專利名稱：電池組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及可再充電電池的保護(hù)方法、保護(hù)電路和保護(hù)器件，涉及適合對附著電 池組的電池提供保護(hù)的電動工具和充電器，和涉及其中包括保護(hù)控制的電池組，每一種保 護(hù)控制都保護(hù)電池組以防各種潛在故障狀況。
背景技術(shù)：
在過去幾年中，在諸如筆記本型個人計算機(jī)之類的低壓便攜式電子設(shè)備中鋰離子 (Li+)電池已經(jīng)開始取代鎳鎘(NiCd)、鎳金屬氫化物(NiMH)、和鉛酸電池。與NiCd和NiMH 電池相比，鋰離子電池更輕，但具有更大的單位體積容量。由于這個原因，鋰離子電池通常 適用于最好輕便和要求耐受長時間連續(xù)使用的低壓設(shè)備。但是，在過放電狀態(tài)下，鋰離子電 池迅速變壞，因此，鋰離子電池需要過放電保護(hù)。用在便攜式電子設(shè)備中的電池組通常含有串聯(lián)的多個電池。一個電池組中串聯(lián) 電池的最大個數(shù)由電池組的輸出電壓決定。例如，一個NiCd電池或一個NiMH電池的典型 輸出電壓是1. 2V。假設(shè)來自電池組的18V輸出電壓適合大多數(shù)通用電子設(shè)備，電池組中串 聯(lián)NiCd或NiMH電池的最大多個是15。另一方面，一個鋰離子電池的典型輸出電壓大約是 3. 6V。因此，一個假設(shè)18V的鋰離子電池組中串聯(lián)鋰離子電池的最大個數(shù)是5。與NiCd電池組和NiMH電池組不同，鋰離子電池組可以包括提供保護(hù)以防鋰離子 電池組內(nèi)部和外部的故障狀況的功能。這樣就防止了鋰離子電池組中的電池變壞和縮短電 池組的使用壽命。例如，如果在鋰離子電池組的內(nèi)部或外部出現(xiàn)諸如短路之類的故障狀況， 可以配備熔絲以切斷過放電電流或過充電電流，如果放電電流或充電電流變成大于給定電 流電平的話。當(dāng)前，諸如鋰離子電池組之類的電池組中的保護(hù)電路主要是為要求電壓一般在2 到4V的數(shù)量級上的、諸如筆記本型個人計算機(jī)和蜂窩式電話等的低壓便攜式電子設(shè)備設(shè) 計的。這樣的設(shè)備的特征在于，使用由提供大約4. 2伏/每個電池的最大輸出電壓的電池 (譬如，鋰離子、NiCcUNiMH電池)組成的電池組。對于鋰離子電池，由于鋰是高活性物質(zhì)， 必須小心防止來自電和機(jī)械應(yīng)力造成的損害。這些低壓電池組的傳統(tǒng)保護(hù)電路可以監(jiān)視電池電壓，以防止給定電池過充電或過
5放電，和可以監(jiān)視電流，以防止電流上升得太高。其它保護(hù)電路可以含有在充電或放電期 間，在電池組冷卻下來之前，禁止電流的一個或多個溫度輸入。還有一些保護(hù)電路可以設(shè)計 成幫助維持電池上的電荷平衡，這些電路通常稱為均衡電路。典型的保護(hù)電路可以與電池 組中的一個給定電池或一組電池連接，以避免這些狀況發(fā)生。例如，傳統(tǒng)保護(hù)電路通?？梢?包括可以防止電流沿著每個方向流入的一對MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)或 其它半導(dǎo)體。但是，對于諸如無繩電動工具之類的較高功率電子設(shè)備，需要比上述電壓高得多 的電壓。因此，人們正在為無繩電動工具開發(fā)較高功率的電池組。這樣的“高功率”電池組 可以提供比傳統(tǒng)NiCd和NiMH電池組高的電壓輸出(和比用于PC和蜂窩式電話的傳統(tǒng)鋰離 子電池組高得多的功率)，和重量也減輕許多(與用作傳統(tǒng)無繩電動工具中的電源的傳統(tǒng) NiCd或NiMH電池組相比)。這些電池組的特征在于，該電池組可以呈現(xiàn)比傳統(tǒng)NiCcUNiMH 和/或甚至較低功率鋰離子電池組低得多的阻抗特性。并且，隨著這些電池技術(shù)不斷發(fā)展，引入較低阻抗化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)形式來開發(fā)生 成高得多輸出電壓(例如，18V和更高)的二次電池可能引起另外幾個保護(hù)問題。阻抗較 低的電池組也意味著電池組可以向諸如電動工具之類的附著電子部件供應(yīng)高得多的電流。 隨著流過附著電動工具的電機(jī)的電流增大，去磁磁勢(例如，電機(jī)的電樞匝數(shù)X電流(安 匝))可以顯著地增大到超過電機(jī)的期望或設(shè)計極限。因此，這種不希望有的去磁可能燒壞 電機(jī)。例如，當(dāng)工具處在失速(stall)狀態(tài)下時，較低阻抗電源會損壞工具的電機(jī)。在電 機(jī)失速期間，由于電機(jī)不會產(chǎn)生反向電動勢，只電機(jī)和電池阻抗起限制電流的作用。電池組 阻抗越小，電流就越大。較高的電流流過電機(jī)將增加工具電機(jī)內(nèi)的永久磁鐵去磁的可能性。另外，工具的起動將產(chǎn)生額外起動電流和引起電機(jī)去磁。由于新電池可能被設(shè)計 成比原無繩工具系統(tǒng)工作得更長和更耐用，在現(xiàn)有電動工具中使用低阻抗電源也會造成熱 過載。因此，可能需要不同的保護(hù)控制來適當(dāng)?shù)亟鉀Q出現(xiàn)在高功率電池組中的潛在故障 狀況，這些高功率電池組適合供現(xiàn)有無繩電動工具、和結(jié)合這些較高功率電池組使用制造 的電動工具的加工線使用。具體地說，需要開發(fā)出保護(hù)控制，以處理出現(xiàn)在電池組(譬如， 鋰離子或NiCd電池組)的一個或多個電池中的諸如過充電、過放電、過電流、過高溫度和電 池失衡之類的故障狀況，以便防止對電池組、諸如充電器或工具之類的附屬設(shè)備、或在與充 電器或工具相連的電池組附近的用戶造成內(nèi)部或外部損害。

發(fā)明內(nèi)容
在包括電池組的無繩電動工具系統(tǒng)中，本發(fā)明的示范性實施例旨在針對設(shè)計成在 可操作地附在電動工具或充電器上的電池組中提供保護(hù)以防故障狀況，以便防止對電池組 或附屬工具或充電器造成內(nèi)部或外部損害的保護(hù)方法、保護(hù)結(jié)構(gòu)(arrangement)和/或器 件。這些示范性方法、電路和器件解決了諸如過充電、過放電、過電流、過高溫度等電池組中 的故障狀況問題。根據(jù)本發(fā)明一實施例，提供了一種適合向無繩電動工具供電和包括多個串聯(lián)電池 的電池組，該電池組包括適合根據(jù)在電池組中檢測的故障狀況限制或中斷電池組中的電流
6的保護(hù)結(jié)構(gòu)；以及至少一個保護(hù)電路，用于針對電池組中的潛在過放電故障狀況監(jiān)視電池 組電壓，和適合如果監(jiān)視的電壓達(dá)到給定動態(tài)電壓閾值，自動執(zhí)行切斷電池組中的電流流 動，其中，通過從絕對閾值電平中減去一部分瞬時放電電流改變動態(tài)電壓閾值，以補(bǔ)償電池 組的阻抗和避免因監(jiān)視的電壓暫時下降到閾值以下造成的電流流動的錯誤自動切斷。根據(jù)本發(fā)明另一實施例，提供了一種適合向無繩電動工具供電的電池組，包括兩 個或更多串聯(lián)的電池單元；保護(hù)電路，配置成監(jiān)視電池單元的電壓，并輸出檢測信號；電池 保護(hù)電路，配置成從保護(hù)電路接收檢測信號，并可操作為當(dāng)電壓達(dá)到動態(tài)電壓閾值時中斷 來自電池組的電流流動，其中改變動態(tài)電壓閾值以補(bǔ)償電池組的阻抗。根據(jù)本發(fā)明另一實施例，提供了一種適合向無繩電動工具供電的電池組，包括兩 個或更多串聯(lián)的電池單元；保護(hù)電路，配置成監(jiān)視電池單元的電壓，并輸出檢測信號；電池 保護(hù)電路，配置成從保護(hù)電路接收檢測信號，并可操作為當(dāng)電壓達(dá)到動態(tài)電壓閾值時中斷 來自電池組的電流流動，并與從電池組放電的瞬時電流相關(guān)地調(diào)整動態(tài)閾值。


通過參照附圖給出詳細(xì)描述，可以更完全地了解本發(fā)明的示范性實施例，在附圖 中，用相同的標(biāo)號表示相同的單元，和這些附圖只是表示本發(fā)明的示范性實施例，而不是限 于本發(fā)明的示范性實施例。圖1表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的局部方塊圖；圖2表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的局部方塊圖；圖3A是表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的示范性電池組和示范性電池充電器 之間的部件和連接的方塊圖；圖3B是表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的示范性電池組和示范性電動工具之 間的部件和連接的方塊圖；圖4是按照本發(fā)明一個示范性實施例的表示過充電保護(hù)的電池組和充電器之間 的連接的局部方塊圖；圖5是按照本發(fā)明另一個示范性實施例的表示過充電保護(hù)的電池組和充電器之 間的連接的局部方塊圖；圖6是按照本發(fā)明一個示范性實施例的表示保護(hù)電路實行的過放電保護(hù)的自動 切斷的電壓隨時間變化曲線；圖7是按照本發(fā)明一個示范性實施例的表示過放電保護(hù)的修正閾值的電壓隨時 間變化曲線；圖8A和8B表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的用于過電流保護(hù)的示范性器件；圖9表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的提供過高溫度保護(hù)的器件；圖10表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的熱敏電阻的連接結(jié)構(gòu)；圖11是表示提醒電動工具的操作人員電池組中的即將出現(xiàn)故障狀況的方法的流 程圖；圖12是表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的確定SOC和改變電機(jī)電流開關(guān)頻率 的示范性結(jié)構(gòu)的方塊圖；圖13A是單層電池的等角投影7
圖13B和13C表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的器 件；圖14A和14B表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的 器件；圖15A和15B表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的 器件；圖16A和16B表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的 器件；和圖17-19表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的無繩電動工具系統(tǒng)的示范性無繩 電動工具。示范性實施例詳述現(xiàn)在一般性地參照附圖，說明按照本發(fā)明示范性實施例的原理構(gòu)成的無繩電動工 具的系統(tǒng)。所示該系統(tǒng)的示范性無繩電動工具包括，舉例來說，環(huán)形電鋸10(圖17)、往復(fù) 電鋸20(圖18)和電鉆30(19)。工具10、20和30每一個都可以包括適合由具有給定額定 電壓值的電源供電的傳統(tǒng)DC(直流)電機(jī)(未示出)。在示范性實施例中，工具10、20和 30可以由具有至少18V的額定電壓值的可拆卸式電源驅(qū)動。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來 說，顯而易見，本發(fā)明既不局限于如圖所示的具體工具類型，也不局限于特定電壓。關(guān)于這 一點，本發(fā)明的原理實際上可應(yīng)用于任何類型的無繩電動工具和任何電源電壓?，F(xiàn)在繼續(xù)參照附圖，可拆卸式電源可具體化成電池組40。在所表示的示范性實施 例中，電池組可以是可再充電電池組40。電池組40可以包括串聯(lián)的多個電池、和/或多個 串聯(lián)電池串，其中電池串相互并聯(lián)。為了便于描述本發(fā)明的示范性實施例，電池組40可以 由含有鋰離子電池化學(xué)成分的電池組成。由于示范性實施例旨在針對無繩電動工具環(huán)境， 這需要電壓額定值比使用鋰離子電池技術(shù)的傳統(tǒng)低壓設(shè)備(譬如，膝上型計算機(jī)和蜂窩式 電話)高得多的電源，所以電池組40的額定電壓值可以是至少18V。但是，就電池組40的各個電池、電極和電解液的化學(xué)成分構(gòu)成而言，電池組40例 如可以由諸如鋰金屬或鋰聚合物之類的另一種鋰基化學(xué)成分、或諸如鎳鎘(NiCd)、鎳金屬 氫化物(NiMH)和鉛酸之類的其它化學(xué)成分的電池組成。圖1表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的局部方塊圖。圖1表示一部 分電池電路和具體表示像圖17-19中的電池組40那樣的電池組的每個電池105的各自保 護(hù)器件102。在圖1中，每個保護(hù)電路102適合執(zhí)行限流功能。在一個例子中，可以將保護(hù) 電路102具體化成熱敏電阻器件，其中，熱敏電阻器件是電池的一部分或包含在電池內(nèi)。熱敏電阻是用于描述其主要特性是它們的電阻隨它們的溫度改變而改變的一類 電子部件，即，‘熱敏電阻’的術(shù)語。熱敏電阻可以進(jìn)一步分類成‘正溫度系數(shù)’器件(PTC器 件)或‘負(fù)溫度系數(shù)’器件(NTC器件)。PTC器件是其電阻值隨它們的溫度升高而增大的 器件。NTC器件是其電阻值隨它們的溫度升高而減小的器件。NTC熱敏電阻通常由基于過 渡金屬氧化物的陶瓷材料的專有配方制成。在圖1中，可以將保護(hù)器件102具體化成PTC器件，它可以保護(hù)一串電池免受熱過 載。如果某一個電池變熱了，那個電池內(nèi)的PTC器件的電阻就增大，限制電流流過整串電 池。這種保護(hù)電池的方法的缺點在于，它需要許多執(zhí)行限流功能的器件(在本例中，PTC)作
8為保護(hù)器件102。圖2表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的保護(hù)結(jié)構(gòu)的局部方塊圖。使用多個保 護(hù)器件102的可替代方案是每個電池都包括一個專用保護(hù)電路210，其例如檢測像電池組 40那樣的電池組中的一個或多個電池組參數(shù)。這些參數(shù)包括流過電池組的電流、溫度、電 壓和阻抗，但不限于這些。保護(hù)電路210可操作地與相應(yīng)驅(qū)動電路220連接。電平移動電 路220可以與多個AND (“與”)門(如方框230所示)連接，以便將保護(hù)電路210與執(zhí)行限 流或斷流功能的主器件240鏈接。如果某一個保護(hù)電路檢測到一個問題，它可以從高電平 輸出狀態(tài)改變到低電平輸出狀態(tài)。AND門保證了只有所有保護(hù)電路的輸出都處在高電平上 (OK)主器件240才接通。另外，可以設(shè)想，相反邏輯電路可以與正常輸出低電平和代之使用 NOR(“異或”)門的保護(hù)器件一起使用。如圖2所示，主器件240可以具體化成諸如金屬氧 化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)之類的半導(dǎo)體器件。因此，如果電池組含有串聯(lián)的多個 電池105，那么，示范性配置可以設(shè)想成與諸如MOSFET之類，允許/禁止電流流過的主器件 240連接和控制它的一組保護(hù)電路210 (每個電池指定一個)。正如上面所討論的那樣，使用多個專用保護(hù)電路210例如可能需要如圖2所示的 相應(yīng)電平移動電路220，其使來自最高電位電池的電壓變化量降低到正常電平以開關(guān)主半 導(dǎo)體器件240。如果監(jiān)視每個電池是過多的，那么，可以用單個保護(hù)電路210和用于限流或 斷流的單個主器件240監(jiān)視數(shù)組電池或整個電池組。圖3A是表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的示范性電池組和示范性電池充電器 之間的部件和連接的方塊圖。圖3A僅僅是示范性電路配置和作為更清楚地描述按照示范 性實施例的各種保護(hù)方法、電路和器件的背景提供的。參照圖3A，電池組100可以包括串聯(lián)的多個電池105(為了簡單起見，示出了 6 個，電池組100可以包括多于或少于6個的電池，或可以由串聯(lián)串相互并聯(lián)的串聯(lián)電池串組 成)。為了便于描述電池組100的示范性實施例，電池組100可以由含有鋰離子電池化學(xué)成 分的電池組成。由于示范性實施例旨在針對無繩電動工具環(huán)境，這需要電壓額定值比使用 鋰離子電池技術(shù)的傳統(tǒng)設(shè)備高得多的電壓，所以電池組100的額定電壓值可以是至少18V。因此，圖3A中(和圖3B中)的電池組100可應(yīng)用于至少包括無繩電動工具、電池 組和充電器的無繩電動工具系統(tǒng)和/或為該無繩電動工具系統(tǒng)設(shè)計的。電池組100可以理 解為用于高功率電動工具操作的可拆卸式電源。在一個例子中，電池組100可以具有至少 18V的額定電壓值和/或具有至少約385W的最大功率輸出。但是，對于本領(lǐng)域的普通技術(shù) 人員來說，顯而易見，本發(fā)明既沒有必要局限于如圖17-19所示的具體工具類型，也沒有必 要局限于如上所述的特定電壓值和/或功率輸出規(guī)定。就電池組100的各個電池、電極和電解液的化學(xué)成分構(gòu)成而言，電池組100可以進(jìn) 一步例如由諸如鋰金屬或鋰聚合物之類的另一種鋰基化學(xué)成分、或諸如鎳鎘(NiCd)、鎳金 屬氫化物(NiMH)和鉛酸之類的其它化學(xué)成分的電池組成。在圖3A中，示出了七個線端(線端1-7)。但是，由于取決于在電池組100或充電 器150之間經(jīng)過的所需信息，或電池組100或充電器150監(jiān)視的參數(shù)，可以包括更多或更少 的線端，這些示范性實施例不應(yīng)該局限于這種線端配置。電池組100還可以包括當(dāng)插入充電器150中時用于識別電池組100的與輸出端 (線端1)連接的電池組ID 110。電池組ID 110可以包括，例如型號、版本、電池配置和諸
9如鋰離子、NiCd或NiMH之類的電池類型(化學(xué)成分)。電池組ID 110可以具體化成如在 頒發(fā)給Hiratsuka等人的美國專利第5，680，027號中描述的那樣，通過電池組100中的異 步全雙工通信系統(tǒng)從電池組100的輸出端1接收的一個或多個通信代碼。但是，這只是一 個例子，因為電池組ID 110也可以通過ID電阻、顯示電池組的標(biāo)識數(shù)據(jù)的LED顯示器、根 據(jù)約定發(fā)送和由工具/充電器例如通過線端2檢測的串行數(shù)據(jù)、和/或通過空中界面發(fā)送 到工具/充電器的數(shù)據(jù)的幀中的字段等具體化，電池組100可以進(jìn)一步包括一個或多個溫度傳感器120。溫度傳感器120可以具 體化成NTC或PTC熱敏電阻、溫度檢測集成電路、或溫差電耦。溫度傳感器120可以將電池 組100內(nèi)的溫度傳送到電池組100中的智能部件和/或通過線端3傳送到例如相連充電器 150中的智能部件。由于這樣溫度傳感器的功能是眾所周知的，為了簡潔起見，這里省略對 功能操作的詳細(xì)說明。用于充電和放電的電連接被表示成線端1和7。電池電子控制單元125可以負(fù)責(zé)保護(hù)電池105以防由用戶(通過充電器150，附屬 工具，和/或由于用戶干預(yù))在線端上造成的任何故障狀況。電池電子控制單元125可以 用硬件或軟件具體化成數(shù)字微控制器、微處理器、模擬電路、數(shù)字信號處理器，或例如通過 像專用集成電路(ASIC)那樣的一個或多個數(shù)字IC具體化。放電電流和充電電流可以在電池電子控制單元125的控制下，利用半導(dǎo)體器件 130a(放電FET)和130b (充電FET)接通或中斷。電池電子控制單元125可以由如圖所示 的內(nèi)部電源135供電，和半導(dǎo)體器件130a和130b可以通過驅(qū)動電路140鏈接。電池組100可以進(jìn)一步包括檢測電流和將信號提供給電池電子控制單元125的電 流檢測器145。電流檢測器145可以具體化成可以將代表電池組100中的檢測電流的信號 提供給電池電子控制單元125、諸如分流電阻、電流變換器等的當(dāng)前檢測器的公知部件。半 導(dǎo)體器件130a可以包括當(dāng)器件130a斷開和電池組100處在休眠狀態(tài)時起旁通半導(dǎo)體器件 130a作用的下拉電阻147。電池組100還可以包括電壓監(jiān)視電路115。電壓監(jiān)視電路115可以例如通過任何 已知電壓監(jiān)視電路具體化，和可以配置成檢測各個電池電壓和/或檢測電池串105的總電 池組電壓(‘疊加電壓’)，將代表各個電池或疊加電壓的信號提供給電池電子控制單元125。 作為一種變型，和取代配置成檢測各個電池和總疊加電壓兩者的單個電壓監(jiān)視電路115，電 池組100可以包括如圖3A所示的電壓監(jiān)視電路，它例如包含檢測各個電池電壓的多個第 一電壓監(jiān)視電路(如115A概括顯示)和檢測電池110的總疊加電壓的第二電壓監(jiān)視電路 115B?；仡^參照例如圖2，保護(hù)電路210可以至少包括電池電子控制單元125、電流檢測 器145、電壓監(jiān)視電路115和溫度傳感器120，和可選地，可以進(jìn)一步包括電池組ID 110和 諸如電源135之類的內(nèi)部電源。驅(qū)動電路140可以與圖2中的驅(qū)動電路220類似，和半導(dǎo) 體器件103a和130b可以單個或一起代表在保護(hù)電路210的控制下具有限/斷流功能的主 器件240。參照圖3A，在放電期間，電池電子控制單元125可以輸出脈寬調(diào)制(PWM)控制信號 來驅(qū)動驅(qū)動電路140。例如，在電子業(yè)中通常使用形成脈沖的半導(dǎo)體(脈寬調(diào)制器(PWM)) 來產(chǎn)生與占空比成正比的平均電壓。PWM是脈沖寬度隨調(diào)制信號的某種特性而變化的調(diào)制。 可替代地，可以使用脈頻調(diào)制來產(chǎn)生這個平均電壓。在每一種情況中，半導(dǎo)體器件130a和130b (可以分別具體化成放電FET和充電FET)可以在接通和斷開狀態(tài)之間切換，以產(chǎn)生與 切換的占空比成正比的平均電壓。在放電期間，驅(qū)動電路140電平移動電池電子控制單元125的PWM輸出，以驅(qū)動半 導(dǎo)體器件130a的柵極，使半導(dǎo)體器件130a取決于檢測的狀況，在接通和斷開之間循環(huán)。由 于半導(dǎo)體器件130a是反向偏置的，器件130b只有在存在二極管壓降的情況下才讓電流通 過。如果電流是20A和器件130b具有0.6V的正向電壓，功耗只有12W。如果這個功耗合乎 要求，電池電子電路125可以將狀態(tài)信號輸出到驅(qū)動電路140，驅(qū)動電路140命令半導(dǎo)體器 件130b在對半導(dǎo)體器件130a產(chǎn)生PWM作用期間保持在接通狀態(tài)?，F(xiàn)在，器件130b損耗的 功率將是它的通態(tài)乘以電流的平方(I2RJ。今天的MOSFET通常具有IOmΩ的通態(tài)(Ron)， 因此，在20Α上，功耗只有4W。其結(jié)果是放電受到控制和通過半導(dǎo)體器件的損耗更低了。在放電期間，可以應(yīng)用反向邏輯電路。半導(dǎo)體器件130a相對于電流流向是反向偏 置的，盡管在斷開狀態(tài)下是導(dǎo)通的，為了使損耗量最小，器件130a應(yīng)該保持在接通狀態(tài)。半 導(dǎo)體器件130b可以根據(jù)來自電池電子控制單元125經(jīng)過驅(qū)動電路140的信息控制充電電 流。包含驅(qū)動電路140的部件布局在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，為了簡潔起見，這里不再加以描 述。當(dāng)電池組100與充電器150連接時，可以通過線端1和6從電池內(nèi)部電源135對 充電器150中的充電器電子控制單元155供電。這只是一種示范性連接方案，因為可以應(yīng) 用其它向充電器電子控制單元155供電的裝置。充電器150可以擁有它自己的電源或直接 從電池電壓中引出。充電器電子控制單元155也可以用硬件或軟件具體化成數(shù)字微控制 器、微處理器、模擬電路、數(shù)字信號處理器，或例如通過像專用集成電路(ASIC)那樣的一個 或多個數(shù)字IC具體化。電池和充電器數(shù)據(jù)和控制信息可以通過線端4和5上的串行數(shù)據(jù) 路徑交換。充電器電子控制單元155可以用設(shè)置電壓和設(shè)置電流驅(qū)動功率控制器160，通過 線端1和7將所需電壓和電流從電源165傳送到電池組100。圖3B是表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的示范性電池組和示范性電動工具之 間的部件和連接的方塊圖。圖3B僅僅是示范性電路配置和作為更清楚地描述按照示范性 實施例的各種保護(hù)方法、電路和器件的背景提供的。圖3B的電池組和工具配置可應(yīng)用于圖 17-19的任何一個中的示范性無繩電動工具和等效物。在圖3B中，表示‘聰明’電動工具 170，不言而喻，電池組100也適合向‘傻瓜’電動工具，即，沒有諸如微處理器之類的智能器 件或微電子控制部件的電動工具供電。參照圖3B，可以通過線端1和6從內(nèi)部電池電源135向電動工具170供電。工具 170可以包括當(dāng)半導(dǎo)體器件130a (放電FET)斷開時將線端7推到高電平上的機(jī)械開關(guān)175。 如果在電池組100處在休眠狀態(tài)的同時半導(dǎo)體器件130a保持?jǐn)嚅_，由于下拉電阻147，線 端7上的電壓處在低電平上。這個電阻應(yīng)該具有相當(dāng)高的阻值，因為它起旁通半導(dǎo)體器件 130a的作用。在這個下拉電阻147適當(dāng)和半導(dǎo)體器件130a處在斷開狀態(tài)的情況下，線端7 上的電壓保持在低電平上，直到工具170中的開關(guān)175被啟動。其結(jié)果是，電源線端7的電 壓馬上升高，和經(jīng)過電源線端7的信號可以用于將電池組100從休眠操作模式中喚醒。工具 170可以包括工具電子控制單元180。工具電子控制單元180也可以用硬件或軟件具體化成 數(shù)字微控制器、微處理器、模擬電路、數(shù)字信號處理器，或例如通過像專用集成電路(ASIC) 那樣的一個或多個數(shù)字IC具體化。
工具電子控制單元180是可編程的，以便讀取觸發(fā)器181的觸發(fā)器位置和通過線 端4和5上的串行數(shù)據(jù)路徑向電池電子控制單元125報告觸發(fā)器位置。根據(jù)觸發(fā)器位置數(shù) 據(jù)，電池電子控制單元125可以通過半導(dǎo)體器件130a改變PWM占空比，以獲取工具電機(jī)190 的所需電機(jī)速度。在半導(dǎo)體器件130a斷開的同時，工具170中的二極管195可以再循環(huán)殘 余電機(jī)感應(yīng)電流，以防其中出現(xiàn)電壓尖脈沖。正向/反向開關(guān)185通常用于無繩工具，這里 將不再加以描述。傻瓜工具(未示出)可以只含有配置成電位器和與線端1，4或5之一連接、和與 線端6連接的觸發(fā)器181。電池電子控制單元125可以識別串行數(shù)據(jù)通信是否存在和對線 端4或5上的電壓進(jìn)行模擬分析。根據(jù)分析結(jié)果，電池電子控制單元125可以通過驅(qū)動電 路140發(fā)送PWM控制信號，使半導(dǎo)體器件130a按所需占空比開關(guān)，以便產(chǎn)生預(yù)定電機(jī)速度。 作為接通/斷開工具也可以存在更傻瓜的工具。為了進(jìn)行操作，只要求這些工具與線端1 和7連接。過充電保護(hù)存在兩種基本的用于對電池組再充電的電池充電器細(xì)流式充電器和快速充電 器。細(xì)流式充電器要比快速充電器便宜得多；但是，細(xì)流式充電器對電池組再充電大約需要 1/2天?？焖俪潆娖骺梢栽诩s一個小時內(nèi)對電池組再充電。由于充電器或電池組中的一些 故障狀況或系統(tǒng)故障，可能會出現(xiàn)過充電故障狀況。通常，電池組中的保護(hù)電路可以通過監(jiān) 視電池組兩端的電壓檢測過充電故障狀況。在充電期間，電壓會達(dá)到特定閾值。充電器因 此認(rèn)為電池組‘得到完全充電’和終止充電電流。如果充電器因部件故障而被鎖在接通狀 態(tài)上，最好使電池組能夠在電池電子控制單元125的控制下，用諸如充電FET(半導(dǎo)體器件 130b)之類它自己的半導(dǎo)體器件禁止充電電流流過。過充電控制可以利用電池組和充電器之間的充電鎖定接通檢測電路(也稱為‘硬 件看門狗電路’來提供。一般說來，如果充電器被鎖在接通狀態(tài)上和脈沖化數(shù)據(jù)(例如，通 過適當(dāng)串行數(shù)據(jù)路徑從電池組提供給充電器的時鐘脈沖)停止了，那么，硬件看門狗可以 自動斷開電流流動。 傳統(tǒng)硬件看門狗電路通常位于充電器中。這個電路監(jiān)視充電電流和尋找充電電流 中的IOms電流斷開重置脈沖。在典型的充電情形中，充電器中的微處理器(譬如，充電器 電子控制單元155)可以利用無電控制線Iem產(chǎn)生這個重置脈沖。在異常情況下(例如，充 電器微處理器已經(jīng)將電流完全鎖定在接通狀態(tài)上或充電器電源已經(jīng)將電流完全鎖定在接 通狀態(tài)上)，硬件看門狗電路將暫停工作和利用充電FET斷開充電電路。但是，在傳統(tǒng)結(jié)構(gòu) 中，如果充電器中的微處理器繼續(xù)產(chǎn)生重置脈沖，而從來沒有終止快速充電(例如，由于不 適當(dāng)微處理器行為)，仍然可以使電池組過充電。圖4是按照本發(fā)明一個示范性實施例的表示過充電保護(hù)的電池組和充電器之間 的連接的局部方塊圖。在圖4中，為了方便起見，示出了七個線端和六個電池。不言而喻， 在示范性實施例中也可以表示更多或更少的線端和電池。在圖4中，電池組100至少包括電池電子控制單元125、半導(dǎo)體器件130b (譬如， 充電控制FET)和溫度傳感器120。溫度傳感器120可以例如具體化成內(nèi)部NTC熱敏電阻。 充電器150可以至少包括充電器電子控制電路155、充電FET 157和硬件看門狗電路158。電池電子控制單元125可以接收來自內(nèi)部NTC熱敏電阻的電池溫度值和可以通過線端3和/或4上的串行數(shù)據(jù)路徑將這個信息傳送到充電器電子控制電路155。在由于過 充電狀況造成極端電池溫度的情況下，電池電子控制單元125通過驅(qū)動電路140發(fā)送PWM 控制信號或脈沖以斷開半導(dǎo)體器件130b，可以終止充電電流?？商娲兀@個控制信號可以 通過線端3和/或4上的串行數(shù)據(jù)路徑發(fā)送到充電器電子控制電路155，以斷開充電器150 中的的充電FET 157。但是，在電池組100中存在兩點故障-短路半導(dǎo)體器件130b(充電控 制FET)和在電池電子控制單元125或充電器電子控制電路155之一中出現(xiàn)不適當(dāng)單元行 為的情況下，仍然有可能使電池組100過充電。圖4中的帶箭頭虛線示出了含有多個重置輸入端的硬件看門狗電路158 (下文稱 為看門狗158)。除了監(jiān)視充電電流重置脈沖之外，看門狗158還像重置脈沖那樣，監(jiān)視串行 通信時鐘脈沖路徑(通過線端3)。如果這些重置脈沖的某一個沒有出現(xiàn)，看門狗將暫停工 作和斷開充電電流。在電池組100中存在兩點故障-短路充電控制FET(例如，器件130b) 和在電池電子控制單元125或充電器電子控制電路155之一中出現(xiàn)不適當(dāng)單元行為的情況 下，仍然有可能使電池組100過充電。除了監(jiān)視充電電流重置脈沖之外，看門狗158還直接監(jiān)視溫度傳感器120(譬如， NTC熱敏電阻)上的電池組溫度，以檢測過充電狀況。在圖4中，短路電池充電控制FET(半 導(dǎo)體器件130b)和電池電子控制單元125或充電器電子控制電路155中的任何故障都不影 響看門狗158為了檢測和終止過充電狀況而監(jiān)視電池組溫度的能力。除了監(jiān)視充電電流重置脈沖之外，看門狗158還利用電路415A和線端6監(jiān)視各個 電池電壓，以檢測表示過充電狀況的過電壓狀況。在圖4中，短路電池充電控制FET(半導(dǎo) 體器件130b)和電池電子控制單元125或充電器電子控制電路155中的任何故障都不影響 看門狗158為了檢測和終止過充電狀況而監(jiān)視各個電池電壓的能力。除了控制硬件看門狗之外，用于監(jiān)視各個電池電壓的電壓監(jiān)視電路415A還可以 通過驅(qū)動電路140直接控制電池組100中的充電FET 130b，和/或通過AND邏輯電路(151) 和線端6直接控制充電器(157)中的充電FET。這由電壓監(jiān)視電路415A和驅(qū)動電路140之 間的虛線示出。這種控制使電路415A可以停止由各個電池的過電壓引起的過充電狀況。除了監(jiān)視充電電流重置脈沖之外，看門狗158還利用電壓監(jiān)視電路415B和線端7 監(jiān)視電池疊加電壓，以檢測表示過充電狀況的過電壓狀況。在圖4中，短路電池充電控制 FET (半導(dǎo)體器件130b)和電池電子控制單元125或充電器電子控制電路155中的任何故障 都不影響看門狗158為了檢測和終止過充電狀況而監(jiān)視電池疊加電壓的能力。除了控制硬件看門狗之外，用于監(jiān)視電池疊加電壓的電壓監(jiān)視電路415B還可以 通過驅(qū)動電路(140)直接控制電池中的充電FET(130b)(參見可選虛線425)，和/或通過 AND邏輯電路(151)和線端(7)直接控制充電器(157)中的充電FET。這種控制使電壓監(jiān) 視電路415B可以停止由整個電池疊加電壓的過電壓引起的過充電狀況。圖5是按照本發(fā)明另一個示范性實施例的表示過充電保護(hù)的無繩電動工具系統(tǒng) 的電池組和充電器之間的連接的局部方塊圖。為了清楚起見，圖5省略了電壓監(jiān)視電路 415A和41B，不言而喻，與如圖4所示相似，各個電池電壓和總疊加電壓兩者都可以輸入圖 5中的硬件看門狗電路158'中。圖5是圖4與表示帶有多個輸入端的看門狗158'的混合?？撮T狗158'監(jiān)視充電 重置脈沖、時鐘重置脈沖、和NTC信號、電池電壓、和/或電池疊加電壓，以便檢測充電鎖定
13接通狀況。即使在電池組100中存在短路充電控制FET 130b和在電池電子控制單元125或 充電器電子控制電路155之一中出現(xiàn)不適當(dāng)單元行為的情況下，仍然可以切斷充電電流， 和可以減少NTC輸出端與時鐘脈沖線端共享所需的線端數(shù)量。因此，圖4和5中的示范性 硬件看門狗電路通過監(jiān)視電池組100和充電器150兩者的狀況，可以防止電池過充電。即 使在電池組100和充電器150之一(或兩者)中存在兩點故障，譬如，短路電池充電FET和 不適當(dāng)微處理器行為的情況下，過充電保護(hù)仍然保持有效。過充電故障狀態(tài)的確定也可以由其它裝置完成。如果在放電期間電池組中的電流 檢測器(譬如，電流檢測器145)進(jìn)行精確電流測量，那么，電池電子控制單元125可以進(jìn)行 電量測量，將取出的能量放回原處。這種測量可以與電池組100中的保護(hù)電路210進(jìn)行的 電壓測量結(jié)合在一起或不結(jié)合在一起用于檢測過充電故障狀況。過放電保護(hù)當(dāng)放電超過制造商的推薦值時，各種的電池技術(shù)都會受到傷害。按照示范性實施 例，像上面圖3A或3B所示那樣的電池組100可以包括當(dāng)電池電壓下降到低于給定電壓閾 值時阻止電流流過，因此，欠電壓鎖定斷開的電路。電池組中的保護(hù)電路210可以檢測電池 電壓，如果電池電壓下降到低于給定電壓電平，關(guān)斷放電FET (半導(dǎo)體器件130a)。電池105 仍然易被充電，但也不再放電。閾值例如可以是在制造時設(shè)置的絕對閾值，或可以隨給定因 素的數(shù)量而變化的閾值。圖6是按照本發(fā)明一個示范性實施例的表示保護(hù)電路實行的自動切斷的電壓隨 時間變化曲線。為了在無繩電動工具系統(tǒng)的電池組中提供保護(hù)以防過放電故障狀況，如果 電壓達(dá)到給定閾值，圖3A-5中的示范性保護(hù)電路210(像圖2所示那樣)和/或電池電子 控制單元125可以自動切斷電池組100中的電流。對上述電壓閾值的一種改進(jìn)可以是將閾值與一部分放電電流組合在一起，以補(bǔ)償 電池組100的阻抗。使閾值基于絕對電平和減去一部分瞬時電流可以提供欠電壓鎖定斷開 的可替代方法。圖7是按照本發(fā)明一個示范性實施例的表示過放電保護(hù)的修正閾值的電壓隨時 間變化曲線。為了便于描述圖7，圖2的保護(hù)電路210或電池電子控制單元125可以配置成 進(jìn)行如下計算和/或進(jìn)行自動切斷。圖7示出了電池組處在10%充電狀態(tài)的例子。通過 加入一部分放電電流以補(bǔ)償電池組100的阻抗，電池組100仍然在2. 7V的給定放電閾值之上。例如，如果將IOA脈沖負(fù)載施加在電池組100上，電池阻抗使電壓即刻跌到閾值之 下，當(dāng)除去電流脈沖時，返回到它的靜態(tài)值。盡管電池組100還保留10%的充電，保護(hù)電路 將中斷電流流動。但是，如果低壓閾值被如在上段中所述那樣的電流部分補(bǔ)償，閾值在大電 流流出期間將下降，不會出現(xiàn)切斷現(xiàn)象。換句話說，通過減去一部分瞬時放電電流以補(bǔ)償電 池組阻抗，可以改變低壓閾值，從而避免了不必要的自動切斷。一旦電池組的阻抗已知，那么，就可以計算與電流有關(guān)的那一部分低壓閾值?？赡?影響低壓閾值的另外電池因素可能包括電池溫度、電池年齡、和電池電壓的下降速率等。過電流保護(hù)圖8A和8B表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的可以在電池組中用于過電流保護(hù) 的示范性器件。為了簡潔起見，圖8A和8B只表示一部分電池組電路。但是，圖8A和8B中的器件可以是像圖3A-5的任何一個所示那樣的電池組100的一部分?？梢允闺姵?fù)p壞的另 一種機(jī)理是過電流。各種的電子開關(guān)方法都可能存在電子開關(guān)在短路狀況下易出故障的缺 點。當(dāng)發(fā)生這種情況時，操作人員會使附屬工具的電機(jī)過載。對于包括分立阻抗支路的電 池組電路設(shè)計，諸如熔絲或熔線之類的器件可以用于限制經(jīng)過那個電路分支的最大電流。由于熔絲的基本功能是防止短路，所以熔絲一般不設(shè)計成提供過載保護(hù)。然而，雙 元件(兩元件)熔絲或時間延遲熔絲可以提供輔助電機(jī)過載保護(hù)，但由于這些熔絲是不可 更新的，當(dāng)被燒斷時，必須替換掉。因此，這樣的熔絲可以代表二次故障和旨在例如防止進(jìn) 一步的操作。因此，像圖8A所示那樣的簡單熔絲可以設(shè)計成限制電池105的電流，但是，一旦超 過它的額定值，也會造成永久性損害。諸如正溫度系數(shù)(PTC)元件和可重新設(shè)置熔絲之類 的其它器件可以取代圖8A中的熔絲用于過電流保護(hù)。正如上面所討論的那樣，公知PTC器 件或元件作為控制流過要保護(hù)的電路的電流的保護(hù)元件，因為它們的電阻值隨它們在過電 流狀況下放出熱量而增大。例如，PTC熱敏電阻已經(jīng)用作過電流保護(hù)元件。當(dāng)電路變成過 載時，具有PTC特性的PTC熱敏電阻的導(dǎo)電聚合物發(fā)熱和熱膨脹變成大電阻值，從而使電路 的電流減小到安全的相對小的電流電平上。因此，如果像上述那樣的PTC器件與電池串聯(lián)，總電池組阻抗將隨電流增大而增 大。如果需要相當(dāng)?shù)偷淖杩购蜎]有單個商用PTC器件能提供所需低阻抗和/或電流容量， 那么例如如圖8B所示，可以使多個PTC相互并聯(lián)來分擔(dān)電流。如果在電池組中設(shè)想出分立充電和放電路徑或支路，那么，可以將諸如PTC元件 之類的熱熔絲放在每條電流路徑上。這樣做的好處在于，充電路徑使用小電流器件和放電 路徑使用大電流器件。熔絲與線端較接近的附近位置還可以提供將電子設(shè)備的下游分支與非隔離充電 器隔離開的附加好處。如果電池組100充分熔化使電池105和電子線路暴露出來，與線端 接近的熔絲(已經(jīng)燒斷)將使暴露金屬與非隔離充電器輸出端斷開，從而形成電隔離，有可 能保護(hù)附屬充電器(或工具)中的電子部件。因此，將圖8A中的熔絲(或PTC元件)放置 得與線端較接近可以在電池組100中提供附加過電流保護(hù)。一旦達(dá)到過電流閾值就利用電流檢測手段(譬如，圖3A和3B的電流檢測器145) 和半導(dǎo)體器件(譬如，半導(dǎo)體器件130a和130b)來停止電流流動可能是防止電池?fù)p害的合 乎需要方法。例如，電流檢測器145可以適用于檢測電池組電流，根據(jù)超過給定電流極限 或閾值的檢測電流生成控制信號。具有限流或斷流功能的半導(dǎo)體器件(例如，半導(dǎo)體器件 130a和130b)可以直接與電流檢測器145連接。半導(dǎo)體器件可以適用于根據(jù)直接從電流檢 測器145接收的控制信號，而不是通過驅(qū)動器140從電池電子控制單元125接收的控制信 號限制或中斷電流。如果瞬時高電流負(fù)載是可接受的，但穩(wěn)定狀態(tài)高電流是不可接受的，也可以使電 流檢測與求平均算法結(jié)合。適用的電流極限或閾值也可以是可變的，和與電池的溫度成正 比。這種做的好處在于，如果電池已經(jīng)很熱，流出的最大電流就不足以使內(nèi)部電池化學(xué)成分 過熱。過高溫度保護(hù)一些電池也可能受極端溫度(極端高溫或低溫)損害或由于極端溫度具有下降的
15性能(即，下降的電壓和/或電流輸出)。這尤其與含有鋰離子電池化學(xué)成分的電池組有 關(guān)?？梢詫㈦姵販囟乳撝翟O(shè)置在它冷卻到所需或給定溫度以下之前切斷電池組。同樣，可 以將電池溫度閾值設(shè)置在它升高到所需或給定溫度以上之前切斷電池組。這些閾值也可以 基于部分取決于電流、電壓、年齡、和溫度上升或下降速率的設(shè)置極限。正如上面所討論的 那樣，一個或多個溫度傳感器可以用于確定電池組溫度的狀態(tài)。圖9表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的提供過高溫度保護(hù)的器件。電池中的過 高溫度故障狀況可以造成永久性損害。因此，配置成監(jiān)視絕對溫度的保護(hù)電路可用于防止 過高溫度狀況。為了簡潔起見，圖9只表示一部分電池組電路。但是，圖9中的器件可以是 像圖3A-5的任何一個所示那樣的電池組100的一部分。如圖9所示，保護(hù)電路210可以具體化成打開大電流觸點920的熱開關(guān)910。這些 觸點可以位于電路內(nèi)，以便在溫度下降到可接受水平之前，停止電池組100內(nèi)外的任何電 流流動。這些器件通?？梢栽O(shè)置成在預(yù)定溫度上斷開和通常例如可以在咖啡壺中找到。一 旦咖啡壺中的水沸騰，加熱元件溫度就升高到212° F以上。溫度開關(guān)檢測這個溫度和斷開 溫度控制開關(guān)。當(dāng)電池組(或電池)溫度變得太高時，電池組100中的充電和/或放電功 能就被禁止。可替代地，熱控制釋放機(jī)構(gòu)可以將電池組100 ‘彈出’工具170或充電器150，和在 電池組100冷卻之前阻止它重新插入。正如從如下的進(jìn)一步細(xì)節(jié)中看到的那樣，這種器件 與目的在于提供將彈出器件限制在電池組100內(nèi)的鎖定機(jī)構(gòu)的“彈出計時器”相似。提供 保護(hù)以防過高溫度故障狀況的另一種器件是熱敏電阻中的使用。熱敏電阻可以用在電池組 100中，在保持熱敏電阻與電池105完全電隔離的同時監(jiān)視溫度狀況。當(dāng)前，制造商通常可以使熱敏電阻包括在電池組中，監(jiān)視核心電池組的溫度，和在 出現(xiàn)過高溫度狀況的情況下，終止充電。這些熱敏電阻具有其中一端外出與充電器150的 線端連接，和另一端通過與電池組中的負(fù)線端引線約束接地的連接結(jié)構(gòu)。為了使諸如鋰離子電池組之類的高功率電池組適合與現(xiàn)有無繩電動工具、和其制 造使之使用這些高功率電池組的電動工具的加工線結(jié)合使用，上面這種連接結(jié)構(gòu)可能存在 問題，因為這種連接結(jié)構(gòu)在經(jīng)過熱敏電阻的充電路徑上產(chǎn)生電位。如果少量電流經(jīng)過熱敏 電阻，可能在配備在電池組100和充電器150中的保護(hù)控制和電路外部對電池組充電。這 可能導(dǎo)致電池組100的無意過充電，一種潛在危險狀況。圖10表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的熱敏電阻的連接結(jié)構(gòu)。在圖10中，為 了清楚起見，只示出電池組100的負(fù)線端和正線端。為了簡潔起見，圖10只表示一部分電 池電路。但是，圖10中的熱敏電阻可以是像圖3A-5的任何一個所示那樣的電池組100的 一部分。可以將熱敏電阻的兩條引線(Th+和Th-)弓丨到電池組之外的獨立線端2和3上。 這些線端可以與像充電器電子控制單元155的溫度監(jiān)視電路那樣例如充電器150內(nèi)的溫度 監(jiān)視電路交接(為了清楚起見，在圖10中未示出)。這樣就可以在保持熱敏電阻與電池組 100中的充電路徑完全隔離的同時，監(jiān)視電池組100的溫度。這樣做的話，就不存在經(jīng)過熱 敏電阻的充電路徑和不存在通過熱敏電阻使電池組100過充電的電位?？陕?可視警告機(jī)構(gòu)在切斷電池供電之前，最好向由附著電池組供電的無繩工具的操作人員提供某種 警告。與出現(xiàn)故障狀況或正在出現(xiàn)過程中的情形類似，在車主的汽車中，在由于故障狀況使
16引擎遭到破壞(例如，由漏油引起的活塞損壞)之前，可以在給定持續(xù)時間內(nèi)在汽車儀表板 上向車主發(fā)出警告光。欠電壓和溫度限制兩者都可以用于切斷，即，一旦達(dá)到閾值，電池組100就停止輸 出電流。但是，在出現(xiàn)這樣的故障狀況(譬如，達(dá)到欠電壓或過高溫度閾值)之前，電池組 或工具中的警告機(jī)構(gòu)可以警告操作人員，操作人員正在接近可能自動切斷電池組中的電池 供電的電池組中的即將出現(xiàn)操作極限。警告機(jī)構(gòu)可以是聽得見的(借助于喇叭或蜂鳴器) 或例如利用像LED那樣的所需照明方案，可以是看得見的?？梢詫⒖陕牶?或可視警告機(jī)構(gòu)結(jié)合到電池組100或工具170中的現(xiàn)在電路中。 正如上面所討論的那樣，圖3A到5的任何一個中的電池組100、工具170或充電器150可以 由電池組、工具、充電器等中的智能部件控制。像電池電子控制單元125或工具電子控制單 元180那樣的智能部件可以配置成控制對于各種即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況的警告機(jī)構(gòu)。 舉例來說，可以提供分立的可聽或可視警告，以便提醒工具的操作人員電池組100中的過 放電狀況、電池組100中的過電流狀況、電池組100中或附屬工具170的電機(jī)190中的過高 溫度狀況、和/或電池組100中由從電池組100中流出的過量電流引起的欠電壓狀況。正如上面所討論的那樣，達(dá)到即將出現(xiàn)自動電池供電切斷之前的警告機(jī)構(gòu)可以以 許多不同形式具體化。上述諸如喇叭、蜂鳴器、和揚(yáng)聲器聲音之類的可聽警告在一些工作環(huán) 境下是可接受的，但在喧鬧環(huán)境下工具操作人員可能聽不見。諸如特定照明和儀表之類的 可視提示在極其黑暗或相當(dāng)明亮工作區(qū)域中工具操作人員也有可能覺察不到。提醒工具操作人員的可替代警告機(jī)構(gòu)可以用工具電機(jī)的電機(jī)控制具體化。一般說 來，工具或電池組之一中的電子電路可以降低電池組的最大功率輸出能力和造成“折返”狀 況。操作人員可以聽到和感覺到這種工具性能‘變?nèi)酢臓顩r。因此，可以提示操作人員退 避和避免即將出現(xiàn)故障狀況(例如，欠電壓、過高溫度、過低溫度狀況等)。提醒用戶即將出現(xiàn)故障狀況的另外方法可以是改變電機(jī)控制的脈寬調(diào)制(PWM) 以便在電機(jī)的速度中產(chǎn)生“顫動”效果。這種電機(jī)速度的溫和周期性變化是這樣選擇的，它 不會對工具性能造成負(fù)面影響。這種方法將對即將出現(xiàn)故障狀況的可聽或可觸覺反饋提供 給用戶。提醒用戶即將出現(xiàn)故障狀況的第三種方法可以是將PWM頻率降低到可聽頻率范 圍和周期方式地改變音調(diào)。這樣就可以給出引起操作人員注意的有效警告機(jī)構(gòu)。起碼，該 警告機(jī)構(gòu)給予操作人員以警告感覺，使他們能夠完成當(dāng)前工作，但在使電池組停止或再充 電以消除或克服即將出現(xiàn)故障狀況之前不能繼續(xù)轉(zhuǎn)移到另一個工作。上面警告機(jī)構(gòu)的任何一種，無論單獨使用還是與上面警告機(jī)警的另一種或幾種結(jié) 合在一起使用，都有可能提高工具功能和延長工具和/或電池組壽命。下面詳細(xì)描述是針 對根據(jù)電池組中的充電狀態(tài)在電動工具的電機(jī)中提供上述顫動效果的后一種警告機(jī)構(gòu)。PWM充電狀態(tài)(SOC)指示器PWM充電狀態(tài)(SOC)指示器的用途是提醒操作人員可能引起自動電池供電切換， 導(dǎo)致電池組‘失效’的即將出現(xiàn)故障狀況。這可以通過在作為電池組電路的一部分的電機(jī) 控制單元中直接確定SOC信息來實現(xiàn)。根據(jù)SOC信息，電池組中的電機(jī)控制單元可以改變 電機(jī)電流開關(guān)頻率，以便在工具電機(jī)中產(chǎn)生可以被工具操作人員聽見的和/或可以身體感 覺到的‘顫動效果’。
17
圖11是表示提醒電動工具的操作人員電池組中的即將出現(xiàn)故障狀況的方法的流 程圖。參照圖11，電池組中的電機(jī)控制單元(未示出)可以測量各種電池組參數(shù)，以確定給 定時刻電池組中的充電狀態(tài)(SOC)信息(SlllO)。電機(jī)控制單元可以用硬件或軟件具體化 成例如數(shù)字微控制器、微處理器或模擬電路，和/或通過諸如數(shù)字信號處理器或?qū)Ｓ眉?電路(ASIC)之類的數(shù)字IC具體化。根據(jù)SOC信息，電機(jī)控制單元確定對工具電機(jī)產(chǎn)生影 響的所需電機(jī)電流開關(guān)頻率(S1120)，以便產(chǎn)生提醒操作人員的顫動效果(S1130)。有許多評估、跟蹤和確定電池組的SOC的方式。例如，由電機(jī)控制單元測量以確定 SOC信息的電池組參數(shù)可以包括電池組電壓、電量(庫侖)計數(shù)(Ahin-Ahwt)、總電池組100 阻抗等。然后，電機(jī)控制單元根據(jù)SOC信息決定電機(jī)電流開關(guān)頻率。工具170電機(jī)的電機(jī)電流開關(guān)頻率可以以許多提醒用戶的方式操縱。因此，調(diào)整 電機(jī)電流開關(guān)頻率使工具的電機(jī)能夠與工具操作人員通信。開關(guān)頻率可以在可聽頻率范圍 內(nèi)選擇，以便電機(jī)發(fā)出操作人員可觸覺的噪聲。示范性可聽頻率可以例如是工具電機(jī)發(fā)出 的恒定頻率音調(diào)、可變頻率鈴聲音調(diào)、或模仿工具操作人員說話聲音的一系列復(fù)合多頻率 音調(diào)。另外，電機(jī)控制單元可以將脈沖提供給電機(jī)，以便以讓操作人員知道例如電池電量耗 盡，或接近要求引起注意的故障狀況的方式使工具在身體上作來回移動或振動。脈寬調(diào)制電機(jī)以提醒操作人員諸如低SOC狀況之類的即將出現(xiàn)故障狀況的方法 也可以用于傳達(dá)其它故障狀況。例如，可以將電機(jī)電流開關(guān)頻率調(diào)整成根據(jù)與電池組中的 過高溫度狀況、工具電機(jī)中的過高溫度狀況、電池組中的過電流狀況和/或由從電池組中 流出的過量電流引起的欠電壓狀況有關(guān)的檢測信息提醒工具操作人員。電流、溫度和電壓 僅僅是可以對給定故障狀況加以跟蹤的示范性可測量參數(shù)。圖12是表示按照本發(fā)明一個示范性實施例的確定SOC和改變電機(jī)電流開關(guān)頻率 的示范性結(jié)構(gòu)的方塊圖。與圖3B有些相似，圖12示出了電池組100'和工具170'之間的 電路交接關(guān)系，但為了清楚起見，只示出了某些部件。參照圖12，正如上面參照其它幾個附圖所討論的那樣，ICURl和Ql對保護(hù)電路和 電池平衡功能有影響。ICl可以例如代表圖3A和3B中的電池組電子控制單元125。DATA3 和DATA4代表在ICl和IC2之間傳送串行數(shù)據(jù)的串行數(shù)據(jù)路徑；圖12中的IC2可以代表電 機(jī)控制單元。例如，DATA3可以專用于在ICl和IC2之間傳遞數(shù)據(jù)和控制信號，和DATA4用 于發(fā)送時鐘脈沖以便使ICl與IC2同步，或反過來。元件REG是將VCC供應(yīng)給數(shù)字器件IC2和IC3的電壓調(diào)節(jié)器。在圖12中，IC3可 以代表如在例如圖3B中所述那樣的工具電子控制單元180，以及DATAl和DATA2代表在IC3 和IC2之間傳送數(shù)據(jù)和控制信號的串行數(shù)據(jù)路徑。SWl代表將電流從電池組送到電動工具 Ml的工具開關(guān)。電阻R6和電位器R7構(gòu)成工具的可變速度輸入。IC1、IC2和IC3的每一個 可以用硬件或軟件例如具體化成數(shù)字微控制器、微處理器或模擬電路，和/或通過諸如數(shù) 字信號處理器或?qū)Ｓ眉呻娐?ASIC)之類的數(shù)字IC具體化。電機(jī)控制單元IC2驅(qū)動Q5和Q6 (可以具體化成M0SFET)的柵極，以便調(diào)節(jié)電池組 的輸出電壓，從而控制向工具的電機(jī)Ml供電的電機(jī)電流。IC2可以測量多個電池組參數(shù)之 一以確定S0C。例如，IC2可以監(jiān)視節(jié)點m和N2兩端的電池組輸出電壓，或通過監(jiān)視分流 電阻R5上的電流和維持時間蹤跡(通過適當(dāng)內(nèi)部時鐘)進(jìn)行電量計數(shù)。并且，IC2還可以 通過從卸載電池組電壓(電流流出之前記錄的)中減去負(fù)載電池組輸出電壓(當(dāng)電流正在
18流動時)和將結(jié)果除以在R5上所作的電流測量值監(jiān)視電池組阻抗。這些可測量參數(shù)的任 何一個都可以用于SOC測量。然后，IC2可以利用這個SOC信息來確定適當(dāng)開關(guān)頻率，和控 制Q5和Q6達(dá)到那個開關(guān)頻率。冗余度將上述的特征設(shè)計成防止電池組100、充電器150或工具170中控制系統(tǒng)的任何部 分中的過度使用或故障部件對電池的損害。通過加以冗余的輔助形式，電池受到電池?fù)p害 的可能性就更小。例如，在圖12中，充電器150和工具170還可以監(jiān)視電池溫度和經(jīng)過外 部線端或通信線的電流。在充電期間也可以通過充電器150監(jiān)視電池電壓。在放電期間也 可以通過工具檢驗電池電壓。圖13-16 —般性地表示在極端情況下提供過充電保護(hù)的各種器件。在過充電狀況 未能通過上述圖4和5的看門狗電路、其它電流檢測器件、和/或智能器件得到解決的情況 下，電池組100或充電器150之一或多個中的微處理器就會發(fā)生故障(電池組或充電器中 的多點故障)。圖13-16表示電池組100和/或充電器150的潛在輔助保護(hù)。圖13A是單層電池的等角投影圖，其中電池1305(與圖3A_5的任何一個中的電池 105類似)含有與相鄰串聯(lián)電池連接的接頭1303 (也稱為連接器)。圖13B和13C表示按 照本發(fā)明一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的器件。圖13B和13C表示的器件，可以降低含有鋰離子電池化學(xué)成分(或其它電池化學(xué) 成分)的電池的電位，以免由于電池組中的其它保護(hù)電路未參與的嚴(yán)重過充電狀況而發(fā)生 破裂。一般說來，在發(fā)生過充電過程期間，片狀鋰離子電池1305可以呈現(xiàn)出嚴(yán)重的膨脹。如 果過充電繼續(xù)下去，這可能會導(dǎo)致一個或多個電池1305破裂。這種破裂可能會導(dǎo)致著火和 可能會對電池組100、附著電子設(shè)備(充電器150，工具170)和/或電池組100的用戶造成 嚴(yán)重?fù)p害。因此，可以將電池組設(shè)計成利用這種膨脹現(xiàn)象的優(yōu)點。圖13B是電池組在穩(wěn)定狀 態(tài)或正常狀況下的側(cè)視圖，和表示接頭焊接點1306或類似連接點，以便在電池組100的正 負(fù)電源端之間串聯(lián)相鄰電池1305的接頭1303。如圖13C所示，電池組100中一個或多個給 定電池1305的膨脹可能有助于防止嚴(yán)重過充電狀況出現(xiàn)。膨脹電池1305產(chǎn)生對它的接頭 1303的張力，使兩個接頭1303可在接頭焊接點1306處分開。在本例中，在電路中形成開口 1308，因此除去或中斷到電池130和的充電電流。因此，隨著電池1305膨脹，使接頭連接器 1303與相鄰接頭1303在接頭焊接點1306上脫開，破壞電池1305之間的電連接，從而中斷 電池組100中的電流流動。圖14A和14B表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的 器件。圖14A表示電池組100在穩(wěn)定狀態(tài)或正常狀況下的側(cè)視圖，從而表示另一種示范性保 護(hù)結(jié)構(gòu)。在圖14A中，電池1305可以順序排列在電池盒(如盒側(cè)壁1401a和盒側(cè)壁1401b 概括所示)中，電池盒可以例如包括中間盒壁1401c。在串聯(lián)電池1305和中間盒壁1401c 之間可以配備插桿1408，以便通過壁1401b和1401c伸入凹槽1409中。在本例中，插桿可 以通過彈簧1410提供的反作用力來約束，以便在盒側(cè)壁1401b和中間盒壁1401c之間形成 通道1404。引線(這里顯示成正端線或電路印刷線)可以貫穿通道1404。現(xiàn)有參照圖14B，圖14B示出了過充電狀態(tài)下的一個電池1305。隨著電池1305膨 脹，來自電池的膨脹力幫助插桿1408克服來自彈簧1410的反作用彈簧壓力。因此，插桿
191408進(jìn)入凹槽1409中，如在1415概括所示那樣，切斷引線1405，從而中斷到電池組的電池 1405的充電電流。還應(yīng)該注意到，膨脹電池1305還使接頭1303如在1308概括所示那樣脫 開。進(jìn)一步提供了切斷或破壞電池組內(nèi)部的電連接的冗余度。因此，這種保護(hù)特征通過中 斷電流流動防止了電池組100中的一個或多個電池破裂。圖15A和15B表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的 器件。圖15A和15B表示設(shè)計成從充電器彈出電池組的插桿。圖15A與圖14A相似，因此，為了簡潔起見，只討論不同之處。如圖15A所示，在穩(wěn) 定狀態(tài)或正常運(yùn)行下，插桿1408被偏置成反抗彈簧1410的反作用彈簧壓力，以便插桿1408 貼著充電器盒側(cè)壁1501靜置。充電器盒側(cè)壁1501與電池組100的側(cè)壁1040b毗鄰。電池 組的引線1405和充電器引線1505可操作地連接在接觸點1410和1510上?，F(xiàn)在參照圖15B，隨著電池1305膨脹，插桿1408克服引起插桿1408從充電器中自 彈出電池組100的彈簧1410壓力，參見充電器盒側(cè)壁1501和電池組側(cè)壁1401b之間的間 隙1508。這個動作破壞了觸點1410和1510。因此，一旦出現(xiàn)嚴(yán)重過充電狀況，電池組的膨 脹與插桿1408的移位結(jié)合在一起中斷了充電電流，和通過從充電器中彈出電池組防止電 池組破裂。還應(yīng)該注意到，膨脹電池1305還使接頭1303如在1308概括所示那樣脫開。進(jìn) 一步提供了切斷或破壞電池組內(nèi)部的電連接的冗余度。因此，這種保護(hù)特征通過中斷電流 流動防止了電池組100中的一個或多個電池破裂。圖16A和16B表示按照本發(fā)明另一個示范性實施例的提供保護(hù)以防過充電狀況的 器件。圖16A-B在某些方面與圖14A-14B相似，因此，為了簡潔起見，只描述不同之處。在圖16A中，充電器引線或接觸線1505在觸點1405和1505上與電池組引線連 接。與圖14A不同，充電器引線1505與充電器盒側(cè)壁1501的內(nèi)側(cè)表面毗鄰。插桿1408和 彈簧1410如在圖14A中所述那樣?，F(xiàn)在參照圖16B，圖16B示出了過充電狀態(tài)下的一個電 池1305。隨著電池1305膨脹，來自電池的膨脹力幫助插桿1408克服來自彈簧1410的反 作用彈簧壓力。因此，插桿1408行進(jìn)進(jìn)入凹槽1409中，如在1615概括所示那樣，切斷引線 1505，從而中斷到電池組的電池1405的充電電流。還應(yīng)該注意到，膨脹電池1305還使接頭 1303如在1308概括所示那樣裂開。進(jìn)一步提供了切斷或破壞電池組內(nèi)部的電連接的冗余 度。因此，這種保護(hù)特征通過中斷電流流動防止了電池組100中的一個或多個電池破裂。雖然本發(fā)明的示范性實施例如此描述，但顯而易見，可以以許多方式改變它們。這 樣的改變不應(yīng)該被認(rèn)為偏離了本發(fā)明的示范性實施例的精神和范圍，對于本領(lǐng)域的普通技 術(shù)人員來說顯而易見的所有這樣修正都應(yīng)該包括在所述權(quán)利要求書的范圍之中。
權(quán)利要求
一種適合向無繩電動工具供電和包括多個串聯(lián)電池的電池組，該電池組包括適合根據(jù)在電池組中檢測的故障狀況限制或中斷電池組中的電流的保護(hù)結(jié)構(gòu)；以及至少一個保護(hù)電路，用于針對電池組中的潛在過放電故障狀況監(jiān)視電池組電壓，和適合如果監(jiān)視的電壓達(dá)到給定動態(tài)電壓閾值，自動執(zhí)行切斷電池組中的電流流動，其中，通過從絕對閾值電平中減去一部分瞬時放電電流改變動態(tài)電壓閾值，以補(bǔ)償電池組的阻抗和避免因監(jiān)視的電壓暫時下降到閾值以下造成的電流流動的錯誤自動切斷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含至少一個保護(hù)電路，用于檢測給定電池組參數(shù)，以確定一個或多個電池中的故障狀況 和根據(jù)故障狀況的指示生成控制信號；和主器件，含有適合根據(jù)從保護(hù)電路接收的控制信號限制或中斷電流的限流或斷流功能。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含 溫度傳感器，用于檢測電池組溫度以生成第一信號；電流檢測器，用于檢測電池組電流以生成第二信號；和電池控制電路，適合接收所述第一和第二信號以確定電池組中的故障狀況和生成控制信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電池組，其中，電池電子控制單元將控制信號發(fā)送到可操作地與之連接的半導(dǎo)體器件，和 半導(dǎo)體器件具有根據(jù)控制信號限制或中斷電流的限流或斷流功能。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含電流檢測器，用于檢測電池組電流以根據(jù)檢測的過電流故障狀況生成控制信號；和 具有限流或斷流功能和可操作地與電流檢測器連接的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件適合 根據(jù)從電流檢測器接收的控制信號限制或中斷電流。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電池組，其中，如果檢測的電池組電流超過給定閾值，存在過 電流故障狀況。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電池組，其中，電流閾值基于電池的溫度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含電池控制電路，配置成監(jiān)視電池電壓、電池電流和電流溫度，以便生成控制信號；和 可操作地受電池控制電路控制的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件適合根據(jù)控制信號限制或 中斷電流。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含溫度傳感器，用于檢測電池溫度，以便將檢測信號輸出到電池控制電路； 電流檢測器，用于檢測電池電流，以便將檢測信號輸出到電池控制電路；和 電壓監(jiān)視電路，用于檢測電池組的各個電池電壓和總電池組電壓之一，以便將檢測信 號輸出到電池控制電路。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含至少一個通信端，用于將信息傳送到附屬外部部件和從附屬外部部件中檢測信息。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含至少一個保護(hù)電路，用于針對電池組中的潛在過放電故障狀況監(jiān)視電池組電壓，和適合如果監(jiān)視的電壓達(dá)到給定電壓閾值，自動執(zhí)行切斷電池組中的電流流動。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含放置成與電池組內(nèi)的串聯(lián)電池串聯(lián)提供保護(hù)以防過電流故障狀況的單個PTC器件，該 PTC器件適合隨電池組中的電流增大升高其總電池組阻抗值。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含在電池組內(nèi)放置成相互并聯(lián)以形成并聯(lián)PTC串的多個PTC器件，該并聯(lián)PTC串被放置 成與串聯(lián)電池串聯(lián)提供保護(hù)以防過電流故障狀況，該并聯(lián)PTC串適合隨電池組中的電流增 大升高其總電池組阻抗值。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含安排在電池組的電池和線端之間的至少一個熔絲，其中，熔絲的形體位置到線端比到 電池更近，從而在在電池組中出現(xiàn)過電流故障的情況下，將電池組的電池和相關(guān)電子線路 與相連充電器或電動工具隔開。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其中，該電池組是鋰離子電池組。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的電池組，其中，鋰離子電池組具有至少18V的額定電壓值。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含可聽警告機(jī)構(gòu)，配置成提醒電 池組的用戶電池組中的即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，所述結(jié)構(gòu)進(jìn)一步包含可視警告機(jī)構(gòu)，配置成提醒電 池組的用戶電池組中的即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況。
19.一種適合向無繩電動工具供電的電池組，包括 兩個或更多串聯(lián)的電池單元；保護(hù)電路，配置成監(jiān)視電池單元的電壓，并輸出檢測信號；電池保護(hù)電路，配置成從保護(hù)電路接收檢測信號，并可操作為當(dāng)電壓達(dá)到動態(tài)電壓閾 值時中斷來自電池組的電流流動，其中改變動態(tài)電壓閾值以補(bǔ)償電池組的阻抗。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，所述保護(hù)電路還包括 溫度傳感器，用于檢測電池組溫度以生成第一信號；電流檢測器，用于檢測電池組電流以生成第二信號；和電池控制電路，適合接收所述第一和第二信號以確定電池組中的故障狀況和生成控制信號。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的電池組，其中電池控制電路發(fā)送控制信號到可操作地與其連接的半導(dǎo)體器件；并且 半導(dǎo)體器件具有限流或斷流功能，以根據(jù)控制信號限制或中斷電流。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，所述保護(hù)電路還包括電流檢測器，用于檢測電池組電流，以根據(jù)檢測的過電流故障狀況生成控制信號；以及 具有限流或斷流功能和可操作地與電流檢測器連接的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件適合 根據(jù)從電流檢測器接收的控制信號限制或中斷電流。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的電池組，其中如果檢測的電池組電流超過給定閾值，存在 過電流故障狀況。
24.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括至少一個通信端，用于將信息傳送到附屬外部部件和從附屬外部部件中檢測信息。
25.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括安排在電池組的電池單元和線端之間的至少一個熔絲，其中，熔絲的形體位置到線端 比到電池單元更近，從而在電池組中出現(xiàn)過電流故障的情況下，將電池組的電池和相關(guān)電 子線路與相連充電器或電動工具隔開。
26.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中，電池組是鋰離子電池組。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括可聽警告機(jī)構(gòu)，配置成 提醒電池組的用戶電池組中的即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括可視警告機(jī)構(gòu)，配置成 提醒電池組的用戶電池組中的即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況。
29.一種適合向無繩電動工具供電的電池組，包括 兩個或更多串聯(lián)的電池單元；保護(hù)電路，配置成監(jiān)視電池單元的電壓，并輸出檢測信號；電池保護(hù)電路，配置成從保護(hù)電路接收檢測信號，并可操作為當(dāng)電壓達(dá)到動態(tài)電壓閾 值時中斷來自電池組的電流流動，并與從電池組放電的瞬時電流相關(guān)地調(diào)整動態(tài)閾值。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，所述保護(hù)電路還包括 溫度傳感器，用于檢測電池組溫度以生成第一信號；電流檢測器，用于檢測電池組電流以生成第二信號；和電池控制電路，適合接收所述第一和第二信號以確定電池組中的故障狀況和生成控制信號。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的電池組，其中電池控制電路發(fā)送控制信號到可操作地與其連接的半導(dǎo)體器件；并且 半導(dǎo)體器件具有限流或斷流功能，以根據(jù)控制信號限制或中斷電流。
32.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，所述保護(hù)電路還包括電流檢測器，用于檢測電池組電流，以根據(jù)檢測的過電流故障狀況生成控制信號；以及 具有限流或斷流功能和可操作地與電流檢測器連接的半導(dǎo)體器件，該半導(dǎo)體器件適合 根據(jù)從電流檢測器接收的控制信號限制或中斷電流。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的電池組，其中如果檢測的電池組電流超過給定閾值，存在 過電流故障狀況。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括至少一個通信端，用于將信息傳送到附屬外部部件和從附屬外部部件中檢測信息。
35.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括安排在電池組的電池單元和線端之間的至少一個熔絲，其中，熔絲的形體位置到線端 比到電池單元更近，從而在電池組中出現(xiàn)過電流故障的情況下，將電池組的電池和相關(guān)電 子線路與相連充電器或電動工具隔開。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，其中，電池組是鋰離子電池組。
37.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括可聽警告機(jī)構(gòu)，配置成 提醒電池組的用戶電池組中的即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況。
38.根據(jù)權(quán)利要求29所述的電池組，其中，所述保護(hù)電路還包括可視警告機(jī)構(gòu)，配置成 提醒電池組的用戶電池組中的即將出現(xiàn)或已出現(xiàn)故障狀況。全文摘要
提供了一種適合向無繩電動工具供電和包括多個串聯(lián)電池的電池組，該電池組包括適合根據(jù)在電池組中檢測的故障狀況限制或中斷電池組中的電流的保護(hù)結(jié)構(gòu)；以及至少一個保護(hù)電路，用于針對電池組中的潛在過放電故障狀況監(jiān)視電池組電壓，和適合如果監(jiān)視的電壓達(dá)到給定動態(tài)電壓閾值，自動執(zhí)行切斷電池組中的電流流動，其中，通過從絕對閾值電平中減去一部分瞬時放電電流改變動態(tài)電壓閾值，以補(bǔ)償電池組的阻抗和避免因監(jiān)視的電壓暫時下降到閾值以下造成的電流流動的錯誤自動切斷。
文檔編號H02J7/00GK101916887SQ20101023982
公開日2010年12月15日 申請日期2004年10月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月14日
發(fā)明者R·羅比·貝利, 丹·T·特林, 丹尼爾·C·布羅托, 克里斯托弗·R·揚(yáng)克, 史蒂夫·菲利普斯, 小安德魯·E·西曼, 戴夫·卡里爾, 杰弗里·J·弗朗西斯 申請人:布萊克和戴克公司