СИСТЕМА, ОСНАЩЕННАЯ МИКРОКОМПЬЮТЕРОМ, И ПОРТАТИВНЫЙ БАТАРЕЙНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ ДЛЯ ИНСТРУМЕНТА С ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ ПРИВОДОМ Российский патент 2014 года по МПК H02J7/00 

Область техники

Настоящее изобретение относится к системе, оснащенной микрокомпьютером, включающим в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и установленным на корпусе инструмента с электрическим приводом, портативному батарейному источнику питания для инструмента с электрическим приводом или зарядному устройству для инструмента с электрическим приводом. Данное изобретение также относится к портативному батарейному источнику питания для инструмента с электрическим приводом, оснащенному вышеупомянутой системой.

Предшествующий уровень техники

За последние годы, портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, который включает в себя перезаряжаемые батареи различных типов, такие, как никелевая гибридная перезаряжаемая батарея, ионно-литиевая перезаряжаемая батарея и другие, стали оснащать микрокомпьютером для достижения высоких функциональных возможностей и высокой эффективности. Известно, что с помощью микрокомпьютера возможно управление зарядкой и/или разрядкой перезаряжаемой батареи на основании различной информации, такой, как напряжение, температура и другие параметры перезаряжаемой батареи, а также обнаружение избыточной зарядки и/или избыточной разрядки перезаряжаемой батареи.

Микрокомпьютером оснащают не сам портативный батарейный источник питания, а широко применяемое зарядное устройство для инструмента с электрическим приводом, которое подает зарядную энергию в портативный батарейный источник питания для зарядки перезаряжаемой батареи, или корпус инструмента с электрическим приводом, который принимает энергию от портативного батарейного источника питания для работы, и конфигурируют так, чтобы обеспечивать различное управление посредством микрокомпьютера.

Микрокомпьютер, устанавливаемый в портативном батарейном источнике питания, зарядном устройстве для инструмента с электрическим приводом и корпусе инструмента с электрическим приводом, обычно включает в себя АЦП. В портативном батарейном источнике питания, например, различная информация (аналоговые сигналы), такая как напряжение, температура и т.п., перезаряжаемой батареи внутри портативного батарейного источника питания вводится из аналого-цифрового порта (АЦ-порта) микрокомпьютера во внутренний АЦП и преобразуется этим АЦП в цифровые данные. Микрокомпьютер определяет различные условия внутри портативного батарейного источника питания, включающего в себя перезаряжаемую батарею, и на основании этих условий осуществляет различные управления, такие, как управление зарядкой и/или разрядкой и детектирование избыточной зарядки и/или избыточной разрядки.

В портативном батарейном источнике питания и зарядном устройстве, в котором различное управление осуществляется посредством микрокомпьютера, включающего в себя АЦП, если этот АЦП внутри микрокомпьютера отказывает сам или возникает какая-то аномалия в АЦ-порте микрокомпьютера из-за прилипания пыли, а вводимый аналоговый сигнал больше не преобразуется в цифровые данные правильно (что собирательно именуются далее «аналого-цифровой АЦ-аномалией»), различные операции управления посредством микрокомпьютера не будут осуществляться правильно.

Например, предположим, что АЦ-аномалия возникает, когда микрокомпьютер принимает напряжение перезаряжаемой батареи через АЦП и управляет зарядкой на основании значения напряжения. Тогда микрокомпьютер окажется неспособным правильно распознать напряжение перезаряжаемой батареи, например, АЦП может неправильно преобразовывать напряжение перезаряжаемой батареи в 2 В, хотя перезаряжаемая батарея на самом деле заряжена до 3 В. В таком случае микрокомпьютер может продолжить зарядку, хотя перезаряжаемая батарея уже полностью заряжена. Перезаряжаемая батарея может стать избыточно заряженной.

Чтобы защитить перезаряжаемую батарею от неправильного функционирования микрокомпьютера, которое обуславливается АЦ-аномалией, как таковой, отдельно от микрокомпьютера предусматривают защитную интегральную схему (ИС) (которую называют второй защитной ИС), которая детектирует напряжение перезаряжаемой батареи, чтобы обнаружить избыточную зарядку или повышенную разрядку обычным способом (см. чертеж «Прикладная схема» в “Protection for Lithium-Ion Batteries (2-serial cells) Monolithic IC MM3112 Series” («Защита для ионно-литиевых батарей (из 2-х последовательных элементов), Монолитная ИС серии MM3112 фирмы MITSUMI ELECTRIC CO. LTD. по Internet-адресной ссылке: http://www.mitsumi.co.jp/Catalog/pdf/battery_mm_3112_e.pdf).

Защитная ИС детектирует напряжение каждого из элементов батареи батарейной сборки, в которой множество элементов батареи (перезаряжаемых батарей) соединены последовательно. В случае, когда обнаруживается избыточная зарядка или повышенная разрядка в любом из элементов батареи, выполняется операция защиты для принудительного прекращения зарядки или разрядки. Операция защиты выполняется путем прерывания пути тока за счет размыкания полевого транзистора, подсоединенного между положительной клеммой портативного батарейного источника питания и положительной клеммой перезаряжаемой батареи (положительная клемма элемента батареи имеет наивысший потенциал).

Соответственно, даже если напряжение перезаряжаемой батареи подвергается неправильному аналого-цифровому преобразованию (АЦ-преобразованию) из-за АЦ-аномалии в микрокомпьютере, перезаряжаемую батарею можно защитить такой защитной ИС, когда перезаряжаемая батарея вводится в состояние избыточной зарядки или повышенной разрядки.

При осуществлении вышеописанного способа защиты с применением защитной ИС, АЦ-аномалию нельзя обнаружить, если перезаряжаемая батарея уже находится в состоянии избыточной зарядки или повышенной разрядки (либо близка к этому состоянию). Поэтому при появлении аналого-цифровой аномалии перезаряжаемую батарею приходится выводить из нормального диапазона напряжения, по меньшей мере, временно.

В частности, защитная ИС не детектирует АЦ-аномалию в микрокомпьютере, а контролирует фактическое напряжение перезаряжаемой батареи. Если напряжение выше нормального (т.е. перезаряжаемая батарея находится в состоянии избыточной зарядки или близка к этому состоянию), защитная ИС определяет, что перезаряжаемая батарея находится в состоянии избыточной зарядки и активирует операцию защиты. Соответственно, даже если АЦ-аномалия вносится в микрокомпьютер, а напряжение перезаряжаемой батареи не подвергается правильному АЦ-преобразованию, операция защиты не активируется немедленно. Защитная ИС активирует операцию защиты после постепенного увеличения зарядного напряжения перезаряжаемой батареи до состояния избыточной зарядки вследствие АЦ-аномалии. Таким образом, напряжение перезаряжаемой батареи неизбежно выходит из нормального диапазона, по меньшей мере, временно.

Кроме того, поскольку защитная ИС предусмотрена отдельно от микрокомпьютера, необходимо дополнительное пространство для установки защитной ИС. Портативный батарейный источник питания становится больше в размерах. Это сказывается на увеличении стоимости в целом, поскольку в нее включается стоимость самой защитной ИС.

Если возникает АЦ-аномалия, нормальное управление посредством микрокомпьютера не может быть реализовано не только в портативном батарейном источнике питания, но и в микрокомпьютере, установленном на зарядном устройстве или в корпусе инструмента с электрическим приводом.

Краткое изложение существа изобретения

В одном аспекте данного изобретения, АЦ-аномалию предпочтительно можно детектировать без использования защитной ИС, отдельной от микрокомпьютера, на случай, если микрокомпьютер вводится в состояние АЦ-аномалии.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения система, оснащенная микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, может включать в себя микрокомпьютер, генератор опорного напряжения, блок сохранения опорных данных и первый блок определения. Микрокомпьютер может включать в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и, по меньшей мере, один аналого-цифровой порт (АЦ-порт), в который вводится аналоговый сигнал, подвергнутый аналого-цифровому преобразованию (АЦ-преобразованию) посредством АЦП. Генератор опорного напряжения может быть предусмотрен отдельным от рабочего источника энергии микрокомпьютера и может генерировать и вводить в АЦ-порт опорное напряжение, имеющее заранее определенное значение. В блоке сохранения опорных данных могут быть заранее сохранены опорные данные, которые являются цифровыми данными, соответствующими опорному напряжению. Первый блок определения может быть предусмотрен внутри микрокомпьютера и может сравнивать диагностические данные, полученные за счет АЦ-преобразования посредством АЦП опорного напряжения, подводимого в АЦ-порт, с опорными данными, сохраненными в блоке сохранения опорных данных, для определения в случае, если разность между диагностическими данными и опорными данными выходит за пределы заранее определенного допустимого диапазона, что возникло состояние АЦ-аномалии, в котором невозможно получить из АЦП правильный результат АЦ-преобразования.

В системе, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, имеющей такой состав, цифровые данные, соответствующие опорному напряжению, то есть, значению, полученному, когда АЦП правильно преобразует в цифровую форму опорное напряжение, заранее сохраняются в блоке сохранения опорных данных как опорные данные, например, на заводе-изготовителе. Поэтому если АЦП находится в нормальном состоянии (именуемом «состоянием нормального АЦ-преобразования»), в котором аналоговый сигнал, вводимый в АЦ-порт, правильно преобразуется в цифровые данные, результат действительно осуществляемого АЦ-преобразования опорного напряжения посредством АЦП (т.е. диагностические данные) должен совпадать с опорными данными, сохраненными в блоке сохранения опорных данных, или даже если диагностические данные не полностью совпадают с опорными данными, разность между ними должна находиться в пределах допустимого диапазона. С другой стороны, в случае состояния АЦ-аномалии, получить правильный результат АЦ-преобразования применительно к опорному напряжению невозможно. Таким образом, разность между диагностическими данными и опорными данными выходит за допустимый диапазон. Первый блок определения определяет, что возникло состояние АЦ-аномалии, в случае, когда разность между упомянутыми данными, как таковая, выходит за допустимый диапазон.

В соответствии с системой, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, имеющей такой состав, правильные цифровые данные, соответствующие опорному напряжению (опорные данные) сохраняются заранее, а микрокомпьютер (точнее, первый блок определения внутри микрокомпьютера) сам определяет, возникло ли состояние АЦ-аномалии, на основании результата сравнения между сохраненными опорными данными и результатом действительно осуществляемого АЦ-преобразования (диагностическими данными). Кроме того, поскольку не предусматривается защитная ИС, отдельная от микрокомпьютера, как в известных технических решениях, микрокомпьютер сам может точно детектировать, что наступило состояние АЦ-аномалии.

В частности, даже если причиной состояния АЦ-аномалии является аномалия в самом АЦП, возможно надежное определение этой аномалии. Конкретно, одной из причин, по которым АЦП сам становится аномальным, считается, например, уменьшение подаваемого в микрокомпьютер напряжения рабочего источника энергии. Когда напряжение рабочего источника энергии микрокомпьютера уменьшается, АЦП, входящий в состав микрокомпьютера, оказывается неспособным правильно осуществлять АЦ-преобразование. Однако генератор опорного напряжения, который генерирует опорное напряжение, предусмотрен отдельно от рабочего источника энергии микрокомпьютера. Поэтому аномалию в самом АЦ-преобразовании можно надлежащим образом определить, воспользовавшись опорным напряжением.

Вышеописанная система, оснащенная микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом предпочтительно установлена на корпусе инструмента с электрическим приводом, в портативном батарейном источнике питания для инструмента с электрическим приводом или зарядном устройстве для инструмента с электрическим приводом.

В частности, генератор опорного напряжения может быть сконфигурирован различным образом. Например, генератор опорного напряжения может принимать подаваемое на микрокомпьютер заранее определенное напряжение рабочего источника энергии и генерировать опорное напряжение ниже этого заранее определенного напряжения рабочего источника энергии.

Если генератор опорного напряжения сконфигурирован таким образом, то опорное напряжение, генерируемое генератором опорного напряжения, изначально задается меньшего значения, чем заранее определенное значение, даже если напряжение рабочего источника энергии микрокомпьютера уменьшается от заранее определенного значения. Поэтому опорное напряжение можно генерировать за счет использования рабочей энергии микрокомпьютера, и при этом на него не оказывают негативного влияния флуктуации напряжения рабочего источника энергии.

Системе, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, в которой генератор опорного напряжения имеет такой состав, можно придать нижеследующую конфигурацию. Система включает в себя блок сброса, который выводит сигнал сброса в микрокомпьютер, когда напряжение рабочего источника энергии микрокомпьютера становится соответствующим заранее определенному нижнему пределу или меньшим. Микрокомпьютер имеет такую конфигурацию, что его работа инициализируется, когда вводится сигнал сброса из блока сброса. Генератор опорного напряжения генерирует в качестве опорного напряжения напряжение, которое меньше, чем упомянутый нижний предел, и может быть подвергнуто АЦ-преобразованию посредством АЦП.

В соответствии с указанной системой, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, генератор опорного напряжения генерирует опорное напряжение, меньшее, чем нижний предел. Даже если напряжение рабочего источника энергии микрокомпьютера уменьшается (т.е. даже если входное напряжение питания, вводимое в генератор опорного напряжения, уменьшается), генератор опорного напряжения может нормально генерировать опорное напряжение. Если напряжение рабочего источника энергии микрокомпьютера уменьшается до нижнего предела или становится еще меньше, генератор опорного напряжения может оказаться неспособным правильно генерировать опорное напряжение в зависимости от значения. Вместе с тем, микрокомпьютер инициализируется в первую очередь тогда, когда напряжение рабочего источника энергии микрокомпьютера уменьшается до нижнего предела или становится еще меньше. Тогда не выполняется осуществляемое микрокомпьютером определение, возникло ли состояние АЦ-аномалии. Существенный эффект не создается.

Более того, генератор опорного напряжения, в частности, может включать в себя, например, диод и иметь конфигурацию, обеспечивающую генерирование (в качестве опорного напряжения) прямого напряжения диода, генерируемого за счет приложения прямого смещения к диоду посредством энергии, подводимой к генератору опорного напряжения. Генерирование опорного напряжения за счет использования прямого напряжения диода может упростить конфигурацию генератора опорного напряжения, а также упростить конфигурацию системы, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом.

Система, оснащенная микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом согласно данному изобретению может дополнительно иметь функцию определения, выполняемую вторым блоком определения, в дополнение к функции определения, выполняемой первым блоком определения. В частности, система, оснащенная микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, может включать в себя делитель напряжения сигнала и блок вывода команды. Делитель напряжения сигнала предусмотрен в тракте сигнала, проходящем до того места, где аналоговый сигнал, подлежащий АЦ-преобразованию, вводится в АЦП. Делитель напряжения сигнала генерирует диагностический аналоговый сигнал путем деления напряжения аналогового сигнала при заранее определенном отношении деления напряжения, когда вводится команда выполнения. Блок вывода команды предусмотрен внутри микрокомпьютера. Блок вывода команды выдает в делитель напряжения сигнала команду выполнения, предписывающую делителю напряжения сигнала выполнять деление напряжения, или команду останова, удерживающую делитель напряжения сигнала от выполнения деления напряжения. Второй блок определения, предусмотренный внутри микрокомпьютера, получает диагностические данные, предписывая блоку вывода команды вывести команду выполнения, чтобы выполнить деление напряжения посредством делителя напряжения сигнала, и предписывая АЦП подвергнуть АЦ-преобразованию диагностический аналоговый сигнал, получаемый путем деления напряжения, получает сравнительные данные, предписывая блоку вывода команды вывести команду останова, чтобы остановить деление напряжения посредством делителя напряжения сигнала, и предписывая АЦП подвергнуть аналоговый сигнал АЦ-преобразованию. Затем второй блок определения сравнивает полученные диагностические данные и сравнительные данные и определяет, что возникло состояние АЦ-аномалии, когда диагностические данные и сравнительные данные не удовлетворяют соотношению, соответствующему отношению деления напряжения в делителе напряжения сигнала.

В системе, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, включающей в себя второй блок определения, сравнительные данные, которые являются результатом АЦ-преобразования, когда деление напряжения не выполняется делителем напряжения сигнала, сравниваются с диагностическими данными, которые являются результатом АЦ-преобразования, когда деление напряжения выполняется делителем напряжения сигнала. В случае нормального состояния АЦ-преобразования, соотношение обоих данных должно соответствовать отношению деления напряжения в делителе напряжения сигнала. С другой стороны, в случае состояния АЦ-аномалии, соотношение обоих данных не соответствует отношению деления напряжения в делителе напряжения сигнала. В этом случае, второй блок определения определяет, что наступило состояние АЦ-аномалии.

В соответствии с заявленной системой, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, определить, наступило ли состояние АЦ-аномалии, можно посредством делителя напряжения сигнала на основании результатов АЦ-преобразования при выполнении и невыполнении деления напряжения. Следовательно, посредством этого простого устройства можно достичь точного определения.

В частности, системе, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, включающей в себя второй блок определения, можно придать нижеследующую конфигурацию. В тракте сигнала, проходящем до того места, где аналоговый сигнал, подлежащий АЦ-преобразованию, вводится в АЦ-порт, можно предусмотреть схему ввода сигнала, включающую в себя, по меньшей мере, один подсоединенный последовательно резистор. Делитель напряжения сигнала можно предусмотреть в тракте сигнала, проходящем от схемы ввода сигнала к АЦП, и генерировать диагностический аналоговый сигнал, подлежащий АЦ-преобразованию и вводимый в схему ввода сигнала, при упомянутом отношении деления напряжения, когда вводится команда выполнения.

В указанной системе, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, схема ввода сигнала предусмотрена перед делителем напряжения сигнала. Таким образом, отношение деления напряжения в делителе напряжения сигнала определятся составом средств внутри делителя напряжения сигнала (составом средств, который вносит вклад в деление напряжения) и сопротивлением резистора, входящего в состав схемы ввода сигнала. В такой системе, включающей в себя схему ввода сигнала, требуемого отношения деления напряжения можно достичь за счет использования резистора, входящего в состав схемы ввода сигнала.

В частности можно выполнить делитель напряжения сигнала так, чтобы он содержал резистор деления напряжения и контроллер деления напряжения. Один конец резистора деления напряжения электрически соединен с АЦ-портом. Контроллер деления напряжения делает другой конец резистора деления напряжения электрически разомкнутым, когда вводится команда останова, и электрически соединяет другой конец резистора деления напряжения с областью, имеющей более низкий потенциал, чем упомянутый один конец, когда вводится команда выполнения, чтобы пропускать ток в резистор деления напряжения для деления напряжения. Таким образом, оказывается возможной простая конфигурация делителя напряжения сигнала.

Кроме того, контроллер деления напряжения может быть сконфигурирован, чтобы включать в себя блок переключения, который устанавливает/прерывает проводимость между стороной другого конца резистора деления напряжения и потенциалом заземления. Контроллер деления напряжения может прерывать проводимость между стороной другого конца резистора деления напряжения и потенциалом заземления за счет размыкания блока переключения, когда вводится команда останова, и заземления стороны упомянутого другого конца резистора деления напряжения за счет замыкания блока переключения, когда вводится команда выполнения. Таким образом, переключение в состояние, в котором деление напряжения производится или не производится, достигается просто путем замыкания и размыкания блока переключения. Делителю напряжения сигнала и системе, оснащенной микрокомпьютером в целом можно придать простую конфигурацию.

Систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, имеющую такой состав, как указано выше, можно устанавливать на портативном батарейном источнике питания для инструмента с электрическим приводом, включающем в себя, по меньшей мере, один элемент батареи. Более конкретно, согласно второму аспекту данного изобретения предложен портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, включающий в себя, по меньшей мере, один элемент батареи и систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом. Можно предусмотреть такую конфигурацию, в которой сигнал напряжения батареи, прямо или косвенно указывающий напряжение, по меньшей мере, одного из элементов батареи, вводится в АЦ-порт в качестве аналогового сигнала, подлежащего АЦ-преобразованию. Микрокомпьютер может отслеживать состояние элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования сигнала напряжения батареи посредством АЦП.

В соответствии с портативным батарейным источником питания для инструмента с электрическим приводом, даже если возникло состояние АЦ-аномалии, а напряжение элемента батареи подвергается АЦ-преобразованию в неправильное значение, это состояние АЦ-аномалии можно надежно обнаружить посредством первого или второго блока определения. Можно запретить микрокомпьютеру продолжать отслеживание состояния элемента батареи на основании неправильного значения (напряжения элемента батареи). Поэтому портативному батарейному источнику питания для инструмента с электрическим приводом можно обеспечить высокую безотказность применительно к сбою микрокомпьютера (в этом случае состоянию АЦ-аномалии).

Более конкретно, портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, включающий в себя микрокомпьютерную систему для инструмента с электрическим приводом, снабженную вторым блоком определения, и, по меньшей мере, один элемент батареи, можно иметь нижеследующую конфигурацию. По меньшей мере, с одним из элементов батареи можно соединить схему разрядки, включающую в себя резистор положительной стороны, резистор отрицательной стороны и блок переключения. Один конец резистора положительной стороны может быть соединен с положительной клеммой элемента батареи. Один конец резистора отрицательной стороны может быть соединен с отрицательной клеммой элемента батареи. Блок переключения может быть соединен с другими концами соответствующих резисторов и может по команде выполнения из микрокомпьютера устанавливать/прерывать проводимость между другими концами резисторов. Микрокомпьютер может быть сконфигурирован так, чтобы отслеживать напряжение элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования посредством АЦП напряжения, выводимого со стороны другого конца резистора положительной стороны в АЦ-порт, когда проводимость между другими концами резисторов прерывается блоком переключения. Схема разрядки может функционировать в качестве делителя напряжения сигнала. Схема разрядки может быть сконфигурирована, чтобы размыкать блок переключения для прямого вывода напряжения положительной клеммы элемента батареи в АЦ-порт через резистор положительной стороны, когда вводится команда останова, чтобы замыкать блок переключения для разделения напряжения положительной клеммы элемента батареи при упомянутом отношении деления напряжения посредством соответствующих резисторов, входящих в состав схемы разрядки, и генерировать диагностический аналоговый сигнал, когда вводится команда выполнения.

Кроме того, портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, включающий в себя систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, снабженную вторым блоком определения, и, по меньшей мере, один элемент батареи, может иметь нижеследующую конфигурацию. По меньшей мере, с одним из элементов батареи можно соединить схему разрядки, включающую в себя резистор положительной стороны, резистор отрицательной стороны, блок переключения и резистор деления напряжения, и детектор напряжения. Один конец резистора положительной стороны может быть соединен с положительной клеммой элемента батареи. Один конец резистора отрицательной стороны может быть соединен с отрицательной клеммой элемента батареи. Блок переключения может быть соединен с другими концами соответствующих резисторов и может по команде выполнения из микрокомпьютера устанавливать/прерывать соединение между другими концами резисторов. Резистор деления напряжения можно предусмотреть последовательно с блоком переключения между другими концами соответствующих резисторов. Микрокомпьютер может быть сконфигурирован, чтобы отслеживать напряжение элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования посредством АЦП напряжения, выводимого из детектора напряжения в АЦ-порт, когда проводимость между другими концами резисторов прерывается блоком переключения. Схема разрядки может функционировать в качестве делителя напряжения сигнала, и может быть сконфигурирована, чтобы, размыкать блок переключения с тем, чтобы напряжение элемента батареи непосредственно вводилось в детектор напряжения, когда вводится команда останова, и замыкать блок переключения с тем, чтобы разделить напряжение элемента батареи при отношении деления напряжения посредством соответствующих резисторов, входящих в состав схемы разрядки, таким образом, что выходной сигнал из детектора напряжения, соответствующий разделенному напряжению, генерировался в качестве диагностического аналогового сигнала, когда вводится команда выполнения.

При любой из вышеописанных конфигураций, схема зарядки, изначально предусматриваемая в портативном батарейном источнике питания для инструмента с электрическим приводом, используется в качестве делителя напряжения сигнала. Следовательно, если в портативном батарейном источнике питания для инструмента с электрическим приводом, включающем в себя систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, оснащенную вторым блоком определения, предусмотрена схема разрядки, то части системы, оснащенной микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом можно придать эффективную конфигурацию за счет использования схемы зарядки.

Вышеописанный портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом может включать в себя внутренние элементы батареи различных типов. Например, портативному батарейному источнику питания для инструмента с электрическим приводом можно придать такую конфигурацию, что он будет включать в себя перезаряжаемую батарею, т.е. конфигурацию повторно заряжаемого портативного батарейного источника питания для инструмента с электрическим приводом.

В этом случае, портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом может дополнительно включать в себя входную клемму зарядной энергии, через которую подводится зарядная энергия, предназначенная для зарядки перезаряжаемой батареи, и прерыватель, который предусмотрен в тракте подачи зарядной энергии, идущем от входного вывода зарядной энергии к перезаряжаемой батарее, и выполнен с возможностью прерывания тракта энергии по команде прерывания от микрокомпьютера. Когда первый или второй блок определения определяет, что возникло состояние АЦ-аномалии, микрокомпьютер может выдавать команду прерывания, предписывая прерывателю прервать тракт подачи зарядной энергии.

В соответствии с портативным батарейным источником питания для инструмента с электрическим приводом, имеющим вышеуказанный состав, в случае если, например, возникло состояние АЦ-аномалии, когда осуществляется зарядка перезаряжаемой батареи, микрокомпьютер детектирует генерирование состояния АЦ-аномалии и прерывает тракт подачи зарядной энергии. Кроме того, в случае если, например, предпринимается попытка зарядить перезаряжаемую батарею, когда состояние АЦ-аномалии уже сгенерировано, микрокомпьютер может детектировать генерирование состояния АЦ-аномалии и прервать тракт подачи зарядной энергии, вследствие чего зарядка производиться не будет. Следовательно, даже если состояние АЦ-аномалии наступило при зарядке перезаряжаемой батареи, можно предотвратить появление проблем (таких, как избыточная зарядка), возникающих из-за аномального состояния АЦ-преобразования. Таким образом, можно обеспечить высоконадежный портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом.

Краткое описание чертежей

В дальнейшем изобретение поясняется описанием предпочтительных вариантов осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 изображает общий вид зарядного устройства и портативного батарейного источника питания, которые входят в состав зарядной системы, согласно вариантам осуществления;

фиг.2 - блок-схему зарядной системы и корпуса инструмента с электрическим приводом, согласно первому варианту осуществления;

фиг.3 - электрическую принципиальную схему, иллюстрирующую конфигурацию портативного батарейного источника питания, согласно первому варианту осуществления;

фиг.4 - блок-схему последовательности операций, способа управления зарядкой портативного батарейного источника питания, осуществляемого микрокомпьютером внутри портативного батарейного источника питания, согласно первому варианту осуществления;

фиг.5 - электрическую принципиальную схему портативного батарейного источника питания, согласно второму варианту осуществления;

фиг.6 - блок-схему последовательности способа управления зарядкой портативного батарейного источника питания, осуществляемого микрокомпьютером внутри портативного батарейного источника питания, согласно второму варианту осуществления;

фиг.7 - электрическую принципиальную схему другого примера портативного батарейного источника питания, согласно изобретению.

Подробное описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

Первый вариант осуществления

Обращаясь к фиг.1, зарядная система 1 согласно данному варианту осуществления включает в себя зарядное устройство 10 и портативный батарейный источник 20 питания. Зарядное устройство 10 заряжает портативный батарейный источник 20 питания, который используется в качестве источника питания корпуса 100 инструмента с электрическим приводом (фиг.2). Конфигурация зарядной системы 1 обеспечивает зарядку перезаряжаемой батареи внутри портативного батарейного источника 20 питания посредством зарядного устройства 10.

Зарядное устройство 10 генерирует зарядную мощность постоянного тока (ПТ), имеющую заранее определенное напряжение, из энергии постоянного тока источника 2 энергии постоянного тока (фиг.2), подведенного к гнезду прикуривателя (не показан) транспортного средства. Зарядное устройство 10 оснащено штекером 15 прикуривателя, соединяемым с гнездом, для подвода энергии постоянного тока в зарядное устройство 10 от аккумулятора транспортного средства. Когда штекер 15 прикуривателя вставляют в гнездо прикуривателя транспортного средства, положительная клемма и отрицательная клемма (обе не показаны) гнезда прикуривателя соединяются с положительной клеммой 31 стороны штекера и отрицательной клеммой 32 стороны штекера (см. фиг.2), имеющихся у штекера 15 прикуривателя. За счет этого, к зарядному устройству 10 через шнур 14 питания подводится энергия постоянного тока.

Зарядное устройство 10 включает в себя крепежную часть 12 на зарядной стороне зарядного устройства с одной стороны ее верхней поверхности. К крепежной части 12 зарядного устройства крепится портативный батарейный источник 20 питания. В заранее определенном положении на крепежной части 12 стороны зарядного устройства (изнутри крепежной части 12 стороны зарядного устройства) предусмотрена клемма 11. Клемма 11 зарядного устройства включает в себя положительную клемму 8 зарядного устройства и отрицательную клемму 9 зарядного устройства (фиг.2) для подачи зарядной энергии постоянного тока в портативный батарейный источник 20 питания. Клемма 11 зарядного устройства также включает в себя один или более сигнальных клемм зарядного устройства (не показаны) для передачи различных сигналов в портативный батарейный источник 20 питания и приема их из него. Кроме того, зарядное устройство 10 снабжено отображающей частью 13, включающей в себя множество светоизлучающих диодов (СИД) и т.п. для отображения рабочего состояния зарядного устройства 10, состояния зарядки портативного батарейного источника 20 питания и других средств.

Портативный батарейный источник питания включает в себя крепежную часть 22 стороны батареи на одной боковой поверхности. Крепежная часть 22 стороны батареи крепится к крепежной части 12 стороны зарядного устройства 10. В заранее определенном положении на крепежной части 22 стороны батареи предусмотрена клемма 21. Клемма 21 включает в себя положительную клемму 28 и отрицательную клемму 29 для приема зарядной энергии постоянного тока, подаваемой из зарядного устройства 10. Клемма 21 также включает в себя сигнальную клемму 19, подлежащую соединению с сигнальной клеммой зарядного устройства 10.

Когда крепежную часть 22 стороны батареи портативного батарейного источника 20 питания соединяют с крепежной частью 12 стороны зарядного устройства, имеющейся у зарядного устройства 10, обе клеммы 11, 21 оказываются электрически соединенными. Благодаря этому, зарядное устройство 10 может заряжать собранную батарею 23 (фиг.2) внутри портативного батарейного источника 20 питания.

При подаче энергии портативного батарейного источника 20 питания к объекту, такому, как инструмент с электрическим приводом и т.п., крепежная часть 22 стороны батареи крепится к заранее определенной крепежной части инструмента с электрическим приводом. Тем самым, энергия портативного батарейного источника питания 20 (энергия батарейной сборки 23) подается в инструмент с электрическим приводом и т.п.

Со ссылками на блок-схему на фиг.2 будет приведено конкретное описание внутренней конфигурации зарядного устройства 10 и портативного батарейного источника питания 20, которые входят в состав зарядной системы 1, и корпуса 100 инструмента с электрическим приводом, который работает за счет энергии от портативного батарейного источника 20 питания.

Как показано на фиг.2, зарядное устройство 20 включает в себя преобразователь 3, микрокомпьютер 6, переключающую интегральную схему (ИС) 4 и схему 5 управления переключающей ИС. Преобразователь 3 преобразует подводимую извне энергию постоянного тока источника 2 энергии постоянного тока в зарядную энергию постоянного тока, имеющую заранее определенное напряжение, для зарядки батарейной сборки 23 внутри портативного батарейного источника 20 питания. Микрокомпьютер 6 управляет всей работой зарядного устройства 10, в том числе, преобразователем 3. Переключающая ИС 4 управляет замыканием и размыканием полевого транзистора (не показан) внутри схемы 17 преобразования энергии, которая входит в состав преобразователя 3. Схема 5 управления переключающей ИС управляет работой переключающей ИС 4 в соответствии с сигналом управления зарядкой из микрокомпьютера 6. Хотя это и не показано, зарядное устройство 10 также включает в себя силовую схему постоянного напряжения, которая генерирует управляющую энергию для работы различных схем внутри зарядного устройства 10. Микрокомпьютер 6 тоже приводится в действие посредством этой управляющей энергии.

Преобразователь 3 включает в себя входную схему 16 сглаживания, схему 17 преобразования мощности и выходную схему 18 сглаживания. Входная схема 16 сглаживания подавляет и сглаживает флуктуацию подводимого напряжения постоянного тока. Схема 17 преобразования напряжения преобразует (трансформирует) напряжение постоянного тока в напряжение переменного тока (ПеТ). Выходная схема 18 сглаживания выпрямляет/сглаживает напряжение переменного тока, преобразуемое схемой 17 преобразования мощности в напряжение постоянного тока. Схема 17 преобразования напряжения включает в себя трансформатор и переключающий полевой транзистор, соединенный с одним концом первичной обмотки трансформатора. Напряжение постоянного тока подводится к первичной обмотке трансформатора через посредство входной схемы 16 сглаживания. Переключающийся полевой транзистор замыкается/размыкается по сигналу замыкания и размыкания от переключающей ИС 4, что приводит к прерывистому пропусканию тока (разновидности переменного тока) в первичную обмотку трансформатора, вследствие чего на вторичной обмотке трансформатора генерируется напряжение переменного тока. Напряжение переменного тока выпрямляется/сглаживается выходной схемой 18 сглаживания для генерирования зарядной энергии постоянного тока. Генерируемая зарядная энергия постоянного тока выводится в портативный батарейный источник 20 питания.

Микрокомпьютер управляет замыканием и размыканием переключающего полевого транзистора с помощью переключающей ИС 4 через посредство схемы 5 управления переключающей ИС, а также управляет генерированием/выводом зарядного напряжения постоянного тока в портативный батарейный источник 20 питания.

Как показано на фиг.2, портативный батарейный источник 20 питания включает в себя собранную батарею 23 и микрокомпьютер 25, которые осуществляют различное управление внутри портативного батарейного источника 20 питания, включая управление зарядкой собранной батареи 23 посредством зарядного устройства 10.

Собранная батарея 23 включает в себя множество элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, соединенных последовательно. Каждый элемент батареи в данном варианте осуществления представляет собой ионно-литиевую перезаряжаемую батарею. Каждый из элементов батареи, образующих батарейную сборку 23, представляет собой ионно-литиевую перезаряжаемую батарею в качестве примера. Перезаряжаемая батарея 23 может состоять из перезаряжаемых батарей других типов.

Портативный батарейный источник 20 питания включает в себя схему 24 детектирования напряжения элементов, предназначенную для детектирования напряжения батарейной сборки 23 и напряжения каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, входящих в состав батарейной сборки 23. Напряжение каждого элемента батареи, детектируемое схемой 24 детектирования напряжений элементов, вводится в АЦ-порт 45, 46, …, 47 (см. 3) микрокомпьютера 25 для АЦ-преобразования посредством АЦП 42 (см. фиг.3), предусмотренного в микрокомпьютере 25. Микрокомпьютер 25 отслеживает состояние каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи на основании результатов АЦ-преобразования.

Портативный батарейный источник 20 питания нстоящего варианта осуществления включает в себя схему 26 самодиагностики АЦ-порта, предназначенную для диагностики АЦ-порта микрокомпьютера 25 (в данном варианте осуществления - для диагностики АЦ-порта 45, к которому подводится напряжение элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал среди элементов Ba, Bb, …, Bn батареи), то есть, используемую самим микрокомпьютером 25 для того, чтобы диагностировать правильность получения АЦП 42 цифровых данных для напряжения, подводимого к АЦ-порту 45, иными словами - когда наступило нормальное состояние АЦ-преобразования, или неправильность получения этих данных, т.е., когда наступило состояние АЦ-аномалии (что далее именуется «самодиагностикой АЦ-порта»).

Кроме того, портативный батарейный источник 20 питания согласно данному варианту осуществления включает в себя трехклеммный регулятор 55, который генерирует опорное напряжение Vоп, используемое, когда микрокомпьютер 25 сам диагностирует, нормально ли работает АЦП 42 внутри микрокомпьютера 25, т.е. находится ли он в нормальном состоянии АЦ-преобразования, или он не работает нормально, т.е. находится в состоянии АЦ-аномалии (что далее именуется «самодиагностикой АЦП»).

Далее будут описаны подробности самодиагностики АЦ-порта, включая конфигурацию схемы 26 самодиагностики АЦ-порта, и самодиагностики АЦП, производимой микрокомпьютером 25.

В дополнение к вышеизложенному отметим, что портативный батарейный источник 20 питания, согласно данному варианту осуществления изобретения, включает в себя схему 27 защиты в тракте подачи зарядной энергии, идущем от положительной клеммы 28 стороны батареи, к которой подводится зарядная энергия постоянного тока, до положительной клеммы (положительной клеммы элемента Ва батареи, имеющего самый высокий потенциал) батарейной сборки 23, для прерывания в тракт подачи зарядной мощности. Схема 27 защиты работает в соответствии с сигналом разрешения или сигналом останова, вводимым из микрокомпьютера 25.

Портативный батарейный источник 20 питания согласно данному варианту осуществления имеет конфигурацию, согласно которой положительная клемма 28, к которой подводится зарядная энергия постоянного тока из зарядного устройства 10, также используется в качестве положительной клеммы выводимой энергии, предназначенной для подачи мощности к объекту подачи энергии, такому как инструмент с электрическим приводом и т.п. Следует отметить, что такая конфигурация приведена просто в качестве примера. Положительная клемма для подачи энергии к инструменту с электрическим приводом и т.п. может быть предусмотрена отдельной от положительной клеммы 28 батареи для зарядки.

Корпус 100 инструмента с электрическим приводом принимает энергию из портативного батарейного источника 20 питания и работает, когда портативный батарейный источник 20 питания прикреплен к корпусу 100 инструмента с электрическим приводом. Корпус 100 инструмента с электрическим приводом включает в себя микрокомпьютер 101, электродвигатель 103 и схему 102 возбуждения. Микрокомпьютер 101 управляет всей системой внутри корпуса 100 инструмента с электрическим приводом. Электродвигатель 103 приводит во вращение режущий элемент инструмента (не показан). Схема 102 возбуждения возбуждает электродвигатель 103 на основании команды из микрокомпьютера 101.

Со ссылками на фиг.3 приведено описание более конкретной конфигурации портативного батарейного источника 20 питания, который входит в состав зарядной системы 1 согласно данному варианту осуществления.

Схема 24 детектирования напряжения элемента состоит из схемы для обнаружения и вывода в микрокомпьютер 25 напряжения каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи. Для элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал, предусмотрена схема делителя напряжения, состоящая из резисторов R1 и R2, предназначенная для деления напряжения элемента Ва батареи (т.е. потенциала положительной клеммы элемента Ва батареи) и вывода разделенного напряжения в АЦ-порт 45 микрокомпьютера 25 в качестве сигнала напряжения батареи, указывающего напряжение элемента Ва батареи. Сопротивления соответствующих резисторов R1, R2 составляют, например, несколько мегаом.

Для других элементов Bb, …, Bn, соединенных последовательно на стороне положительной клеммы элемента Ba батареи, предусмотрены дифференциальные усилители 34, …, 35, соответственно. Напряжение, выводимое из каждого из дифференциальных усилителей 34, …, 35, вводится в каждый из соответствующих АЦ-портов 46, …, 47 в микрокомпьютере 25. Хотя это и не показано, между положительной клеммой и отрицательной клеммой каждого из соответствующих элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, а также между положительной клеммой элемента Bn батареи, имеющей самый высокий потенциал, и отрицательной клеммой элемента Ba батареи, имеющей самый низкий потенциал, соответственно предусмотрен конденсатор для снижения помех.

Хотя это и не показано, портативный батарейный источник 20 питания включает в себя силовую схему постоянного напряжения, которая генерирует управляемую энегрию, имеющую постоянное напряжение (5 В в данном варианте осуществления), управляемого источника Vум энергии для работы различных схем внутри зарядного устройства 10. Микрокомпьютер 25 тоже приводится в действие посредством управляемой энергии управляемого источника Vум энергии.

Трехклеммный регулятор 55 представляет собой источник энергии, выполненный отдельно от рабочего источника энергии микрокомпьютера 25. Трехклеммный регулятор 55 принимает управляемую энергию управляемого источника Vум энергии, который также является источником рабочей энергии микрокомпьютера 25, и генерирует опорное напряжение Vоп для использования при самодиагностике АЦП. В данном варианте осуществления, в качестве опорного напряжения Vоп генерируется постоянное напряжение 2 В. Соответственно, даже если напряжение управляемого источника Vум энергии понижается из-за какой-нибудь аномалии, трехклеммный регулятор 55 способен стабильно генерировать опорное напряжение 2 В до тех пор, пока напряжение, вводимое в трехклеммный регулятор 55, находится в пределах минимального диапазона (например, 2,5 В или выше), требуемого для генерирования опорного напряжения 2 В.

Опорное напряжение Vоп, генерируемое в трехклеммном регуляторе 55, вводится в порт 50 ввода опорного напряжения, который является одним из АЦ-портов, предусмотренных в микрокомпьютере 25, и в АЦП 42 через посредство мультиплексора 43.

Микрокомпьютер 25 имеет конфигурацию, включающую в себя главный контроллер 41, АЦП 42 и мультиплексор (М) 43 как аппаратные средства. Главный контроллер 41 включает в себя центральный процессор (ЦП) 36, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 37, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 38, электрически стираемое программируемое постоянное запоминающее устройство (ЭСППЗУ) 39 и другие средства. АЦП 42 преобразует вводимый аналоговый сигнал в цифровые данные. Мультиплексор 43 избирательно вводит в АЦП 42 один из сигналов напряжения батареи, вводимых в соответствующие АЦ-порты 45, 46, …, 47, и опорное напряжение Vоп, вводимое в порт 50 ввода опорного напряжения, на основании команды переключения из главного контроллера 41.

В результате упомянутого элементного состава, напряжения (сигналы напряжения батареи) соответствующих элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, вводимые из схемы 24 детектирования напряжения элемента в соответствующие АЦ-порты 45, 46, …, 47, а по существу водимые в АЦП 42 через посредство мультиплексора 43, последовательно подвергаются АЦ-преобразованию посредством АЦП 42. Подвергнутые АЦ-преобразованию цифровые данные (далее именуемые «данными напряжений батареи») вводятся в главный контроллер 41.

Главный контроллер 41 отслеживает состояние каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи на основании подвергнутых АЦ-преобразованию цифровых данных. В частности, главный контроллер 41 отслеживает, находится ли каждый из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи в состоянии избыточной зарядки или повышенной разрядки, а также отслеживает самодиагностику АЦ-порта.

Портативный батарейный источник 20 питания также включает в себя ИС 56 сброса, предназначенную для сброса (инициализации) микрокомпьютера 25. ИС 56 сброса принимает управляемую энергию из управляемого источника Vум энергии и выводит сигнал сброса в микрокомпьютер 25, когда напряжение управляемой энергии управлямого источника Vум энергии оказывается равным напряжению сброса (3 В в данном варианте осуществления) или меньшим. Сигнал сброса из ИС 56 сброса вводится в главный контроллер 41 через порт 51 ввода сигнала сброса. Иными словами, ИС 56 сброса сконфигурирована, чтобы отслеживать напряжение источника Vум управляемой энергии, который также является источником рабочей энергии микрокомпьютера 25, а когда напряжение источника Vум управляемой энергии понижается до напряжения сброса (3 В или ниже), которое мешает нормальной работе микрокомпьютера 25, осуществляет сброс микрокомпьютера 25.

Соответственно, трехклеммный регулятор 55 может стабильно генерировать опорное напряжение 2 В, и при этом, по меньшей мере, микрокомпьютер 25 работает нормально (т.е., при этом напряжение источника Vум управляемой энергии больше, чем напряжение сброса, составляющее 3 В).

Ниже приведено пояснение, соответственно, функции самодиагностики АЦ-порта и функции самодиагностики АЦП, являющихся характеристическими функциями, которыми обладает портативный батарейный источник 20 питания согласно данному варианту осуществления.

Сначала приведено пояснение функции самодиагностики АЦ-порта, которая выполняется с использованием схемы 26 самодиагностики АЦ-порта. Если АЦ-порт 45 находится в нормальном состоянии, то есть, в нормальном состоянии АЦ-преобразования, в котором АЦП 42 правильно принимает данные напряжения батареи для сигнала напряжения батареи, вводимого в АЦ-порт 45, то цифровые данные, соответствующие значению, получаемому путем деления напряжения элемента Ва батареи резисторами R1, R2, могут быть правильно приняты в качестве данных напряжения батареи. С другой стороны, как проиллюстрировано на фиг.3, когда к АЦ-порту прилипает грязь (инородное вещество, подобное пыли, воде и т.п.), получается состояние, эквивалентное состоянию, в котором между АЦ-портом 45 и «землей» прикладывается сопротивление. Следовательно, сигнал напряжения батареи, вводимый в АЦ-порт 45, становится отличным от значения, получаемого путем деления напряжения элемента Ва батареи резисторами R1, R2. Вследствие этого, данные напряжения батареи, получаемые путем АЦ-преобразования этого значения посредством АЦП 42, также становятся отличными от правильных данных, указывающих напряжение элемента Ва батареи.

Микрокомпьютер 25 согласно данному варианту осуществления, включает в себя функцию самодиагностики АЦ-порта, предназначенную для детектирования состояния АЦ-аномалии, возникающего из-за такой аномалии в АЦ-порте 45. Портативный батарейный источник 20 питания оснащен схемой 26 самодиагностики АЦ-порта, предназначенной для использования при осуществлении самодиагностики АЦ-порта. Схема 26 самодиагностики АЦ-порта представляет собой схему для дополнительного деления сигнала напряжения батареи, включающего в себя напряжение элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал (т.е. напряжение в точке соединения между резистором R1 и резистором R2, которые входят в состав схемы 24 детектирования напряжения), вводимый в АЦ-порт 45, соответствующий элементу Ва батареи, при самодиагностике АЦ-порта. Схема 26 самодиагностики АЦ-порта включает в себя резистор R3 деления напряжения и переключатель 33 делителя напряжения.

Один конец резистора R3 деления напряжения соединен с АЦ-портом 45, а другой его конец соединен с одним концом переключателя 33 делителя напряжения. Другой конец переключателя 33 делителя напряжения соединен с заземляющей шиной (заземлен). Соответственно, когда контакты переключателя 33 делителя напряжения разомкнуты, другой конец резистора R3 деления напряжения электрически разомкнут. Напряжение элемента Ва батареи, вводимое в АЦ-порт 45 в качестве сигнала напряжения батареи, является напряжением, разделенным резисторами R1, R2 внутри схемы 24 детектирования напряжений элементов. С другой стороны, когда переключатель 33 делителя напряжения подключен, другой конец резистора R3 деления напряжения заземлен. Поэтому напряжение элемента Ва батареи, вводимое в АЦ-порт 45 в качестве сигнала напряжения батареи, является напряжением, разделенным резисторами R1, R2 внутри схемы 24 детектирования напряжений элементов и делящим напряжение резистором R3.

Управление замыканием-размыканием переключателя 33 делителя напряжения осуществляется по команде самодиагностики, выводимой из главного контроллера 41 микрокомпьютера 25 через порт 48 вывода команды самодиагностики. В частности, главный контроллер 41 выдает команду останова, чтобы разомкнуть переключатель 33, в качестве команды самодиагностики в течение времени нормальной работы, когда самодиагностика АЦ-порта не проводится. При осуществлении самодиагностики АЦ-порта, главный контроллер 41 выдает команду выполнения, чтобы замкнуть переключатель 33 делителя напряжения, в качестве команды самодиагностики.

При наличии вышеописанного состава, микрокомпьютер 25 проводит самодиагностику АЦ-порта следующим образом. Сначала микрокомпьютер 25 выводит сигнал останова из порта 48 вывода команды самодиагностики, чтобы разомкнуть переключатель 33 делителя напряжения. Напряжение Vраз.ац момента размыкания, которое является сигналом напряжения батареи, вводимым в АЦ-порт 45 в нужный момент, подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42 для получения, таким образом, данных Dраз размыкания, которые являются данными напряжения батареи, соответствующими текущему напряжению Vраз.ац момента размыкания. В предположении, что напряжение элемента Ва батареи составляет Vb, напряжение Vраз.ац момента размыкания выражается следующей формулой (1):

Vраз.ац = R2·Vb/(R1 + R2) … (1)

При получении данных Dраз размыкания, которые являются результатом АЦ-преобразования напряжения Vраз.ац момента размыкания, микрокомпьютер 25 затем выводит команду выполнения из порта 48 вывода команды самодиагностики, чтобы замкнуть контакты переключателя 33 делителя напряжения. Напряжение Vзам.ац момента замыкания, которое является сигналом напряжения батареи, вводимым в АЦ-порт 45, когда контакты переключателя 33 делителя напряжения замкнуты, подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42 для получения данных Dзам замыкания. Напряжение Vзам.ац момента замыкания выражается следующей формулой (2):

Vзам.ац = {R2·R3/(R1·R2 + R2·R3 + R3·R1)}·Vb … (2)

Исключая Vb из вышеуказанных формул (1) и (2), можно выразить соотношение между напряжением Vраз.ац момента размыкания и напряжением Vзам.ац момента замыкания следующей формулой (3):

Vзам.ац = {R3/(R1 + R2)/(R1·R2 + R2·R3 + R3·R1)} Vраз.ац …(3)

Вышеуказанная формула (3) определяется соответствующими резисторами R1, R2 и резистором R3 деления напряжения для деления выдаваемого АЦ-портом 45 напряжения элемента Ва батареи.

Соответственно, если цифровые данные для сигнала напряжения батареи, вводимого в АЦ-порт 45, оказываются в нормальном состоянии АЦ-преобразования и могут быть правильно получены посредством АЦП 42, то вышеуказанная формула (3) зависимости между напряжением Vраз.ац момента размыкания и напряжением Vзам.ац момента замыкания может быть удовлетворена. Вследствие этого, может быть удовлетворена вышеуказанная формула (3) зависимости между напряжением Vраз.ац момента размыкания и напряжением Vзам.ац момента замыкания (или соответствующее ей соотношение). С другой стороны, как показано на фиг.3, когда к АЦ-порту 45 прилипает грязь и т.п., вышеуказанная формула (3) не удовлетворяется, поскольку получается состояние, эквивалентное состоянию, в котором между АЦ-портом 45 и «землей» прикладывается сопротивление.

Затем микрокомпьютер 25 определяет, удовлетворяется ли формула (3), на основании результатов АЦ-преобразования посредством АЦП 42. Если вышеуказанная формула (3) удовлетворяется, то определяют, что АЦП 42 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования. Если нет, то определяют, что возникло состояние АЦ-аномалии. Если определено, что возникло состояние АЦ-аномалии, то из порта 49 вывода сигнала разрешения или останова в схему 27 защиты выдается сигнал останова, чтобы прервать тракт, проходящий от положительной клеммы 28 стороны батареи к положительной клемме батарейной сборки 23.

Схема 27 защиты включает в себя переключатель 30 прерывания, предусмотренный в тракте подачи зарядной энергии, проходящем от положительной клеммы 28 стороны батареи к положительной клемме собранной батареи 23. Микрокомпьютер 25 обычно выдает сигнал разрешения в схему 27 защиты, чтобы замкнуть переключатель 30 прерывания, тем самым, делая тракт подачи зарядной энергии проводящим, а значит и разрешая зарядку собранной батареи 23 или вывод энергии из собранной батареи 23 вовне.

Микрокомпьютер 25 отслеживает состояние каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, получая напряжение (сигнал напряжения батареи) каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи через посредство АЦП 42, как отмечалось ранее. В случае, когда в любом из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи обнаруживается состояние аномалии, такое как состояние избыточной зарядки или повышенной разрядки, в схему 27 защиты выводится сигнал останова, чтобы разомкнуть переключатель 30 прерывания, тем самым прерывая тракт подачи зарядной энергии для защиты элементов Ba, Bb, …, Bn батареи.

Более того, в данном варианте осуществления, в случае, когда посредством самодиагностики АЦ-порта обнаруживается состояние АЦ-аномалии в дополнение к состоянию избыточной зарядки или повышенной разрядки, микрокомпьютер 25 выводит сигнал запрета, чтобы разомкнуть переключатель 30 прерывания, тем самым прерывая тракт подачи зарядной энергии.

Переключателю 30 прерывания, входящему в состав схемы 27 защиты, и переключателю 33 делителя напряжения, входящему в состав схемы 26 самодиагностики АЦ-порта, можно придать требуемые конкретные конфигурации в той мере, в какой они позволят достичь выполнения функции каждого переключателя. В данном варианте осуществления, конфигурация обоих переключателей 30 и 33 реализуется посредством полевого транзистора со структурой «металл-оксид-полупроводник» (полевого МОП-транзистора).

Как отмечалось выше, в данном варианте осуществления микрокомпьютер 25 проводит самодиагностику АЦ-порта и определяет, находится ли АЦ-порт в нормальном состоянии или состоянии аномалии в зависимости от того, удовлетворяется ли вышеуказанная формула (3). Чтобы в микрокомпьютере 25 можно было легко определить, удовлетворяется ли вышеуказанная формула (3), можно сделать резистор R3 деления напряжения удовлетворяющим следующей формуле (4):

R3 = R1·R2/(R1 + R2) … (4)

Если резистор R3 деления напряжения выбран удовлетворяющим формуле (4), формулу (3) можно выразить в виде нижеследующей формулы (5):

Vраз.ац = 2·Vзам.ац … (5)

Иными словами, определение микрокомпьютером 25 того, удовлетворяется ли формула (3), в данном варианте осуществления на самом деле проводится путем определения того, удовлетворяется ли формула (5). Соответственно, микрокомпьютер 25 может легко проводить вышеуказанный процесс определения.

Далее будет приведено пояснение функции самодиагностики АЦП, выполняемой за счет использования опорного напряжения Vоп, генерируемого трехклеммным регулятором 55. В портативном батарейном источнике 20 питания согласно данному варианту осуществления, напряжение управляемого источника Vум энергии, подаваемое в микрокомпьютер 25, подается также в АЦП 42 внутри портативного батарейного источника 20 питания. АЦП 42 осуществляет АЦ-преобразование на основании напряжения управляемого источника Vум энергии. Следовательно, когда напряжение управляемого источника Vум энергии уменьшается от 5 В в моменты нормальной работы, рабочее напряжение АЦП 42 тоже уменьшается. В зависимости от степени этого уменьшения, АЦ-преобразование посредством АЦП 42 может не осуществляться нормально (можно не получить нормальные цифровые данные), хотя микрокомпьютер 25 может при этом по-прежнему работать.

Микрокомпьютер 25 согласно данному варианту осуществления использует постоянное опорное напряжение Vоп, которое не зависит от флуктуации напряжения управляемого источника Vум, которое генерируется трехклеммным регулятором 55 для диагностики того, находится ли АЦП 42 в нормальном состоянии АЦ-преобразования, в котором из АЦП 42 можно получить правильные цифровые данные, или возникло состояние АЦ-аномалии, в котором нельзя получить правильные цифровые данные. Метод диагностики будет подробно описан ниже со ссылками на фиг.4.

Со ссылкой на фиг.4 приведено подробное описание процесса управления зарядкой портативного батарейного источника питания, осуществляемого микрокомпьютером 25 внутри портативного батарейного источника 20 питания, имеющего состав согласно данному варианту осуществления. Следует отметить, что программа процесса управления зарядкой портативного батарейного источника питания хранится в ПЗУ 37 микрокомпьютера 25 внутри портативного батарейного источника 20 питания. Когда удовлетворяется заранее определенное условие для зарядки собранной батареи 23, ЦП 36 считывает программу процесса управления зарядкой портативного батарейного источника питания из ПЗУ 37, чтобы начать зарядку батарейной сборки 23 в соответствии с этой программой.

Когда процесс начинается, микрокомпьютер 25 сначала осуществляет исходную обработку (S110) различных данных (инициализацию данных, и т.д.), чтобы начать зарядку. Микрокомпьютер 25 проверяет (S120) установку флага зарядки, в ЭСППЗУ 39, чтобы определить, какой из флага разрешения зарядки и флага запрета зарядки установлен (S130).

Если установлен флаг запрета зарядки, то уже возникла или обнаружена некоторая аномалия (например, состояние избыточной зарядки, повышенной разрядки или состояние АЦ-аномалии). Поэтому флаг запрета зарядки устанавливают снова (S230) и осуществляют процесс запрета зарядки (S240). В процессе запрета зарядки, в частности, осуществляют вывод сигнала останова из порта 49 вывода сигнала разрешения или останова, чтобы тем самым разомкнуть переключатель 30 внутри схемы 27 защиты и прервать тракт подачи зарядной энергии.

С другой стороны, если установлен флаг разрешения зарядки, начинается зарядка собранной батареи 23. Однако зарядка начинается не сразу, а перед зарядкой осуществляются самодиагностика АЦП и самодиагностика АЦ-порта.

В частности, опорное напряжение Vоп, вводимое из трехклеммого регулятора 55 в порт 50 ввода опорного напряжения, сначала подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42. Тем самым, измеряют фактические данные Dоп опорного напряжения (S140).

Правильные цифровые данные для опорного напряжения Vоп, составляющего 2 В, заранее сохранены как опорные данные Dпам в ЭСППЗУ 39 микрокомпьютера 25. В частности, в данном варианте осуществления, когда АЦП 42 находится в нормальном состоянии (напряжение управляемого источника Vум энергии является нормальным, то есть, составляет 5 В), иными словами, когда портативный батарейный источник 20 питания изготавливается, опорное напряжение Vоп из трехклеммного регулятора 55, фактически подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42. Результат этого АЦ-преобразования сохраняется в ЭСППЗУ 39 как опорные данные Dпам в ЭСППЗУ 39. Сохранение опорных данных Dпам в ЭСППЗУ 39 как таковое является лишь примером. Опорные данные (логическое значение при конструировании) для опорного напряжения Vоп можно сохранять заранее, например, в ПЗУ 37.

Как отмечалось выше, правильные опорные данные Dпам для опорного напряжения Vоп, составляющего 2 В, заранее сохранены в ЭСППЗУ 39. Таким образом, после того, как опорное напряжение Vоп фактически подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42 для получения фактических данных Dоп опорного напряжения на этапе S140, определяют, согласуются ли фактические данные Dоп опорного напряжения с опорными данными Dпам в ЭСППЗУ 39, чтобы определить находится ли АЦП 42 в нормальном состоянии АЦ-преобразования или аномальном состоянии АЦ-преобразования (S150).

Если фактические данные Dоп опорного напряжения не согласуются с опорными данными Dпам, то определяют, что возникло состояние АЦ-аномалии («Нет» на этапе S150), и останавливают процесс зарядки посредством этапов S230 и S240. С другой стороны, если фактические данные Dоп опорного напряжения согласуются с опорными данными Dпам в ЭСППЗУ 39 и определено, что АЦП 42 находится в нормальном состоянии («Да» на этапе S150), то проводят процесс самодиагностики АЦ-порта.

В частности, сначала из порта 48 вывода команды самодиагностики выдается команда останова в схему 26 самодиагностики АЦ-порта, чтобы разомкнуть переключатель 33 делителя напряжений (S160). Затем измеряют (S170) сигнал напряжения батареи (напряжение Vраз.ац момента размыкания) элемента Ва батареи, своевременно вводимый в АЦ-порт 45 в нужный момент. Иными словами, напряжение Vраз.ац момента размыкания подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42, чтобы получить данные Dраз момента размыкания. После этого, из порта 48 вывода команды самодиагностики в схему 26 самодиагностики АЦ-порта выводится команда выполнения, чтобы замкнуть переключатель 33 делителя напряжения (S180). Затем измеряют (S190) сигнал напряжения батареи (напряжение Vзам.ац момента замыкания) элемента Ва батареи, своевременно вводимый в АЦ-порт 45 в нужный момент. Иными словами, напряжение Vзам.ац момента замыкания подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42, чтобы получить данные Dзам момента замыкания.

На основании полученных данных Dраз момента размыкания и данных Dзам момента замыкания определяют, удовлетворяют ли напряжение Vраз.ац момента размыкания и напряжение Vзам.ац момента замыкания вышеуказанной формуле (3). Тем самым определяют, нормален ли АЦ-порт 45, т.е. находится ли АЦ-порт 45 в нормальном состоянии АЦ-преобразования, или наступило состояние АЦ-аномалии (S200). Символ α на этапе S200, указанный на фиг.4, является коэффициентом напряжения Vраз.ац в правой стороне формулы (3). В данном варианте осуществления, на практике α = 1/2 (см. формулу (5)).

Когда вышеуказанная формула (3) удовлетворяется и определено, что АЦ-порт 45 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования, в ЭСППЗУ 39 устанавливают флаг разрешения зарядки (S210). Начинается процесс зарядки (S220). В частности, снова выдается сигнал останова, чтобы разомкнуть переключатель 33 делителя напряжений. Затем начинается зарядка собранной батареи 23.

С другой стороны, если вышеуказанная формула (3) не удовлетворяется и определено, что АЦ-порт 45 находится в состоянии АЦ-аномалии, в ЭСППЗУ 39 устанавливают флаг запрета зарядки (S230). Выполняется процесс запрета зарядки. В частности, контакты переключателя 30 прерывания внутри схемы 27 защиты размыкаются, прерывая тракт подачи зарядной энергии (S240).

При осуществлении процесса управления зарядкой портативного батарейного источника питания, показанного на фиг.4, сначала осуществляется процесс самодиагностики АЦП (этапы S140-S150) как самодиагностика перед началом зарядки. Затем осуществляется процесс самодиагностики АЦ-порта (этапы S160-S200). Этот порядок можно изменить на обратный. При осуществлении процесса, показанного на фиг.4, если в любом из процессов самодиагностики определено, что состояние АЦ-аномалии возникло, процесс переходит к этапам S230 и S240, чтобы запретить зарядку. Вместе с тем в случае, когда результаты обоих процессов самодиагностики показывают, что состояние АЦ-аномалии возникло, процесс может перейти к этапу S230 и последующим этапам, чтобы запретить зарядку.

На этапе S150 определения, когда данные Dоп полностью согласуются с данными Dпам, может быть определено, что АЦП 42 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования. Вместе с тем, можно в некоторой степени обеспечить допустимый диапазон с учетом разрешения АЦП 42, погрешности опорного напряжения Vоп, генерируемого трехклеммным регулятором 55, и т.п. Иными словами, даже если данные Dоп не полностью согласуются с данными Dпам, можно определить, что АЦП 42 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования, если разность находится в пределах заранее определенного допустимого диапазона.

Как описано выше, в портативном батарейном источнике 20 питания согласно данному варианту осуществления предусмотрен трехклеммный регулятор 55 для самодиагностики. Кроме того, опорные данные Dпам, которые являются правильными цифровыми данными, соответствующими опорному напряжению Vоп, генерируемому в трехклеммном регуляторе 55, заранее сохранены в ЭСППЗУ 39. Фактические данные Dоп опорного напряжения, получаемые путем фактического АЦ-преобразования опорного напряжения Vоп посредством АЦП 42, сравниваются с опорными данными Dпам в ЭСППЗУ 39. Если Vоп согласуется с Dпам, то определяют, что АЦП 42 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования. Если нет, то определяют, что возникло состояние АЦ-аномалии.

В портативном батарейном источнике 20 питания согласно данному варианту осуществления, схема 26 самодиагностики АЦ-порта, включающая в себя резистор R3 деления напряжения и переключатель 33 делителя напряжения, предусмотрена в тракте, проходящем от элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал в батарейной сборке 23, к АЦ-порту 45 микрокомпьютера 25 через схему 24 детектирования напряжения элементов. Микрокомпьютер 25 осуществляет самодиагностику АЦ-порта применительно к АЦ-порту 45. При осуществлении самодиагностики АЦ-порта, сначала АЦП 42 измеряет напряжение Vраз.ац момента размыкания, указывающее напряжение элемента Ва батареи в моменты нормальной работы, когда переключатель 33 делителя напряжения размокнут. После этого, АЦП 42 измеряет напряжение Vзам.ац момента замыкания, указывающее напряжение элемента Ва батареи в моменты нормальной работы, когда переключатель 33 делителя напряжения замкнут. Затем определяют, удовлетворяют ли измеренные напряжения Vраз.ац и Vзам.ац вышеуказанной формуле (3) (на практике - формуле (5)), на основании соответствующих данных Dраз и Dзам, подвергнутых АЦ-преобразованию.

В соответствии с портативным батарейным источником 20 питания, самодиагностику АЦП осуществляют на основании результата сравнения между опорными данными Dпам, которые являются правильными цифровыми данными, соответствующими опорному напряжению Vоп, и фактическими данными Dоп опорного напряжения, которые являются результатом фактического АЦ-преобразования. Поэтому не обязательно предусматривать защитную ИС, отдельную от микрокомпьютера 25, как при реализации обычного метода. В случае состояния АЦ-аномалии, микрокомпьютер 25 сам может с высокой точностью обнаружить это состояние АЦ-аномалии.

В частности, аномалию можно достоверно определить в случае, когда причиной АЦ-аномалии является аномалия в самом АЦП 42. Конкретно, одной из причин того, что АЦП 42 сам становится аномальным, может быть уменьшение прикладываемого к микрокомпьютеру 25 напряжения управляемого источника Vум энергии, как описано выше. Когда напряжение управляемого источника Vум энергии уменьшается, АЦП 42, входящий в состав микрокомпьютера 25, не может осуществлять АЦ-преобразование правильно. С другой стороны, трехклеммный регулятор 55, который генерирует опорное напряжение Vоп, предусмотрен отдельным от источника энергии микрокомпьютера 25. Поэтому аномалию в самом АЦП 42 можно правильно определить за счет использования опорного напряжения Vоп.

В данном варианте осуществления, значение опорного напряжения Vоп, генерируемого трехклеммным регулятором 55, задается равным 2 В, что меньше, чем напряжение сброса, которое составляет 3 В и при котором происходит сброс микрокомпьютера 25. Даже если напряжение управляемого источника Vум энергии уменьшается до 3 В, трехклеммный регулятор 55 может стабильно генерировать опорное напряжение 2 В. Иными словами, до тех пор, пока напряжение управляемого источника Vум энергии микрокомпьютера 25 является нормальным, то есть, не становится равным 3 В или меньшим (до тех пор, пока микрокомпьютер 25 в состоянии работать без сброса), трехклеммный регулятор 55 может стабильно генерировать опорное напряжение 2 В. Поэтому, независимо от колебания напряжения управляемого источника Vум энергии, микрокомпьютер 25 может точно осуществлять самодиагностику АЦП.

В соответствии с портативным батарейным источником 20 питания согласно данному варианту осуществления, при самодиагностике АЦ-порта, микрокомпьютер 25 сам замыкает и размыкает переключатель 33 делителя напряжения внутри схемы 26 самодиагностики АЦ-порта, делая это по команде самодиагностики (команде выполнения и команде останова), чтобы измерить напряжение Vраз.ац момента размыкания (получить данные Dраз момента размыкания) и измерить напряжение Vзам момента замыкания (получить данные Dзам момента замыкания). На основании результатов соответствующих измерений определяют, возникло ли состояние АЦ-аномалии. Следовательно, если АЦП 42 сам нормален, а получить результат нормального АЦ-преобразования не удается из-за прилипания грязи и т.п. к АЦ-порту 45, то такое состояние аномалии можно определить точно.

Более того, предусмотрена схема 27 защиты, включающая в себя переключатель 30 прерывания. Когда в начале зарядки батарейной сборки 23 определено, что возникло состояние АЦ-аномалии, микрокомпьютер 25 размыкает переключатель прерывания, чтобы прервать тракт подачи зарядной энергии.

Соответственно, даже если состояние АЦ-аномалии наступило уже в начале зарядки, появление проблем зарядки (таких, как избыточная зарядка), возникающих из-за состояния АЦ-аномалии, можно предотвратить. Можно обеспечить портативный батарейный источник 20 питания, который весьма надежен в определении состояния АЦ-аномалии.

В качестве конфигурации аппаратных средств, необходимой для осуществления самодиагностики АЦ-порта, в АЦ-порту, подлежащем диагностике (в АЦ-порту 45 в данном варианте осуществления), можно предусмотреть лишь простую схему, включающую в себя резистор R3 деления напряжения и переключатель 33 делителя напряжения. Кроме того, в микрокомпьютере 25 можно предусмотреть порт 48 вывода команды самодиагностики, который выводит команду самодиагностики для замыкания и размыкания переключателя 33 делителя напряжения. На основании результатов АЦ-преобразования, когда переключатель 33 делителя напряжения замыкается и размыкается, можно определить возникло ли состояние АЦ-аномалии. Таким образом, с помощью простой конфигурации можно достичь точного определения.

Второй вариант осуществления

Обращаясь к фиг.5, следует отметить, что портативный батарейный источник 60 питания согласно данному варианту осуществления аналогичен портативному батарейному источнику 20 питания согласно первому варианту осуществления и сконфигурирован таким образом, что собранная батарея 23 выполнена с возможностью зарядки посредством зарядной энергии постоянного тока от зарядного устройства 10. Внешний вид портативного батарейного источника 60 питания аналогичен внешнему виду портативного батарейного источника 20 питания на фиг.1. Портативный батарейный источник 60 питания согласно данному варианту осуществления отличается от портативного батарейного источника 20 питания согласно первому варианту осуществления тем, что между батарейной сборкой 23 и схемой 24 детектирования напряжений предусмотрена не схема 26 самодиагностики АЦ-порта, а схема 70 балансировки элементов. За исключением вышеуказанного отличия, портативный батарейный источник 60 питания согласно данному варианту осуществления в основном имеет такую же конфигурацию, как портативный батарейный источник 20 питания согласно первому варианту осуществления. Поэтому использованы те же обозначения. Ниже будет приведено конкретное описание отличий конфигурации от первого варианта осуществления.

Схема 70 балансировки элементов предназначена для уменьшения внутренней емкости (разрядки электричества) каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, входящих в состав собранной батареи 23. Схема 70 балансировки элементов включает в себя резисторы R5 и переключатели 71, 72, …, 73. Каждый из резисторов R5 соединен с каждым трактом, проходящим от положительной клеммы и отрицательной клеммы каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, к схеме 24 детектирования напряжений элементов. Переключатели 71, 72, …, 73 предусмотрены для каждого элементов Ba, Bb, …, Bn батареи. Каждый из переключателей 71, 72, …, 73 является переключателем для разрядки электричества каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, соответственно соединенным через резистор R5 с положительной клеммой и отрицательной клеммой каждого из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи. Как показано на фиг.5, с каждым из переключателей 71, 72, …, 73 последовательно соединен каждый из резисторов R6.

В частности, резистор R5 соединен с положительной клеммой элемента Ва батареи, имеющей самый низкий потенциал. Другой резистор R5 также соединен еще и с положительной клеммой элемента Ва батареи (т.е. с отрицательной клеммой элемента Bb батареи). Другие концы резисторов R5, соответственно соединенных с положительной или отрицательной клеммой, соединены посредством последовательной схемы, состоящей из резистора R6 и переключателя 71. Соответственно, когда переключатель 71 замкнут, образуется замкнутая цепь от положительной клеммы до отрицательной клеммы элемента Ва батареи через резистор R5, резистор R6, переключатель 71 и другой резистор R5. Тем самым осуществляется электрический разряд. То же самое можно сказать о других элементах Bb, …, Bn батареи. Включая каждый из соответствующих элементов Bb, …, Bn батареи и образуя замкнутую цепь, можно осуществлять разряд электричества соответствующего элемента батареи. В частности, каждому из переключателей 71, 72, …, 73 можно придать конфигурацию, принимающую разные формы. В данном варианте осуществления конфигурация всех переключателей 71, 72, …, 73 реализована посредством полевых МОП-транзисторов.

Ниже приведено описание функции баланса элементов, которую реализует схема 70 баланса элементов. Что касается данного варианта осуществления, то, когда цикл зарядки-разрядки повторяется в батарейной сборке 23, в которой множество элементов ионно-литиевых перезаряжаемых батарей соединены последовательно, все элементы батареи одинаково утрачивают качество, если, например, окружающая температура зарядки-разрядки является одной и той же. Если температура некоторого элемента батареи становится выше, степень разрядки и т.д. элемента батареи увеличивается по сравнению с другими элементами батареи. В результате, оставшаяся емкость батареи в упомянутом элементе батареи становится меньше. Возникает дисбаланс емкости.

Если между элементами батареи возникает такой дисбаланс емкости, то элемент батареи, имеющий меньшую емкость, первым полностью разряжается при повторении зарядки-разрядки. Поэтому если разрядка продолжается, то элемент батареи, имеющий меньшую емкость, оказывается в состоянии повышенной разрядки. Качество этого элемента батареи ухудшается быстрее, чем у других элементов, а заряжаемая емкость становится меньше. Кроме того, при зарядке, элемент батареи, имеющий меньшую емкость, первым полностью заряжается. Как бы то ни было, если зарядка продолжается до тех пор, пока другие элементы батареи не становятся полностью заряженными, элемент батареи, имеющий меньшую емкость, оказывается в состоянии избыточной зарядки. Если такие состояние избыточной зарядки и состояние повышенной разрядки продолжаются, ухудшение качества только элемента батареи, имеющего меньшую емкость, наступает быстрее. Вскоре вся батарейная сборка оказывается непригодной для использования из-за присутствия элемента батареи, качество которого ухудшилось, хотя все остальные элементы батареи являются нормальными. Дисбаланс емкости элемента батареи может не ограничиваться вышеописанным ухудшением качества, а может быть обусловлен индивидуальной изменчивостью самих элементов батареи.

Таким образом, микрокомпьютер 61, который отслеживает каждый из элементов Ba, Bb, …, Bn батареи, замыкает соответствующие переключатели 71, 72, …, 73 (которые являются нормально разомкнутыми) по потребности на основании напряжения каждого из элементов батареи, чтобы сбалансировать емкость и напряжение соответствующих элементов Bb, …, Bn батареи, в результате чего упомянутый элемент батареи не становится избыточно заряженным или повышенно разряженным. Это и есть функция балансировки элементов с использованием схемы 70 балансировки элементов микрокомпьютером 61.

Замыканием-размыканием соответствующих переключателей 71, 72, …, 73, осуществляемым в схеме 70 балансировки элементов управляет управляющий переключателями сигнал, выводимый из порта 63 вывода управляющего переключателями сигнала микрокомпьютера 61. Переключатели 71, 72, …, 73 являются нормально разомкнутыми. Микрокомпьютер 61 отслеживает напряжение каждого из элементов Bb, …, Bn батареи, когда переключатели 71, 72, …, 73 разомкнуты. Во время выполнения функции балансировки элементов или выполнения описываемой ниже самодиагностики АЦ-порта, происходит избирательное замыкание контактов любого из переключателей.

В данном варианте осуществления, схема 70 балансировки элементов используется не только для достижения базовой операции балансировки элементов, но и для самодиагностики АЦ-порта, посредством которой диагностируют, может ли АЦП 42 получить цифровые данные, соответствующие аналоговому сигналу, вводимому в соответствующие АЦ-порты 45, 46, …, 47.

Что касается функции самодиагностики АЦ-порта, то существует способ использования схемы 26 самодиагностики АЦ-порта, уже описанной в первом варианте осуществления. Схема 26 самодиагностики АЦ-порта согласно первому варианту осуществления может быть приемлема также в данном варианте осуществления. Однако в качестве резисторов R5, R6, входящих в состав схемы 70 балансировки элементов, используются резисторы, имеющие малое сопротивление (например, от 10 Ом до 1 кОм), так что при выполнении функции балансировки элементов можно провести разрядку надлежащим образом. В отличие от этого, резисторы R1, R2, входящие в состав схемы 24 детектирования напряжения элементов, имеют значительно большее сопротивление (например, несколько мегаом), чем резисторы R5, R6 схемы 70 балансировки элементов. Следовательно, если между трактом, проходящим от схемы 70 балансировки элементов к схеме 24 детектирования напряжений элементов, и «землей», как показано на фиг.5, прилипает грязь и т.п., состояние АЦ-аномалии, возникающее из-за прилипания грязи и т.п., может не быть обнаружено с высокой точностью.

Таким образом, в данном варианте осуществления, схема 70 балансировки элементов также используется для самодиагностики АЦ-порта, так что состояние АЦ-аномалии, возникающее из-за прилипания грязи и т.п. в положении, показанном на фиг.5, может быть обнаружено с высокой точностью. В частности, кажое из напряжений в моменты, когда замыкают и размыкают каждый из переключателей 71, 72, …, 73, подвергаются АЦ-преобразованию. На основании результата этого АЦ-преобразования осуществляется определение.

Например, когда переключатель 71, соответствующий элементу Ва батареи, имеющему самый низкий потенциал, разомкнут, напряжение элемента Ва батареи (напряжение положительной клеммы) выводится без изменений в схему 24 детектирования напряжения элементов через резистор R5. С другой стороны, когда переключатель 71 замкнут, напряжение элемента Ва батареи делится резисторами R5 и R6 и выводится в схему 24 детектирования напряжения элементов.

Соответственно, в случае, если для простоты описания проигнорировать схему 24 детектирования напряжения, напряжение Vраз.ац момента размыкания, вводимое в АЦ-порт 45, когда переключатель 71 разомкнут, является самим напряжением Vb элемента Ва батареи. В отличие от этого, напряжение Vзам.ац момента замыкания, вводимое в АЦ-порт 45, когда переключатель 71 замкнут, выражается нижеследующей формулой (6):

Vзам.ац = {(R5 + R6)/(2·R5 + R6)}·Vb … (6)

Соответственно, удовлетворяется соотношение между напряжением Vраз.ац момента размыкания и напряжением Vзам.ац момента замыкания, выраженное нижеследующей формулой (7):

Vзам.ац = {(R5 + R6)/(2·R5 + R6)}·Vраз.ац … (7)

Вышеуказанная формула (7) определяется резисторами R5, R6 для деления напряжения элемента Ва батареи, которое вводится в АЦ-порт 45.

Соответственно, если АЦ-порт 45 находится в состоянии АЦ-аномалии, в котором АЦП 42 может правильно получить цифровые данные сигнала напряжения батареи, вводимого в АЦ-порт 45, формула (7) зависимости между напряжением Vраз.ац момента размыкания и напряжением Vзам.ац момента замыкания должна удовлетворяться. Поэтому удовлетворяется и формула (7) зависимости между данными Dраз момента размыкания и данными Dзам момента замыкания (или соотношение, соответствующее формуле (7)). Как показано на фиг.5, если в сигнальный тракт для вывода напряжения элемента Ва батареи в микрокомпьютер 61 прилипает грязь и т.п., то формула (7) не удовлетворяется, поскольку возникло состояние, эквивалентное тому, в котором между сигнальным трактом и «землей» прикладывается сопротивление.

Таким образом, микрокомпьютер 61 определяет, удовлетворяется ли вышеуказанная формула (7), на основании результата АЦ-преобразования посредством АЦП 42. Если формула (7) удовлетворяется, то определяют, что АЦП 42 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования. Если нет, то определяют, что возникло состояние АЦ-аномалии. Если определено, что возникло состояние АЦ-аномалии, то из порта 49 вывода сигнала разрешения или останова в схему 27 защиты выводится сигнал останова, чтобы прервать тракт, проходящий от положительной клеммы 28 батареи к положительной клемме батарейной сборки 23.

В данном варианте осуществления, самодиагностику АЦ-порта можно осуществлять одинаково для АЦ-портов 45, 46, …, 47, соответствующих элементам Bb, …, Bn батареи, отличающимся от элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал. Например, применительно к элементу Ва батареи, имеющему самый низкий потенциал, первым размыкается переключатель 73. Напряжение Vраз.ац момента размыкания, вводимое из дифференциального усилителя 35 в АЦ-порт 47 в нужный момент времени, подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42, чтобы получить данные Dзам момента замыкания. На основании данных Dраз момента размыкания и данных Dзам момента замыкания определяют, удовлетворяется ли формула (7) зависимости между соответствующими напряжениями Vраз.ац и Vзам.ац. Если формула (7) не удовлетворяется, то определяют, что возникло состояние АЦ-аномалии.

Выше изложена основная идея функции самодиагностики АЦ-порта в данном варианте осуществления. На самом деле, резисторы R1, R2 в схеме 24 детектирования напряжения элементов оказывают негативное влияние на самодиагностику АЦ-порта 45, в который вводится напряжение элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал. Однако, даже с учетом резисторов R1, R2, формула для определения с целью использования в результатах самодиагностики в вышеуказанной формуле (7), как поясняется ниже, удовлетворяется в данном варианте осуществления, поскольку удовлетворяется соотношение R5, R6 << R1, R2.

В частности, если резисторы R1, R2 схемы 24 детектирования напряжения элементов учитываются, то напряжение Vраз.ац момента размыкания в момент, когда переключатель 71 разомкнут, можно выразить с помощью нижеследующей формулы (8):

Vраз.ац = {R2/(R1 + R2 + R5)}·Vb … (8)

В данном случае, поскольку R5, R6 << R1, R2, вышеупомянутую формулу (8) можно переписать в виде нижеследующей формулы (9):

Vраз.ац = {R2/(R1 + R2)}·Vb … (9)

Напряжение Vзам.ац момента замыкания в момент, когда переключатель 71 замкнут, также можно выразить с помощью нижеследующей формулы (10), если учитываются резисторы R1, R2:

Vзам.ац={(R5 + R6)/(2·R5 + R6)}·{R2/(R1 + R2 + R5)}·Vb …(10)

В данном случае, поскольку существует соотношение, согласно которому R5, R6 << R1, R2, вышеупомянутую формулу (10) можно переписать в виде нижеследующей формулы (11):

Vзам.ац = {(R5 + R6)/(2·R5 + R6)}·{R2/(R1 + R2)}·Vb … (11)

Соответственно, исходя из вышеуказанных формул (9) и (11) удовлетворяется формула (12) соотношения между напряжением Vраз.ац момента размыкания и напряжением Vзам.ац момента замыкания:

Vзам.ац = {(R5 + R6)/(2·R5 + R6)}·Vраз.ац … (12)

То есть, формула (12) оказывается такой же, как формула (7).

Резисторы R6 в схеме 70 баланса элементов не необходимы для достижения функции балансировки. Однако в данном варианте осуществления, чтобы достичь не только функции балансировки элементов, но и функции самодиагностики АЦ-порта, введены резисторы R6, при этом напряжение батареи делится в заранее определенном отношении деления напряжения, когда каждый переключатель замкнут. Вместе с тем, поскольку напряжение элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал, не вводится в дифференциальный усилитель, резистор R6, соединенный с переключателем 71, оказывается необязательным.

Ниже, со ссылками на фиг.6, будет приведено описание процесса управления зарядкой портативного батарейного источника питания, осуществляемого микрокомпьютером 61 в портативном батарейном источнике 60 питания согласно данному варианту осуществления.

В процессе управления зарядкой портативного батарейного источника питания (фиг.6) этапы S310-S330 являются такими же, как этапы S110-S130 в процессе управления зарядкой портативного батарейного источника питания на фиг.4. Кроме того, процесс самодиагностики АЦП на этапах S340-S350 является таким же, как на этапах S140-S150 на фиг.4. Этапы S410-S440 тоже являются такими же, как этапы S210-S240 на фиг.4. Соответственно, подробные описания указанных этапов не повторяются. Будет приведено подробное описание этапов (S360-S400) в процессе самодиагностики АЦ-порта, которые отличаются от этапов, приведенных на фиг.4.

Как показано на фиг.6, в процессе самодиагностики АЦ-порта, входящем в процесс управления зарядкой портативного батарейного источника питания согласно данному варианту осуществления, сначала происходит вывод сигнала останова в качестве управляющего переключателями сигнала из порта 63 выдачи управляющего переключателями сигнала в схему 70 баланса элементов, чтобы разомкнуть переключатель 71 (S360). В исходном состоянии все переключатели 71, 72, …,73 разомкнуты.

Затем, измеряют (S370) сигнал напряжения батареи (напряжение Vраз.ац момента размыкания) элемента Ва батареи, вводимый в АЦ-порт 45 в момент, когда переключатель 71 разомкнут. В частности, напряжение Vраз.ац момента размыкания подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42, чтобы, таким образом, получить данные Dраз момента размыкания. После этого, из порта 63 выдачи управляющего переключателями сигнала в схему 70 баланса элементов выводится команда выполнения в качестве управляющего переключателями сигнала, чтобы замкнуть переключатель 71 (S380). Затем измеряют (S390) сигнал напряжения батареи (напряжение Vзам.ац момента замыкания) элемента Ва батареи, вводимый в АЦ-порт 45 в нужный момент. В частности, напряжение Vзам.ац момента замыкания подвергается АЦ-преобразованию посредством АЦП 42, чтобы получить данные Dзам момента замыкания.

На основании полученных данных Dраз момента размыкания и данных Dзам момента замыкания определяют, удовлетворяют ли напряжение Vраз.ац момента размыкания и напряжение Vзам.ац момента замыкания вышеуказанной формуле (7), тем самым определяя, нормален ли АЦ-порт 45, т.е. находится ли АЦ-порт 45 в нормальном состоянии АЦ-преобразования, или наступило состояние АЦ-аномалии (S400). Символ β на этапе S400, указанный на фиг.6, является коэффициентом напряжения Vраз.ац в правой стороне формулы (7).

Когда вышеуказанная формула (7) удовлетворительна и определено, что АЦ-порт 45 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования, в ЭСППЗУ 39 устанавливают флаг разрешения зарядки (S410). Начинается процесс зарядки (S420). В частности, после того, как переключатель 71 снова оказывается разомкнутым, начинается зарядка батарейной сборки 23.

С другой стороны, если вышеуказанная формула (7) не удовлетворяется и определено, что АЦ-порт 45 находится в состоянии АЦ-аномалии, в ЭСППЗУ 39 устанавливают флаг запрета зарядки (S430). Выполняется процесс запрета зарядки, то есть, переключатель 30 прерывания внутри схемы 27 защиты размыкается, прерывая тракт подачи зарядной энергии (S440).

Последовательность процесса самодиагностики АЦП (этапы S140-S150), ограниченная пунктирной линией на фиг.6, в действительности выполняется последовательно для каждого из элементов Ва, Bb, …, Bn батареи, входящих в состав батарейной сборки 23. Когда определено, что АЦ-порт 45 находится в нормальном состоянии АЦ-преобразования, процесс переходит к этапу S410 и последующим этапам. Когда определено, что возникло состояние АЦ-аномалии, процесс переходит к S430 и последующим этапам. Зарядка прекращается.

Как описано выше, в соответствии с портативным батарейным источником 60 питания согласно данному варианту осуществления, самодиагностика АЦ-порта осуществляется также с использованием схемы 70 балансировки элементов, изначально предусмотренной для выполнения функции балансировки элементов в портативном батарейном источнике 60 питания. Поэтому можно эффективно проводить самодиагностику АЦ-порта, не используя компонент, необходимый только для самодиагностики АЦ-порта.

Варианты

Хотя выше описаны варианты осуществления данного изобретения, следует понимать, что данное изобретение не должно ограничиваться вышеописанными вариантами осуществления, а может быть воплощено в различных формах в рамках объема притязаний данного изобретения.

Например, управляемый источник Vум энергии используется в качестве источника подводимой энергии трехклеммного регулятора 55 в вышеописанных вариантах осуществления. Это лишь один пример. В той мере, в какой возможно генерирование требуемого опорного напряжения Vоп (в вышеописанных вариантах осуществления - 2 В), это не является конкретным ограничением, накладываемым на источник подводимого напряжения трехклеммного регулятора 55.

Хотя трехклеммный регулятор 55 предусмотрен в качестве источника опорного напряжения, предназначенного для генерирования опорного напряжения в вышеописанных вариантах осуществления, вместо трехклеммного регулятора 55 можно предусмотреть простой источник 85 опорного напряжения, включающий в себя диод D1, аналогично тому, как это сделано, например, в портативном батарейном источнике 80 питания на фиг.7. В портативном батарейном источнике 80 питания на фиг.7, источник 85 опорного напряжения включает в себя диод D1, катод которого заземлен, а анод соединен с управляемым источником Vум энергии через резистор R11. Поэтому ток через диод D1 течет в прямом направлении. Между анодом и катодом диода D1 генерируется напряжение Vпн (= 0,6 В) в прямом направлении. Это напряжение Vпн в прямом направлении используется в качестве опорного напряжения Vоп для самодиагностики АЦП.

Как отмечалось выше, использование напряжения Vпн в прямом направлении диода D1 в качестве опорного напряжения Vоп может упростить конфигурацию источника опорного напряжения и дополнительно упростить портативный батарейный источник 80 питания в целом.

Кроме того, как показано на фиг.7, можно предусмотреть самоуправляемый защитный блок 86, включаемый последовательно со схемой 27 защиты, в тракте подачи зарядной энергии, проходящем от положительной клеммы 28 батареи портативного батарейного источника 80 питания к положительной клемме батарейной сборки 23. Этот самоуправляемый защитный блок 86 имеет обычную конфигурацию, которая включает в себя два плавких предохранителя 87, 87, включенных последовательно, в тракте подачи зарядной энергии, и два нагревательных резистора R21, R21 для расплавления соответствующих плавких предохранителей 87, 87. Микрокомпьютер 81 включает в себя порты 49, 83 выдачи сигнала разрешения или останова, чтобы разомкнуть переключатель 30 прерывания внутри схемы 27 защиты и замкнуть полевой транзистор 88 для срабатывания самоуправляемого защитного блока 86. Вследствие этого, нагревательные резисторы R21, входящие в состав самоуправляемого защитного блока 86, нагреваются. Плавкие предохранители 87 плавятся, прерывая тракт подачи зарядной энергии.

Как отмечалось выше, самоуправляемый защитный блок 86 предусмотрен в дополнение к схеме 27 защиты, и этот самоуправляемый защитный блок 86 приводится в действие, полностью запрещая зарядку или разрядку, когда возникло состояние АЦ-аномалии. Таким образом, можно надежно защитить собранную батарею 23 от состояния аномалии. Поэтому можно придать повышенную надежность портативному батарейному блоку питания.

Хотя схема 26 самодиагностики АЦ-порта в первом варианте осуществления состоит из резистора R3 и переключателя 33 делителя напряжений, вне микрокомпьютера 81 может быть предусмотрен лишь резистор R3, а переключатель 33 делителя напряжений, предназначенный для осуществления деления напряжения посредством резистора R3, может быть предусмотрен внутри микрокомпьютера 81, как показано на фиг.7. В частности, резистору R3 можно придать такую конфигурацию, что один его конец будет соединен с АЦ-портом 45, а другой конец - с портом 93 самодиагностики. Упомянутый другой конец резистора R3 соединен с переключателем 96 делителя напряжения внутри микрокомпьютера 81 через посредство порта 93 самодиагностики. Микрокомпьютер 81 может проводить самодиагностику АЦ-порта совершенно так же, как в первом варианте осуществления, т.е. путем управления замыканием и размыканием переключателя 96 делителя напряжения, находящегося внутри, по командам самодиагностики (команде выполнения и команде останова).

Схема самодиагностики АЦ-порта, включающая в себя резистор R3, может находиться внутри микрокомпьютера 81.

Хотя в первом варианте осуществления процесс самодиагностики АЦ-порта выполняется для АЦ-порта 45, соответствующего элементу Ва батареи, имеющему самый низкий потенциал, процесс самодиагностики АЦ-порта можно выполнять для соответствующих АЦ-портов 46, …, 47, соответствующих другим элементам Bb, …, Bn батареи, как показано, например, на фиг.7.

В частности, как показано на фиг.7, схема деления напряжений, состоящая из резистора R1 и резистора R2, соответственно предусмотрена на выходной стороне каждого из дифференциальных усилителей 34, …, 35 внутри схемы 24 детектирования напряжений элементов, причем это сделано таким же образом, как для элемента Ва батареи, имеющего самый низкий потенциал. Выходная сторона каждой схемы деления напряжения соединена с каждым из соответствующих АЦ-порта 46, …, 47 в микрокомпьютере 81 и с каждым из соответствующих портов 94, …, 95 самодиагностики через посредство делящего напряжение резистора R3. Каждый из портов 94, …, 95 самодиагностики соединен с каждым из переключателей 97, …, 98 делителя напряжений внутри микрокомпьютера 81.

При таком составе, соответствующее управление каждым из переключателей 97, …, 98 делителя напряжений осуществляется так же, как посредством переключателя 96 делителя напряжений, соответствующего элементу Ва батареи, имеющему самый низкий потенциал. Вследствие этого, можно осуществить самодиагностику соответствующих АЦ-портов 45, 46, …, 47, которые соответствуют всем элементам Ba, Bb, …, Bn батареи.

Хотя в вышеописанных вариантах осуществления самодиагностика АЦ-порта и самодиагностика АЦП выполняются пред тем, как начинается зарядка собранной батареи 23, на время осуществления этих процессов самодиагностики конкретное ограничение не накладывается. Например, самодиагностику можно выполнять периодически после начала зарядки (в течение зарядки), или можно проводить периодически независимо от того, началась ли зарядка.

Если самодиагностики выполняются также во время зарядки, микрокомпьютер может обнаружить возникновение состояния АЦ-аномалии во время зарядки и прервать тракт подачи зарядной мощности. Поэтому можно предотвратить наступление избыточной зарядки и т.п.

В вышеуказанных вариантах осуществления тракт подачи зарядной энергии прерывается за счет срабатывания схемы 27 защиты внутри портативного батарейного источника питания в случае состояния АЦ-аномалии. Кроме того, подачу зарядной энергии в портативный батарейный источник питания можно прекратить в зарядном устройстве 10. Например, когда в портативном батарейном источнике питания обнаруживается состояние АЦ-аномалии, сигнал останова, выдаваемый в схему 27 защиты, можно выдавать также в микрокомпьютер 6 и преобразователь 3 внутри зарядного устройства 10, как показано пунктирной стрелкой на фиг.2. В зарядном устройстве 10, когда вводится сигнал останова, микрокомпьютер 6 может выводить управляющий зарядкой сигнал в схему 5 управления зарядной ИС, чтобы прекратить зарядку. Или можно предусмотреть переключатель, который прерывает тракт подачи зарядной мощности, проходящий к положительной клемме 8 зарядного устройства в преобразователе 3, чтобы прерывать тракт подачи зарядной энергии. Таким образом, в случае состояния АЦ-аномалии можно повысить надежность детектирования состояния АЦ-аномалии не только за счет срабатывания схемы 27 защиты внутри портативного батарейного источника питания, но и за счет прекращения вывода зарядной энергии постоянного тока в зарядном устройстве 10.

В вышеизложенных вариантах осуществления описан портативный батарейный источник питания, наделенный функциями самодиагностики двух типов, то есть, функцией самодиагностики АЦП с использованием опорного напряжения Vоп и функцией самодиагностики АЦ-порта с использованием схемы 26 самодиагностики АЦ-порта (в первом варианте осуществления) или схемы 70 баланса элементов (во втором варианте осуществления). В альтернативном варианте, портативный батарейный источник питания можно наделить, например, только функцией самодиагностики АЦП или только функцией самодиагностики АЦ-порта.

В вышеописанных вариантах осуществления, в качестве зарядного устройства для портативного батарейного блока 20 питания использовано зарядное устройство 10, которое преобразует зарядную энергию постоянного тока внешнего источника 2 энергии постоянного тока в зарядную энергию постоянного тока, имеющую заранее определенное напряжение и подлежащую выводу. Такое зарядное устройство 10, которое получает энергию постоянного тока извне, является лишь примером. Конфигурация зарядного устройства 10 может обеспечить получение энергии переменного тока (т.е. от промышленного источника энергии напряжением 100 В) и преобразование этой энергии переменного тока в зарядную энергию постоянного тока, подлежащую выдаче.

В вышеописанных вариантах осуществления, данное изобретение применяется к микрокомпьютеру внутри портативного батарейного источника питания. Применение данного изобретения не ограничивается микрокомпьютером внутри портативного батарейного источника питания. Данное изобретение может быть применено, например, к микрокомпьютеру 6 внутри зарядного устройства 10 или к микрокомпьютеру 101 внутри корпуса 100 инструмента с электроприводом. Данное изобретение можно применить к любому портативному батарейному источнику питания или зарядному устройству, который оснащен микрокомпьютером, включающим в себя АЦП.

Изобретение относится к системам заряда источников питания (аккумуляторов) инструмента с электрическим приводом. Технический результат - повышение качества заряда источников питания. Система, оснащенная микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом, включает в себя микрокомпьютер, генератор опорного напряжения, блок сохранения опорных данных и первый блок определения. Микрокомпьютер включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и, по меньшей мере, один аналого-цифровой порт (АЦ-порт). Генератор опорного напряжения генерирует и вводит в АЦ-порт опорное напряжение, имеющее заранее определенное значение. В блоке сохранения опорных данных заранее сохранены опорные данные, соответствующие опорному напряжению. Первый блок определения сравнивает диагностические данные, полученные путем АЦ-преобразования посредством АЦП опорного напряжения, подводимого к АЦ-порту, с опорными данными, чтобы в случае, когда разность между диагностическими данными и опорными данными выходит за пределы заранее определенного допустимого диапазона, определить, что возникло состояние АЦ-аномалии, в котором невозможно получить от АЦП правильный результат АЦ-преобразования. 5 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Система, оснащенная микрокомпьютером, для инструмента с электрическим приводом, содержащая микрокомпьютер, который включает в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и, по меньшей мере, один аналого-цифровой порт (АЦ-порт), к которому подводится аналоговый сигнал, подвергающийся аналого-цифровому преобразованию (АЦ-преобразованию) посредством АЦП, генератор опорного напряжения, который предусмотрен отдельно от источника энергии микрокомпьютера и предназначен для генерирования и подвода к АЦ-порту опорного напряжения, имеющего заданное значение, блок сохранения опорных данных, в котором заранее сохранены опорные данные, которые являются цифровыми данными, соответствующими опорному напряжению, первый блок определения, который предусмотрен внутри микрокомпьютера и конфигурирован для сравнения диагностических данных, полученных путем АЦ-преобразования опорного напряжения, подводимого к АЦ-порту, посредством АЦП, с опорными данными, сохраненными в блоке сохранения опорных данных, для определения в случае, когда разность между диагностическими данными и опорными данными выходит за пределы заданного допустимого диапазона, возникло ли состояние АЦ-аномалии, в котором невозможно получить из АЦП правильный результат АЦ-преобразования.

2. Система по п.1, в которой генератор опорного напряжения конфигурирован для приема подаваемого на микрокомпьютер заданного напряжения источника энергии и генерирования опорного напряжения ниже указанного заданного напряжения источника энергии.

3. Система по п.2, дополнительно содержащая блок сброса (установки в исходное состояние), конфигурированный для вывода сигнала сброса в микрокомпьютер, когда напряжение источника энергии микрокомпьютера становится меньше или равным заданному нижнему пределу, при этом микрокомпьютер конфигурирован так, что его работа инициализируется, когда вводится сигнал сброса из блока сброса, и генератор опорного напряжения, конфигурированный для генерирования в качестве опорного напряжения напряжения, которое меньше, чем нижний предел, и может быть подвергнуто АЦ-преобразованию посредством АЦП.

4. Система по п.1, в которой генератор опорного напряжения включает в себя диод и сконфигурирован для генерирования в качестве опорного напряжения прямого напряжения диода, генерируемого путем приложения напряжения прямого смещения к диоду посредством энергии, подводимой к генератору опорного напряжения.

5. Система по п.1, дополнительно содержащая делитель напряжения сигнала, предусмотренный в тракте сигнала, проходящем до того места, где аналоговый сигнал, подлежащий АЦ-преобразованию, вводится в АЦП, и конфигурированный для генерирования диагностического аналогового сигнала путем деления напряжения аналогового сигнала при заданном отношении деления напряжения, когда вводится команда выполнения, блок вывода команды, предусмотренный внутри микрокомпьютера, и предназначенный для вывода в делитель напряжения сигнала команды выполнения, предписывающей делителю напряжения сигнала выполнять деление напряжения, или команду останова, удерживающую делитель напряжения сигнала от выполнения деления напряжения, и второй блок определения, предусмотренный внутри микрокомпьютера и предназначенный для получения диагностических данных, предписывая блоку вывода команды вывести команду выполнения для выполнения деления напряжения посредством делителя напряжения сигнала, и предписывая АЦП подвергнуть АЦ-преобразованию диагностический аналоговый сигнал, получаемый путем деления напряжения, для получения сравнительных данных, предписывая блоку вывода команды вывести команду останова, чтобы остановить деление напряжения посредством делителя напряжения сигнала, и предписывая АЦП подвергнуть аналоговый сигнал АЦ-преобразованию, для сравнения полученных диагностических данных и сравнительных данных и определения, что состояние АЦ-аномалии возникло, когда диагностические данные и сравнительные данные не удовлетворяют соотношению, соответствующему отношению деления напряжения в делителе напряжения сигнала.

6. Система по п.5, в которой схема ввода сигнала, включающая в себя, по меньшей мере, один резистор, подключенный последовательно, предусмотрена в тракте сигнала, проходящем до того места, где аналоговый сигнал, подлежащий АЦ-преобразованию, вводится в АЦ-порт, и делитель напряжения сигнала предусмотрен в тракте сигнала, от схемы ввода сигнала к АЦП, и предназначен для генерирования диагностического аналогового сигнала путем деления напряжения подлежащего АЦ-преобразованию аналогового сигнала, вводимого в схему ввода сигнала при указанном отношении деления напряжения, когда вводится команда выполнения.

7. Система по п.6, в которой делитель напряжения сигнала включает в себя резистор деления напряжения, один конец которого электрически соединен с АЦ-портом, и контроллер деления напряжения, который делает другой конец резистора деления напряжения электрически разомкнутым, при вводе команды останова, и электрически соединяет другой конец резистора деления напряжения с областью, имеющей более низкий потенциал, чем упомянутый один конец, когда вводится команда выполнения, чтобы пропускать ток в резистор деления напряжения для деления напряжения.

8. Система по п.7, в которой контроллер деления напряжения содержит переключатель, который конфигурирован для установления/прерывания проводимости между стороной упомянутого другого конца резистора деления напряжения и потенциалом заземления, прерывания проводимости между стороной упомянутого другого конца резистора деления напряжения и потенциалом заземления путем размыкания переключателя, когда вводится команда останова, и заземления другого конца резистора деления напряжения путем замыкания переключателя, когда вводится команда выполнения.

9. Система по п.5, в которой схема разрядки, включающая в себя резистор положительной стороны, резистор отрицательной стороны и блок переключения, соединена, по меньшей мере, с одним из элементов батареи, при этом один конец резистора положительной стороны соединен с положительной клеммой элемента батареи, один конец резистора отрицательной стороны соединен с отрицательной клеммой элемента батареи, блок переключения соединен с другими концами соответствующих резисторов и конфигурирован по команде выполнения из микрокомпьютера устанавливать/прерывать соединение между другими концами резисторов,
микрокомпьютер сконфигурирован, чтобы отслеживать напряжение элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования посредством АЦП напряжения, выводимого со стороны другого конца резистора положительной стороны в АЦ-порт, когда проводимость между другими концами резисторов прерывается блоком переключения,
схема разрядки, функционирующая в качестве делителя напряжения сигнала и сконфигурированная, чтобы размыкать блок переключения для прямого вывода напряжения положительной клеммы элемента батареи в АЦ-порт через резистор положительной стороны, когда вводится команда останова, и чтобы замыкать блок переключения для деления напряжения положительной клеммы элемента батареи при упомянутом отношении деления напряжения посредством соответствующих резисторов, входящих в состав схемы разрядки, и генерировать диагностический аналоговый сигнал, когда вводится команда выполнения.

10. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, содержащий, по меньшей мере, один элемент батареи и систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом по п.1, при этом сигнал напряжения батареи, прямо или косвенно указывающий напряжение, по меньшей мере, одного из элементов батареи для элемента батареи, сконфигурирован для введения в АЦ-порт в качестве аналогового сигнала, подлежащего АЦ-преобразованию, а микрокомпьютер конфигурирован для отслеживания состояния элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования сигнала напряжения батареи посредством АЦП.

11. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, содержащий, по меньшей мере, один элемент батареи и систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом по п.5, при этом сигнал напряжения батареи, прямо или косвенно указывающий напряжение, по меньшей мере, одного из элементов батареи для элемента батареи, сконфигурирован для введения в АЦ-порт в качестве аналогового сигнала, подлежащего АЦ-преобразованию, а микрокомпьютер конфигурирован для отслеживания состояния элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования сигнала напряжения батареи посредством АЦП.

12. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, содержащий, по меньшей мере, один элемент батареи и систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом по п.5, в которой схема разрядки, включающая в себя резистор положительной стороны, резистор отрицательной стороны и блок переключения, соединена, по меньшей мере, с одним из элементов батареи, при этом один конец резистора положительной стороны соединен с положительной клеммой элемента батареи, один конец резистора отрицательной стороны соединен с отрицательной клеммой элемента батареи, блок переключения соединен с другими концами соответствующих резисторов и конфигурирован так, что по команде выполнения из микрокомпьютера устанавливает/прерывает проводимость между другими концами резисторов,
микрокомпьютер сконфигурирован, чтобы отслеживать напряжение элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования, посредством АЦП, напряжения, выводимого со стороны другого конца резистора положительной стороны в АЦ-порт, когда проводимость между другими концами резисторов прерывается блоком переключения,
схема разрядки функционирует в качестве делителя напряжения сигнала и сконфигурирована, чтобы размыкать блок переключения для прямого вывода напряжения от положительной клеммы элемента батареи в АЦ-порт через резистор положительной стороны, когда вводится команда останова, и замыкать блок переключения для разделения напряжения от положительной клеммы элемента батареи в отношении деления напряжения посредством соответствующих резисторов, входящих в состав схемы разрядки, и генерировать диагностический аналоговый сигнал, когда вводится команда выполнения.

13. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом, содержащий, по меньшей мере, один элемент батареи и систему, оснащенную микрокомпьютером для инструмента с электрическим приводом по п.5, в которой схема разрядки, включающая в себя резистор положительной стороны, резистор отрицательной стороны, блок переключения и делящий напряжение резистор, и детектор напряжения соединены, по меньшей мере, с одним из элементов батареи, при этом один конец резистора положительной стороны соединен с положительной клеммой элемента батареи, один конец резистора отрицательной стороны соединен с отрицательной клеммой элемента батареи, блок переключения соединен с другими концами соответствующих резисторов и конфигурирован так, что по команде выполнения от микрокомпьютера устанавливает/прерывает проводимость между другими концами резисторов, а резистор деления напряжения подключен последовательно с блоком переключения между другими концами соответствующих резисторов, микрокомпьютер сконфигурирован, чтобы отслеживать напряжение элемента батареи на основании результата АЦ-преобразования посредством АЦП напряжения, выводимого из детектора напряжения в АЦ-порт, когда проводимость между другими концами резисторов прерывается блоком переключения,
схема разрядки функционирует в качестве делителя напряжения сигнала и сконфигурирована, чтобы размыкать блок переключения с тем, чтобы напряжение элемента батареи непосредственно вводилось в детектор напряжения, когда вводится команда останова, и замыкать блок переключения с тем, чтобы разделить напряжение элемента батареи в указанном отношении деления напряжения посредством соответствующих резисторов, входящих в состав схемы разрядки, таким образом, что выходной сигнал из детектора напряжения, соответствующий разделенному напряжению, генерировался в качестве диагностического аналогового сигнала, когда вводится команда выполнения.

14. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом по п.10, в котором, по меньшей мере, один элемент батареи представляет собой перезаряжаемую батарею.

15. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом по п.14, дополнительно содержащий входную клемму зарядной энергии, через которую подводится зарядная энергия для зарядки перезаряжаемой батареи, и прерыватель, который предусмотрен в тракте подачи зарядной энергии, проходящем от входной клеммы зарядной энергии к перезаряжаемой батарее, и выполнен с возможностью прерывания тракта подачи зарядной энергии по команде прерывания от микрокомпьютера, при этом микрокомпьютер конфигурирован для вывода команды прерывания, предписывая прерывателю внести прерывание в тракт подачи зарядной энергии, когда первый блок определения определяет, что возникло состояние АЦ-аномалии.

16. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом по п.11, в котором, по меньшей мере, один элемент батареи представляет собой перезаряжаемую батарею.

17. Портативный батарейный источник питания для инструмента с электрическим приводом по п.16, дополнительно содержащий входную клемму зарядного напряжения для подвода зарядной энергии, предназначенной для зарядки перезаряжаемой батареи, и прерыватель, который предусмотрен в тракте подачи зарядной энергии, проходящем от входной клеммы зарядной энергии к перезаряжаемой батарее, и выполнен с возможностью прерывания тракта подачи зарядной энергии по команде прерывания от микрокомпьютера, при этом микрокомпьютер конфигурирован для вывода команды прерывания, предписывая прерывателю внести прерывание в тракт подачи зарядной энергии, когда второй блок определения определяет, что возникло состояние АЦ-аномалии.