CN100397745C - 能够检测已放电的电池组的电池供电设备 - Google Patents

Abstract

为了防止在使用供电设备期间电池组过度放电，提供一种放电电压限压电路。当电池组的电压下降至预定电平之下时，该放电电压限压电路将电池组与电机断开。但是，该放电电压限压电路仅在主开关为OFF时，即当没有负载施加在电机上时，可以操作。

Description

能够检测已放电的电池组的电池供电设备

技术领域

本发明涉及一种将电池组做为电源使用的无线供电设备。

背景技术

诸如撞击驱动器(impact driver)、电钻、驱动器、或者环形锯之类的电池供电设备由于其方便使用而且不需要电源线而已得到广泛使用。为了拓展这种设备的可用性，需要增加各种功能。放电电压限压(以下称之为“DVL”)功能就是电池供电设备需要具备的功能之一。DVL功能由于控制电池组，以在电池电压下降到预定电压时暂停放电。

如果暂停使用电池组特定的时间期间来等待恢复电池电压，可能要再次使用由于连续使用而残留有少量电荷的电池组。由于已恢复的电池组具有用于进一步紧固几个螺钉的功率，因此以这种方式频繁地使用该设备。但是，如果这样做，电池组会更剧烈地放电。如果全部放电，组成电池组的电池有可能被损坏。为延长电池组的寿命(重复使用的次数)，理想的是在其达到全部放电情况之前，对电池组再次充电。

当多次重复使用电池组时，电池组的其中一个电池可能会短路或者出现故障，或者是电池的内部电阻异常增加。使用这种电池组会显著降低设备电机的转速。利用具有这种缺陷的电池组不能对该设备、特别是其紧固力矩正比于电机转速的撞击驱动器进行适当地操作。

为解决上述问题，需要具有DVL功能。日本专利申请公开号JP5-123975提出了DVL功能但存在以下问题。

由于各种阻抗分布在电流流动通路上，驱动设备降低了电池电压。在主开关、电池组与设备的接触部分、具有内阻的电池组的每个电池、以及夹在电池之间的连接板中存在阻抗。但是，在根据现有技术的DVL功能中，并不考虑电机起动时电池电压的急剧降低。而且，针对具有残留量电荷的电池组启动DVL。

根据施加在电池组上的负载是大还是小，负载电流也不同，从而使由于电路阻抗而降低的电池电压的电平存在差别。然而，由于限制电压是固定的，在小负载情况下电池组急剧放电，而在大负载情况下，电池组并不如此放电。为了启动电池组的目的，固定限制电压实际上并不允许电池组剧烈放电。

即便一旦启动了DVL，如果电池组在特定时间期间内放置不用，电池电压也可恢复。使用已恢复的电压，有可能在从主开关闭合到启动DVL的短时间期间内转动电机。使用电池组的残留能量可以紧固小尺寸的螺钉，但是，会导致电池组剧烈放电的情况。

利用基于电池电压检测电池组的残留容量的传统DVL技术，存在的问题是，不能高度精确地检测电池组的残留容量。

发明内容

见于如上所述，提出了本发明以解决伴随于传统技术的上述问题，由此，本发明的目的是提供一种电池供电设备，可高度精确地检测电池组的残留容量。

为实现上述和其它目的，提供一种电池供电设备，包括：稳压电源、电机、主开关、开关元件、电压比较电路和电机操作情况检测电路。该稳压电源提供固定电压。利用电池组驱动电机。该电池组产生根据电池组中的残留电荷量和施加在电机上的负载而变化的电压。主开关连接在电池组和电机之间。开关元件与电机、电池组和主开关串联连接。电压比较电路具有提供有表示电池组电压的检测电压的第一输入端子、提供有参考电压的第二输入端子、以及输出端子。该电压比较电路将检测电压和参考电压进行比较、并有选择地向第一输出端子输出第一信号和第二信号之一。当检测电压高于参考电压时输出第一信号，而当检测电压下降至参考电压之下时输出第二信号。开关元件响应于第一信号变成ON，而且响应于第二信号变成OFF。电机操作情况检测电路检测电机的驱动状态，并在电机被驱动时输出第三信号，在电机不被驱动时输出第四信号。不管检测电压在参考电压之上还是下降到其之下，直到从电机操作情况检测电路输出第三信号，电压比较电路不输出第二信号。

提供一种电池供电设备，包含：提供可调电压的电源；通过电池组驱动的电机；连接在电池组和电机之间的主开关；与电机、电池组和主开关串联连接的开关元件；电压比较电路，用于将表示电池组电压的检测电压与预定的基准电压进行比较并根据比较结果产生第一或第二输出信号，其中开关元件响应第一信号接通并响应第二信号断开；及电机操作情况检测电路，其检测主开关的开或关状态；其中只要主开关处于开的状态，电压比较电路不输出第二输出信号，而与检测电压是否高于或低于预定参考电压无关。

根据本发明，还提供一种电池供电设备，包含：提供可调电压的电源；通过电池组驱动的电机；连接在电池组和电机之间的主开关；与电机、电池组和主开关串联连接的开关元件；控制装置，其同时提供有第一电压和第一参考电压，其中第一电压表示电池组的电压，用于当第一电压高于第一参考电压时使开关元件接通，当第一电压下降到低于第一参考电压时使开关元件断开；和电机操作情况检测电路，其检测电机的驱动状态；其中控制装置只要在电机操作情况检测电路检测电机的驱动状态就不使开关元件断开，而与第一电压是否高于或低于第一参考电压无关。

进一步设有报警电路。该报警电路响应于从电压比较电路输出的第二信号，警告用户电池组的电压已经下降。

电压比较电路和电机操作情况检测电路构成为第三信号使检测电压无效、并被施加在电压比较电路的第一输入端子上，从而使电压比较电路输出第一信号，而不管检测电压在参考电压之上还是下降到其之下。

在上述电路结构中，电机操作情况检测电路可包括门电路，该门电路允许第三信号施加在电压比较电路的第一输入端子上、并且不允许第四信号施加在电压比较电路的第一输入端子上。

当电机操作情况检测电路输出第四信号时，电压比较电路根据检测电压在参考电压之上还是下降到其之下、有选择地输出第一信号和第二信号之一。

进一步设有自保持电路，一旦检测电压下降至参考电压之下，该自保持电路就保持从电压比较电路输出的第二信号。

在另一种电路结构中，电压比较电路包括与门电路，该与门电路具有连接至电压比较电路的输出端子的一个输入端子和连接至电机操作情况检测电路的输出的另一输入端子。当从电机操作情况检测电路输出第四信号时，该与门电路被禁止，而允许第二信号经此通过并提供至报警电路。

根据本发明的另一方面，提供一种电池供电设备，包括：提供固定电压的稳压电源、电机、主开关和放电电压限压电路。利用电池组驱动的电机。该电池组产生根据电池组中的残留电荷量和施加在电机上的负载而变化的电压。主开关连接在电池组和电机之间。放电电压限压电路设置成当电池组的电压下降至预定电平之下时，将电池组与电机断开。但是该放电电压限压电路仅在主开关为OFF，即没有负载施加在电机上时可以操作。

优选提供自保持电路，一旦所述放电电压限压电路工作，所述自保持电路就保持电池组与电机断开。

附图说明

从下面结合附图的说明中，本发明的特定特征和优点以及其它目的将会显而易见。

图1是根据本发明所述的电池供电设备的透视图；

图2是示出根据本发明所述的电池供电设备的电路图；

图3是示出当使用电池供电设备时电机中的电池电压和电流的图解表示图；

图4是用于图解根据本发明所述电池供电设备的操作的顺序图；

图5是示出本发明的另一实施例所述的电池供电设备的电路图。

具体实施方式

下面将参照图2至4说明根据本发明具体实施例所述的电池供电设备。图2是电池组9和电池供电设备1的电路图。

电池组9包括串联连接的多个电池6、正极端子9a和负极端子9b。电池供电设备1包括主回路，在该主回路中，正极端子1a、主开关4、电机2、FET 13和负极端子1b串联连接。电池供电设备1进一步包括控制电路10、稳压电源20和报警电路30。

稳压电源20设置成用于高度精确地操作控制电路10。稳压电源20跨接在正极和负极端子9a、9b上，并包括电容21和23以及调节器22。稳压电源20实现电池电源直流至直流的转换，以产生具有稳定电位的稳定的直流电源。从稳压电源20输出的电压保持稳定而不管电池电压的变化。从稳压电源20输出的电压产生于正极和负极输出端子20a和20b之间，并被提供至控制电路10和报警电路30。

控制电路10设置成用于控制FET 13并包括电压比较电路14、驱动电路15和电机操作情况检测电路17。正如下面将要更加详细说明的那样，在参照电机2的驱动状态的同时，电压比较电路14通常产生有关电池组9的输出电压的状态信息。驱动电路15响应于电压比较电路14的输出而控制FET 13的ON或OFF。电机操作情况检测电路17检测电机2受驱动还是停止。

具体地说，电压比较电路14包括由电阻141和142组成的第一串联连接电阻电路，电阻141和142分别通过设备1的正极和负极端子1a、1b串联跨接至电池组9的正极和负极端子9a、9b。第一电容148跨接至电阻142。电压比较电路14进一步包括由电阻143和144组成的第二串联连接电阻电路，电阻143和144串联跨接至稳压电源20的正极和负极输出端子20a、20b。第二电容146跨接端子144。

电压比较电路14进一步包括具有反向和非反向输入端子的运算放大器150。出现在电阻141和142之间的点处的电压施加在反向输入端子上。施加在运算放大器150的反向输入端子的电压由此表示电池电压，并在之后称作“电池电压Vb”。另一方面，出现在电阻143和144之间的点处的电压施加在运算放大器150的非反向输入端子上。施加在运算放大器150的非反向输入端子的电压表示稳压电源20的输出电压，其在之后称作“参考电池电压Vrb”。二极管147以下述方式连接在运算放大器150的输出端子和非反向输入端子之间，即二极管147的正极连接至运算放大器150的输出端子，而其负极连接至非反向输入端子。

电容146用于在电池组9连接至设备1时把运算放大器150的输出保持在低电位。电容148用于抑制加在运算放大器150的反向输入端子上的电压急剧降低，这种情况发生在电机2启动时。

一旦运算放大器150的输出从低电平变成高电平，二极管147就用于在高电平状态下保持运算放大器150的输出。特别是，当施加在运算放大器150的反向输入端子上的电池电压Vb下降至施加在运算放大器150的非反向输入端子的参考电池电压之下时，运算放大器150的输出变成高电平。在此情况下，二极管147保持加在非反向输入端子上的电压基本上等于运算放大器150的输出电压，也就是，高于参考电池电压Vrb的高电平。即便由于电池组9的电压的恢复而使参考电池电压Vrb随后下降，运算放大器150的输出也保持在高电平。

电机操作情况检测电路17包括由电阻171和172组成的第三串联连接电阻电路、由电阻173和174组成的第四串联连接电阻电路、跨接电阻172的电容178、运算放大器180和二极管175和176。运算放大器180作为电压比较器工作。第三串联连接电阻电路(171，172)跨接电机2，而第四串联连接电阻电路(173，174)跨接稳压电源20。第三串联连接电阻电路的电阻171连接至主开关4和电机2之间点。运算放大器180具有反向输入端子，出现在端子173和174之间的点处的电压施加在反向输入端子上，该电压将在之后称作“参考电机电压Vrm”。运算放大器180的非反向输入端子施加有出现在端子171和172之间的点处的电压，该电压将在之后称作“电机电压Vm”。电机电压Vm由此表示连接主开关4和电机2的点处的电压。

二极管175具有连接至运算放大器150的输出的正极和连接至运算放大器180的反向输入端子的负极。采用这种结构，电机操作情况检测电路17在电压比较电路14保持高电平时不产生高电平信号。更具体地说，尽管事实上电池电压降一旦被电压比较电路14检测出而且由用做自保持元件的二极管147保持该检测出的状态，电机操作情况检测电路17的输出也不会对自保持元件147进行复位。

驱动电路15包括电阻151和晶体管152。电阻151具有连接至主开关4的一端、以及连接至晶体管152的集电极和FET 13的栅极的另一端。晶体管152的基极连接至运算放大器150的输出。

报警电路30设置成用于警告用户产生于电池组9上的电压已经下降。报警电路30包括串联跨接在稳压电源20的正极和负极输出端子20a和20b的电阻31、LED 32和晶体管33。

操作时，电机操作情况检测电路17中的运算放大器180的输出在电机电压Vm超出参考电机电压Vrm时变成高电平。从运算放大器180输出的高电平通过二极管176施加在电压比较电路14的运算放大器150的反向输入端子。二极管176用于只将高电平信号传输到电压比较电路14。特别是，当主开关4为ON而电机2正在被驱动时，电机操作情况检测电路17向电压比较电路14输出高电平信号。这种高电平信号施加在运算放大器150的反向输入端子上。在此情况下，从电机操作情况检测电路17输出的高电平信号使电池电压Vb无效。这样意味着，即便在电机2驱动期间实际的电池电压下降至参考电池电压Vrb之下，电压比较电路14也不产生高电平信号。当主开关4断开而且电机12不被驱动时，检测电池电压的下降。

断开主开关4使FET 13为OFF，并进而停止驱动电机2。在此情况下，如果电池电压Vb下降至参考电池电压Vrb之下，电压比较电路14的运算放大器150就输出高电平信号。响应于从运算放大器150输出的高电平信号，使驱动电路15的晶体管152为ON。当晶体管152变为ON时，FET 13变为OFF。

响应于从电压比较电路14的高电平信号的输出，报警电路30的晶体管33变成ON，从而使LED 32发亮，以可视地表示报警。要说明的是，报警电路30并不局限于可视输出报警的这一种情况，而是可以组成为可听见的输出报警。

图3表示电池电压V1和流经电机2的电流Im的变化。电池组9在开始使用时处于全充电状态。使用全充电电池组9进行螺钉紧固或者钻孔操作，直到电池组9中的残留电荷量为零。在由图3中的X表示的整个工作过程的第一个一半操作中，施加在设备上的负载通过这种操作过程极大地发生改变，以在不同类型的工件内钻孔。在由图3中的Y表示的整个操作过程的第二个一半操作中，通过执行这种操作尽可能地将施加在设备上的负载保持固定，以在相同类型的工件内钻孔。

正如从图3所观察到的，利用定期检查电池电压的传统放电电压限压器，由于电池电压下降至表示在图3中的点“a”的放电电压限压器设定值V11(以下称作DVLS值V11)之下，FET 13不期望地变成OFF。尽管存在在电池组中保存有电荷的事实，当设备突出地施加大负载或者在启动电机2时，电池电压下降至DVLS值V11之下。

在此实施例中，当没有负载施加在设备上时，也就是说，主开关4变成OFF时，检查电池电压，以便当电池电压下降至预定值之下时，EFT 13可以正常地变成OFF。

图4是用于表示图2所示电路的各种部件操作过程的时序图。使用全充电电池组9执行第一部分(1)期间的操作。当主开关4变成ON时，电机2被驱动，结果电池电压突然降低。但是，连接至运算放大器150的反向输入端子的电容148防止电池电压Vb突然下降。参见点“A”。结果，电池电压Vb没有下降至参考电池电压Vrb之下。之后，连接至运算放大器150的反向输入端子的电机操作检测电路17的输出变成高电平，从而使电池电压Vb超出参考电池电压Vrb，而不管施加在电池组9上的负载如何。因此，运算放大器150的输出保持在低电平。结果，当主开关4变成OFF时，在电池电压由于由电容178和电阻172确定的时间常数而恢复至某种程度时，运算放大器180的输出变成低电平。电压比较电路14由此对电池电压Vb和参考电池电压Vrb进行比较。参见点“B”。由于利用全充电电池组在周期(1)期间进行操作，电压比较电路14的输出保持在低电平，并不导致EFT 13变成OFF。

在周期(2)期间执行的操作使用具有少量残留容量的电池组。当负载施加在电池组9上的时，电池电压急剧下降，而且延迟恢复电压。于是，由于电池电压Vb低于参考电池电压Vrb，从电压比较电路14获得高电平输出。参见点“C”。这样，报警电路30的晶体管33变成ON，从而使LED 32发亮。一旦电压比较电路14的输出变成高电平，参考电池电压Vrb就由于二极管147的操作而保持在高电平。即便电池电压利用电阻143和144之后恢复到原始设定参考值，也保持高电平状态。

从执行周期(3)的操作期间可以看出，通过二极管175从电压比较电路14的输出施加的电机操作情况检测电路17的参考电机电压Vrm，也为高电平。连接至电压比较电路14的反向输入端子的电机操作情况检测电路17的输出在主开关4再次保持ON时保持在低电平。结果，电压比较电路14的输出连续执行自保持操作，以保持高电平。这样，一旦电压比较电路14检测到电池电压已从设定值下降，FET 13就不再次保持ON，而且LED 32继续发亮，即便电池电压恢复了。

尽管参照具体实施例说明了本发明，本领域的技术人员可以理解，不超出本发明的保护范围可作出各种改变。例如，在上述实施例中，电压比较电路14的输出强制地被保持在低电平，当电机操作情况检测电路17检测出电机2处于操作中时，通过从电机操作情况检测电路17输出高电平信号，使电压比较电路14的比较操作被禁止或者无效。但是，可以改进电路结构，以使电压比较电路14的输出通过检测电机操作情况检测电路17而被禁止，从而使晶体管152为ON。

图5示出了如上所述的改进。电机操作情况检测电路17的输出端子，即运算放大器180的输出端子通过反相器201连接至与门202的一个输入端子。电压比较电路14的输出端子，即运算放大器150的输出端子连接至与门202的另一输入端子。由此，在利用电机操作情况检测电路17检测电机的操作情况期间，与门202不被禁止，不管电压比较电路14的输出如何，从而使晶体管152不变成ON。

Claims (15)

1.一种电池供电设备，包括：

提供固定电压的稳压电源；

利用电池组驱动的电机，该电池组产生根据电池组中的残留电荷量和施加在电机上的负载而变化的电压；

连接在电池组和电机之间的主开关；

与电机、电池组和主开关串联连接的开关元件；

第一电压比较电路，该第一电压比较电路具有提供有表示电池组电压的第一检测电压的第一输入端子、提供有第一参考电压的第二输入端子、以及第一输出端子，该第一电压比较电路将第一检测电压和第一参考电压进行比较、并有选择地向第一输出端子输出第一信号和第二信号之一，当第一检测电压高于第一参考电压时输出第一信号，而当第一检测电压下降至第一参考电压之下时输出第二信号，其中开关元件响应于第一信号变成ON，而开关元件响应于第二信号变成OFF；以及

电机操作情况检测电路，其检测电机的驱动状态，并在电机被驱动时输出第三信号，在电机不被驱动时输出第四信号，

其中不管第一检测电压在第一参考电压之上还是下降到其之下，直到从电机操作情况检测电路输出第三信号，第一电压比较电路不输出第二信号。

2.如权利要求1所述的电池供电设备，进一步包括报警电路，该报警电路响应于从第一电压比较电路输出的第二信号，警告用户电池组的电压已经下降。

3.如权利要求2所述的电池供电设备，其中所述第三信号使第一检测电压无效、并被施加在第一电压比较电路的第一输入端子上，从而使第一电压比较电路输出第一信号，而不管第一检测电压在第一参考电压之上还是下降到其之下。

4.如权利要求3所述的电池供电设备，其中电机操作情况检测电路包括门电路，该门电路允许第三信号施加在第一电压比较电路的第一输入端子上、并且不允许第四信号施加在第一电压比较电路的第一输入端子上。

5.如权利要求3所述的电池供电设备，其中当电机操作情况检测电路输出第四信号时，第一电压比较电路根据第一检测电压在第一参考电压之上还是下降到其之下、有选择地输出第一信号和第二信号之一。

6.如权利要求5所述的电池供电设备，进一步包括自保持电路，一旦第一检测电压下降至第一参考电压之下，该自保持电路就保持从第一电压比较电路输出的第二信号。

7.如权利要求6所述的电池供电设备，其中所述自保持电路包括连接在第一电压比较电路的第一输出端子和第二输入端子之间二极管，该二极管向第二输入端子提供高于第一参考电压的电压。

8.如权利要求2所述的电池供电设备，其中所述第一电压比较电路包括与门电路，该与门电路具有连接至第一电压比较电路的第一输出端子的一个输入端子和连接至电机操作情况检测电路的输出的另一输入端子，其中当从电机操作情况检测电路输出第四信号时，该与门电路被禁止，而允许第二信号经此通过并提供至报警电路。

9.如权利要求2所述的电池供电设备，进一步包括第一电阻、第二电阻和第一电容，该第一电阻和第二电阻串联跨接电池组，第一电容与第二电阻并联连接，其中在第二电阻上产生的电压做为第一检测电压提供至第一电压比较电路的第一输入端子。

10.如权利要求9所述电池供电设备，进一步包括第三电阻、第四电阻和第二电容，第三电阻和第四电阻串联连接至稳压电源，第二电容与第四电阻并联连接，其中在第四电阻上产生的电压做为第一参考电压提供至第一电压比较电路的第二输入端子。

11.如权利要求10所述的电池供电设备，其中所述电机操作情况检测电路包括：第二电压比较电路具有提供有表示提供至电机的电压的第二检测电压的第三输入端子、提供有第二参考电压的第四输入端子、以及第二输出端子，所述第二电压比较电路对第二检测电压和第二参考电压进行比较、并有选择地向第二输出端子输出第三信号和第四信号之一。

12.如权利要求11所述的电池供电设备，进一步包括第五电阻、第六电阻和第三电容，第五电阻和第六电阻串联跨接电机，第三电容与第六电阻并联连接，其中在第六电阻上产生的电压做为检测电压提供至第二电压比较电路的第三输入端子。

13.如权利要求12所述的电池供电设备，进一步包括被串联跨接稳压电源的第七电阻和第八电阻，其中在第八电阻上产生的电压做为第二参考电压提供至第二电压比较电路的第四输入端子。

14.根据权利要求1所述的电池供电设备，其特征在于还包含

放电电压限压电路，当第一检测电压下降至第一参考电压之下时，该放电电压限压电路将电池组与电机断开，该放电电压限压电路仅在主开关为OFF时可以操作。

15.根据权利要求14所述的电池供电设备，其特征在于还包含自保持电路，一旦第一检测电压下降到低于第一参考电压，其保持第二信号输出。

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