CN100492750C - 用于电池保护的方法和系统 - Google Patents

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CN100492750C CNB2003101199033A CN200310119903A CN100492750C CN 100492750 C CN100492750 C CN 100492750C CN B2003101199033 A CNB2003101199033 A CN B2003101199033A CN 200310119903 A CN200310119903 A CN 200310119903A CN 100492750 C CN100492750 C CN 100492750C
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Abstract

一种用于电池保护的系统和方法。在一些方面中，一种执行带有电池组的运行的方法，其包含步骤：以第一监测率来监测第一电池组情况，判断第二电池组情况何时达到阈值，在第二电池组情况达到阈值之后，以第二监测率来监测第一电池组情况，第二监测率不同于第一监测率。在一些方面中，一种执行包含电池的运行的方法，该电池包含带有电压的电池单元，功率可在电池单元和电气设备之间传输，用于控制电池组的功能的控制器，控制器以至少等于和/或大于工作电压阈值的电压运行，该电池单元有选择地提供电压至控制器，当由电池单元提供的电压低于工作电压阈值时，所述方法包含启动控制器运行的步骤。

Description

用于电池保护的方法和系统
相关申请
本专利申请要求于2002年11月22日提交的序列号为60/428,358、于2002年11月22日提交的序列号为60/428,450、于2002年11月22日提交的序列号为60/428,452、于2003年1月17日提交的序列号为60/400,692、于2003年1月17日提交的序列号为60/440,693且尚未授权的美国临时专利申请；于2003年11月19日提交的题目为“用于电池保护的方法和系统”且尚未授权的美国临时专利申请(代理人卷号为066042-9536-00)；于2003年11月19日提交的题目为“用于电池充电的方法和系统”且尚未授权的美国临时专利申请(代理人卷号为066042-9538-00)的权益，所有的内容结合在本说明书中作为参考。于2003年11月20日提交的题目为“用于电池充电的方法和系统”美国专利申请(代理人卷号为066042-9538-01)的所有内容也结合在本说明书中作为参考。
技术领域
本发明一般涉及一种用于电池(battery)保护的方法和系统，更具体地说，涉及一种用于电动工具的电池保护的方法和系统。
背景技术
无绳电动工具通常由便携式电池组驱动。这些电池组具有不同的电池化学物质和标称电压，且可以用于驱动无数种工具和电气设备。电动工具电池的电池化学物质通常是镍镉(“NiCd”)、镍氢(“NiMH”)或铅酸。这种化学物质一般持久耐用。
发明内容
一些电池化学物质(例如：锂(“Li”)、锂离子(“Li-ion”)和其它基于锂的化学物质)要求有准确的充电方案和充电操作，且放电能受控制。不充分的充电方案和不能受控制的放电方案可能会产生过度的发热、过度充电的情况和/或过多放电的情况。这些情况和发热可能给电池造成无法弥补的损坏并严重影响到电池的容量。各种因素(例如过多的热量)可能使电池组内的一个或多个电池(cell)变得不平衡，即，其当前充电状态大大低于电池组内的其它电池。不平衡的电池会严重影响到电池组的性能(例如运行时间和/或电压输出)且会缩短电池组的寿命。
本发明提供了一种用于电池保护的方法和系统。在一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于监控电池的温度的方法和系统。在另一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于转移电池内的热量的方法和系统。在另一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于通过相变材料来转移电池内的热量的方法和系统。在另一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于监控电池不平衡的方法和系统。在另一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于根据电池的温度和/或电池不平衡来控制电气设备的运行的方法和系统。在另一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于确定电池的当前充电状态和表示或显示电池的当前充电状态的方法和系统。在另一种结构和一些方面中，本发明提供了一种用于根据电池的温度来中断放电电流的方法和系统。
通过查阅详细的描述和附图，本领域的普通技术人员将对本发明的主要特性和主要优点变得清楚明了。
附图说明
图1是电池的透视图。
图2是另一电池的透视图。
图3是另一电池的透视图。
图4是与诸如电动工具的第一电气设备一起使用的电池(例如图3中所示的电池)的透视图。
图5是与诸如电动工具的第二电气设备一起使用的电池(例如图3中所示的电池)的透视图。
图6A是诸如图1—3中所示的电池中的一种的示意图。
图6B是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图6C是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图6D是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图7是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图8是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图9是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图10是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图11A是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图11B是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图11C是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图11D是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图11E是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图11F是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图12A—C是诸如图1—3中所示的电池中的一种的另一示意图。
图13A是其它部分被除去的部分电池的透视图，例如图1—3中所示的电池中的一种，和示出了FET和散热片。
图13B是图13A中所示的部分电池的平面视图。
图13C是其它部分被除去的部分电池的透视图，例如图1—3中所示的电池中的一种，和示出了电池内的FET、散热片和电连接。
图14A—E包含了图13A中所示的部分电池的视图。
图15是其它部分被除去的部分电池的透视图，例如图1—3中所示的电池中的一种，和示出了FET和散热片。
图16是其它部分被除去的部分电池的另一透视图，例如图1—3中所示的电池中的一种，和示出了FET和散热片。
图17是一种替换结构的电池的一部分的透视性剖面图，包含相变材料。
图18是另一种替换结构的电池的一部分的剖面图，包含相变材料和散热片。
图19是另一种替换结构的电池的一部分的剖面图，包含相变材料和散热片。
图20A—B是其它部分被除去的部分电池的透视性剖面图，例如图1—3中所示的电池中的一种。
图21A—C是用在诸如电动工具的电气设备内的电池(例如图1—3中所示的电池中的一种)的示意图。
图22是与诸如电动工具的电气设备一起的电池(例如图1—3中所示的电池中的一种)的另一示意图。
图23是与诸如电动工具的电气设备一起使用的电池(例如图1—3中所示的电池中的一种)的另一示意性框图。
图24是与诸如电池充电器的另一电气设备一起使用的电池(例如图1—3中所示的电池中的一种)的侧视图。
图25是诸如图1—3中所示的电池中的一种的部分示意图。
图26—27是示出随着时间的变化的电池电压和电池电压比率的曲线图。
图28是电池充电系统的一种结构的示意性框图。
图29是电池充电系统的另一种结构的示意性框图。
图30A—B示出了图29中所示的电池充电系统的运行。
图31是现有电池的示意性框图。
图32是包含在另一种结构的电池充电系统中的电池的示意性框图。
图33是现有电池充电器的示意性框图。
图34是包含在另一种结构内的电池充电器的示意性框图。
图35是电池的透视图。
图36是图35中所示的电池的俯视图。
图37是图35中所示的电池的后视图。
图38是图35中所示的电池的接线板的后透视图。
图39是图35中所示的电池的接线板的前透视图。
图40是图35中所示的电池和诸如电池充电器的电元件的侧视图。
图41是图40中所示的电池和诸如电池充电器的示意性框图。
图42是图40中所示的电池充电器的透视图。
图43是图40中所示的电池充电器的另一透视图。
图44是图40中所示的电池充电器的俯视图。
图45是图40中所示的电池充电器的接线板的透视图。
图46是图40中所示的电池充电器的外壳的里面部分的透视图。
图47是图46中所示的部分电池充电器的放大透视图和示出了电池充电器的接线板。
图48A是使用了图35中所示的电池的诸如电动工具的电气设备的透视图。
图48B是图48A中所示的电动工具的支撑部分的透视图。
图49是图35中所示的电池的右侧视图。
图50是图35中所示的电池的左侧视图。
图51是图35中所示的电池的前视图。
图52是图35中所示的电池的仰视图。
图53是一种替换结构的电池的前透视图。
图54是图53中所示的电池的后透视图。
图55是图53中所示的电池的俯视图。
图56是图53中所示的电池的后视图。
图57是现有电池的前透视图。
图58是图57中所示的电池的后透视图。
图59是图57中所示的电池的俯视图。
图60是图57中所示的电池的后视图。
图61是图57中所示的现有电池和图40中所示的电池充电器的示意性框图。
图62是现有电池充电器的透视图。
图63是图62中所示的电池充电器的侧视图。
图64是图62中所示的电池充电器的另一视图。
图65是图57中所示的现有电池和图62中所示的现有电池充电器的示意性框图。
在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解，本发明在其申请中不受在下面描述中所列出的或在附图中所示的结构的详细细节和元件的排列方式的限制。本发明可以有其它的结构且能够以各种方式实践或实施。同样，应当理解，在本说明书中所用的用语和术语是用于描述的目的且不应被认为有限制作用。本说明书中“包括(including)”、“包含(comprising)”或“具有(having)”及其变化意在包含后面所列出的条目及其等效物以及其它的条目。术语“组装(mounted)”、“连接(connected)”和“耦合(coupled)”被广义地使用且包含直接和间接的组装、连接和耦合。此外，“连接(connected)”和“耦合(coupled)”不限定于物理或机械的连接或耦合且可以包括直接或间接的电连接和耦合。
具体实施方式
电池组或电池50在图1—3中示出。电池50可以被设置成用于传送能量到诸如电动工具55(如图4—5所示)、电池充电器60(如图24所示)等一种或多种电气设备上和从其接收能量。如在图4和5所示的结构中，电池50能够传送能量到诸如圆锯56和驱动钻机58等各种电动工具上。在一些结构和一些方面中，电池50能够提供高放电电流至具有高电流放电率的电气设备(例如电动工具55)。例如，电池50能够驱动包括圆锯56和驱动钻机58等多种电动工具55，如图4和5所示。
在一些结构和一些方面中，电池50可以带有任何电池化学物质，例如铅酸、镍镉(“NiCd”)、镍氢(“NiMH”)、锂(“Li”)、锂离子(“Li-ion”)、其它基于锂的化学物质或其它可再充电或非可再充电的电池化学物质。在示出的结构中，电池50可以带有锂、锂离子或基于锂的化学物质的电池化学物质，且能够提供等于或大于大约20A的平均放电电流。例如，在示出的结构中，电池50可以带有锂钴(“Li-Co”)、锂锰(“Li-Mn”)尖晶石或Li-Mn镍的化学物质。
在一些结构和一些方面中，电池50还可以具有任何标称电压。在一些结构中，例如，电池50可以具有大约9.6V的标称电压。在其它结构中，例如，电池50可以具有高达大约50V的标称电压。在这些结构中，例如，电池50可以具有大约21V的标称电压。在其它结构中，例如，电池50可以具有大约28V的标称电压。
电池50还包含能够提供终端支架(terminal support)70的外壳65。电池50还可以包含由终端支架70支撑的一个或多个电池终端(未在图1—5中示出)，且电池终端可以连接至诸如电动工具55、电池充电器60等电气设备。
在一些结构和一些方面中，外壳65可以充分围住电连接至一个或多个电池终端的支持电路。在一些结构中，该电路可以包含微控制器或微处理器。在一些结构中，该电路能够与诸如电动工具55(例如圆锯56、驱动钻机58等)、电池充电器60等电气设备通信，且能够提供有关一个或多个电池特性或情况的信息给这些设备，例如电池50的标称电压、电池50的温度、电池50的化学物质和类似的特性，如下面所讨论。
电池50在图6A—D、7—10、11A—D和12A—C中示意性地示出且电池50的部分在图13—16和20A—B中示出。如图所示，电池50包含一个或多个带有一种化学物质和标称电压的电池单元80。同样，每个电池单元80可以包含正极端90和负极端95。在一些结构中，例如图6A和C所示的结构，电池50可以带有锂离子电池化学物质和大约18V或大约21V(例如根据电池单元的类型而定)的标称电压，且可以包含五个电池单元80a、80b、80c、80d和80e。在其它结构中，例如图6B和D所示的结构，电池50可以带有锂离子电池化学物质和大约24V、大约25V或大约28V(例如根据电池单元的类型而定)的标称电压，且可以包含七个电池单元80a、80b、80c、80d、80e、80f和80g。在另外其它结构中，电池50可以带有多于或少于上面所示出和所描述的电池单元80。在示例性结构中，每个电池单元80带有锂离子的化学物质，且每个电池单元80具有与诸如大约3.6V、大约4V或大约4.2V基本相同的标称电压。
在一些结构中，两个或多个电池单元80可以串联排列：一个电池单元80的正极端90与另一个电池单元80的负极端95电连接，如图6A和C所示。电池单元80可以通过导电线或导电带100电连接。在其它结构中，电池单元80可以以其它的方式排列，例如并联排列：电池单元80a—e的正极端90互相电连接而电池单元80a—e的负极端95互相电连接或者串联和并联的结合。如图6B和D中所示，电池单元80可以独立地耦合至电路130。在一些结构中，电路130可以把电池单元80设置成各种排列方式，例如：并联排列、串联排列(例如图6A和C中所示的电池单元80的串联)、独立排列(即从单个电池单元80中引出电流或向其提供电流)、部分并联排列(即把少数电池单元80排列成串联)、部分串联排列(即把少数电池单元80排列成并联)、或串联、部分串联、并联、部分并联排列的结合。在一些结构中，包含在电池50内的电路130能够通过软件(即由处理器所执行的程序，如下面所讨论的微处理器140)或硬件来永久地建立这些排列。在一些结构中，电路130能够通过软件或硬件(即一个或多个开关、逻辑元件等)来修改这些排列。
电池50还可以包含接线板105，其可以包含由终端支架70(如图1所示)支撑的一个或多个电池终端。在示出的结构中，接线板105可以包含正极终端110、负极终端115和感应终端120。正极终端110可以电连接至第一电池单元80a的正极端90，而负极端115可以电连接至第二电池单元80e的负极端95(或电池单元80g)。在示出的结构中，第一电池单元80a是将被串联链接的电池单元80的第一个电池，而第二电池单元80e或80g分别是将被串联链接的电池单元80a—e或80a—g的最后一个电池。
如上面所提到的，电池50可以包含电路130。电路130可以电连接至一个或多个电池单元80，且可以电连接至接线板105的一个或多个电池终端。在一些结构中，电路130可以包含能够增强电池50的性能的元件。在一些结构中，电路130可以包含能够监控电池特性、提供电压检测、存储电池特性、显示电池特性、通知用户一些电池特性、中断电池50内的电流、检测电池50和电池单元80等的温度、从电池50和/或在其内部转移热量的元件。在一些结构和一些方面中，电路130包含电压检测电路、升压电路、充电状态指示器等，如下面所讨论。在一些结构中，电路130可以被耦合至印制电路板145，如下面所讨论。在其它结构中，电路130可以耦合至柔性电路145。在一些结构中，柔性电路145可以环绕一个或电池单元80或者环绕外壳65的内部。
在一些结构和一些方面中，电路130还可以包含微处理器140。微处理器140可以存储电池特性或电池识别信息，例如电池化学物质、标称电压等。在其它结构和其它方面中，微处理器140可以存储附加的电池特性，例如电池温度、周围的温度、电池50被充电的次数、电池50被充电的次数的数目、各种监控阈值、各种放电阈值、各种充电阈值等，且可以存储有关微处理器140自己的信息及其运行的信息，例如电池特性被计算的频率和/或次数、微处理器140停止电池50的次数等。微处理器140还能够控制包含在电池50内的电路130的其它电元件，如下面所讨论。
在示出的结构和一些方面中，微处理器140能够电连接至印制电路板(“PCB”)145。在示出的结构中，PCB145能够在包含在电池50内的微处理器140和终端110、115和120、电池单元80a—g和其它电元件之间提供必要的电连接，如下面所讨论。在其它结构中，该PCB145可以包含附加的电路和/或元件，例如附加的微处理器、晶体管、二极管、限流元件、电容器等。
在一些结构和一些方面中，电路130还可以包含温度感测器件，例如热敏电阻器150和恒温器(未示出)。温度感测器件能够感测包含在电池50内的一个或多个电池单元80a—g的温度，能够感测整个电池50的温度，或者能够感测周围的温度等。在一些结构中，热敏电阻器150的电阻值可以表示被感测的一个或多个电池单元80a—g的温度，且能够随着一个或多个电池单元80a—g温度的变化而变化。在一些结构中，微处理器140能够根据热敏电阻器150的电阻值来确定一个或多个电池单元80a—g的温度。微处理器140还能够通过随着时间的变化监控热敏电阻器150的方式来监控温度和时间关系上的变化。微处理器140还能够发送温度信息至诸如电动工具55和/或电池充电器60的电气设备，和/或使用温度信息来启动一些功能或者控制电池50内的其它元件，如下面所讨论。如在示出的结构中所示出的，热敏电阻器50被组装在PCB145上。
在一些结构和一些方面中，电路130还可以包含当前充电状态指示器，例如在示出的结构中所示出的燃料计155。燃料计155可以包含用于表示电池50的当前充电状态的发光二极管(“LED”)。在其它结构中，燃料计155可以包含矩阵显示。如图1—3中所示，燃料计155可以定位在电池外壳65的上表面上。在其他的结构中，燃料计155可以位于外壳65的任何位置上，例如外壳65的下表面158上、外壳65的侧面159中的一个上、外壳的底表面161上、外壳65的后表面162上、外壳65的表面或侧面中的两个或多个上等。
在一些结构中，位于电池50的外壳65上的燃料计155能够通过按钮开关160来启动。在其它结构中，燃料计能够利用由计时器计时的预先设定的时间周期或预先设定的电池特性等来自动激活。在示出的结构中，燃料计155能够通过带状电缆165电连接至微处理器140，且可以包含提供LED显示的四个LED170a、170b、170c和170d。
在一些结构中，当按钮160被按下时，微处理器140能够确定电池50的当前充电状态(即电池50内剩余多少电荷)并输出充电电平至燃料计155。例如，如果电池50的当前充电状态是大约100％，则所有LED170a、170b、170c和170d将被微处理器140打开。如果电池50的当前充电状态是大约50％，则只有两个LED(例如LED170a和170b)将被打开。如果电池50的当前充电状态是大约25％，则只有一个LED(例如LED170a)将被打开。
在一些结构中，在按钮160被开始按下后，该输出可以在燃料计155上大约显示预先设定的时间周期(即“显示时间周期”)。在一些结构中，如果一个或多个电池单元80a—g的温度超过预先设定的阈值，则微处理器140能够停止燃料计155或输出当前零充电状态的输出。在一些结构中，即使电池50剩余有相对较高的充电级，当检测到异常电池特性(例如高电池温度)时，微处理器140能够停止燃料计155或输出当前零充电状态的输出。在一些结构中，如果电池50的当前充电状态或者一个或多个电池单元80a—g的当前充电状态低于预先设定的阈值，微处理器140能够停止燃料计155或输出当前零充电状态的输出。在一些结构中，不管按钮160是保持按下的状态或是没有，在预先设定的时间周期之后(即“断开时间周期”)，微处理器140能够停止燃料计155或输出当前零充电状态的输出。在一些结构中，断开时间周期可以基本等于显示时间周期，而在其它结构中，断开时间周期则可以大于显示时间周期。
在一些结构中，在电池50处于激活状态的时间周期期间(例如在充电和/或放电期间)，当按钮160被按下时，微处理器140没有启动燃料计155。在这些时间周期期间，电池的当前充电状态信息可以被抑制，以避免出现错误的充电状态读数。在这些结构中，当通过电池50的电流(例如充电电流、放电电流、寄生电流等)低于预先设定的阈值时，微处理器140可以只提供当前充电状态的信息，以响应被按下的按钮160。
在一些结构中，在电池50处于激活状态的时间周期期间(例如在充电和/或放电期间)，不管按钮160是否被按下，微处理器140都能够启动燃料计155。例如在一种结构中，燃料计155可以在充电期间运行。在这种结构中，微处理器140能够自动启动燃料计155，以持续定期地(例如在一定的预先设定的时间间隔之后或在低电流引出/供应的期间内)显示电池50的当前充电状态，以响应一些电池特性(例如当当前充电状态达到一定的已设定的阈值时，例如充电状态每次5％的升高)，或者响应充电循环内的一些阶段、模式或改变。在其它结构中，当电池50处于激活状态时，微处理器140可以启动燃料计155，以响应按钮160的按下。
在一些结构和一些方面中，燃料计155能够通过接触板、开关等来启动。在其它结构中，电池50可以包含另一个按钮或开关(未示出)，用于启动和停止自动显示模式。在这些结构中，用户可以选择使电路130以自动的显示模式运行和以手动的显示模式运行。自动显示模式可以包含用于在无用户激活的情况下显示电池50的当前充电状态的燃料计155。例如，在自动显示模式中，燃料计155能够定期(例如在一定的预先设定的时间间隔之后)显示电池50的当前充电状态，以响应一些电池特性(例如当当前充电状态达到一定的已设定的阈值时，例如充电状态每次5％的升高或下降)等。手动显示模式可以包含用于显示当前充电状态的燃料计155，以响应用户的激活，例如按钮160的按下。在一些结构中，当电路130以自动的显示模式运行时，按钮160能够被禁用。在其它的结构中，即使当电路130以自动的显示模式运行时，按钮160仍然能够启动燃料计155。在另外其它结构中，自动显示模式可以通过按钮160、来自电气设备(例如电动工具55或电池充电器60等)的控制信号来启动和停止。
在一些结构中，电路130可以包含升压电路171。升压电路171在低电池电压期间能够提供额外的功率给包含在电路130内的元件，如下面所讨论。例如，微处理器140可能需要一个大约3V或大约5V的电压电源，以进行工作。如果电池50的当前充电状态下降到大约5V或3V以下，那么微处理器140可能没有接收足够的能量来运行和控制包含在电路130中的其它元件。在其它结构中，升压电路171能够把较低的输入电压“升压(boost)”到较高的输出电压，如下面所讨论。
升压电路171的各种结构在图11A—F中示出。在一种结构中，例如在图11A中所示的结构，升压电路171a可能包含电源或功率元件，例如另一电池单元172。在一些结构中，电池单元172的化学物质、标称电压等可能与串联的电池单元80不同。例如，电池单元172可以是锂离子的1.2V电池。
在一些结构中，当电池单元80的当前组合的充电状态下降到阈值以下时，升压电路171a可以只提供能量给电路130的其它元件(例如微处理器140)。在一些结构中，当电池单元80的温度下降到温度阈值以下时，且当电池单元80的当前组合充电状态下降到低电压阈值以下时，升压电路171a可以只提供能量给电路130的其它元件。在其它结构中，在低温度情况(例如电池组温度低于低温度阈值，或者周围的温度低于低温度阈值)下的工作期间，升压电路171a可以只提供能量给电路130的其它元件。升压电路171a可以只提供功率，以防止电路130(例如微处理器140)出现“减弱(brown out)”情况(例如一段时间周期内电压供应不够)。该减弱情况可能由电池电压波动引起的，电压波动在低工作温度(例如电池组温度或周围温度)期间更加明显或突出。
例如在图11B所示的另一种结构中，升压电路171b可以包含升压部件173，例如感应“回扫(flyback)”式转换器、开关电容转换器等。类似于升压电路171a，该升压电路171b可以提供能量给电路130的其它元件，以响应各种电池情况。
在另一种结构中，例如在图11C中所示的结构，升压电路171可以是电容性升压电路171c。如图所示，电容性升压电路171c可以包含电容器174。在工作期间，电容器可由电池单元80的放电电路、来自微处理器的信号或附加的电路充电。类似于升压电路171a，升压电路171c可以提供能量给电路130的其它元件，以响应各种电池情况。
在另一种结构中，例如在图11D中所示的结构，升压电路171d可以包含晶体管或开关175。在一些结构中，开关175可以是功率场效应晶体管(“FET”)，如下面所讨论。在一种示例性实施例中，开关175是FET。在一些结构中，升压电路171d能够中断放电电流一定的时间，以使电池50的当前充电状态进行恢复。例如，由于低电池温度、周围的低温度、高放电电流(例如大负载)等因素，电池单元80可能会出现大幅度的电压波动。通过中断放电电流一段时间，充电状态中的大幅度的波动可能会得到减缓，电池单元80的电压可能会升高。激活和去活开关175可以防止大幅度的波动给电路130带来减弱情况。类似于升压电路171a，可以激活升压电路171d，以响应一些电池情况，例如低温度、低电池充电状态等。在一些结构中，开关175可以与电路171c的电容器174一起使用，以重新对电容器174进行充电。
在一些结构中，可以在设定的频率或工作周期上激活(例如反复开关)开关175。在其它结构中，开关175能以滞后的方式被激活。例如，如果电池50的电压达到或下降到第一阈值以下，则只激活开关175。开关175的打开状态(例如中断电流)可以保持到电池50的当前充电状态恢复到或超过第二阈值，该第二阈值通常大于第一阈值。在一些结构中，第二阈值通常等于第一阈值。在一些结构中，电池的充电状态被消耗越多，充电状态需恢复到或达到第二阈值的时间就越长。在一些情况中，电路130还可以包含一个计时器(未示出)。当计时器所保持的第一时间期满且充电状态未恢复到第二阈值时，那么，电路130可以推断电池50被完全放电，且继续使开关175保持打开状态，以防止电池50进入过度放电状态。
在另一结构中，例如在图11E和11F中示出的结构中，升压电路171可以是电容性电荷泵升压电路，例如升压电路171e和升压电路171f。在这些结构中，升压电路171e和171f能够把一个或多个较低的电压信号“升压(boost)”到较高的输出电压信号。如图11e中所示，升压电路171e可以包含一个或多个用于接收AC信号、控制信号等的输入176a—f，和一个或多个用于接收一个或多个低电压信号的低电压输入179。该信号(例如AC信号和/或控制信号)可以用于提高低电压信号和增加存储在电容器178内的电荷(或其电压)，和用于在输出177上生成一个较高的电压输出信号。类似于升压电路171e，升压电路171f还可以包含一个或多个用于接收低电压AC功率信号、控制信号等的输入176a—d，和一个或多个用于接收一个或多个低电压信号的低电压输入179。在示例性实施例中，升压电路171e能够把大约3V的输入信号升压到大约10V的输出信号，而升压电路171f能够把大约3V的输入信号升压到大约5V的输出信号。
在一些结构中，升压电路171e和171f能够在任何时候以及任何电池情况期间向电路130内的元件提供较高的电压信号。例如，升压电路171e能够提供用于驱动功率FET或开关的输出信号，如下面所讨论，而升压电路171f能够提供用于驱动一个或多个晶体管的输出信号，如下面所讨论。
在一些结构和一些方面中，电路130可以包含半导电开关180，在电路130(例如微处理器140)确定或感测到高于或低于预先设定的阈值情况(即“异常电池情况”)时，开关180中断放电电流。在一些结构中，异常电池情况可以包含例如高或低电池单元温度、高或低电池充电状态、高或低电池单元充电状态、高或低放电电流、高或低充电电流等。在示出的结构中，开关180包含功率FET或金属氧化物半导体FET(“MOSFET”)。在其它结构中，电路130可以包含两个开关180。在这些结构中，开关180可以并联排列。并联开关180可以包含在提供高平均放电电流(例如提供功率给圆锯56、驱动钻机58的电池50等)的电池单元中。
在一些结构中，电路130还可以包含开关控制电路182，以控制开关180(或多个开关180，如果使用的话)的状态。在一些结构中，开关控制电路182可以包含晶体管185，例如npn双结型晶体管或场效应晶体管(“FET”)。在这些结构中，电路130(微处理器140)能够通过改变晶体管185的状态来控制开关180。如图7—9所示，FET180的源极190可以电连接至电池单元80a—e的负极端95，而FET180的漏极195可以电连接至负极终端115。开关180可以组装在第二PCB200上(如图7所示)。在一些结构和一些方面中，例如图14A—E所示的结构，开关180可以被组装在PCB 145上。在其它结构中，开关180可以被组装在另一合适的位置或地点上。
在示例性实施例中，电流在放电期间通过开关180的漏极195流向源极190，而在充电期间通过开关180的源极190流向漏极195。如果电路130(例如微处理器140)检测到异常电池情况，例如微处理器140能够打开晶体管185，即把晶体管185偏移到导通状态。当晶体管185处于导通状态时，FET 180的栅极205和源极190之间没有足够的电压来使开关180处于导电状态。因此，FET 180变成非导电状态，且电流被中断。
在一些结构中，当开关180变成非导电状态时，即使一直没有检测到异常情况，也可以不重置开关180。在一些结构中，电路130(例如微处理器140)可以只在诸如电池充电器60的电气设备指示微处理器140重置开关180时才重置开关180。在一些结构中，微处理器140可以在预先设定的时间之后才重置开关180。在一些结构中，如果微处理器140在放电期间检测到异常电池情况，微处理器140可以不用把开关180的状态改变为非导电状态，直到微处理器140也检测到放电电流处于预先设定的阈值(即低放电电流)之下。
在一些结构中，当电池50正在放电时，开关180可以设置成只中断电流。即，即使当开关180处于非导电状态时，电池50也可以被充电。如图9和图10所示，开关180可以包含体二极管210，在一些结构中，体二极管210与MOSFET和其它晶体管结合成整体。在其它结构中，体二极管210可以并联地电连接至开关180。
在另一示例性实施例中，当电池50被放电时(即，在图10中，处在第一位置220上的开关215使电流可以流过诸如电动工具55的负载225)，电流以方向230流过电池50，即，从FET180的漏极190流向FET180的源极190。当电池50被充电时(即，在图10中，处在第二位置235上的开关215使电流可以流过诸如电池充电器60的电气设备)，电流以方向240流过电池50，即，从FET 180的源极190流向FET 180的漏极195。
在本实施例中，当开关180处于非导电状态时，以方向230流动的电流可以被中断。因此，电池50不再向负载225提供放电电流。在一些结构中，例如包含微处理器140或附加电路250(可能或可能不包含微处理器140)的电路130可以把开关180的状态从非导电状态改变为导电状态，当微处理器140收到指示或命令让其这样做时。在一些结构中，微处理器140和/或附加电路250可能没收到指示或命令，因此不可以把开关180的状态从非导电状态改变为导电状态。例如，电池50可能被严重放电，使得电池50在电池单元80没有足够的能量来驱动电路130。如果电池50没有足够的功率来驱动电路130，电池50和电气设备(例如电池充电器60)之间的通信(由电路130执行)可能不能进行，那么电气设备可能不能发送控制信号至电池50，以重置开关180。在这些情况中，包含在开关180内的体二极管210可能以方向240传导由诸如电池充电器60的电气设备提供的电流(即充电电流)。这使得将被充电的电池50可以重置开关180并开始通信或充电，即使开关180没有导通或至少接收足够的电荷以驱动电路130。
在一些结构和一些方面中，电路130(例如微处理器140)能够监控电池单元电压是否出现异常情况(例如低电池单元电压)，且如果检测到异常情况，能够激活开关180，以中断放电电流。在一些结构中，如果电池电压下降或低于一定的电压(例如电池“反向(reversal)”电压)，可能会出现损坏电池单元的情况。在一些结构中，电池反向发生在大约0V上。在一些结构中，微处理器140或电路130能够建立一个电池反向阈值，作为预防性的预防电压。在一些结构中，电池反向阈值可以被设在电池反向电压上。在其它结构中，电池反向阈值可以被设成高于电池反向电压。例如，电池反向阈值可以设为大约1V。
在一些情况中，电池50在开始放电的时候可能会出现电压“下滑(depression)”(例如电压暂时性的大幅度下降)。电压下滑通常是暂时的且在低电池温度上最为明显。在一些结构中，电压下滑可能下降到电池反向阈值或以下。
在一些结构和一些方面，电路130(例如微处理器140)可以包含各种响应时间，以响应或反作用于受监控的电池特性。在一些结构中，各种响应时间可以包含用于电路130的多个监控模式。即，当在检测和/或监控电池特性(例如电池单元的充电状态、电池的充电状态和其它类似的电池特性)时，电路130(例如微处理器140)可以以多种模式运行。例如，微处理器140可以包含具有第一抽样率的第一模式和具有第二抽样率的第二模式。在一些结构中，第一抽样率可以被设置且可以不同于也被设置的第二抽样率。在其它结构中，第一抽样率可能依赖于第一参数，它可能包含例如一个或多个电池特性、一个或多个来自电气设备(例如电动工具55或电池充电器60)的控制信号等，并且可能根据第一参数而发生改变。类似地，第二抽样率也可能依赖于第一参数或第二参数(例如类似于第一参数)，并且可能根据第二参数而发生改变。在其它结构中，微处理器140可以包含附加的抽样率和附加的模式，其将在下面讨论。
在一些结构中，例如，微处理器140能够以第一模式或“慢”模式运行。在这些结构中，由于电压下滑延长了响应时间，慢模式下的运行可能降低开关180的活力。在一些结构中，当电池50上的负载不高而无需快速响应时间(例如引出电流相对较低)时，微处理器140可以以慢模式运行。在一些结构中，微处理器140可以以慢模式运行，直到当前电池充电状态的余量下降到预先设定的阈值下，例如大约10％的充电状态余量。
在示例性实施例中，当在慢模式下运行时，微处理器140可以以慢速率(例如每秒一次)抽样电池电压。由于微处理器140以慢速率抽样，微处理器140经历较慢的响应时间。在一些结构中，慢模式对于大部分监控情况可能是合适的且能够降低由电路130(例如微处理器140和附加电路)引出的寄生电流。在一些结构中，只要电池电压高于预先设定的阈值或“模式切换”阈值(例如3.73V)，则微处理器140以慢模式运行。
在一些结构中，微处理器140能够以第二模式或“快”模式运行。在这些结构中，快模式下的运行能够加快用于检测异常情况的响应时间。在一些结构中，当一个或多个电池电压下降到预先设定的阈值或“模式切换”阈值(例如3.73V)时，微处理器140可以以快模式运行。在一些结构中，在当前电池充电状态余量下降到预先设定的阈值下时，例如大约10％的充电状态余量，微处理器140可以以快模式运行。
在另一示例性实施例中，当在快模式下运行时，微处理器140可以以快速率(例如每秒100次抽样)抽样电池电压。在一些结构中，在发生激活开关180之前，由微处理器140抽样的电池单元电压可以对一定的抽样次数进行平均。在一些结构中，直到三十次抽样的平均值等于或小于电池反向阈值时，微处理器140才激活开关180。对抽样进行平均可能会数字“过滤(filtering)”由微处理器140读取的电压信息，且为微处理器140提供一些延时，以忽略“涌入(inrush)”的电流和/或电压下滑。对抽样进行平均可能会“过滤(filtering)”来自由于外部速度控制电路而产生的电噪声的电压信息。在一些结构中，用于平均的抽样次数可以根据微处理器140的运行模式、被监控的电池特性的类型等而发生改变。
在一些结构中，当在快模式下运行时，如果电池单元电压下降到预先设定的阈值(例如断开阈值)下一段时间(例如几秒)，微处理器140还可以激活开关180。在一些结构中，断开阈值可以大于电池反向阈值。例如，断开阈值可以是大约2V，而电池反向阈值可以是大约1V。在电压下降到1V以下的情况中，响应时间可以大大变快(大约300ms量级)。各种响应时间能够减少令人讨厌的关闭次数，且仍然能够充分保护电池。
在一些结构中，电压阈值(断开阈值和电池反向阈值)可以由微处理器140根据电池温度来调高或调低。这使得可以根据电池温度特性进行优化。
在另一示例性实施例中，微处理器140可以通过改变用于平均的抽样次数的方式来改变响应时间。例如，微处理器140可以抽样电池特性，例如电池温度。根据第一模式，通过对50次抽样的电池温度测量进行平均，微处理器140可能具有“慢”响应时间。根据第二模式，通过对30次抽样的电池温度测量进行平均，微处理器140可能具有“快”响应时间。在一些结构中，这些测量可以在相同的速率上进行抽样。在其它结构中，这些测量可以在不同的速率上进行抽样。例如，第一模式可以在大约每秒1次抽样的速率上对这些测量进行抽样，而第二模式可以在大约每秒10次抽样的速率上对这些测量进行抽样。
在一些结构中，由于微处理器140能够通过监控电池单元电压来感测高放电电流，微处理器140能够在无需使用电流感测器件的情况下控制和限制引出电流。例如，当高电流负载致使电池单元电压下降到低水平(例如断开阈值和/或电池单元反向阈值)上时，微处理器140可以激活开关180和停止电池50。当电池电压下降到一定水平(例如断开阈值和/或电池反向阈值)上时，微处理器140可以通过监控电池电压和停止电池50的方式来间接限制引出的电流。
在一些结构和一些方面中，电路130(例如，在一些结构中，微处理器140)可以定期监控电池情况(例如电池单元电压/当前充电状态、电池单元温度、电池组电压/当前充电状态、电池组温度等)，以降低从电池50中引出的寄生电流。在这些结构中，微处理器140可能在“睡眠”模式下运行第一预先设定的时间周期(即“睡眠时间周期”)。在睡眠模式期间，微处理器140可以从电池50中引出低静态电流。在睡眠时间周期期满后，微处理器140可能“醒来(wake up)”，或换句话说，在激活模式下运行第二预先设定的时间周期(即“激活时间周期”)。在激活模式期间，微处理器140能够监控一个或多个电池情况。
在一些结构中，睡眠时间周期可以大于激活时间周期。在一些结构中，激活时间周期和睡眠时间周期的比率很低，使得平均寄生电流引出是低的。在一些结构中，在所知的电池活动的时间周期内，例如当微处理器140感测出放电电流或充电电流大约等于预先设定的阈值时，这个比率可以调节(例如升高)。在一些结构中，当微处理器140检测一些电压和/或温度特时，睡眠时间周期可以被降低和/或激活时间周期可以被升高。
在一些结构和一些方面，电路130可以包含电压检测电路259(参见图9和12B)。在一些结构中，电压检测电路259可以包含多个形成分压网络的电阻器260。如图9所示，多个电阻器260可以包含电阻器260a—d。多个电阻器260可以电连接至一个或多个电池单元80a—g和多个晶体管265。在示出的结构中，多个晶体管265可以包含晶体管265a—d或a—f。在一些结构中，包含在多个电阻器260中的电阻器的个数可以等于包含在多个晶体管265中的晶体管个数。
在一些结构中，当微处理器140处于激活模式时，电池50和/或电池单元80的电压特性可由微处理器140通过多个电阻器260读取。在一些结构中，微处理器140可以通过关闭晶体管270(晶体管270变为非导电状态)来开始电压读数事件。当晶体管270是非导电时，晶体管265a—d变成导电状态，且电池50和/或电池单元80相关的电压测量可由微处理器140执行。把多个晶体管265包含到电池50内可以降低从电池50内引出的寄生电流，因为晶体管265只是周期性地导电。
在一些结构和一些方面，当电池50与电气设备电连接时，微处理器140把电池组特性和/或情况传输给诸如电动工具55和/或电池充电器60的电气设备。在一些结构中，微处理器140以串联的方式与电气设备数字化通信。电池50的感测终端120在微处理器140和电气设备之间提供串行通信链路。可在微处理器140和电气设备之间交换的电池50的相关信息包括(但不限于)电池组化学物质、电池组标称电压、电池组温度、电池组的当前充电状态、电池单元标称电压、电池组温度、电池组的当前充电状态、校准技术/信息、充电指示、充电的循环次数、估计的剩余预期寿命、放电信息等。
在一些结构中，当电连接建立时，诸如电池充电器60的电气设备能够校准微处理器140。在一些结构中，包含在电池充电器60内的测量电路将比包含在电池50内的电路更加精确。因此，电池充电器60校准包含在电池50内的微处理器140和/或电路130，以完善由微处理器140和/或电路130所得出的电池测量。
在一些结构中，电路130还可以包含电压调节器273(参见图9和12A)。电压调节器273可以提供合适的电压至微处理器140、燃料计155的LED 170a—d和其它任何需要恒定电压输入的附加电子元件。在示出的结构中，该电压调节器273可以输出大约5V的电压。
在一些结构和一些方面中，电池50可以包含散热片275(参见图7、13A-C、14A、14D、15和16)。散热片275可以与功率FET或开关180热通信。散热片275能用于把由开关180生成的热从开关180上移走。
在一些结构和一些方面中，电池50还可以包含热管(未示出)或风扇(未示出)，以增加从散热片275传递的热量。为了移走由散热片275聚集的热，热管可以与散热片275热通信。风扇或吹风机可以位于能够产生流经散热片275的冷空气流的位置上。通风道(未示出)可以被放在电池50的外壳65内，以使冷空气进入电池组50且使热空气离开电池组50。在一些结构中，可以放置热管和/或风扇，以聚集和/或移走由电池单元80a—e生成的热，以及或替换由散热片275生成的热。
在一些结构和一些方面中，电池50还可以包含相变材料300(参见图17—19)。在这些结构中，可以放置相变材料300以吸收和/或移走由电池单元80a—g和传导链路100(未在图17—19中示出)生成的热。由于相变材料300在相变温度上进行相转变(例如：从固态到液态、从液态到气态、从液态到固态、从气态到液态等)，大量的能量被吸收或释放(即熔化的潜热、蒸发的潜热等)。在这种相转变期间，相变材料300具有相对恒定温度。
在示例性实施例中，当负载被施加到电池单元80上时，电池单元80的温度可以升高。在一些结构中，如图17所示，相变材料300能够包围每个电池单元80。在这些结构中，由电池单元80生成的热首先被传递到电池单元80的外表面305，然后被传递到周围的相变材料300。由于相变材料300继续吸收来自电池单元80和传导链路100的热，相变材料300的温度可能上升。当相变材料300的温度达到相变温度时，相变材料300开始进行从第一相到第二相的相转变，同时相变材料300的温度相对保持不变且大约等于相变温度。在一些结构中，相变材料300可能继续进行相转变，直到相变材料300被完全转变到第二相和/或负载被从电池单元80上移去(即电池单元80不再产生热)。
在一些结构和一些方面中，相变材料300可以具有大于预期周围温度且小于允许的最大电池单元温度的相变温度。在一些结构和一些方面中，相变材料300可以具有在-34℃—116℃之间的相变温度。在一些结构和一些方面中，相变材料300可以具有在40℃—80℃之间的相变温度。在一些结构和一些方面中，相变材料300可以具有在50℃—65℃之间的相变温度。
相变材料300可以是任何合适的相变材料，每单位质量具有高潜热，可以是热可循环的、惰性的、无腐蚀性的、无污染的，可以包含固体石蜡(例如可从总部位于德国汉堡的
Figure C200310119903D0030092549QIETU
获得的石蜡)、盐的低共熔混合物(例如可从位于瑞典Skovde的Climator获得的盐的低共熔混合物)、卤代烃及其混合物、盐水合物的溶液、聚乙二醇、硬脂酸及其结合。
电池50A的替换结构在图18和19中示出。相同的组件带有相同的参考字符“A”。
在示出的结构中，电池50A还可以包含散热片275A，以把电池单元80A的热散发到相变材料300的更大的区域上。散热片275A还可以用于提供额外的热存储容量，以吸收和/或移走由电池单元80A生产的热。
在一些结构中，散热片275A可以包含一个环绕每个和所有电池单元80a—e的组件(未示出)。在其它结构中，散热片275A可以包含多个片，使得每个电池单元80A被散热片275A充分地环绕，如图18和19所示。在另外其它的结构中，如图19所示，散热片275A可以包含与电池单元80A的外表面相邻的内圆柱部分320、与内圆柱部分320径向相距的外圆柱部分325，以及径向肋330，径向肋330互相圆周相距，连接内圆柱部分320和外圆柱部分325且定义它们之间的间隔335。该间隔335可以被相变材料300A填充。与图19所示的类似结构也可用于封装多个电池单元(未示出)。在另外其它结构中，散热片275A可以包含如上所述的径向肋330，而无需使用内圆柱部分320和外圆柱部分325中的一个或两个。
在另一替换结构中，如图18所示，散热片275B可以包含如上所述的内圆柱部分320B和径向肋330B，且相变材料300B可以从电池单元80B和散热片275B偏移。应当理解，也可以使用其它散热片和相变材料结构。散热片275可由金属(例如铝)、聚合物(例如尼龙)、和/或任何其它具有高热传导性和比热的材料组成。
在一些结构和一些方面中，电池50可能包含减震件或“缓冲器”340。如图20A和B所示，电池外壳65的内表面345可以包含一个或多个减震件340。在一些结构中，减震件340可以附到或固定到外壳65的内表面345上。在另外的结构中，减震件340可以连接至一个或多个电池单元80或包围电池单元80的一个末端的端帽350(在图16中示出一部分)。在一些结构中，减震件340能够吸收撞击时的能量，且在撞击期间通过限制传递到电池单元80上的能量的数量的方式来保护电池单元80。减震件340可以包含任何热塑性橡胶，例如聚丙烯RPT100FRHI(例如高冲击阻燃聚丙烯)。
如图21A-C、22和23所示，电池50可以设置成与诸如电动工具55的电气设备连接。电动工具55包含外壳400。该外壳可以提供电池50能够与之连接的连接部分405。连接部分405可以包含一个或多个电气设备终端(在图22中示意性地示出)，以把电池50电连接至电动工具55。包含在电动工具55内的终端被设置成与包含在电池50内的终端110、115和/或120匹配，和用于接收来自电池50的功率和/或信息。
在一些结构中，例如图21A—C中示意性地示出的结构，电动工具55可以包含微控制器或微处理器420，以和电池50通信、接收来自电池50的信息、控制电动工具55的运行、和/或控制电池50的放电过程。在示出的结构中，电动工具55可以包含连接至电池50的正极终端110的正极终端430、连接至电池50的负极终端115的负极终端435以及连接至电池50的感测终端120的感测终端440。微处理器420能够电连接至每个终端430、435和440。
不管电池50是否包含微处理器(例如微处理器140)，微处理器420都能通过感测终端440与电池50通信或者接收来自电池50的信息。在电池50包含微处理器(例如微处理器140)的结构中，可以通过感测终端120和440进行双路通信。微处理器140和420可以来回交换信息，例如电池特性、电动工具运行时间和电动工具要求(例如标称电流和/或电压)。
在电池50没有包含微处理器的结构中，微处理器420定期测量或检测电池50内一个或多个组件或元件，以确定电池特性和/或电池工作信息，例如电池化学物质、标称电压、当前电池充电状态、电池单元电压、温度等。微处理器420能够根据这些和其它电池特性和工作信息来控制电动工具55的运行。
例如，在一些结构中，微处理器420可以被编成以检测电池温度，且如果电池温度高于阈值温度，则停止驱动电动工具55。在这个例子中，微处理器420定期检测位于电池50内的热敏电阻器150的电阻，并确定在工具运行期间(即当工具55内的马达450正在运行的时候)电池组50的温度。然后，微处理器420确定电池50的温度是否处于合适的工作范围内。这可以通过在微处理器420内存储一个或多个温度范围、使微处理器420能够把已检测到的电池50的温度与该一个或多个温度范围比较的方式来实现。如果电池50的温度没有处于合适的工作范围内，微处理器420中断来自电池50的电流和/或关闭马达450。在一些结构中，微处理器420继续禁用马达450和/或中断来自电池50的电流，直到电池50的温度下降到合适的温度范围内。在微处理器420确定电池50的温度没有处于合适的工作范围内的一些结构中，微处理器420直到其检测到由电池50提供给马达450的低放电电流时才停止马达450。在一些结构中，当微处理器420检测到电池50被从电动工具55上除去时，马达450被重新启动(即电动工具55是可运行的)。
在一些结构和一些方面中，电动工具55还可以包含风扇或吹风机470，以促使冷空气通过工具55和电池组50，如图21B所示。那么，电池单元80a、散热片275、热管(未示出)和/或功率FET或开关180(如果包含在电池50内)可以被流过的空气冷却。在这种结构中，电池50和电动工具55包含一个或多个通风道，以使冷空气进入和使热空气出来。电动工具55包含一个或多个入风道475，在示出的结构中，入风道475基本上位于电动工具外壳400的顶部。该电动工具55还包含一个或多个出风道480，它基本上位于电动工具55的连接部分405的底部。包含在电动工具55内的出风道480也可以放置成使电池50的入风道(未示出)基本上位于其下面。在示出的结构中，包含在电动工具55内的马达485驱动风扇470。在一些结构中，包含在电动工具55内的微处理器490控制风扇470的运行。在预先设定的时间间隔期间和/或如果检测到高电池温度，则微处理器490能够激活风扇470。
如图21C所示，包含在电池50内的电路130能够把充电信息的状态传输给包含在电动工具55内的微控制器420。在这种结构中，电动工具55内的微控制器420能够在包含在工具55外壳上或里面的燃料计115a上显示电池的充电状态信息。在这种结构中，燃料计155a可以类似于包含在电池50内的燃料计155，并被以相同的方式(例如自动显示模式、手动显示模式等)操作。在一些结构中，燃料计155a可以包含按钮160和包含多于或少于所示出和描述的LED(例如LED 170a—d)。
如图23所示，包含在电池50内的电路130也可以用于控制诸如电动工具55的电气设备的运行。在该示出的结构中，电动工具55包含马达450、由用户激活的触发开关491、速度控制电路492、电离合器493和制动器494。工具55还包含连接至电池50的正极终端105的正极终端900、连接至电池50的负极终端110的负极终端901，以及连接至电池50的两个感测终端120a和120b的两个感测终端902a和902b。在其它结构中，电动工具55和电池50可以带有多于或少于所示出和描述的终端。
在这种结构中，电路130能够提供工具速度控制以及监控电池组参数或特性。功率MOSFET或开关180能够控制工具55的速度控制电路的开关功能。在这种结构中，用于速度控制控制电路492的功率MOSFET可以包含在电池50内而不是电动工具55内。
如图24所示，电池50也可以设置成与诸如电池充电器60的电气设备连接。电池充电器60包含外壳500。外壳500提供电池50与之连接的连接部分505。连接部分505可以包含一个或多个电气设备终端(未示出)，把电池50电连接至电池充电器60。包含在电池充电器60内的终端被设置成与包含在电池50内的终端匹配，和用于传输和接收来自电池50的能量和信息。
在一些结构和一些方面中，电池充电器60还包含微处理器或微控制器510。微控制器510控制电池50和电池充电器60之间的能量的传输。在一些结构中，微控制器510控制电池50和电池充电器60之间的信息的传输。在一些结构中，微控制器510根据接收来自电池50的信号来识别和/或确定电池50的一个或多个特性或情况。同样，微控制器510能够根据电池50的识别特性来控制充电器60的工作。
在一些结构和一些方面中，电池充电器60根据电池50的温度来进行对电池50充电的充电方案或方法。在一种结构中，电池充电器60提供充电电流至电池50，同时定期检测或监控电池50的温度。如果电池50没有包含微处理器，电池充电器60在预先设定的时间周期之后定期测量热敏电阻器(例如热敏电阻器150)的电阻。如果电池50包含微处理器(例如微处理器140)，那么电池充电器60或者：1)定期查询微处理器140以确定电池温度和/或如果电池温度不在合适的工作范围内；或者2)等待接收来自微处理器140且表示电池温度不在合适的工作范围内的信号。
在一些结构中，当电池温度超过预先设定的阈值或没有下降到合适的工作范围内时，电池充电器60中断充电电流。电池充电器60继续定期检测或监控电池温度或等待接收来自微处理器140且表示电池温度不在合适的工作范围内的信号。当电池温度处于合适的工作范围内时，电池充电器60可以重新开始提供给电池50的充电电流。电池充电器60继续监控电池温度，并根据检测到的电池温度来中断和重新开始充电电流。在一些结构中，在预先设定的时间周期之后或者在当前电池充电状态达到预先设定的阈值时，电池充电器60终止充电。
在一些结构和一些方面中，电池50和/或诸如电动工具55和电池充电器60的电气设备能够检测电池50内的不平衡的电池单元。在一些结构中，诸如微处理器140、420、490和/或510(“监控微处理器”)的微处理器只监控电池单元80中的两组，并使用两个电池组的电压比率来判断电池不平衡，而不是单独地监控每个电池单元80a-e。
例如，电池600的一部分在图25中示出。在一些结构中，电池600类似于电池50，且包含微处理器140。在其它结构中，电池600没有包含微处理器。在示出的结构中，电池600包含五个电池单元605a、605b、605c、605d和605e，每个都带有基本相同的标称电压，例如大约4V。
电池单元605a-e被排列成两组：组610和组615。组610包含电池单元605a和605b，组615包含电池单元605c和605d和605e。
电池600还包含提供组615两端的电压V615(即电池单元605c和605d和605e的总电压)的引线或抽头620。当电池单元605a-e被基本上充满电时，组615的电压V615大约等于12V。电压VT是跨越所有电池单元605a-e的电压。当电池单元605a-e被基本上充满电时，电压VT大约等于20V。
监控微处理器被编成为可以监控电压V615和VT。在一些结构中，微处理器持续或者定期地监控V615和VT，并计算所测量的电压V615和VT之间的比率R。该比率R由下面的公式确定：
R＝V615/VT
当电池单元605a-e基本平衡时，比率R大约等于0.6。如果在充电或放电期间第一组610的一个或多个电池单元是不平衡的(即具有低于其它电池的当前电池充电状态或电池电压)，比率R将高于0.6。如果在充电或放电期间第二组615的一个或多个电池不平衡，比率R将低于0.6。如果在充电或放电期间两个电池单元(一个来自第一组610而一个来自第二组615，例如电池605a和电池605e)不平衡，则比率R将高于0.6。换句话说，如果出现不平衡的电池单元，比率R将正向或负向偏移0.6的平衡比率。如果监控微处理器检测到电池单元的不平衡，即计算出比率R基本高于或低于0.6的平衡比率，电池600的运行(即充电和/或当电)被中断或改变。在一些结构和一些方面中，如果比率R没有被包括在大约0.55到大约0.65的范围内，则电池600的运行被中断或改变。
图26和27是示出当在电池600出现不平衡以及在此期间比率R如何偏移平衡的电压的示例的曲线图。在这个示例中，每个电池605a-e具有大约4V的标称电压，且比率R的平衡比率是大约0.6或60.0％。
在示出的结构中，轴700表示以秒为单位的时间，轴705表示以伏特为单位的电压，而轴710表示伏特/伏特的比率或百分比。线715a表示电池单元605a随时间变化的电压，线715b表示电池单元605b随时间变化的电压，而线715c表示电池单元605c随时间变化的电压。线715d表示电池单元605d随时间变化的电压，线715e表示电池单元605e随时间变化的电压，而线720表示随时间变化的比率R。
在示出的示例中，不平衡(在曲线图上由数字725表示)大约发生在86秒上。该不平衡725由包括在组615中的电池单元605e造成。在此时(t＝86秒)，比率720开始降低或偏移0.6(即60％)的平衡比率。由于比率720下降，可以判断不平衡电池在组615内。当比率R在大约91秒上接近55.0％时(在图24中由数字730表示)，电池单元605e的电压是大约1V。在一些结构中，监控微处理器检测到比率R已经下降至大约55.0％，然后终止电池600的运行，以避免电池605e进一步放电。
在一些结构中，监控微处理器监控每个电池单元的电压，而不是使用监控诸如微处理器140的比率度量(ratiometric)方法。如上所述，电池50包含多个电阻器260，用于提供对电池单元80的电压测量。多个电阻器260被排列成使微处理器140能够基本上同时测量每个电池单元80a-g的电压。在一些结构中，当一个或多个电池单元80达到大约1V时，微处理器140检测电池50的不平衡。
在一些结构中一些方面中，当检测到不平衡时，电池50或600可以重新平衡电池单元80a-g或605a-e。在一些结构中，当平衡比率R不再处于可接受的范围内时，监控微处理器停止电池50或600(例如中断电池运行、阻止电池运行等)。在电池50或600被停止后，监控微处理器判断哪个电池单元80a—e或605a—e不平衡(“低电压电池”)。
在一些结构中，监控微处理器激活或打开电连接至在当前充电状态中不低的那些电池单元80a-e或605a-e(即电池具有高于低电压电池的当前充电状态)的各个晶体管(例如晶体管265a-f)。监控微处理器开始带有高当前充电状态的电池单元80a—e或605a—e的受控放电。例如，监控微处理器将控制从平衡的电池单元80a—e或605a—e流经各个晶体管的小放电电流。在整个受控的放电过程中，监控微处理器将继续进行电池单元80a-e或605a-e的电压测量。当具有较高充电状态的电池单元80a-e或605a-e的当前充电状态被降低到大约等于先前的低电压电池时，监控微处理器将结束受控的放电过程。
在一些结构中，监控微处理器利用受控放电过程来驱动指示器，例如使燃料计155上的所有LED170a-d闪烁。在这种结构中，例如，闪烁的LED179a-d向操作者或用户指示出电池50或600被停止和/或正在重新平衡80a-e或605a-e的过程中。
电池50的另一示意性框图在图28中示出。在一些结构中，电路130包含诸如识别电阻器750的电子元件，且识别电阻器750可以具有设定的电阻。在其它结构中，电子元件可以是电容器、电感器、晶体管、半导电元件、电路或其它带有电阻或能够发送电信号的元件，例如微处理器、数字逻辑元件等。在示出的结构中，识别电阻器750的电阻值可以根据电池50的特性(例如电池单元80的标称电压和化学物质)来选择。感测终端120可以电连接至识别电阻器750。
如在图28中示意性地示出的电池50可以电连接至诸如电池充电器820(同样示意性地示出)的电气设备，以接收或传输能量。电池充电器820可以包含正极终端825、负极终端828和感测终端830。电池充电器820的每个终端820、828、830(分别)电连接至电池50的对应终端110、115、120。电池充电器820还包含带有电子元件的电路，例如第一电阻器835、第二电阻器840、固态电器件或半导体855、比较器860和处理器或微处理器(未示出)。在一些结构中，半导体855可以包含能够在饱和或“打开”状态下运行和能够在断开或“关闭”状态下运行的晶体管。在一些结构中，比较器860可以是专用电压监控器件、微处理器或处理单元。在其它结构中，比较器860可以包含在微控制器(未示出)内。
在一些结构中，微控制器(未示出)可以编成为能够识别电池50内的电元件(例如识别电阻器750)的电阻值。微控制器还可以编成为能够确定电池50的一个或多个特性，例如电池50的电池化学物质和标称电压。如上所述，识别电阻器750的电阻值可以与一个或多个确定电池特性关联的专用值对应。例如，识别电阻器750的电阻值可以包含在与电池50的化学物质和标称电压对应的电阻值范围内。
在一些结构中，微控制器可以编成为能够识别出识别电阻器750的多个电阻范围。在这些结构中，每个范围与一个电池化学物质(例如NiCd、NiMH、Li-ion等)对应。在一些结构中，微控制器能够识别出附加的电阻范围，每个均与另一电池化学物质或另一电池特性对应。
在一些结构中，微控制器可以编成为能够识别出多个电压范围。包含在这些电压范围内的电压可以依赖于或对应于识别电阻器750的电阻值，使得微控制器能够根据所测量到的电压来确定电阻器750的电阻值。
在一些结构中，识别电阻器750的电阻值还可以选择为对于电池50的每个可行标称电压值都是唯一的。例如，在一个电阻值范围内，第一专用电阻值可以与21V的标称电压对应，第二专用电阻值可以与16.8V的标称电压对应，而第三专用电阻值可以与12.6V的标称电压对应。在一些结构中，可以有更多或较少的专用电阻值，每个均对应于与该电阻范围关联的电池50的可能的标称电压。
在示例性实施例中，电池50电连接至电池充电器820。为了识别第一电池特性，半导体855在附加电路(未示出)的控制之下切换到“打开”状态。当半导体855处于“打开”状态时，识别电阻器750和电阻器835和840构成电压分压网络。该网络在第一参考点875确立电压VA。如果电阻器840的电阻值大大低于电阻器835的电阻值，那么电压VA将依赖于识别电阻器750和电阻器840的电阻值。在该实施例中，电压VA处于由识别电阻器750的电阻值确定的范围。微控制器(未示出)在第一参考点875上测量电压VA，并根据电压VA来确定识别电阻器750的电阻值。在一些结构中，微控制器把电压VA与多个电压范围进行比较，以确定出电池特性。
在一些结构中，将被识别出的第一电池特性可以包含电池化学物质。例如，任一低于150k欧姆的电阻值可以表示电池50带有NiCd或NiMH的化学物质，而任一大约150k欧姆或以上的电阻值可以表示电池50带有Li或Li-ion的化学物质。当微控制器确定和识别出电池50的化学物质时，可以选择合适的充电算法或方法。在其它结构中，有多个电阻范围，每个均对应于非上述示例中的另一电池化学物质。
继续讨论这个示例性实施例，为了识别第二电池特性，半导体855在附加电路的控制之下切换到“关闭”状态。当半导体855切换到“关闭”状态时，识别电阻器750和电阻器835构成电压分压网络。现在，在第一参考点875上的电压VA通过识别电阻器750和电阻器835的电阻值来确定。识别电阻器750的电阻值选择为使在第二参考点880上的电压VBATT基本等于电池50的标称电压，使在第一参考点875上的电压VA基本等于在第三参考点885上的电压VREF。如果在第一参考点875上的电压VA超过在第三参考点885上的固定电压VREF，比较器860的输出VOUT改变其状态。在一些结构中，该输出VOUT可以用于终止充电或作为开始附加功能的指示符，例如维护程序、平衡程序、放电功能、附近放电方案等。在一些结构中，电压VOUT可以是固定参考电压。
在一些结构中，将被识别出的第二电池特性可以包含电池50的标称电压。例如，用于计算识别电阻器750的电阻值的一般公式可以是：
R 100 = V REF R 135 V BATT V REF
其中R100是识别电阻器750的电阻值，R135是电阻器835的电阻值，VBATT是电池50的标称电压，而VREF是固定电压，例如大约2.5V。例如，在对于锂离子(上面所设定的)的电阻值范围内，用于识别电阻器750的大约150k欧姆的电阻值可以对应于大约21V的标称电压，大约194k欧姆的电阻值可以对应于大约16.8V的标称电压，大约274.7k欧姆的电阻值可以对应于大约12.6V的标称电压。在其它结构中，更多或较少的专用电阻值可以对应于附加或不同的电池组标称电压值。
在示出的结构中，识别电阻器750和第三参考点885可以都被放置在电流感测电阻器890的“高”端。当出现充电电流时，以这种方式放置识别电阻器750和第三参考点885可以减缓VA和VREF之间的任何相关的电压波动。如果识别电阻器750和第三参考点885被引用到地895，且充电电流被施加到电池50上，电压波动可能出现在电压VA上。
在一些结构中，电池充电器820还可以包含充电器控制功能。如上所述，当电压VA基本等于电压VREF时(表示电压VBATT等于电池50的标称电压)，比较器860的输出VOUT改变状态。在一些结构中，当比较器860的输出VOUT改变状态时，不再向电池50提供充电电流。一旦充电电流被中断时，电池电压VBATT开始下降。当电压VBATT达到下阈值时，比较器860的输出VOUT再次改变状态。在一些结构中，电压VBATT的下阈值由滞后电阻器898的电阻值确定。当比较器860的输出VOUT再次改变状态时，充电电流再次建立。在一些结构中，该循环重复由微控制器预先设定的次数或重复由比较器860作出的一定状态改变次数。在一些结构中，该循环一直重复直到电池50从电池充电器820上移去。
在一些结构和一些方面中，电池50的电路130也可以指示出一个或多个电池特性。在一些结构中，电池特性包含例如电池50的标称电压和温度。电路130包含电识别元件或识别电阻器910、温度感测器件或热敏电阻器914、第一限流器件或保护性二极管918、第二限流器件或保护性二极管922以及电容器926。识别电阻器910带有与一个或多个确定电池特性对应的固定电阻值。在一些结构中，识别电阻器910的电阻值对应于电池50或电池单元80的标称电压。在一些结构中，该电阻值对应于电池50的化学物质。在一些结构中，该电阻值对应于两个或多个电池特性或对应于不同的电池特性。热敏电阻器914的电阻值表示电池单元80的温度，且随着电池单元80温度的改变而改变。感测终端930电连接至电路130。
如在图29中示意性地示出的，电池50电连接至诸如电池充电器942(同样示意性地示出)的电气设备。电池充电器942包含正极终端946、负极终端950和感测终端954。与在图28中示出的电池50和电池充电器820的方式类似，电池50的正极终端934、负极终端938和感测终端930分别电连接至电池充电器942的正极终端946、负极终端950和感测终端954。电池充电器942还包含诸如控制器件、处理器、微控制器或控制器958的控制电路和电子元件或电阻器962。
电池50和电池充电器942的运行将参考图29和30A-B进行讨论。在一些结构中，当电池50电连接至电池充电器942，且电容器926开始放电时，控制器958把第一参考点964上的电压VA升高至大约第一阈值。在一些结构中，第一阈值是大约5V。如图30A中所示，控制器958大约在时间T1时把电压VA升高至第一阈值。
当第一阈值被应用到第一参考点964上时，在电池50和电池充电器942内建立第一电流路径。第一电流路径包含电阻器962、电容器926、第一二极管918和识别电阻器910。当电压VA大约升高到第一阈值时，控制器958测量第二参考点966上的电压VOUT。第二参考点966上的电压VOUT很快升高到由电压分压网络确立的电压上，电压分压网络由识别电阻器910、电阻器962以及正向电压下降通过的二极管918组成。在一些结构中，电压VOUT的范围将从大约0V到微小于电压VA。如图30B中所示，大约在时间T2上电压VOUT出现升高，且控制器958大约在时间T2或时间T2稍后时测量电压VOUT。在一些结构中，时间T2大约等于时间T1。在一些结构中，几乎在时间T1之后立即出现时间T2。时间T2可根据测量容差而较晚出现。
在一种结构中，由控制器958测量的电压VOUT对应于用于识别电阻器910的电阻值。该电阻值对应于电池50的标称电压。在一些结构中，随着识别电阻器910电阻值的降低，电压VOUT也跟着升高。
在示出的结构中，当电容器926被充满电时，电压VOUT最后基本升高到电压VA。在电容器926被充满电后，控制器958把第一参考点964上的电压VA降低至第二阈值。在一些结构中，第二阈值是大约0V。如图30A所示，控制器958大约在时间T3上把电压VA降低到第二阈值。
当第二阈值被应用到第一参考点964上时，在电池50和电池充电器942内建立第二电流路径。第二电流路径包含电阻器962、电容器926、第二二极管922和热敏电阻器914。当电压VA降低到大约第二阈值时，控制器958再次测量第二参考点966上的电压VOUT。第二参考点966上的电压VOUT很快降低到由电压分压网络确立的电压上，电压分压网络由热敏电阻器914、电阻器962以及正向电压下降通过的二极管922组成。在一些结构中，电压VOUT的范围将从大约0V到微小于电压VA。如图30B中所示，大约在时间T4上电压VOUT出现下降，且控制器958大约在时间T4或时间T4稍后时测量电压VOUT。在一些结构中，时间T4大约等于时间T3。在一些结构中，几乎在时间T3之后立即出现时间T4。在一些结构中，时间T4可根据测量容差而较晚出现。
在一种结构中，由控制器958在时间T4上测量的电压VOUT对应于用于热敏电阻器914的电阻值。该电阻值对应于电池50的温度。在一些结构中，随着热敏电阻器914电阻值的下降，电压VOUT增加。
在一些结构中，电容器926提供DC阻挡功能。电容器926防止现有电池充电器(例如不能识别诸如锂或锂离子化学物质等较新的电动工具电池化学物质的电池充电器，以及不带有用于这种较新的化学物质所需的对应充电算法的电池充电器)能够对带有电路130的电池组进行充电。
现有电动工具电池968在图31中示意性地示出，且电池970的另一种结构在图32中示意性地示出。参考图31-34，另一电池充电系统同时包含体现本发明的各个方面的电池968和970、现有电池充电器972(如图33所示)和电池充电器974(如图34所示)。
参考图31，现有电池968包含均带有一种化学物质和提供一种标称电压的一个或多个电池单元976。典型地，电池单元976的化学物质通常是铅酸、NiCd或NiMH。电池单元976包含正极端978和负极端980。正极终端982电连接至电池单元976的正极端978，而负极终端984电连接至电池单元976的负极端。
电池968还包含电子元件或热敏电阻器986。热敏电阻器986的电阻值表示电池单元976的温度，且随电池单元976温度的变化而变化。在一些结构中，热敏电阻器986的电阻值被包含在电阻值的第一范围内。现有电池充电器972能够识别出处于第一范围内的热敏电阻器986的电阻值，且相应地对现有电池968进行充电。例如，电阻值的第一范围包含大约等于和小于130k欧姆的电阻值。如果热敏电阻器986的电阻值没有包含在电阻值的第一范围内，现有电池充电器972不能对现有电池968进行充电。现有电池968还包含电连接至热敏电阻器986的感测终端988。
如图32所示，电池970包含均带有一种电池970的化学物质和提供一种标称电压的一个或多个电池单元990。通常地，电池单元990的化学物质包含例如锂、锂离子或另一基于锂的化学物质。电池单元990包含正极端992和负极端993。正极终端994电连接至电池单元990的正极端992，而负极终端995电连接至电池单元990的负极端993。
电池970还包含两个感测终端996和997。第一感测终端996电连接至第一电元件或识别电阻器998，而第二感测终端997电连接至第二电元件或温度感测器件或热敏电阻器999。在一些结构中，识别电阻器998的电阻值没有被包含在可由现有电池充电器972识别的电阻值的第一范围内。例如，识别电阻器998的电阻值大约等于或大于于150k欧姆。热敏电阻器986的电阻值表示电池单元990的温度，且随电池单元990温度的变化而变化。
如图34所示且在大部分结构中，电池充电器974包含正极终端1001、负极终端1002、第一感测终端1003和第二感测终端1004。电池充电器974的第一感测终端1003或者电连接至电池970的第一感测终端996，或者电连接至现有电池968的感测终端988。
如图33所示且在大部分结构中，现有电池充电器972包含正极终端1005、负极终端1006和感测终端1007。现有电池充电器972的感测终端1007或者电连接至电池970的第一感测终端996或者电连接至现有电池968的感测终端988。
当现有电池968电连接至电池充电器974时，电池充电器974的第二感测终端1004没有电连接至任何电池终端。在一些结构中，包含在新的电池充电器974内的控制器件、微处理器、微控制器或控制器1008通过第一感测终端1003来确定热敏电阻器986的电阻值，并把电池968识别为带有NiCd或NiMH化学物质。控制器1008根据电池968的化学物质和温度来选择适用于现有电池968的充电方法或算法。电池充电器974相应地对现有电池968进行充电。
当电池970电连接至电池充电器974时，电池充电器974的第二感测终端1004电连接至电池970的第二感测终端997。在一些结构中，控制器1008确定识别电阻器998的电阻值，并把电池970识别为带有例如锂、锂离子或其它基于锂的化学物质。例如，识别电阻器998的大约或大于150k欧姆的电阻值对应于锂、锂离子或其它基于锂的化学物质。
在一些结构中，识别电阻器998的电阻值进一步根据电池970的标称电压来选择。例如，识别电阻器998的大约150k欧姆的电阻值表示电池970具有大约21V的标称电压。大约300k欧姆的电阻值对应于大约16.8V的标称电压，而大约450k欧姆的电阻值对应于大约12.6V的标称电压。在一些结构中，随着识别电阻器998电阻值的升高，电池970的标称电压下降。在一些结构中，控制器1008还确定热敏电阻器385的电阻值。控制器1008根据电池970的化学物质、标称电压和/或温度来选择适用于电池970的充电方法或算法。电池充电器974相应地对电池970进行充电。
当现有电池968电连接至现有电池充电器972时，电池充电器972的感测终端1007电连接至现有电池968的感测终端988。在一些结构中，如果热敏电阻器986的电阻值包含在电阻值的第一范围内，包含在现有电池充电器972内的微控制器1009确定热敏电阻器986的电阻值，并把电池968识别为带有例如NiCd或NiMH化学物质。现有电池充电器972根据热敏电阻器968的电阻值来确定现有电池968的温度，并根据其温度来选择适用于电池968的充电方法或算法。电池充电器972相应地对现有电池968进行充电。
当电池970电连接至电池充电器974时，现有电池充电器972的感测终端1007电连接至电池970的第一感测终端996。电池充电器970的第二感测终端997没有电连接至现有电池充电器972的任何电池充电器终端。在一些结构中，微控制器1009确定识别电阻器998的电阻值。在一些结构中，识别电阻器998的电阻值没有包含在由微控制器1009识别出的电阻值的第一范围内。由于微控制器1009不能识别电池970，现有电池充电器972没有执行充电方法或算法。电池970被电阻挡或“锁住”，不能被由现有电池充电器972充电。
另一体现本发明的各个方面的电池1030在图35-37、40-41、48A和49-52中示出。电池1030可以类似于图1-5中所示的电池50。例如，电池1030可以连接至诸如无绳电动工具1034(如图48A所示)的电气设备或装置，以有选择地驱动电动工具1034。电池1030可以从电动工具1034移去，且可以被电池充电器1038(如图40-44所示)再充电。
如图35-37所示，电池1030可以包含外壳1042和至少一个由外壳1042支撑的可再充电的电池单元1046(在图41中示意性地示出)。在示出的结构中，电池1030可以是包含五个串联连接的大约3.6V电池单元1046(一个已示出)的18V电池组或包含五个串联连接的大约4.2V电池单元1046(一个已示出)的21V电池组。在其它结构(未示出)中，电池1030可以具有另一标称电池电压，例如9.6V、12V、14.4V、24V、28V等，以驱动电气装置和被电池充电器1038充电。应当理解，在其它结构(未示出)中，电池单元1046可以具有不同的标称电池单元电压和/或在另一结构中可以例如并联连接或并联/串联连接。
电池单元1046是任何可再充电的电池单元化学类型，例如镍镉(NiCd)、镍氢(NiMH)、锂(Li)、锂离子(Li-ion)、其它基于锂的化学物质、其它可再充电的电池单元化学物质等。在示出的结构中，电池单元1046是锂离子电池单元。
外壳1042能够提供支撑部分1050，用于支撑在诸如电动工具1034或电池充电器1038上的电池1030。在示出的结构中，支撑部分1050能够提供C形横截面(参见图37)，它可以连接至电气设备上互补的T形横截面支撑部分。如图35-37所示，支撑部分1050可以包含沿支撑轴1058延伸且定义凹槽1062的横杆1054。还可以提供中间脊1066，以与电气设备支撑部分的表面接合。槽1070(参考图35-36)可以定义在脊1066内，使得脊1066具有横向外伸出的部分1072。
电池1030还可以包含(参见图35-37)锁定组件1074，它可以把电池1030锁定在电气设备上，例如锁定在电动工具1034和/或电池充电器1038上。在一些结构中，锁定组件1034可以包含能够在锁定位置和非锁定位置之间移动的锁定件1078，在锁定位置上，锁定件1078与电气设备上的对应锁定件接合，以把电池1030锁定在电气设备上。锁定组件1074还可以包含致动器1082，用于在锁定位置和非锁定位置之间移动锁定件1078。偏移件(未示出)能够使锁定件1078偏移向锁定位置。
电池1030还可以包含(参见图35-39和41)接线板1086，可以把电池单元1046电连接至电气设备内的电路。接线板1086可以包含(参见图35-37)由外壳1042提供的终端外壳1090。在示出的结构和一些方面中，可以在终端外壳1090内提供窗口或开口1094。接线板1086可以包含(参见图35、37-39和41)正极电池终端1098、接地终端1102、第一感测终端1106和第二感测终端1110。如图41中示意性的示出，终端1098和1102连接至一个电池单元或多个电池单元1046的相反末端。
感测终端1106和1110可以分别连接至连接在电池1030的电路内的电元件1114和1118。感测终端1106和1110传输有关电池1030的信息至电气设备。例如，一个连接至感测终端1106的电元件(例如电元件1114)可以是诸如电阻器的识别元件，以传输对电池1030的特性(例如电池单元1046的化学物质、电池1030的标称电压等)的识别信息。其它连接至感测终端1110的电元件(例如电元件1118)可以是温度感测器件或热敏电阻器，以传输电池1030和/或电池单元1046的温度。
在其它结构中，电子元件1114和1118可以是其它能够生成电信号的合适的电子元件，例如微处理器、控制器、数字逻辑元件等，或者电元件1114和1118可以是其它合适的无源电元件，例如电阻器、电容器、感应器、二极管等。
应当理解，在其它结构(未示出)中，电子元件1114和1118可以是其它类型的电子元件，且可以传输有关电池1030和/或电池单元1046的其它特性或信息。应当理解，用于与电子元件1114和1118的“传递”(communication)和“通信”(communicate)”还可以函盖具有或处于由感测器或能够确定电元件1114和/或1118的情况或状态的器件感测到的情况或状态的电元件1114和/或1118。
如图39所示，终端1098、1102和1106可以分别被定向在基本互相平行的面P1、P2和P3上。终端1110可以定向在面P4上，在示出的结构中，面P4与所有其它面P1、P2和P3中的至少一个不平行。在一种结构中，面P4可以与面P1、P2和P3垂直。终端1098、1102、1106和1110可以沿各个轴A1、A2、A3和A4延伸，且在示出的结构中，终端轴A1、A2、A3和A4平行于(参见图35和37)支撑轴1058。
如图40-44所示，体现本发明的各个方面的电池充电器1038可以连接至电池1030(如图40所示)，且可以对电池1030充电。电池充电器1038可以包含充电器外壳1122和由外壳1122支撑的充电电路1126(在图41中示意性地示出)，并可以连接至电源(未示出)。充电电路1126可以连接至电池1030的接线板1086(在图41中示意性地示出)，且可以操作用于传输功率至电池1030，以对电池单元1046进行充电。
在一些结构和一些方面，充电电路1126能够操作于以在2002年9月24日出版的美国专利No.6,456,035和于2001年4月24日出版的美国专利No.6,222,343(结合在此作为参考)中所描述的相同方式对电池1030进行充电。在其它结构中，充电电路1126能够操作于以在2003年1月17日提交的且序列号为60/440,692的美国临时申请(所有的内容结合在此作为参考)中所描述的相同方式对电池1030进行充电。
如图42-44所示，外壳1122可以提供用于支撑电池1030的电池支撑部分1130。支撑部分1130可以带有(参见图42)一般T形横截面，它与电池1030的支撑部分1050的C形横截面互补。支撑部分1130可以包含(参见图42-44)沿支撑轴1138延伸且定义凹槽1142的横杆1134。该支撑部分1130还可以包含与脊1066接合的表面1146。
突出部分或肋1150可以从表面1146延伸。当电池1030被放置在支撑部分1130上时，肋1150能够大致横向地与锁定件1078对准，以把锁定件1078固定在锁定位置上。在一种结构中，肋1150被放低以确保肋1150不与电池1030的支撑部分1050上的脊1066接合，阻止电池1030被连接至电池充电器1038。
电池充电器1038还可以包含(参见图41-47)接线板1154，它可以操作于把充电电路1126电连接至电池1030的接线板1086(如图41中的示意性示出)。如图42-44和46-47所示，接线板1154可以包含由支撑部分1130提供的终端外壳1158。接线板1154还可以包含(参见图41-47)正极终端1162、负极终端1166、第一感测终端1170和第二感测终端1174。充电器终端1162、1166、1170和1174可以分别连接到电池终端1098、1102、1106和1110(如图41中示意性的示出)。
充电器终端1162、1166、1170和1174可以连接至充电电路1126。充电电路1126可以包含用于控制电池1030的充电的微控制器1178。微控制器1178能够操作于感测电池1030的电子元件1114和1118的情况或状态或与其通信，以识别电池1030的一个或多个特性和/或情况，例如电池1030的标称电压、电池单元1046的化学物质、电池1030和/或电池单元1046的温度等。根据控制器1178所作出的判断，控制器1178能够控制充电电路1126，以正确地对电池1030进行充电。
如图35、37-39所示，电池终端1098、1102和1106可以是凸的叶片(male blade)终端。如图42所示，充电器终端1162、1166和1170可以是凹形终端，其能够操作于接收凸的叶片终端1098、1102和1106。电池终端1110(参见图35-39)和充电器终端1174(参见图42-44)能够提供悬臂(cantilever)弹簧式的接合。在示出的结构中(参见图42-44)，充电器终端1174能够以基本垂直于支撑轴1138的方向延伸，以提供倾斜的结合和与电池终端1110接触。
电池1030可以连接至诸如电动工具1034(如图48A所示)的电气装置，以驱动工具1034。电动工具1034包含外壳1182，以支撑由电池1030选择性地驱动的电动马达1184(示意性的示出)。外壳1182能够提供在其上面支撑电池1030的支撑部分1186(参见图48B)。支撑部分1186具有一般T形横截面，其与电池1030的支撑部分1050的C形横截面互补。支撑部分1186还定义了锁定槽1188(示出一个)，在其里面，锁定件1078可以用于把电池1030锁定在电动工具1034上。
电动工具1034还可以包含可连接至电池1030的接线板1086的接线板1190(部分在图48B中示出)，因此能量可以从电池1030传输到电动工具1034。在示出的结构中，接线板1190可以包含分别连接电池1030的终端1098和1102的正极终端1194和负极终端1198。
应当理解，在其它结构(未示出)中，接线板1190可以包含可连接至感测终端1106和/或1110的附加终端(未示出)，以使有关电池1030的信息(例如电池1030的一个或多个特性和/或电池1030的情况)可以被传输至电动工具1034或由其感测。在这种结构中，电动工具1034可以包含控制器(未示出)，以判断有关电池1030的已被传输或感测的信息，并根据这些信息来控制电动工具的运行。
体现本发明的各个方面的电池1030A的替换结构在图53-56中示出。相同的组件带有相同的参考字符“A”。
如图53-56所示，电池1030A可以包含支撑一个或多个电池单元(未示出，但类似于电池单元1046)的外壳1042A。电池1030A可以包含具有一般C形横截面的支撑部分1050A(参见图56)，它与电池充电器1038的支撑部分1130(参见图42)以及电动工具1034的支撑部分1186(参见图48B)互补，以使电池1030A可以连接至电池充电器1038和电动工具1034。
如图53-56所示，支撑部分1050A可以包含脊1066A。如图55所示，脊1066A可以延伸至一个横向侧(图55中较低的横向侧)，以提供横的向外伸出的部分1072A。
对于一些结构和一些部分，电池1030A的附加独立特性、结构和运行在上面被更加详细地描述。
当电池1030A被放在电池充电器1038的支撑部分1130上时，较低的肋1150(如图42所示)没有与电池1030A的支撑部分1050A上的脊1066A的延伸的部分1072A接合，因此电池1030A被阻止连接至电池充电器1038。
图57-61示出了现有电池1230。电池1230可以包含外壳1242和至少一个由外壳1242支撑的可再充电的电池单元1246(在61中示意性地示出)。在示出的结构中，电池1230可以是包含15个串联连接的大约1.2V电池单元1246的18V电池组。在其它结构(未示出)中，电池1230可以具有另一标称电池电压(例如9.6V、12V、14.4V、24V等)以驱动电气装置和由电池充电器1038充电。应当理解，在其它结构(未示出)中，电池单元1246可以具有不同的标称电池单元电压和/或在另一结构中可以例如并联连接或并联/串联连接。电池单元1246是任何可再充电的电池化学类型，例如NiCd或NiMH。
如图57-60所示，外壳1242能够提供支撑部分1250，用于支撑在诸如电动工具1034(在图48中示出)或电池充电器1038(在图42中示出)上的电池1230。在示出的结构中，支撑部分1250能够提供C形横截面(参见图60)，它可以连接至电气设备上的补充性T形横截面支撑部分(在电动工具1034上的支撑部分1186(在图48B中示出)和在电池充电器1038上的支撑部分1130(在图42中示出))。如图57-60所示，支撑部分1250可以包含沿支撑轴1258延伸且定义凹槽1262的横杆1254，可以提供中间脊1266，以与电气设备支撑部分的表面接合。该脊1266可以带有基本的线性且未被中断的横向表面1272。脊1266没有提供横向外伸出的部分(如电池1030的延伸的部分1072(在图36中示出)或如电池1030A的延伸的部分1072A(在图55中示出))。
电池1230还可以包含(参见图57-60)锁定组件1274，它可以把电池1230锁定在电气设备上，例如锁定在电动工具1034(在图48A中示出)和/或电池充电器上。锁定组件1274可以包含(参见图57-60)能够在锁定位置和非锁定位置之间移动的锁定件1278，在锁定位置上，锁定件1278与电气设备上的对应锁定件(例如电动工具1034上的锁定槽1188)接合，以把电池1230锁定在电气设备上。锁定组件1274还可以包含致动器1282，用于在锁定位置和非锁定位置之间移动锁定件1278。偏移件(未示出)能够使锁定件1278偏移向锁定位置。
电池1030可以包含(参见图58和60)接线板1286，其可操作于把电池单元1246电连接至电气设备内的电路。接线板1286可以包含由外壳1242提供的终端外壳1290。接线板1286可以包含正极电池终端1287、接地终端1302和感测终端1306。如图58和60所示，终端1298、1302和感测终端1306固定在基本互相平行的面内，且沿平行于支撑轴1258的各个轴延伸。
如图61中示意性的示出，终端1298和1302连接至一个电池单元或一系列电池单元1046的相反末端。感测终端1306可以连接至连接在电池1230的电路内的电子元件1314。在示出的结构中，电子元件1314可以是温度感测器件或热敏电阻器，以传输电池1230和/或电池元件1246的温度。
如图61中示意性的示出，电池1230可以连接至电池充电器1038，且电池充电器1038可以操作于对电池1230充电。电池终端1298、1302和1306可以分别连接至三个充电器终端1162、1166和1170。微控制器1178能够识别电池1230(或确定电池1230不是电池1030或是电池1030A)并识别电子元件1314或热敏电阻器的情况，以感测电池1230的温度。微控制器1178能够控制电池1230的充电。
电池1230可以被支撑在电池充电器1038的支撑部分1130上。肋1150(在图42中示出)可以没有与电池1230的支撑部分1250上的脊1266(在图57-60中示出)接合，因此电池1230被阻止连接至电池充电器1038。
电池1230可以连接至诸如电动工具1034(在图48A中示出)的电气装置，以驱动电动工具1034。电池1230可以被支撑在电动工具1034(在图48B中示出)的支撑部分1186上，且可以连接至马达1184(在图48A中示意性地示出)，以驱动马达1184。
图62-65示出了另一种电池充电器1338。电池充电器1338可以包含充电器外壳1342和由外壳1342支撑的充电电路1346(在图65中示意性地示出)，并可以连接至电源(未示出)。充电电路1346可以连接至电池1230的接线板1286，且可以传输功率至电池1230，以对电池单元1246进行充电。
如图62-64所示，外壳1342可以提供用于支撑电池1230的电池支撑部分1350。支撑部分1350可以具有(参见图62)一般T形横截面，它与电池1230的支撑部分1250(参见图60)的C形横截面互补。该支撑部分1350可以包含(参见图62-64)沿支撑轴1358延伸且定义凹槽1362的横杆1354。支撑部分1350还可以包含与脊1266接合的表面1366。
突出部分或肋1370可以从表面1366延伸。肋1370从表面1366(参见图43-44)延伸的距离可以比肋1150从电池充电器1038的表面1146延伸得更远。当电池1230被放置在支撑部分1350上时，肋1370沿脊1266的边缘倾斜(参见图59)，以使电池1230可以连接至电池充电器1338。电池1230的脊1266在横向上比电池1030的脊1066可以更窄，且可以不包含伸出的部分1072。
如果62-65所示，电池充电器1338还可以包含接线板1374，它可以把充电电路1346电连接至电池1230的接线板1286。接线板1374可以包含由支撑部分1350提供的终端外壳1378(参见图62-64)。接线板1374还可以包含正极电池终端1382、负极终端1386和感测终端1390。如图65中示意性的示出，充电器终端1382、1386和1390可以分别连接电池终端1298、13022和1306。
充电电路1346可以包含用于控制电池1230的充电的微控制器1394。控制器1394通过感测电子元件1314或热敏电阻器的情况来确定电池1230的温度。根据控制器1394所作出的判断，控制器1394能够控制充电电路1346，以正确地对电池1230充电。
在示例性实施例中，如果用户试图连接电池1030至电池充电器1338，电池充电器1338的一部分，例如向上伸出的肋1370(在图62中示出)，可以阻止电池1030被连接至电池充电器1338。当电池1030被放在支撑部分1350上时，肋1370与电池1030的支撑部分1050上的脊1066的横向加宽的延伸的部分1072接合(在图36中示出)，以阻止电池1030被完全连接至电池充电器1338。肋1370被放在支撑部分1370上，以使电池1030的接线板1086没有与充电器1338的接线板1374连接。
在一些方面中，本发明提供了带有附加的通信或感测路径的诸如电池1030或1030A的电池和/或诸如电池充电器1038的电池充电器。在一些方面中，本发明提供了能够对带有附加的通信或感测路径的电池组(例如电池1030或1030A)和不带有附加的通信或感测路径的电池组(例如电池1230)进行充电的充电器(例如充电器1038)。在一些方面中，本发明提供了“机械锁定”，以防止诸如电池1030或1030A的电池被连接至诸如现有充电器1338的充电器，同时诸如电池1030或1030A的电池可以与对应的现有电气设备(例如电动工具1034)一起使用。
上面所描述和在图中所示出的结构是以示例的方式示出的且不作为对本发明的概念和原理的限制。同样，本领域的普通技术人员应当理解，在不背离所附权利要求所定义的本发明的精神和范围的情况下，各种在组件及其结构和排列方式上的改变都是可行的。

Claims (29)

1.一种电池组，其被配置为与动力工具相连接，该电池组包含：
外壳；
带有电压的电池单元，功率能在电池单元和动力工具之间传输；
控制器，用于控制电池组的功能，所述控制器以至少等于和/或大于工作电压阈值的电压运行，所述电池单元有选择地提供电压至控制器；以及
电路，当由电池单元提供至控制器的电压低于该控制器的工作电压阈值时，致使控制器运行，该电路包括用于在当用户正在操作动力工具时选择性地中断该电池单元和该动力工具之间的功率传送的开关，该开关包括FET。
2.如权利要求1所述的电池组，其中所述电路提供电压至控制器，使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值。
3.如权利要求2所述的电池组，其中所述电路包含升压电路，把由电池单元提供的电压提高到至少等于和/或大于工作电压阈值。
4.如权利要求2所述的电池组，其中所述电路包含可提供电压至控制器的电源，使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值，电源没有提供功率至动力工具。
5.如权利要求4所述的电池组，其中所述电源包含可提供电压至控制器的功率元件，使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值。
6.如权利要求5所述的电池组，其中所述功率元件包含可提供电压至控制器的电容器，使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值。
7.如权利要求5所述的电池组，其中所述功率元件包含可提供电压至控制器的电池单元，使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值。
8.如权利要求1所述的电池组，其中所述该控制器能操作于控制FET，使由电池单元提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值。
9.如权利要求1所述的电池组，其中所述电池单元能操作于提供功率至动力工具，以运行所述动力工具。
10.如权利要求9所述的电池组，其中，当电池单元处于低温度时，至动力工具的功率提供致使由电池单元提供至控制器的电压低于工作电压阈值。
11.如权利要求10所述的电池组，其中，当电池单元处于较高的温度时，至动力工具的功率提供不会使由电池单元提供至控制器的电压低于工作电压阈值。
12.如权利要求9所述的电池组，其中，当周围的温度是低温度时，至动力工具的功率提供致使由电池单元提供至控制器的电压低于工作电压阈值。
13.如权利要求12所述的电池组，其中，当周围的温度是较高的温度时，至动力工具的功率提供不会使由电池单元提供至控制器的电压低于工作电压阈值。
14.如权利要求9所述的电池组，其中，动力工具上的负载致使由电池单元提供至控制器的电压低于工作电压阈值。
15.如权利要求9所述的电池组，其中所述工作电压阈值是大约5伏特。
16.如权利要求9所述的电池组，其中所述工作电压阈值是大约3伏特。
17.如权利要求1所述的电池组，其中所述功能包括中断在电池单元和动力工具之间的功率传输。
18.如权利要求17所述的电池组，其中所述电池单元能操作于提供功率至动力工具，以运行该动力工具，且其中所述功能包括中断从电池单元到动力工具的功率供应。
19.一种运行操作的方法，该操作包括：操作电池组，该电池组包含具有电压的电池单元，功率可在电池单元和动力工具之间传输，用于控制电池组的功能的控制器，该控制器以至少等于和/或大于工作电压阈值的电压运行，该电池单元能操作于有选择地提供电压至控制器，以及包含开关的电路，该开关包括FET，当由电池单元提供至该控制器的电压低于该控制器的工作电压阈值时，所述方法包含启动控制器运行的步骤，其中，所述的启动步骤包含这样的步骤，控制FET使得当用户正在操作该动力工具时可以选择性的中断在该电池单元和动力工具之间的功率传送。
20.如权利要求19所述的方法，其中所述电路操作用于提供电压至控制器，且其中所述启动步骤包含在电路内提供电压至控制器、使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值的步骤。
21.如权利要求20所述的方法，其中所述电路包含升高由电池单元提供的电压的升压电路，且其中所述提供步骤包含把由电池单元提供至控制器的电压提高到至少等于和/或大于工作电压阈值。
22.如权利要求20所述的方法，其中所述电路包含提供电压至控制器的电源，该电源不能操作于提供功率至动力工具，且其中所述提供步骤包含从电源提供电压至控制器、使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值的步骤。
23.如权利要求22所述的方法，其中所述电源包含提供电压至控制器的功率元件，且其中所述提供步骤包含从功率元件提供电压至控制器、使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值的步骤。
24.如权利要求23所述的方法，其中所述功率元件包含能操作于提供电压至控制器的电容器，且其中所述提供步骤包含从电容器提供电压至控制器、使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值的步骤。
25.如权利要求23所述的方法，其中所述功率元件包含能操作于提供电压至控制器的电池单元，且其中所述提供步骤包含从电池单元提供电压至控制器、使提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值的步骤。
26.如权利要求19所述的方法，其中所述启动步骤还包含控制FET、使由电池单元提供至控制器的电压至少等于和/或大于工作电压阈值的步骤。
27.如权利要求19所述的方法，且进一步包含从电池单元提供功率至动力工具、以运行所述动力工具的步骤。
28.如权利要求19所述的方法，且进一步包含用控制器中断电池单元和动力工具之间的功率传输的步骤。
29.如权利要求28所述的方法，其中所述电池单元能操作于提供功率至动力工具，以运行所述动力工具，且其中中断步骤包含中断从电池单元到动力工具的功率供应的步骤。
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