如蓄电池管理系统、bms、电池组)的控制和调节单元。为了确定功耗特性、预测功耗特性、检查接受条件和引入关于通知用户的措施，控制单元可含有一个或多个处理器单元，例如微控制器、现场可编程门阵列、fpga或其他集成电路。
8.监测电路可为控制单元的一部分，或者与控制单元分开设计。电池组尤其具有壳体，在该壳体内布置有至少一个蓄电池单池、监测电路和控制单元。
9.此外，电池组尤其具有接触组件，以用于电池组与电动工具的电气连接。接触组件可含有一个或多个电气接触部，例如插头接触部。
10.电池组的电或热测量参量可为输出电压、输出电流或电池组的输出电功率，其在电池组、尤其电动工具的运行中从电池组通过接触组件输出给电动工具。但是，测量参量还可为至少一个蓄电池单池的电或热测量参量。测量参量例如可对应于至少一个蓄电池单池的输出电压、输出电流或输出电功率。因为在电气上在接触组件和至少一个蓄电池单池之间必要时可布置电池组的其他的构件，所以至少一个蓄电池单池的输出参量不必与电池组
的输出参量一样。电池组的测量参量还可为至少一个蓄电池单池的内阻。测量参量还可为由输出电压和/或输出电流和/或内阻和/或对应于至少一个蓄电池单池的温度的测量信号导出的参量。
11.功耗特性例如可包括电池组的电或热测量参量的一个或多个测量值，或基于一个或多个测量值来确定或算出电或热测量参量。功耗特性例如可根据电池组或至少一个蓄电池单池的输出电流的时间走向、或根据电池组或至少一个蓄电池单池的输出的功率的时间走向、或基于相应的时间走向来确定。在此，时间走向的持续时间可对应于预定的、尤其平滑的时间段。功耗特性例如还可对应于电池组或至少一个蓄电池单池的输出电流或输出功率的时间走向的时间导数。功耗特性还可含有对应的时间走向的一个或多个特性参数，例如最大值、平均值、中值或方差值，或者基于它们来确定。
12.预测的功耗特性对应于在将来的时刻或在将来的时间段期间的预测的功耗特性，该时刻或时间段时在基于电或热测量参量确定功耗特性的时刻或时间段之后。
13.预测的功耗特性的时刻或预测的功耗特性的时间段的结束时刻可相对于预测的时刻以预定的预测间隔移到未来。预测间隔例如可具有在10ms和3s之间的持续时间，优选地具有在100ms和3s之间的持续时间，或具有在500ms和3s之间的持续时间，例如在500ms和1s之间的持续时间。
14.预定的接受条件可含有一个或多个预定的规则，凭借该规则可决定根据预测的功耗特性的功耗是否在期望的或可接受的范围内。如果满足至少一个预定的接受条件，则尤其可得出的是，在预测间隔期间，无需明显降低交付的功率，或者无需切断给电动工具的电流供给。
15.检查接受条件尤其可包含比较预测的功耗特性或预测的功耗特性的各个值与一个或多个预定的极限值。检查接受条件例如可包含比较输出功率或输出电流的预测的时间走向与预定的最大功率或预定的最大电流。如果在预测间隔期间以预定的方式超过了最大功率或最大电流，例如至少超过了预定的持续时间，则例如可违反了接受条件。
16.尤其是仅在违反了至少一个预定的接受条件时，此时才引入关于通知用户的措施。在此，还可设置分阶段的做法。在这种情况下，至少一个预定的接受条件可含有多个接受条件。根据哪些接受条件被违反，哪些接受条件未被违反，可单独引入确定的关于通知用户的措施。
17.在不那么严重违反接受条件的情况下，例如可引入视觉、声音或触觉警告作为通知用户。在更严重地违反接受条件的情况下，还可短暂或暂时降低电池组的输出功率，以便一方面相应地通知用户，并且另一方面防止达到功率输出的实际极限。
18.因此，可及早地提醒用户可能达到电池组或电动工具的功率极限，并且用户相应地对此做出反应，而不必中断电池组或电动工具的运行。由此可决定性地改善用户的舒适度。
19.根据电池组的至少一实施方式，监测电路设立成取决于电或热测量参量的第一和/或第二时间导数确定功耗特性。
20.电或热测量参量的时间导数可为特别适合于预测功耗特性的参量，从而可实现特别可靠的预测。
21.根据电池组的至少一实施方式，监测电路设立成测量至少一个蓄电池单池的内
阻，并且取决于内阻确定功耗特性，和/或取决于内阻或内阻的时间走向预测将来的功耗特性。
22.根据电池组的至少一实施方式，监测电路设立成测量至少一个蓄电池单池或至少一个蓄电池单池的环境的温度，并且取决于温度确定功耗特性，和/或取决于温度或温度的时间走向预测将来的功耗特性。
23.根据电池组的至少一实施方式，监测电路设立成，将至少一个蓄电池单池或电池组的输出电流强度确定为电或热测量参量。
24.在此，输出电流强度为特别好的适合于评判功耗特性的参量，并且为电池组的可在技术上以简单的方式进行限制的参量。
25.根据至少一实施方式，控制单元设立成，确定输出电流强度或取决于输出电流强度的参量在预定的时间段内的时间走向，以便确定功耗特性。
26.取决于输出电流强度的参量例如可为输出电流强度的时间导数。该时间段还可为具有预定的长度的平滑时间段。
27.根据至少一实施方式，控制单元设立成，预测在预定的将来的时间段(即，在至少部分地在预测的时刻之后的时间段)的预测的功耗特性。
28.根据至少一实施方式，电池组具有输出单元，并且控制单元设立成取决于检查的结果操控输出单元，以便产生声音输出信号和/或视觉输出信号和/或触觉输出信号，以引入关于通知用户的措施。
29.相应地，输出单元可含有用于产生声音或噪音的装置(尤其扬声器)、压电转换器、蜂鸣器或其他声音信号发生器。为了产生视觉输出信号，输出单元可具有光信号显示器、显示屏或一个或多个单独的发光元件(例如发光二极管)。为了产生触觉输出信号，输出单元可含有相应的触觉执行器，尤其是用于产生电池组或电动工具的一个部分或构件的振动，或者用于产生提高的反作用力，例如在电动工具(例如电动起子)的握把的无极开关处。
30.此时可将产生输出信号可理解为关于通知用户的措施或关于通知用户的措施的一部分，其通过操控输出单元借助于控制单元引入。
31.通过声音的、视觉的和/或触觉的输出信号，可直接向电池组或电动工具的用户指出预期达到功率极限，从而用户可快速做出反应，而没有中断其工作流程。在此，用户的反应可根据电动工具的类型而异。
32.例如，如果电动工具例如为锯子、钻机、起子或其他电动工具，在其中所需电功率取决于进给速度和/或接触压力，用户可手动设置马达转速、马达转矩或电动工具的功率、电动工具的进给速度或电动工具作用到待加工的工件上的接触压力。但是，用户同样可检查工件可能是否被卡住，加工有其他障碍，其可引起增加的功耗。
33.根据至少一实施方式，电池组具有功率限制装置，并且控制单元设立成取决于检查的结果操控功率限制装置，以限制电池组的输出功率，以引入向用户发信息的措施。
34.在此，限制输出功率尤其可实现为限制电池组的输出电流和/或限制电池组的输出电压。
35.因此，关于通知用户的措施在此尤其包含限制或降低输出功率。
36.电动工具的用户可直接或间接地从电动工具的表现中识别出输出功率的限制或降低。例如，电动工具的噪音发展或触觉的表现可因此而改变。还可相应地限制或降低电动
工具的机械功率。除了纯粹向用户发信息之外，可同时将限制或降低输出功率理解为安全措施，通过该安全措施防止超过电池组的功率极限。
37.限制或降低输出功率例如可在预定的时间段或在多个连续的时间段或脉冲式地进行，以便相应地向用户发信息。
38.功率限制装置例如可包括一个或多个切换元件，尤其晶体管，例如功率晶体管。功率晶体管例如可为双极型功率晶体管、功率场效应晶体管、功率fet，或者为绝缘门双极型晶体管、igbt。
39.控制单元可使功率晶体管例如在线性区域中或在饱和区域中运行，以便限制或降低电池组的输出功率。控制单元尤其可产生相应的控制信号或栅极信号，例如栅极信号，以便相应地调节功率晶体管的阻抗，或以相应的频率开关功率晶体管，例如根据脉冲宽度调制。
40.由此可实现电池组的输出功率的目标特别精确的限制或降低。
41.根据至少一实施方式，电池组具有用于与电动工具进行数据交换的通信接口，并且控制单元设立成取决于检查的结果通过通信接口输出警告信号，尤其输出给电动工具，以便引入关于通知用户的措施。
42.此时，关于通知用户的措施可通过电动工具引入或部分地引入。电动工具可取决于警告信号例如限制或降低马达转速或马达转矩，和/或产生声音的、视觉的和/或触觉的信息信号，以向用户发信息。因此，在这样的实施方式中，实际引入向用户发信息从电池组转移给电动工具。由此可降低电池组的复杂性，并且必要时减小用于电池组的结构空间。必要时，尤其可在电动工具中针对其他目的协同使用总归存在的执行器或输出单元。
43.根据至少一实施方式，控制单元设立成执行确定的功耗特性的外推，尤其线性外推，以便预测预测的功耗特性。
44.该实施方式具有的优点是，用于预测功耗特性的计算工作很低，从而可降低硬件和软件成本。
45.为此可使用经验值和外推模型，以便外推尽可能精确。例如，在电池组的输出电流以一定的概率连续上升时，可假设输出电流同样在该预测间隔期间相应继续上升。
46.根据至少一个实施方式，控制单元具有存储元件，它上面存储着可由机器训练的、尤其是由机器训练的算法。该算法被训练成取决于确定的功耗特性来预测预测的功耗特性。
47.该控制单元尤其设置成应用该算法，尤其针对确定的功耗特性来引用，即，将确定的功耗特性用作算法的输入，以便预测预测的功耗特性。
48.在此，算法例如可基于时间序列预测算法、隐马尔科夫模型或人工神经网络。
49.在此，为了训练算法，可动用在实验室测试下和/或实际应用条件下的功耗特性。为了产生相应的训练数据，电动工具和/或电池组例如可配备有数据记录器。通过在电动工具的不同的运行条件下记录足够长的时间段，因此可建立用于算法的足够大的数据库。
50.通过使用可机器训练的算法，比起例如用统计模型进行预测，可实现功耗特性的预测的更高的可靠性和精度。
51.根据至少一实施方式，算法包括人工神经网络，尤其是循环神经网络(rekurrentes neuronales netzwerk，rnn)。
52.根据改善的方案，还提出了一种电动工具，其具有根据改善的方案的电池组。
53.根据改善的方案，还提出了一种用来运行用于电动工具的电池组的方法，并且因此尤其提出了一种用于运行具有电池组的电动工具的方法。为此，尤其借助于电池组的监测电路确定电池组的电或热测量参量。尤其借助于电池组的控制单元取决于电或热测量参量确定电池组的功耗特性。取决于确定的功耗特性，尤其借助于控制单元，预测电池组的将来的功耗特性，并且取决于预测的功耗特性检查至少一个预定的接受条件。取决于检查的结果尤其借助于控制单元引入关于通知用户的措施。
54.根据方法的至少一实施方式，尤其借助于控制单元执行确定的功耗特性的外推，以便预测预测的功耗特性。
55.根据至少一实施方式，尤其借助于控制单元，将确定的功耗特性作为输入输送给可机器训练的、尤其经训练的算法，以便取决于确定的功耗特性预测预测的功耗特性。
56.换言之，可将预测的功耗特性理解为算法的输出。
57.根据改善的方案的方法的其他实施方式直接从根据改善的方案的电池组和根据改善的方案的电动工具的不同的设计方案中产生，反之亦然。根据改善的方案的电池组或电动工具尤其可设立成或变成为执行根据改善的方案的方法或执行这样的方法。
附图说明
58.在附图中，
59.图1示出了根据改善的方案的电动工具的示例性的实施方式的示意性的图示；
60.图2示出了根据改善的方案的电池组的示例性的实施方式的示意性的图示；并且
61.图3示出了根据改善的方案的电池组的另一示例性的实施方式的框图。
具体实施方式
62.图1示意性地示出了根据改善的方案的电动工具1的示例性的实施方式，其例如设计为通过电池供电的线锯。然而，改善的方案不限于这种电动工具。所有具有马达的电动工具尤其可根据改善的方案来设计，该马达可借助于电池组2、尤其根据改善的方案的电池组2供能。
63.在一些实施方式中，电动工具1可具有输出单元6
‘
，以将视觉、声音和/或触觉信号输出给电动工具1的用户。
64.电动工具1具有根据改善的方案的电池组2，其在图1的示出的状态中与电动工具1机械和电气地连接。
65.图2示意性地示出了根据改善的方案的电池组2，其例如可用在图1的电动工具1中。图3示出了图2的电池组2的示意性的框图。
66.电池组2具有至少一个蓄电池单池3以及监测电路4，其可确定电池组2的电或热测量参量，例如确定电池组2的输出电流。
67.电池组2的输出电流可在接触组件8处传输给电动工具1，以便电气连接电池组2与电动工具1。
68.此外，电池组2具有控制单元5，其与监测电路4耦联，以便从监测电路获得测量参量的相应的测量值。
69.在电动工具1或电池组2的运行中，电池组2将输出电流通过接触组件8提供给电动工具1，以便驱动驱动马达。监测电路确定测量参量，并且控制单元取决于测量参量确定电池组2的功耗特性，例如确定输出电流的时间走向或输出电流在预定的时间段内的时间导数，该时间段例如可设计为平滑的时间段。
70.取决于确定的功耗特性，控制单元5预测电池组的将来的功耗特性，即，预测输出电流或其时间导数的附加的走向或附加的特征值。
71.根据电池组的设计方案，控制单元5可为此使用不同的方法。一方面可行的是，基于取决于测量参量确定的功耗特性执行外推，以便预测在预测间隔期间的将来的功耗特性。替代地，可在控制单元5上存储事先为这项任务专门训练过的人工神经网络或其他可机器学习算法。然后，控制单元5向该算法提供确定的功耗特性作为算法的输入，并且获得预测的功耗特性作为输出。
72.取决于预测的功耗特性，控制单元5可检查一个或多个预定的接受条件。控制单元尤其可凭借预测的功耗特性检查在预测间隔期间预期的输出电流是否超过由预定的规则实施的限制。然后，取决于检查的结果，控制单元5可引入关于通知用户的措施。
73.可选地，电池组2可具有输出单元6，以用于输出声音、视觉和/或触觉输出信号，以便向用户发信息。然后，控制单元5可相应地取决于检查结果操控输出单元6，以输出相应的信号。
74.电池组2例如可在接触组件8和至少一个蓄电池单池3之间含有一个或多个功率晶体管7，为了清楚起见，在图3中仅仅示出了其中的一个，其栅极电压可借助于控制单元来控制。通过高频切换功率晶体管7，作为关于通知用户的措施，控制单元5还可降低和/或限制电池组2的输出电压、输出电流或输出功率。
75.电池组2例如还可具有通信接口9，以用于与电动工具1进行数据交换。通信接口9可相应地形成接触组件8的电接触部或与之分开地来构造。在这样的实施方式中，控制单元5还可取决于检查结果将警告信号通过通信接口9传输给电动工具1。然后，电动工具1可借助于输出单元6'或以其他方式引入向用户发信息的措施。
76.电动工具1例如还可取决于警告信号降低或限制电动工具1或马达的转速或功率。
77.在不同的实施方式中，设置了向用户发信息的措施的多阶段的升级。例如，作为预防性的预示，可通过电池组2的输出单元6和/或通过电动工具1的输出单元6
‘
产生视觉的或声音的通知用户。作为下一阶段，电动工具1例如可取决于警告信号降低或限制电动工具的转速或功率。作为进一步的升级步骤，如所说明的那样，可限制、降低或完全切断电池组2的输出电压或输出功率或输出电流，以便一方面通知用户，并且另一方面将功率输出保持在可接受的极限内。
78.因此，根据改善的方案，如尤其针对附图说明的那样，进行预测性地评估期望的功耗特性，以便向用户尽可能早地发出关于可能即将发生的、与预定的功率限制有冲突的信息，并且因此最终提高用户的舒适度，而没有降低安全要求。
79.附图标记列表
80.1 电动工具
81.2 电池组
82.3 蓄电池单池
83.4 监测电路
84.5 控制单元
85.6，6
‘ꢀ
输出单元
86.7 功率晶体管
87.8 接触组件
88.9 通信接口