CN102712088A - 电动工具和其中使用的电池包 - Google Patents

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Abstract

为了防止或抑制电动工具中使用的蓄电池损坏，检测例如电池的内阻的电池属性和例如电池上的形成的电压的蓄电池的电池状态。基于检测到的电池属性和电池状态，控制在电动工具的马达中流动的电流。

Description

电动工具和其中使用的电池包
技术领域
本发明涉及电池包，其中包含有可再充电或蓄电池（secondary battery）。本发明还涉及具有电池损坏抑制能力的电池驱动的电动工具。
背景技术
电池驱动的电动工具通过电池包中包含的蓄电池驱动马达。已知如果电池被过放电或者过电流在电池中流动，则蓄电池会损坏。为了防止蓄电池由于这些原因损坏，日本专利公开号2009-95162提出了当确定电池过放电或者过电流在电池中流动时就停止对马达供电。
发明内容
技术问题
尽管事实上为了防止电池损坏检测过放电和过电流，但是如果过放电或过电流的检测不能正确执行时不能实现该目的。例如，停止向马达供电的定时延迟引起了电池过放电。在现有电动工具中，尽管过放电或过电流的临界点依赖于电池的属性，但没有考虑电池的属性。现有的电动工具基于固定的临界点停止向马达供电，而不是基于依赖于属性的临界点停止向马达供电。
技术方案
如前所述，本发明的目的在于提供一种电池驱动的电动工具和其中使用的电池包，其中，不会实质上发生由电池的过放电或马达中流动的过电流引起的电池包中包含的蓄电池的损坏。
为了实现上述和其他目的，提供了一种电动工具，包括：连接部、马达、属性/状态检测和控制器。电池包可连接于所述连接部。电池包可包含蓄电池，蓄电池的特征在于电池属性和电池状态。从蓄电池对马达提供电能。属性/状态检测器用于检测电池属性和电池状态。控制器基于由属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态来控制马达中流动的电流。
在上述电动工具中，还包括过放电检测器，当蓄电池上形成的电压落到第一临界值以下时，确定蓄电池是过放电的。第一临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
还包括过电流检测器，当来自蓄电池的电流已经变得等于或超过第二临界值时，过电流检测器确定过电流在马达中流动并且停止对马达供电。第二临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
还包括存储单元，用于存储与属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态相对应的目标电流。控制器控制马达中流动的电流与目标电流相一致。
根据本发明的另一个方面，提供了一种电池包，用于具有马达的电动工具，所述电池包包括：蓄电池、属性/状态检测器和控制器。蓄电池用作马达的电源。所述蓄电池的特征在于电池属性和电池状态。属性/状态检测器检测电池属性和电池状态。控制器基于由属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态来控制马达中流动的电流。
在上述电池包中，还包括过放电检测器，当蓄电池上形成的电压落到第一临界值以下时，确定蓄电池是过放电的。第一临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
在如上所述的电池包中还包括过电流检测器，当来自蓄电池的电流已经变得等于或超过第二临界值时，过电流检测器确定过电流在马达中流动并且停止对马达供电。第二临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
在如上所述的电池包中还包括存储单元，用于存储与属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态相对应的目标电流。控制器控制马达中流动的电流与目标电流相一致。
这里使用的术语“电池属性”包括蓄电池的内阻和蓄电池的额定电压。这里使用的术语“电池状态”包括蓄电池上的电压和蓄电池的温度。
有益效果
利用本发明中描述的控制，可以有效地抑制由于过放电和/或过电流引起的蓄电池的损坏。
附图说明
本发明的特定特征和优点以及其他目的通过结合附图描述的说明书的具体实施方式变得清楚，其中：
图1是示出根据本发明的实施例附有电池包的电池驱动的驱动器钻机（电动工具）的垂直截面图；
图2是示出驱动器钻机和电池包的电气布局的电路图；以及
图3是示出电池温度、电池电压和在电动工具的马达中流动的目标和实际电流的变化的图形表示。
附图标记的说明
1    驱动器钻机（电动工具）
2    电池包
12   马达
14   FET（开关元件）
17   工具侧控制器
22   蓄电池
22a  电池芯
23   电池属性检测电阻
24   电热调节器（电池温度检测元件）
25   电流检测电阻
26   电池侧控制器
26a  存储器
26b  微型计算机
具体实施方式
下面参考附图描述本发明的实施例。
图1示出了电池驱动的驱动器钻机1和附接于钻机1的底端的电池包2。在该实施例中，驱动器钻机被当作电动工具的例子。电动工具包括驱动器钻机、电动螺丝刀、冲击式驱动器、钻机等。如图2所示，驱动器钻机1具有一对工具侧端子11，并且电池包2具有一对电池侧端子21。当电池包2被适配并附接于螺丝刀1时，可以实现工具侧和电池侧端子11、12的连接。
驱动器钻机1包括马达12和机械部16。机械部16的输入侧连接至马达12，并且输出侧连接至夹具15，钻头可拆卸地连接至夹具15。机械部16将马达12的旋转能量传送到夹具15，使得通过在夹具上夹持的钻头将螺丝紧固到工件中。驱动器钻机1具有触发器开关13。当触发器开关13位于完全突出的状态时，即开关13为关（OFF）时，马达12与电池包2电气断开连接，并且由此不驱动螺丝刀1。当操作者的手指向内拉触发器开关13时，即，开关13为开（ON）时，马达12电气连接至电池包2，从而允许马达12旋转。
图2示出了电机的电气布局。如图所示，驱动器钻机1包括控制器17和用作开关元件的N型FET 14，其开关动作由控制器17控制。FET 14具有二极管，该二极管的阳极连接至FET 14的源极，并且阴极连接至FET 14的漏极，从而允许电流相对于放电电流流动的方向反向流动。
如图1和2所示，电池包2包括可再充电或蓄电池22，其由串行连接的多个电池芯22a组成。电池22可以是镍镉电池、镍金属氢化物电池或锂离子电池。如图2所示，电池包2包括电阻器23、25和27-28、电热调节器24和控制器26。电阻器25连接在放电电流路径中，并且与控制器26协作以检测放电电流。电阻器27和23在电源Vcc和电池22的负端子之间串行连接。电阻器23上形成的电压被施加到控制器26。电阻器23具有特定的电阻值，以指示在电池包2中包含的电池22的属性。电池22的属性包含电池包2的制造商以及电池的类型（镍镉电池、镍金属氢化物电池或锂离子电池）。电阻器28和电热调节器24在电源Vcc和电池22的负端子之间串行连接。电热调节器24是电阻器类型，其电阻值随着温度显著变化。电热调节器24被布置为与电池2接触或在其附近以检测电池的温度。由此，电热调节器23用作电池温度检测元件。电热调节器24上形成的电压被施加到控制器26。
控制器26包括存储器26a和微型计算机26b。存储器26a和微型计算机26b通过总线彼此相互连接。存储器26a存储关于电池属性、适于电池属性和电池状态的目标电流水平和用于确定过放电和过电流的临界值的信息。制造商的标识指示了电池22的内阻。电池类型和制造商的标识指示了电池22的额定电压。用于电池状态的参数包括电池电压和电池温度（或者电池22的内阻）。
电池侧控制器26的输出通过通信路径A施加到工具侧控制器17。施加到电池侧控制器26的是来自电池属性检测电阻23的电池属性信号、来自电热调节器24的电池温度信号和来自电流检测电阻25的电流信号。此外，微型计算机26b检测电池22上的电压。参考存储器26a，微型计算机26b设置适于电池属性和电池状态两者的目标电流水平，并且将由此设置的目标电流水平通过通信路径A发送给工具侧控制器17。工具侧控制器17实现PWM控制，使得目标电流在马达12中流动。即，控制器17控制FET 14的开/关占空比，使得与目标电流相对应的电流在马达12中流动。通过这样的控制，在考虑电池属性和电池状态时确定的负载电流在马达12中流动。电池属性指的是电池行为，该电池行为依赖于例如电池22的内阻、电池22的温度、电池22的额定电压。电池状态指的是例如电池22上的电压或者电池22的剩余容量、电池温度等。
下面将描述要存储在存储器26a中的目标电流的水平。
关于电池属性的参数，当电流在电池22中流动时由于电池22的内阻使得电池22生成热。从电池22生成的热量增加得越多，电池22就越容易损坏。从电池22生成的热量随着电池22的内阻和其中流动的电流两者而改变。不同的制造商生产具有不同内阻的电池。由此，低水平的目标电流存储在用于具有大内阻的电池的存储器26a中，而高水平的目标电流存储在用于具有小内阻的电池的存储器26a中。
电池22的额定电压随着电池的类型或种类改变。额定电压越高，在电池22中可以流动的电流越大。由此，高水平的目标电流存储在用于高额定电压的电池的存储器26a中，例如3.6V额定电压锂离子电池，而低水平目标电流存储在用于低额定电压的电池的存储器26a，例如1.2V额定电压镍镉电池或者1.2V额定电压镍金属氢化物电池。
关于电池状态的参数，当电池电压为高时，从电池生成的热由于内阻而增加。由此，低水平目标电流存储在用于其电压为高的电池的存储器26a中，而高水平目标电流存储在用于其电压为低的电池的存储器26a中。
通常，当电池温度降低时电池的内阻增大，这导致当高水平电流在电池中流动时生成大量热。当电池的温度增大时，从电池生成的热量也增大。由此，高水平目标电流存储在用于温度处于预定范围内的电池的存储器26a中。然而，对于温度处于预定范围之外的电池，低水平目标电流存储在存储器26a中。
微型计算机26访问存储器26a并且提取四个目标电流，包括对应于电池22的内阻的目标电流、对应于电池22的额定电压的目标电流、对应于电池电压的目标电流和对应于电池温度的目标电流。微型计算机26b计算上述四个目标电流的平均值。取平均值的目标电流被用作实际目标电流，其可以有效地防止电池22损坏并且在不具有实质性损坏的情况下得到电池22的容量。
Figure BDA00001896753000061
图3示出了如上所述的电流控制的效果，其中当连续地驱动驱动器钻机1时，示例了马达负载电流、电池电压和电池温度中任一个的改变。在图3中，曲线“X2”表示实际负载电流，曲线“X1”表示目标电流，曲线“Y”表示电池温度，并且曲线“Z”表示电池电压。如图3所示，电池温度（Y）随着马达12的功率的增加而逐渐增加。电池电压（Z）示出为随着时间的流逝逐渐增加。基于如图所示的原因，实际负载电流随时间的流逝减小，使得由电池内阻引起的电压降逐渐减小。结果，电池电压逐渐返回到它的额定电压。图形表示电池内阻生成的热逐渐增加。
存储器26a存储用于高电池电压并且还用于其温度处于预定范围之外的电池的低水平目标电流。由此，实际负载电流“X2”（实际目标电流）被控制以减小。
微型计算机26b当电池电压落到第一临界值之下时确定电池已经被过放电，并且当马达12中流动的电流已经变得等于或超过第二临界值时确定过电流在流动。在这些情况的任一个中，向工具侧控制器17施加放电停止信号。
根据本实施例的存储器26b存储用于确定过放电和过电流流动条件的多个临界值。该多个临界值被准备为适于不同的电池属性和不同的电池状态。微型计算机26b改变或选择与电池属性和未决的电池状态相关的临界值中的一个。
关于高额定电压电池，存储器26a中存储的用于确定过电流条件的临界值被设置为大的值。另一方面，关于低额定电压电池，存储器26a中存储的用于确定过电流条件的临界值被设置为小的值。微型计算机26b访问存储器26a并且选择与电池的额定电压相对应的相关的临界值。通过根据选定的临界值控制从电池流动的电流，可以防止由从电池流动的过电流引起的电池的损坏。
关于具有大内阻的电池，存储器26a中存储的用于确定过电流条件的另一个临界值被设置为小的值。另一方面，关于具有小内阻的电池，存储在存储器26a中用于确定过电流条件的临界值被设置为大的值。微型计算机26b访问存储器26a并且选择与电池的内阻相对应的相关临界值。通过根据选定的临界值控制从电池流动的电流，可以防止由从电池流动的过电流引起的电池的损坏。
Figure BDA00001896753000071
如上所述，在马达12中流动的电流被控制，同时考虑电池属性和电池状态，可以防止或抑制由过放电引起的电池的损坏。此外，可以有效地执行电池的使用而不超过可能的供电能力。例如，因为关于具有大内阻的电池，马达中流动的电流可以被控制为小的，所以可以防止由过电流引起的电池的损坏。另一方面，因为关于具有小内阻的电池，在马达中流动的电流被控制为大的，所以电池的供电能力可以被设置为不损坏电池的最大值。
此外，用于确定过放电和过电流的临界值根据电池属性和/或电池状态而改变，由此有效地防止电池损坏。
存储器26a存储适于电池属性和未决电池状态的目标电流，仅参考存储器26a中存储的数据就可以容易地确定马达中流动的相关电流。
尽管参考具体实施例详细描述了本发明，可以理解的是本领域普通技术人员还可以对其进行各种改变和修改而不偏离本发明的精神。
例如，电池状态可以包括电池被再充电了多少次。随着电池22被再充电的次数增加，电池22的内阻也增加。当考虑与电池被再充电的次数相关的参数时，关于已经被再充电许多次的电池，目标电流需要被设置为小的值。另一方面，对于没有被再充电很多次的电池，大的目标电流需要被存储在存储器26a中。
Figure BDA00001896753000081
随着电动工具1被持续驱动的时间周期增长，电池温度增高。由此，电动工具1的连续驱动的时间周期可以被用作取代电池温度的电池状态的参数。
在上述实施例中，微型计算机26b基于代表电池属性和电池状态的参数的平均来确定目标电流。在与不同参数相对应的不同目标电流中，如果抑制电池损坏被看作最重要的，则可以选择最小的目标电流。此外，可能不使用所有可用的参数。即，参数中的一个或多个而不是全部可能不被用于确定目标电流和用于确定过放电或过电流条件的临界值。
在上述实施例中，在电池包侧提供用于确定目标电流并选择临界值的微型计算机26b。然而，具有这样功能的微型计算机26b也可以提供在电动工具侧。

Claims (12)

1.一种电动工具，包括：
连接部，包含蓄电池的电池包连接于所述连接部，所述蓄电池的特征在于电池属性和电池状态；
马达，从蓄电池对所述马达提供电能；
属性/状态检测器，用于检测电池属性和电池状态；以及
控制器，基于由属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态来控制所述马达中流动的电流。
2.根据权利要求1所述的电动工具，还包括过放电检测器，当蓄电池上形成的电压落到第一临界值以下时，确定蓄电池是过放电的，其中第一临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
3.根据权利要求1或2所述的电动工具，还包括过电流检测器，当来自蓄电池的电流已经变得等于或超过第二临界值时，过电流检测器确定过电流在马达中流动并且停止对马达供电，其中第二临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
4.根据权利要求1或2所述的电动工具，还包括存储单元，用于存储与属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态相对应的目标电流，其中控制器控制马达中流动的电流与目标电流相一致。
5.根据权利要求1所述的电动工具，其中，电池属性包括蓄电池的内阻和蓄电池的额定电压。
6.根据权利要求1所述的电动工具，其中，电池状态包括蓄电池上的电压和蓄电池的温度。
7.一种电池包，用于具有马达的电动工具，所述电池包包括：
蓄电池，用作马达的电源，所述蓄电池的特征在于电池属性和电池状态；
属性/状态检测器，用于检测电池属性和电池状态；以及
控制器，基于由属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态来控制所述马达中流动的电流。
8.根据权利要求7所述的电池包，还包括过放电检测器，当蓄电池上形成的电压落到第一临界值以下时，确定蓄电池是过放电的，其中第一临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
9.根据权利要求7或8所述的电池包，还包括过电流检测器，当来自蓄电池的电流已经变得等于或超过第二临界值时，过电流检测器确定过电流在马达中流动并且停止对马达供电，其中第二临界值能够基于属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态变化。
10.根据权利要求7或8所述的电池包，还包括存储单元，用于存储与属性/状态检测器检测到的电池属性和电池状态相对应的目标电流，其中控制器控制马达中流动的电流与目标电流相一致。
11.根据权利要求7所述的电池包，其中，电池属性包括蓄电池的内阻和蓄电池的额定电压。
12.根据权利要求7所述的电池包，其中，电池状态包括蓄电池上的电压和蓄电池的温度。
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