專利名稱：電池組以及用該電池組作為電源的無繩電動(dòng)工具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括蓄電池的電池組，所述蓄電池被用作無繩電動(dòng)工具的電源。
背景技術(shù)：
最近，諸如鎳鎘電池、鎳氫電池和鋰離子電池的蓄電池的容量增加，并極大改善了它們?cè)谟么箅娏鬟M(jìn)行充/放電時(shí)的充/放電性能。這些高性能蓄電池被用作諸如無繩電動(dòng)工具(在下文簡(jiǎn)稱為電動(dòng)工具)的高負(fù)荷機(jī)器的電源。在電動(dòng)工具中所使用的蓄電池通常是電池組形式，它包括蓄電池組單元電池所組成的電池，所述蓄電池單元電池由諸如連接板串連。所述電池組被安裝在電動(dòng)工具上，用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)擰緊螺釘或執(zhí)行其它操作。
然而，當(dāng)使用電池組作為電源驅(qū)動(dòng)電動(dòng)工具時(shí)，直到蓄電池幾乎放電完畢之前，電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度不會(huì)發(fā)生明顯的下降。而一旦蓄電池放電完畢，電動(dòng)機(jī)就突然停止轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，操作者通常連續(xù)使用電動(dòng)工具一直到電動(dòng)機(jī)停轉(zhuǎn)。這樣就可能縮短電池組的循環(huán)壽命。
由于組成電池的電池單元的容量變化，電池組的循環(huán)壽命縮短。也就是當(dāng)包含在同一電池組內(nèi)的正常容量電池單元被適當(dāng)充電和放電時(shí)，低容量電池趨向于過充電和過放電，與其它電池單元相比，將縮短低容量電池單元的壽命。
圖1顯示了電池的放電性能和電池中兩種類型電池單元的放電性能。曲線A代表在電池放電期間所觀察到的電池輸出電壓隨時(shí)間的變化。曲線B和C代表所觀察到的電池的不同電池單元的輸出電壓隨時(shí)間的變化。曲線B表示的電池單元所具有的容量等于電池中其它所有電池單元的平均容量。曲線C表示的電池單元所具有的容量小于所述平均容量。由于經(jīng)判斷電池電壓不足以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)工具的電動(dòng)機(jī)，假設(shè)操作者在時(shí)間S時(shí)關(guān)閉電動(dòng)工具。
隨著電池放電，電池電壓逐漸下降直到電池幾乎耗盡。因此電壓迅速下降。從曲線C可以看到，在具有平均容量的電池單元的電壓下降之前，低容量電池單元開始迅速下降，如圓圈D所示，在停止放電時(shí)間S之前，其電壓低于0V。在此情況下，低容量電池單元處于過放電狀態(tài)，被稱作“換極狀態(tài)”。當(dāng)電池單元處于換極狀態(tài)時(shí)，在電池單元的正極產(chǎn)生氫氣，所述氫氣積聚在電池單元內(nèi)部。當(dāng)重復(fù)進(jìn)行充電和放電時(shí)，電解液可能從電池單元泄漏，可能降低電池的循環(huán)壽命。
具體地說，當(dāng)電池組被用在電動(dòng)工具中，用于驅(qū)動(dòng)處于重負(fù)荷下的電動(dòng)機(jī)時(shí)，例如用于擰緊螺釘時(shí)，蓄電池的循環(huán)壽命可能被降低。這是由于一直使用電池直到電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)為止。通常，電動(dòng)工具不具有阻止電池過放電的功能。

發(fā)明內(nèi)容
綜上所述，本發(fā)明的一個(gè)目的是克服現(xiàn)有技術(shù)所存在的問題，通過確保操作者知道電池幾乎完全放電，從而可以阻止過放電，改善電池組的循環(huán)壽命。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電池組，它包括一電池、一電池電壓檢測(cè)器、檢測(cè)裝置和報(bào)警裝置。所述電池包括包括多個(gè)串聯(lián)可充電的蓄電池電池單元。該電池具有與電池組正極端相連的第一端以及和所述電池組負(fù)極端相連的第二端。所述電池電壓檢測(cè)器用于檢測(cè)電池第一端和第二端之間電池電壓。根據(jù)電池電壓檢測(cè)器所檢測(cè)的電池電壓，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)電池已經(jīng)達(dá)到需要充電的狀態(tài)，所述需要充電狀態(tài)表示電池需要被充電，當(dāng)檢測(cè)到需要充電狀態(tài)時(shí)，該檢測(cè)裝置輸出一檢測(cè)信號(hào)。響應(yīng)于所述檢測(cè)信號(hào)，所述報(bào)警裝置提醒用戶在使用電池作為一連接在所述正極端和負(fù)極端之間的負(fù)荷的電源期間給該電池充電，該報(bào)警裝置給用戶一物理上可察覺印象，從而用戶可以意識(shí)到電池的需要充電狀態(tài)。
最好，所述報(bào)警裝置可以通知負(fù)荷產(chǎn)生物理上可察覺印象?？梢赃M(jìn)一步設(shè)置一顯示裝置，用于顯示一種報(bào)警信號(hào)，即電池已經(jīng)到達(dá)需要充電狀態(tài)，報(bào)警裝置通知用戶對(duì)電池進(jìn)行充電。
最好，所述報(bào)警裝置包括設(shè)置在第一端和正極端之間或第二端和負(fù)極端之間的電流通路內(nèi)的開關(guān)裝置。所述開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)動(dòng)作，當(dāng)開關(guān)裝置開啟時(shí)，允許電流流過負(fù)荷，當(dāng)開關(guān)裝置關(guān)閉時(shí)，中斷電流流向負(fù)荷。通過所述開關(guān)裝置所執(zhí)行的開關(guān)操作，降低了平均電流值。因此被降低后的電流將連續(xù)流向負(fù)荷。因此將電池組用于電動(dòng)工具時(shí)，電動(dòng)工具電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)將放慢，操作者可以通過電動(dòng)機(jī)速度變化知道電池接近放電狀態(tài)并采取行動(dòng)，阻止電池過放電。
通過將電流設(shè)定為一低水平電流，可以降低負(fù)載電流。在此情況下，電動(dòng)工具的電動(dòng)機(jī)將以固定的低速轉(zhuǎn)動(dòng)。另一種情況是，通過周期性地將負(fù)載電流在一比普通負(fù)載電流還低的范圍內(nèi)改變，可以降低負(fù)載電流。在此情況下，電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速將周期性改變，在任何一種情況下，操作者將接收到一可察覺的警告，該警告引起他或她注意到電池的放電情況。
用于確定電池處于需要充電狀態(tài)的電池電壓可以是這樣一種電壓，即對(duì)應(yīng)于電池接近過放電狀態(tài)時(shí)的一電壓或可以是剛剛達(dá)到過放電狀態(tài)之后所對(duì)應(yīng)的一電壓。當(dāng)對(duì)應(yīng)于需要充電狀態(tài)的電壓與一過放電狀態(tài)之后的電壓對(duì)應(yīng)時(shí)，當(dāng)檢測(cè)到電池電壓已經(jīng)下降到或低于一預(yù)定電壓時(shí)，希望停止電流流向電動(dòng)工具。
當(dāng)電池電壓檢測(cè)器所檢測(cè)到的電池電壓已經(jīng)等于或低于第一預(yù)定電壓時(shí)，希望所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到電池已經(jīng)達(dá)到一臨界狀態(tài)，當(dāng)電池電壓檢測(cè)器檢測(cè)到電池電壓已經(jīng)等于或低于第二預(yù)定電壓但是高于第一預(yù)定電壓時(shí)，希望所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到電池已經(jīng)達(dá)到一接近過放電狀態(tài)。需要充電狀態(tài)包括接近放電狀態(tài)和臨界狀態(tài)。
在此情況下，當(dāng)檢測(cè)到接近過放電狀態(tài)時(shí)，開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)操作，以降低電流平均電平。當(dāng)檢測(cè)裝置檢測(cè)到臨界狀態(tài)時(shí)，希望所述開關(guān)裝置關(guān)閉，以停止驅(qū)動(dòng)負(fù)荷。最好設(shè)置一顯示裝置，當(dāng)檢測(cè)到臨界狀態(tài)時(shí)，顯示電池已經(jīng)達(dá)到臨界狀態(tài)的第一報(bào)警，并顯示電池已經(jīng)接近過放電狀態(tài)的第二報(bào)警。由于第一顯示器顯示出電池已經(jīng)到達(dá)臨界狀態(tài)的第一報(bào)警，該報(bào)警可能意味著一放電狀態(tài)，所以操作者可以知道電動(dòng)工具的電動(dòng)機(jī)停止轉(zhuǎn)動(dòng)的原因是電池中的電能幾乎耗盡。當(dāng)?shù)谝活A(yù)定電壓被設(shè)定為一對(duì)應(yīng)于恰好在達(dá)到過放電狀態(tài)之后的電壓的電壓時(shí)，顯示裝置可以被設(shè)定用于讀出電池過放電。當(dāng)?shù)诙A(yù)定電壓是對(duì)應(yīng)于電池接近過放電時(shí)的電池電壓的電壓時(shí)，顯示器可以顯示電池接近過放電。
可以進(jìn)一步設(shè)置一用于檢測(cè)電池溫度的電池溫度檢測(cè)器，當(dāng)所述電池溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的電池溫度超過一預(yù)定溫度時(shí)，使所述開關(guān)裝置關(guān)閉。當(dāng)電池連續(xù)放電時(shí)，與放電持續(xù)時(shí)間成比例地產(chǎn)生焦耳熱，從而電池溫度增加。如果電池溫度變得太高，電池中的電解液將沸騰。即使電池溫度沒有高到足以使電解液沸騰，連續(xù)在高溫下使用電池也將降低電池的壽命。因此需要控制電池的溫度。使用電池溫度檢測(cè)器，判斷電池溫度是否處于高過預(yù)定溫度的不正常高溫下。當(dāng)電池溫度被判斷為高得不正常時(shí)，禁止電池繼續(xù)放電，禁止繼續(xù)使用電動(dòng)工具。


通過下文結(jié)合附圖對(duì)優(yōu)選實(shí)施例所進(jìn)行的介紹，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加清楚。
圖1是一個(gè)顯示了傳統(tǒng)電池放電性能的圖表；圖2是一個(gè)電路圖，顯示了符合本發(fā)明一實(shí)施例的與電動(dòng)工具相連的電池組；圖3是一個(gè)流程圖，表示了圖2所示電池組的控制裝置所執(zhí)行的操作。
具體實(shí)施例方式
下文將結(jié)合圖2和3介紹本發(fā)明電池組1的一個(gè)實(shí)施例。圖2是一個(gè)顯示與電動(dòng)工具200相連的電池組1的電路圖。電池組1具有正極2和負(fù)極3。正極2與電動(dòng)工具200的正極201相連，負(fù)極3與電動(dòng)工具200的負(fù)極202相連。一直流電動(dòng)機(jī)210和開關(guān)220被串連在電動(dòng)工具200的正極201和負(fù)極202之間。
電池組1包括一電池10，一開關(guān)部分20、一恒定電壓電源30、一電池電壓檢測(cè)器40、一電池溫度檢測(cè)器50、一微型計(jì)算機(jī)60、一電流檢測(cè)器70、一觸發(fā)檢測(cè)器80和一顯示器90。
電池10包括利用連接板而串聯(lián)的電池單元11-18。假定電池10的電池單元具有相同的容量。然而現(xiàn)實(shí)中，電池單元11-18的容量出現(xiàn)某種變動(dòng)。
在電池組1與電動(dòng)工具200相連期間，當(dāng)電動(dòng)工具200的開關(guān)220被開啟時(shí)，放電電流從電池10的正極流經(jīng)電動(dòng)工具200到電池10的負(fù)極。電池電壓檢測(cè)器40、恒定電壓電源30、一觸發(fā)檢測(cè)器80和開關(guān)部分20與放電電流路徑相連，微型計(jì)算機(jī)60與包含在電池組1內(nèi)的這些和其它元件相連。
微型計(jì)算機(jī)60包括一中央處理單元(CPU)61、一只讀存儲(chǔ)器(ROM)62、一隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)63、一計(jì)時(shí)器64、一模擬-數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器65、一輸出端口66和一復(fù)位輸入端口67。微型計(jì)算機(jī)60的元件通過一內(nèi)部總線彼此相連。
開關(guān)部分20被連接在電池10的正極和電池組1的負(fù)極之間，它包括一場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)和電阻23、24。來自微型計(jì)算機(jī)60的輸出端口66的控制信號(hào)通過電阻24提供到FET21的柵極，以執(zhí)行對(duì)流經(jīng)電動(dòng)工具200的負(fù)載電流的開關(guān)控制。連接在FET21的源極和漏極之間的二極管22被用作充電電流通路，在電池10利用在電動(dòng)工具200所在位置與電池組1相連的充電器(未示)進(jìn)行充電時(shí)，所述充電電流流過二極管22。
電流檢測(cè)器70被用于判斷是否電池10正在被充電、放電或在其它狀態(tài)下，例如電池是否處于負(fù)載下。電流檢測(cè)器70的輸入端與二極管22的陰極和FET21的漏極相連。電流檢測(cè)器70的輸出端與微型計(jì)算機(jī)60的A/D轉(zhuǎn)換器65相連。
雖然沒有示出，電流檢測(cè)器70包括彼此平行相連的一反向放大電路和一非反向放大電路，所述放大電路有選擇地放大施加在電流檢測(cè)器70上的電壓。根據(jù)電流方向，也就是是否充電電流正在流經(jīng)二極管22或放電電流正在流經(jīng)FET21，確定施加在電流檢測(cè)器70上的電壓極性。根據(jù)FET21的ON電阻和二極管22的ON電壓，確定施加在電流檢測(cè)器70上的電壓大小。因此，根據(jù)電池10是被充電還是被放電，利用反向放大電路或非反向放大電路生成輸出。利用微型計(jì)算機(jī)60的A/D轉(zhuǎn)換器65，對(duì)電流檢測(cè)器70的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換。如果希望準(zhǔn)確地檢測(cè)充電和放電期間的電流值，可以將低阻電流檢測(cè)電阻設(shè)置在電流回路中。在此情況下，符合流經(jīng)所述電阻的電流值的電壓可以被可運(yùn)算放大器放大。A/D轉(zhuǎn)換器65對(duì)上述運(yùn)算放大器的輸出進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，根據(jù)所獲得數(shù)字式輸出，計(jì)算電流值。
恒定電壓電源30包括一個(gè)三端調(diào)節(jié)器(REG)31、平滑電容器32、33和一復(fù)位IC34。來自恒定電壓電源30的恒定電壓輸出VCC被用作電池溫度檢測(cè)器50、微型計(jì)算機(jī)60、電流檢測(cè)器70和顯示器90的電源。復(fù)位IC34與微型計(jì)算機(jī)60的復(fù)位輸入端67相連，并向復(fù)位輸入端67輸出一復(fù)位信號(hào)，以便在微型計(jì)算機(jī)60內(nèi)進(jìn)行初始設(shè)置。
設(shè)置電池電壓檢測(cè)器40，用于檢測(cè)電池10的電壓，所述電池電壓檢測(cè)器40包括電阻41～43。電阻41、42在電池10的正極和地之間串聯(lián)。通過電阻43，將微型計(jì)算機(jī)60的A/D轉(zhuǎn)換器65與電阻41、42連接在一起的連接點(diǎn)相連，并輸出對(duì)應(yīng)于檢測(cè)到的電池電壓的數(shù)字值。微型計(jì)算機(jī)60的CPU61將來自A/D轉(zhuǎn)換器65的數(shù)字值與將在下文介紹的第一和第二預(yù)定電壓值進(jìn)行比較。所述第一和第二預(yù)定電壓值被存儲(chǔ)在微型計(jì)算機(jī)60的ROM62內(nèi)。
電池溫度檢測(cè)器50被設(shè)置在電池10的附近，用于檢測(cè)電池10的溫度。在嚴(yán)格意義上說，電池溫度檢測(cè)器50所檢測(cè)到的溫度值并不是電池10的溫度，但是它基本上等于電池10的溫度。所述電池溫度檢測(cè)器50包括熱敏電阻51和電阻52～54。通過電阻53，熱敏電阻51與微型計(jì)算機(jī)60的A/D轉(zhuǎn)換器65相連。因此，A/D轉(zhuǎn)換器65輸出對(duì)應(yīng)于電池溫度檢測(cè)器50所檢測(cè)到的電池溫度的一數(shù)字值。微型計(jì)算機(jī)60的CPU61將該數(shù)字值與預(yù)定值進(jìn)行比較，用以判斷是否電池溫度不正常地高。
觸發(fā)檢測(cè)器80包括電阻81、82，并檢測(cè)電動(dòng)工具200的開關(guān)220何時(shí)被開啟。當(dāng)開關(guān)220被關(guān)閉時(shí)，電池10的電壓沒有被施加到FET21的漏極。因此與觸發(fā)檢測(cè)器80相連的A/D轉(zhuǎn)換器65的輸入端保持在地電位。另一方面，由于直流電動(dòng)機(jī)210的直流電阻極小，例如僅僅幾歐姆，因此在開關(guān)220開啟時(shí)，F(xiàn)ET21的漏極和源極之間產(chǎn)生幾乎與電池電壓相等的電壓。這個(gè)電壓被電阻81、82所分擔(dān)，施加在電阻82上產(chǎn)生的電壓被施加到A/D轉(zhuǎn)換器65上，從而可以檢測(cè)到開關(guān)220的開啟狀態(tài)。
顯示器90包括一發(fā)光二極管(LED)91和一電阻92。根據(jù)微型計(jì)算機(jī)60的輸出端66的輸出，控制LED91的發(fā)光或關(guān)閉。控制顯示器90的顯示，例如當(dāng)電池溫度檢測(cè)器50檢測(cè)到電池溫度比預(yù)定溫度高時(shí)，發(fā)出電池10的溫度過高的警告。
下文將結(jié)合圖2的電路和圖3的流程圖介紹電池組1的操作過程。
首先在步驟S301，微型計(jì)算機(jī)60對(duì)輸出端66進(jìn)行初始設(shè)置，使它的過放電標(biāo)志、啟動(dòng)脈沖控制標(biāo)志以及不正常電池溫度標(biāo)志為0。所述過放電標(biāo)志表示電池10過放電。啟動(dòng)脈沖控制標(biāo)志表示電池10接近過放電。不正常電池溫度標(biāo)志表示電池溫度不正常地高。
在步驟S302，微型計(jì)算機(jī)60判斷是否不正常電池溫度標(biāo)志被設(shè)定為1，將在下文介紹，如果電池溫度已經(jīng)達(dá)到例如80℃，然后微型計(jì)算機(jī)60判斷電池10已經(jīng)達(dá)到不正常高的電池溫度。電池10生成與放電時(shí)間成比例的焦耳熱。根據(jù)電池10何時(shí)被使用以及已經(jīng)使用了多長時(shí)間，在開始新的使用時(shí)，電池10可能就處于不正常的高溫下。如果在不正成高溫下使用電池10，電池10的壽命將被縮短。因此應(yīng)該停止使用電池直到它的溫度降低為止。
如果判斷不正常電池溫度標(biāo)志被設(shè)定為1(步驟S302是)，這意味著電池10溫度不正常地高。因此在步驟S303，控制顯示器90，使其顯示電池10溫度過高。然后在步驟S304，根據(jù)電池溫度檢測(cè)器50的輸出，判斷電池10的溫度是否已經(jīng)冷卻到預(yù)定溫度。如果電池10沒有冷卻(步驟S304否)，則流程返回到步驟S302，直到電池溫度充分下降為止。一旦電池溫度下降到預(yù)定溫度(步驟S304否)，則在步驟S305，不正常電池溫度標(biāo)志被設(shè)定為0。然后在步驟S306，控制顯示器90使它停止顯示電池溫度過高，然后流程返回步驟S302。
當(dāng)在步驟S302判斷不正常電池溫度標(biāo)志沒有被設(shè)定為1(步驟S302否)，這意味著，在電池10溫度不太高時(shí)，則在步驟S307判斷是否過放電標(biāo)志被設(shè)定為1。所述過放電標(biāo)志表示電池10是否過放電，當(dāng)過放電標(biāo)志被設(shè)置為1時(shí)，意味著電池10過放電，當(dāng)過放電標(biāo)志被設(shè)定為0時(shí)，意味著電池10沒有過放電。當(dāng)判斷過放電標(biāo)志被設(shè)置為1(步驟S307是)時(shí)，然后在步驟S308，根據(jù)輸出端口66的輸出，顯示器90顯示電池10過放電。敦促用戶對(duì)電池10進(jìn)行充電。
隨后在步驟S309，判斷是否電池10被充電。由于在步驟S307判斷過放電標(biāo)志被設(shè)置為1，電池10不能被使用直到電池10被充電為止。根據(jù)流過電池10的電流方向，判斷是否電池被充電。也就是充電電流從負(fù)極通過二極管22到達(dá)電池10的正極。因此，根據(jù)電流檢測(cè)器70所檢測(cè)到的電流方向，判斷電池是否正在被充電。一旦在步驟S309判斷充電已經(jīng)持續(xù)了一固定時(shí)間(步驟S309是)，流程就進(jìn)入步驟S310。應(yīng)該指出的是，通過將電池組1從電動(dòng)工具2000上拆卸下，并將電池組1與單獨(dú)的電池充電器(未示)相連，對(duì)電池10進(jìn)行充電。
如果判斷電池10還沒有被充分充電(步驟S309否)，流程返回步驟S302，直到充電完畢為止。一旦判斷電池10已經(jīng)被充分充電(步驟S309是)，然后在步驟S310，過放電標(biāo)志被重新設(shè)置為0，在步驟S311，控制顯示器90，停止顯示電池10過放電，然后返回步驟S302。
當(dāng)過放電標(biāo)志沒有被設(shè)置為1(步驟S307否)時(shí)，在步驟S312，根據(jù)電池溫度檢測(cè)器50的輸出，判斷是否電池溫度不正常地高。如果電池溫度超過例如80℃，溫度太高了，在步驟S313，將過不正常電池溫度標(biāo)志設(shè)置為1，根據(jù)輸出端口66的輸出，在步驟S314，顯示器90顯示電池10的溫度太高了。在此情況下，在步驟S327，根據(jù)輸出端口66的輸出，開關(guān)部分20的FET21被關(guān)閉，流程返回步驟S302。
如果判斷電池10并不過熱(步驟S312否)，在步驟S315，檢測(cè)開關(guān)部分20的FET21的漏極和源極之間電壓VDS。然后在步驟S316，根據(jù)觸發(fā)檢測(cè)器80的輸出，判斷電動(dòng)工具200的開關(guān)220是否開啟。當(dāng)開關(guān)220開啟時(shí)，在FET21的漏極和源極之間產(chǎn)生近似等于電池電壓的電壓。因此根據(jù)在步驟S315所檢測(cè)到的電壓VDS，可以判斷開關(guān)220是否開啟。
當(dāng)開關(guān)220沒有開啟時(shí)(步驟S316否)，流程返回步驟S302。如果開關(guān)220開啟(步驟S316是)，在步驟S317，根據(jù)輸出端口66的輸出，開關(guān)部分20的FET21被開啟。然后，在步驟S318，根據(jù)電流檢測(cè)器70的輸出，判斷電池10是否正在放電。如果電池10沒有正在放電(步驟S318否)，在步驟S327，根據(jù)輸出端口66的輸出，開關(guān)部分20的FET21被關(guān)閉，流程返回步驟S302。
如果電池10正在放電(步驟S318是)，在步驟S319，判斷是否啟動(dòng)脈沖控制標(biāo)志被設(shè)定為1。如果啟動(dòng)脈沖控制標(biāo)志被設(shè)定為1(步驟S319是)，流程跳躍到步驟S324。
如果啟動(dòng)脈沖控制標(biāo)志沒有被設(shè)定為1(步驟S319否)，那么在步驟S320，根據(jù)電池電壓檢測(cè)器40的輸出，判斷電池10的電壓是否到達(dá)第二預(yù)定值或更低。在本實(shí)施例中，電池電壓是否為等于或低于第二預(yù)定值是電池10是否接近過放電的狀態(tài)。根據(jù)放電電流的大小，表示電池10接近過放電狀態(tài)的電池電壓不同。在用于電動(dòng)工具的電池中，當(dāng)鎳鎘或鎳氫電池單元的電壓降到的0.9～1.0V時(shí)，可以說接近過放電狀態(tài)。當(dāng)3.6V的鋰離子電池單元的電池電壓減少到2.5～2.7V時(shí)，可以說接近過放電狀態(tài)。在本實(shí)施例中，電池10是采用具有10個(gè)單元的鎳鎘或鎳氫電池，所以表示接近過放電狀態(tài)的電池電壓是9～10V。
將在下文結(jié)合步驟S324介紹的第一預(yù)定電壓被用作基準(zhǔn)電壓，用于判斷電池10實(shí)際是否已經(jīng)達(dá)到過放電狀態(tài)。因此，第一預(yù)定電壓比第二預(yù)定電壓低。用于表示電池10已經(jīng)達(dá)到過放電狀態(tài)的基準(zhǔn)同樣也取決于放電電流大小而不同。對(duì)于用于電動(dòng)工具的電池來說，當(dāng)鎳鎘或鎳氫電池單元的電壓約0.8～0.9V時(shí)，可以說達(dá)到過放電狀態(tài)。當(dāng)3.6V的鋰離子電池單元的電池電壓減少到2.3～2.5V時(shí)，可以說達(dá)到過放電狀態(tài)。根據(jù)這些值確定所述第一預(yù)定值。
當(dāng)電池10的電壓不是第二預(yù)定值或更低時(shí)(步驟S320否)，這意味著可以連續(xù)電池放電而不會(huì)傷害電池10。因此在步驟S328，根據(jù)電池溫度檢測(cè)器50的輸出，判斷電池10是否過熱。采用與步驟S312相同的方式執(zhí)行步驟S328的判斷。當(dāng)電池10過熱時(shí)(步驟S328是)，在步驟S329，根據(jù)輸出端口66的輸出，將不正常電池溫度標(biāo)志設(shè)定為1，在步驟S330，顯示器90顯示電池溫度過高。然后在步驟S327，根據(jù)輸出端口66的輸出，開關(guān)部分20的FET21被關(guān)閉，流程返回步驟S302。如果電池溫度不正常地高(步驟S328否)，流程返回步驟S318。
如果判斷電池10的電壓等于或低于第二預(yù)定電壓(步驟S320是)，這意味著電池10接近過放電狀態(tài)。因此在步驟S321，根據(jù)輸出端口66的輸出，開啟脈沖控制，按照預(yù)定頻率，執(zhí)行對(duì)開關(guān)部分20的FET21開關(guān)操作。當(dāng)啟動(dòng)脈沖控制時(shí)，施加到直流電動(dòng)機(jī)210上的平均電壓下降，從而直流電動(dòng)機(jī)210以更低的速度轉(zhuǎn)動(dòng)。電動(dòng)工具200的操作者可以察覺到直流電動(dòng)機(jī)210速度的變化，并且明白這意味著電池10已經(jīng)接近過放電狀態(tài)。
在步驟S321開啟脈沖控制后，在步驟S322，將開啟脈沖控制標(biāo)志設(shè)定為1。然后在步驟S323，利用輸出端口66的輸出控制顯示器90，顯示電池接近過放電。電動(dòng)工具200的操作者可觀看顯示器來確認(rèn)直流電動(dòng)機(jī)210轉(zhuǎn)動(dòng)放慢的原因是由于電池即將耗盡。然后在步驟S324，根據(jù)電池電壓檢測(cè)器40的輸出，判斷電池10的電壓是否已經(jīng)到達(dá)第一預(yù)定電壓或更小。如果電池10的電壓沒有到達(dá)第一預(yù)定電壓或更小(步驟S324否)，然后流程跳躍到步驟S328。
如果電池10的電壓到達(dá)第一預(yù)定電壓或更小(步驟S324是)，從而斷定電池10已經(jīng)進(jìn)入過放電狀態(tài)。因此在步驟S325，將電池過放電標(biāo)志設(shè)定為1，在步驟S326，根據(jù)輸出端口66的輸出，顯示器90顯示表示電池過放電狀態(tài)。隨后在步驟S327，開關(guān)部分20的FET21關(guān)閉，流程返回步驟S302。
雖然本發(fā)明是結(jié)合具體實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)描述的，但是對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來說，很顯然可以對(duì)本發(fā)明作出各種改變和修改，而不脫離本發(fā)明權(quán)利要求書所限定的精神范圍。
例如，實(shí)施例介紹在使用電動(dòng)工具期間，當(dāng)電池電壓為第二預(yù)定電壓或更小時(shí)，開關(guān)部分20被控制強(qiáng)迫降低直流電動(dòng)機(jī)210的速度(第一控制)。此外，當(dāng)電池電壓小于第二預(yù)定電壓同時(shí)等于或小于第一預(yù)定電壓時(shí)，控制開關(guān)部分20以切斷供應(yīng)給直流電動(dòng)機(jī)210的負(fù)載電流(第二控制)。
然而可以用下述方式修改上述實(shí)施例，例如免除第一控制，僅僅執(zhí)行第二控制(第一修改)。也可以用下述方式修改上述實(shí)施例，免除第二控制，僅僅執(zhí)行第一控制(第二修改)。當(dāng)進(jìn)行第二修改時(shí)，當(dāng)電池電壓已經(jīng)到達(dá)第一預(yù)定電壓或更小之后，直流電動(dòng)機(jī)210的速度應(yīng)該被降低到這樣一種程度，即操作者無法再使用電動(dòng)工具200。這迫使操作者對(duì)電池10進(jìn)行充電，阻止由于連續(xù)使用電動(dòng)工具造成電池10過放電。當(dāng)進(jìn)行第二修改時(shí)，第一預(yù)定電壓可以被設(shè)定為一電壓，該電壓對(duì)應(yīng)于接近電池10過放電狀態(tài)，而不將預(yù)定電壓設(shè)定為對(duì)應(yīng)于過放電狀態(tài)。
當(dāng)直流電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)時(shí)出現(xiàn)很大的瞬時(shí)電流，導(dǎo)致電池電壓瞬時(shí)下降。因此雖然在圖3的流程圖中沒有顯示，在步驟S320和S324作出的用于在使用期間確定電池電壓的判斷需要費(fèi)時(shí)間考慮。
步驟S314和S330的顯示操作表示電池10過熱，步驟S323的顯示操作表示電池接近過放電，以及步驟S326的顯示操作表示電池10處于過放電狀態(tài)，這些操作可以這樣執(zhí)行，即以對(duì)應(yīng)于上述要顯示的不同狀態(tài)的頻率，開啟和關(guān)閉LED91。另一種方案是，多個(gè)LED(圖2的電路中未示)可以被設(shè)置在一用于顯示對(duì)應(yīng)于這些不同狀態(tài)的信息等的陣列中。
上述實(shí)施例中，開關(guān)部分20被連接在電池10的負(fù)極和電池組1的負(fù)極之間。然而開關(guān)部分20也可以被連接在電池10的正極和電池組1的正極2之間。
權(quán)利要求
1.一種具有一正極和一負(fù)極的電池組，包括一包括多個(gè)串聯(lián)連接的可充電蓄電池組電池單元的電池，該電池具有與所述正極相連的第一端以及和所述負(fù)極相連的第二端；一用于檢測(cè)所述電池第一端和第二端之間的電池電壓的電池電壓檢測(cè)器；檢測(cè)裝置，用于根據(jù)所述電池電壓檢測(cè)器所檢測(cè)的電池電壓來檢測(cè)所述電池是否已經(jīng)達(dá)到表示所述電池需要充電的需要充電狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到所述需要充電狀態(tài)時(shí)，該檢測(cè)裝置輸出一檢測(cè)信號(hào)；報(bào)警裝置，響應(yīng)于所述檢測(cè)信號(hào)，該報(bào)警裝置提醒用戶在使用所述電池作為一連接在所述正極和負(fù)極之間的負(fù)荷的電源期間給該電池充電，該報(bào)警裝置給所述用戶一物理上可察覺的印象，從而使所述用戶可以意識(shí)到所述電池的需要充電狀態(tài)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于所述報(bào)警裝置指示所述負(fù)荷產(chǎn)生所述物理上可察覺印象。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于還包括一顯示裝置，當(dāng)所述報(bào)警裝置提醒所述用戶給所述電池充電時(shí)，該顯示裝置顯示所述電池已經(jīng)達(dá)到所述需要充電狀態(tài)的警報(bào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電池組，其特征在于所述報(bào)警裝置包括設(shè)置在所述第一端和所述正極之間或所述第二端和所述負(fù)極之間電流通路中的用于執(zhí)行開關(guān)操作的開關(guān)裝置，當(dāng)所述開關(guān)裝置開啟時(shí)，允許電流流向所述負(fù)荷，而當(dāng)所述開關(guān)裝置關(guān)閉時(shí)，中斷流向所述負(fù)荷的電流。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組，其特征在于所述開關(guān)裝置執(zhí)行開關(guān)操作，以降低所述電流的平均大小。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電池組，其特征在于所述開關(guān)裝置關(guān)閉，以停止驅(qū)動(dòng)所述負(fù)荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電池組，其特征在于當(dāng)所述電池電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電池電壓已經(jīng)等于或低于第一預(yù)定電壓時(shí)，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述電池已經(jīng)達(dá)到一臨界狀態(tài)，當(dāng)所述電池電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電池電壓已經(jīng)等于或低于第二預(yù)定電壓但是高于所述第一預(yù)定電壓時(shí)，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到叔叔電池已經(jīng)達(dá)到一接近過放電狀態(tài)，所述充電需要狀態(tài)包括所述接近充電狀態(tài)和所述臨界狀態(tài)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電池組，其特征在于所述報(bào)警裝置包括設(shè)置在所述第一端和所述正極之間或所述第二端和所述負(fù)極之間的電流通路中的用于執(zhí)行開關(guān)操作的開關(guān)裝置，當(dāng)所述開關(guān)裝置開啟時(shí)，允許電流流向所述負(fù)荷，當(dāng)所述開關(guān)裝置關(guān)閉時(shí)，中斷流向所述負(fù)荷的電流，當(dāng)所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述接近過放電狀態(tài)時(shí)，所述開關(guān)裝置執(zhí)行所述開關(guān)操作以便降低所述電流的平均大小，當(dāng)所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述臨界狀態(tài)時(shí)，所述開關(guān)裝置關(guān)閉，以停止驅(qū)動(dòng)所述負(fù)荷。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，其特征在于還包括一顯示裝置，用于在所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述臨界狀態(tài)時(shí)顯示所述電池已經(jīng)到達(dá)所述臨界狀態(tài)的第一報(bào)警信號(hào)，以及在所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述接近過放電狀態(tài)時(shí)顯示所述電池已經(jīng)到達(dá)所述接近過放電狀態(tài)的第二報(bào)警信號(hào)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電池組，其特征在于還包括一用于檢測(cè)所述電池溫度的電池溫度檢測(cè)器，當(dāng)所述電池溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的所述電池溫度超過一預(yù)定溫度時(shí)，使所述開關(guān)裝置關(guān)閉。
11.一種電動(dòng)工具，包括一具有第一正極和第一負(fù)極的電動(dòng)機(jī)；一包括多個(gè)串聯(lián)連接的可充電的蓄電池組電池單元的電池，該電池具有與所述第一正極相連的第二正極以及和所述第一負(fù)極相連的第二負(fù)極，該電池被用作所述電動(dòng)機(jī)的電源；一用于檢測(cè)所述第二正極和所述第二負(fù)極之間電池電壓的電池電壓檢測(cè)器；檢測(cè)裝置，用于根據(jù)所述電池電壓檢測(cè)器所檢測(cè)的電池電壓來檢測(cè)所述電池是否已經(jīng)達(dá)到表示所述電池需要充電的需要充電狀態(tài)，當(dāng)檢測(cè)到所述需要充電狀態(tài)時(shí)，該檢測(cè)裝置輸出一檢測(cè)信號(hào)；報(bào)警裝置，用于響應(yīng)于所述檢測(cè)信號(hào)而提醒用戶給所述電池充電，該報(bào)警裝置給所述用戶一物理上可察覺的印象，從而所述用戶可以意識(shí)到所述電池的需要充電狀態(tài)。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述報(bào)警裝置指示所述電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生所述物理上可察覺的印象。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)工具，其特征在于還包括一顯示裝置，當(dāng)所述報(bào)警裝置提醒所述用戶給所述電池充電時(shí)，該顯示裝置顯示所述電池已經(jīng)達(dá)到所述需要充電狀態(tài)的警報(bào)。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述報(bào)警裝置包括設(shè)置在所述第一正極和所述第二正極之間或所述第一負(fù)極和所述第二負(fù)極之間電流通路中的用于執(zhí)行開關(guān)操作的開關(guān)裝置，當(dāng)所述開關(guān)裝置開啟時(shí)，允許電流流向所述電動(dòng)機(jī)，當(dāng)所述開關(guān)裝置關(guān)閉時(shí)，中斷流向所述電動(dòng)機(jī)的電流。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述開關(guān)裝置執(zhí)行所述開關(guān)操作，以降低所述電流的平均大小。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述開關(guān)裝置關(guān)閉，以停止所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
17.根據(jù)權(quán)利要求10所述的電動(dòng)工具，其特征在于當(dāng)所述電池電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電池電壓已經(jīng)等于或低于第一預(yù)定電壓時(shí)，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述電池已經(jīng)達(dá)到一臨界狀態(tài)，當(dāng)所述電池電壓檢測(cè)器檢測(cè)到的電池電壓等于或低于第二預(yù)定電壓但是高于所述第一預(yù)定電壓時(shí)，所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述電池已經(jīng)達(dá)到一接近過放電狀態(tài)，所述充電需要狀態(tài)包括所述接近放電狀態(tài)和所述臨界狀態(tài)。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的電動(dòng)工具，其特征在于所述報(bào)警裝置包括設(shè)置在所述第一正極和所述第二正極之間或所述第一負(fù)極端和所述第二負(fù)極之間的電流通路中的用于執(zhí)行開關(guān)操作的開關(guān)裝置，當(dāng)所述開關(guān)裝置開啟時(shí)，允許電流流向所述電動(dòng)機(jī)，當(dāng)所述開關(guān)裝置關(guān)閉時(shí)，中斷流向所述電動(dòng)機(jī)的電流，當(dāng)所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述接近過放電狀態(tài)時(shí)，所述開關(guān)裝置執(zhí)行所述開關(guān)操作以便降低所述電流的平均大小，當(dāng)所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述臨界狀態(tài)時(shí)，所述開關(guān)裝置關(guān)閉，以停止所述電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動(dòng)工具，其特征在于還包括一顯示裝置，用于在所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述臨界狀態(tài)時(shí)顯示所述電池已經(jīng)到達(dá)所述臨界狀態(tài)的第一報(bào)警，以及在所述檢測(cè)裝置檢測(cè)到所述接近過放電狀態(tài)時(shí)顯示所述電池已經(jīng)到達(dá)所述接近過放電狀態(tài)的第二報(bào)警。
20.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電動(dòng)工具，其特征在于還包括一用于檢測(cè)所述電池溫度的電池溫度檢測(cè)器，當(dāng)所述電池溫度檢測(cè)器檢測(cè)到的所述電池溫度超過一預(yù)定溫度時(shí)，使所述開關(guān)裝置關(guān)閉。
全文摘要
為了避免電池過放電并改善電池循環(huán)壽命，當(dāng)電池電壓等于或低于第一預(yù)定值時(shí)，一微型計(jì)算機(jī)電中斷電池和無繩電動(dòng)工具之間的連接，強(qiáng)迫停止驅(qū)動(dòng)電動(dòng)工具。為了確保操作者知道電池接近過放電狀態(tài)，當(dāng)電池電壓高于第一預(yù)定電壓但是等于或低于第二預(yù)定電壓時(shí)，微型計(jì)算機(jī)對(duì)負(fù)荷電流進(jìn)行開關(guān)控制。結(jié)果，電動(dòng)工具的電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)突然變慢或電動(dòng)機(jī)以不規(guī)則方式進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，因此使操作者意識(shí)到電池處于需要充電狀態(tài)。
文檔編號(hào)H02J7/00GK1424786SQ0215158
公開日2003年6月18日 申請(qǐng)日期2002年11月21日 優(yōu)先權(quán)日2001年11月21日
發(fā)明者高野信宏, 原田秀一 申請(qǐng)人:日立工機(jī)株式會(huì)社