CN102959826A - 电动工具和用在电动工具中的电池组 - Google Patents

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Abstract

一种电动工具包括：电池单元组，包括多个二次电池单元；电动机，通过开关元件和触发开关而从电池单元组向电动机供给电功率；电流检测器，检测在电流路径中流动的电流值；以及控制器，被配置为从电流检测器接收检测信号，并且控制开关元件的接通/关断操作。如果电流检测器检测到在电池单元组中流动的电流值在第一时间段内持续地超过给定值，则控制器进行报警显示和报警控制之一以使得操作者认识到高负载操作持续。如果电流值在第二时间段内持续地超过给定值，则控制器关断开关元件以中断电流路径，其中第二时间段比第一时间段长。

Description

电动工具和用在电动工具中的电池组
技术领域
本发明涉及一种使用锂离子电池的无绳电动工具，更具体地，涉及一种具有如下保护电路的无绳电动工具以及用在电动工具中的电池组，该保护电路防止相对大的电流持续数秒至数分钟的过电流状态。
背景技术
诸如电动螺丝刀、电钻或冲击工具之类的电动工具通常在减速机构使来自电动机的转动功率减速之后将电动机的功率传送至顶端工具（tip tool）。作为电动机的电源，到目前为止使用了商用交流电源。然而，近年来，每一个均使用由镍氢电池或锂离子电池表示的二次电池作为电源的无绳动力工具已得到频繁使用。特别地，由于标称电压大，因此由锂离子电池和锂离子聚合物电池表示的锂离子二次电池可以减少所需的电池单元的数量，从而得到可以减小电动工具的重量和尺寸这样的优点。在本说明书中，锂离子二次电池是指如下的二次电池，该二次电池是电解液中的锂离子承担导电的一种类型的非水电解质二次电池。锂离子电池一般将锂钴氧化物用于正电极，将石墨用于负电极，以及将有机电解液用作电解液。
锂离子二次电池的标称电压高（例如，为3.6V），并且从锂离子二次电池获得与三个镍氢电池相对应的电压。因此，锂离子二次电池的优点在于，在将锂离子二次电池用作电动工具的电源时，与镍氢电池相比，电池单元的数量可以显著减少。另一方面，存在如下风险：当锂离子二次电池过度充电或过度放电、或者使得过电流流入锂离子二次电池时，循环寿命显著降低。
为了防止过电流，本申请人在JP-A-2006-281404中已提出了具有如下保护电路的电池组，该保护电路可以在启动电动机时允许瞬时过电流流动，并且在电动机摇摆期间中断过电流，其中电动机摇摆在使用电动工具时发生。此外，本申请人在JP-A-2010-131749中已提出了将用于在过电流或过放电发生时中断电流的流动所需数量的中断单元布置在电动工具侧。
发明内容
在电动工具中，保护电动机不遭受过电流是非常重要的。另一方面，已发现，防止电池劣化也是非常重要的，电池劣化是由于允许给定的大电流（或中等电流）持续流动给定时间段以上而引起的。例如，在图15所示的包括电动机和电池的电路中，当将DC电压通过开关S从作为DC电源的电池V施加至DC电动机M时，开关S一闭合，即，在启动时，由以下表达式（1）表示的电流Ia就在DC电动机和开关S中流动。
Ia=(V-E)/Ra    …(1)
其中，V是DC电源V的电压，Ra是DC电动机M的电枢绕组的电阻值，以及E是DC电动机的反电动势。
由于转子在启动DC电动机M时静止，因此反电动势E变为0，从而在非常短的时间段内难以防止过电流流动。另一方面，在诸如电驱动装置或电钻的电动工具中，顶端工具可能被切断或被咬入工件中。在这种情况下，可暂时锁定DC电动机M。当锁定电动机时，DC电动机M的反电动势E变为0，因此，过电流在电路中流动。
此外，在诸如圆锯、锤钻或竖锯的无绳电动工具中，尽管很难锁定电动机，但是根据操作者按压电动工具的程度来将高负载施加于电动机，并且电动机的rpm减小以使反电动势E减小。结果，存在相当大的电流继续在电动机中流动的风险。当相当大的电流这样继续在电动机中流动时，大功率继续从电池放出，从而导致循环寿命由于电池的过放电和大电流持续长时间段而降低的风险。
鉴于上述情况而作出了本发明，因此，本发明的目的是提供一种使用二次电池（诸如，锂离子电池）作为电源的电动工具，该电动工具包括过电流保护电路，该过电流保护电路中断在给定时间段或更长的时间段中流动的大电流的持续放电。
本发明的另一目的是将用于电池组的过电流保护电路安装在可拆卸地附接到电动工具的电池组中。
本发明的又一目的是提供一种电动工具，该电动工具允许操作者在过电流状态持续之前识别过电流状态以中断电流供给。
以下将描述本发明中所公开的本发明的典型特征。
（1）一种电动工具，包括：
电池单元组，包括多个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元组向所述电动机供给电功率；
电流检测器，被配置成检测在经过所述电池单元组、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，被配置成从所述电流检测器接收检测信号，并且控制所述开关元件的接通/关断操作；
其中，如果所述电流检测器检测到在所述电池单元组中流动的电流值在第一时间段内持续地超过给定值，则所述控制器进行报警显示和报警控制之一以使得操作者认识到高负载操作持续，以及
其中，如果所述电流值在第二时间段内持续地超过所述给定值，则所述控制器关断所述开关元件以中断所述电流路径，所述第二时间段比所述第一时间段长。
（2）根据（1）所述的电动工具，其中
所述控制器包括具有定时器的微型计算机，以及
所述微型计算机通过使用来自所述电流检测器和所述定时器的信号来对所检测到的电流值超过所述给定值的状态的持续时间进行计数。
（3）根据（1）所述的电动工具，其中
所述控制器包括具有内置或外部定时器的专用集成电路，以及
所述集成电路通过使用来自所述电流检测器和所述定时器的信号来对所检测到的电流值超过所述给定值的状态的持续时间进行计数。
（4）根据（2）或（3）所述的电动工具，其中，所述电池单元组作为容纳在壳体内的电池组可拆卸地附接至所述电动工具的主体。
（5）根据（4）所述的电动工具，其中，所述控制器和所述开关元件布置在所述电池组内。
（6）根据（4）所述的电动工具，其中，所述控制器和所述开关元件布置在布置有所述触发开关和所述电动机的主体上。
（7）根据（6）所述的电动工具，其中
所述控制器布置在所述电池组内，
所述开关元件布置在所述主体侧，以及
所述电池组包括将所述开关元件的控制信号输出至所述主体的连接端子。
（8）根据（1）至（7）中任一项所述的电动工具，其中
所述开关元件包括场效应晶体管，以及
在所述报警控制下，当经过了所述第一时间段时，所述控制器以短时间间隔多次重复所述开关元件的接通/关断操作。
（9）一种电动工具，包括：
电池单元组，包括多个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元组向所述电动机供给电功率；
电流检测器，被配置成检测在经过所述电池单元组、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，被配置成在所述电流检测器在给定时间段以内或更长时间段以内检测到过电流的情况下，关断所述开关元件；
其中，在关断所述开关元件之前，所述控制器执行用于向操作者通知关断所述开关元件的通知控制。
（10）根据（9）所述的电动工具，其中，如果自从执行所述通知控制以后直到经过了所述给定时间段才消除所述过电流，则所述控制器关断所述开关元件。
（11）根据（9）所述的电动工具，其中，所述通知控制以短时间间隔多次重复所述开关元件的接通/关断操作。
（12）一种电池组，包括：
电池单元组，包括多个二次电池单元；
控制电路，被配置成监视来自所述电池单元组的放电电流；
连接端子，被配置成连接至电池驱动装置；以及
开关元件，被配置成中断从所述二次电池单元到所述连接端子的放电路径，
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流超过容许放电最大值，则所述控制电路中断所述开关元件，以及
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流持续地超过基准电流值并在第一时间段内降至所述容许放电最大值以下，则所述控制电路中断所述开关元件，其中所述基准电流值小于所述容许放电最大值。
（13）根据（12）所述的电池组，其中
所述开关元件包括半导体开关元件，以及
所述控制电路包括具有定时器的微型计算机。
（14）根据（13）所述的电池组，其中
所述开关元件包括半导体开关元件，以及
所述控制电路包括具有内置或外部定时器的专用集成电路。
（15）一种电动工具，包括：
至少一个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元向所述电动机供给电功率；
电流检测器，被配置成检测在经过所述电池单元、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，被配置成接收来自所述电流检测器的检测信号并控制所述开关元件的接通/关断操作，
其中，如果所述电流检测器检测到在所述电池单元中流动的电流值在第一时间段内持续地超过给定值，则所述控制器进行报警显示和报警控制之一以使得操作者认识到高负载操作持续，以及
其中，如果所述电流值在第二时间段内持续地超过所述给定值，则所述控制器关断所述开关元件以中断所述电流路径，所述第二时间段比所述第一时间段长。
（16）一种电动工具，包括：
至少一个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元向所述电动机供给电功率；
电流检测器，被配置成检测在经过所述电池单元、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，被配置成在所述电流检测器在给定时间段以内或更长时间段以内检测到过电流的情况下，关断所述开关元件，
其中，在关断所述开关元件之前，所述控制器执行用于向操作者通知关断所述开关元件的通知控制。
（17）一种电池组，包括：
至少一个二次电池单元；
控制电路，被配置成监视来自所述电池单元的放电电流；
连接端子，被配置成连接至电池驱动装置；以及
开关元件，被配置成中断从所述二次电池单元到所述连接端子的放电路径，
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流超过容许放电最大值，则所述控制电路中断所述开关元件，以及
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流持续地超过基准电流值并在第一时间段内降至所述容许放电最大值以下，则所述控制电路中断所述开关元件，其中所述基准电流值小于所述容许放电最大值。
根据本发明的第一方面，当经过了第二时间段、同时在电池单元组中流动的电流值保持给定值以上时，强制关断开关元件。因此，即使未仅因电流值的幅度而中断的大电流或中等电流持续了给定时间段以上，也可以有效地中断电流路径。另外，当在电池单元组中流动的电流值在第一时间段内持续为给定值以上时，进行报警显示或报警控制以允许操作者认识到高负载操作持续。结果，由于避免了操作者不期望的电流中断，因此，可以实现便利的电动工具。
根据本发明的第二方面，由于微型计算机对所检测到的电流值超过给定值的状态的持续时间进行计数，因此，可以容易地通过执行程序来检测大电流的持续放电状态。
根据本发明的第三方面，由于控制器由具有内置或外部定时器的专用集成电路来实现，因此，可以通过使用集成电路来检测大电流的连续放电状态。
根据本发明的第四方面，由于电池单元组作为容纳在壳体内的电池组而可拆卸地附接到电动工具的主体，因此，电池组可以容易地以另一个替代，并且设置在专用充电器上以容易地进行充电。
根据本发明的第五方面，由于控制器和开关元件布置在电池组内，则无论电动工具侧的配置如何，都可以仅通过电池组有效地防止大电流的连续放电状态。
根据本发明的第六方面，由于控制器和开关元件布置在电动工具的主体侧，因此，即使任何类型的电池组装载在电动工具中，也可以防止大电流的连续放电状态。
根据本发明的第七方面，由于控制器布置在电池组内，并且开关元件布置在电动工具的主体侧，因此，可以简化电池组侧的配置，并且可以降低电池组的成本。此外，由于电池组设置有将开关元件的控制信号输出至电动工具的主体侧的连接端子，因此，可以从电池组侧中断电流路径。
根据本发明的第八方面，由于开关元件由场效应晶体管构成，并且在报警控制下，当经过了第一时间段时，控制器以短时间间隔多次重复开关元件的接通/关断操作，因此，可以通过使用中断电流路径的元件来容易地实现报警操作。
根据本发明的第九方面，提供了检测在电流路径中流动的电流值的电流检测器以及在电流检测器在给定时间段以上检测到过电流时关断开关元件的控制器，并且控制器在关断开关元件之前执行用于向操作者通知关断开关元件的通知控制。利用上述配置，可以实现防止电动机在没有任何通知的情况下停止的有用的电动工具。
根据本发明的第十方面，当自从执行通知控制以后直到经过了给定时间段才消除过电流时，控制器关断开关元件。利用上述配置，如果消除了过电流，则仍可以照常继续操作。此外，如果存在通知控制，则操作者可以改变电动工具的操作状态，例如，实现通过减轻推力来避免大电流放电状态的对策。
根据本发明的第十一方面，由于通知控制以短时间间隔多次重复开关元件的接通/关断操作，因此，可以通过使用现有元件而不添加新的电子元件或部件来容易地实现通知控制，并且可以使制造成本的增加最小化。
根据本发明的第十二方面，由于控制电路布置在电池组中，因此，可以在来自电池组的放电电流超过容许放电最大值时立即中断放电路径。此外，在来自二次电池单元的放电电流超过容许放电最大值时，中断开关元件，并且在来自二次电池单元的放电电流在第一时间段内保持为容许放电最大值的基准电流值以下时，中断开关元件。因此，可以在仅通过电池组而放电电流在给定时间段内或更长时间段内保持为给定值以上时强制地中断放电状态。
根据本发明的第十三方面，由于开关元件由半导体开关元件构成，并且控制电路由具有定时器的微型计算机构成，因此，可以利用简单的电路配置实现过电流的保护电路。
根据本发明的第十四方面，由于开关元件由半导体开关元件构成，并且控制电路由具有内置或外部定时器的专用集成电路，因此，即使不使用微型计算机，也可以仅利用集成电路来容易地实现过电流的保护电路。
根据本说明书和附图的以下描述，本发明的上述和其他目的以及新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1是示出根据本发明的实施例的无绳电动工具的外部的透视图。
图2是示出根据本发明的实施例的从另一角度看到的无绳电动工具的外部的透视图，在无绳电动工具中，移除了电池组10。
图3是示出根据本发明的实施例的电池组10的外部的透视图。
图4是示出对图3所示的电池组10充电的状态的透视图。
图5是图3所示的电池组10的分解透视图。
图6是在移除了上部壳体21的状态下的电池组10的平面图。
图7是根据本发明的实施例的过电流保护电路的电路图。
图8是示出图7的过电流保护电路的操作的流程图。
图9是在图7的过电路保护电路的操作期间的电流波形图。
图10是在根据本发明的第二实施例的过电流保护电路的操作期间的电流波形图。
图11是示出根据本发明的第二实施例的过电流保护电路的操作的流程图。
图12是根据本发明的第三实施例的电池组的截面图。
图13是根据本发明的第三实施例的过电流保护电路的电路图。
图14是根据本发明的第四实施例的过电流保护电路的电路图。
图15是示出DC电动机的操作的示意图。
图16是示出根据电动工具的示例的无绳圆锯的透视图。
图17是在图16中所示的无绳圆锯的正面截面图。
图18是示出根据电动工具的示例的无绳锤钻的透视图。
图19是示出根据电动工具的示例的无绳竖锯的透视图。
具体实施方式
第一实施例
下文中，将参照附图描述本发明的实施例。在以下描述中，垂直方向、水平方向和前后方向表示所参照的图中所示的方向。
图1示出根据本发明的安装有电池组的电动工具的示例。图1示出将无绳钻用作电动工具1的示例。电动工具1包括作为装置主体的主体部2以及可拆卸地附接至主体部2的电池组10。电池组10在沿着主体部2的前后方向的延伸方向上可拆卸地附接至柄部3的一端（下端）。操作部23布置在电池组10上，并且操作部23在安装电池组时用作锁定机构，并且在移除电池组10时还用作释放按钮。如图1所示，当在沿着主体部2的前后方向的由箭头A表示的安装方向上将电池组10安装在柄部时，电池组10安装在电动工具1内。另一方面，当在推动操作部23的同时电池组10在与由箭头A表示的方向相对的方向上移动时，可以从柄部3移除电池组10。
主体部2包括未示出的电动机以及未示出的控制其中的电动机的驱动的控制部，并且具有使得诸如钻头的顶端工具6能够装载在顶端部分中的工具保持部2A。柄部3从圆柱形主体部2向下延伸，并且触发器8A布置在延伸部分的基本部分上。触发器8A用作向未示出的电动机供给电功率的开关（触发开关），并且在操作者触发触发器8A时电动机开始转动。
图2是示出在移除了电池组10并且无绳电动工具1从下面观看时倒置的状态下根据本发明的实施例的从另一角度观看的无绳电动工具1的外部的透视图。多个板状端子4（4A、4B、4C）在延伸方向上布置在柄部3的端部（下端）上以向前和向下突出。在多个端子当中，正极端子4A和负极端子4B布置为其中流动着用于驱动电动机的电流的电源端子。另外，设置了用于在过电流或过放电发生时向电动工具侧传送用于在电动工具侧中断电流流动的中断控制信号的信号传送端子4C。
图3是示出图1所示的电池组10的外部的透视图。电池组10装载在由图中的箭头A表示的方向上。电池组10将多个电池单元以及控制充电和放电操作的控制板包括在壳体20内部。壳体20被分为上部壳体21和下部壳体22。操作部23布置在上部壳体21的正面的侧表面上。端子插入部24基本上形成在上部壳体21的上表面的中心，并且电池组10在被滑动的同时从正面移向端子4，从而主体部2的端子4适配到端子插入部24中以将电池组10电连接至电动工具1。八个用于将端子插入其中的缝隙24A形成在上部壳体21的端子插入部24中。然而，不需要为所有这些缝隙24A提供连接端子。仅为这些缝隙24A提供所需数量的连接端子。
图4是示出对图3所示的电池组10充电的状态的透视图。当对电池组10充电，如图4所示，电池组10被从电动工具1移除，并且装载到充电器99中。充电器99利用诸如AC100V的商用电源来生成用于充电的给定DC电压和给定DC电流，并且对容纳于所设置的电池组10中的电池单元进行充电。充电器99可以由投放市场的已知充电器构成，并且与本发明不直接相关，因此，将省略其描述。
图5是图3所示的电池组10的分解透视图。电池组10包括由不导电部件形成的壳体20，并且外壳30容纳于壳体20中。从强度和重量的观点而言，优选地利用诸如塑料之类的聚合树脂将壳体20成型为一体。壳体20主要由上部壳体21和下部壳体22形成，并且这些上部壳体21和下部壳体22通过凸出部21A和22B彼此啮合。在壳体20中，外壳30、板40和端子盖49按从下面开始的顺序容纳于下部壳体22中，并且被上部壳体21覆盖。一对用于将壳体20与柄部3啮合的操作部23附接至壳体20的正面的两侧。端子插入部24被端子盖49覆盖以不使板40暴露于外部。
外壳30包括保存多个电池单元32的单元框31、在多个电池单元32的各个电极之间进行电连接的电极部（未示出）和至所连接的电池单元32的两个连接端子（未示出）作为多个电池单元容纳部。连接端子连接至板40。每个电池单元32均是诸如锂离子电池的二次电池，并且可以多次充电和放电。在该实施例中，每一组均具有3.6V的标称电压的四组成对的锂离子电池串联连接以获得14.4V的电压。
板40固定于外壳30的上部以位于上部壳体21内部。用于控制对电池单元32充电和放电的操作的控制电路安装在板40上。多个端子42布置在板40的上表面上。在该实施例中，七个端子42以适当距离来布置，并且插入穿过端子插入部24的主体部2的端子4A至4C与相对应的端子啮合。考虑到装载有各种电动工具的情况，电池组10的端子42是为若干个电动工具（在本实施例中为七个）而准备的。然而，当装载电动工具时不使用所有那些端子42，并且仅连接所需的端子42。
图6是在移除了上部壳体21的状态下电池组10的平面图。七个端子42（42A至42G）按从板40的一端开始的顺序由用于充电的正极端子42A、用于放电的正极端子42B、信号传送端子42C、42D、42E、用于充电和放电的负极端子42F以及信号传送端子42G组成。正极端子42A和42B连接至壳体30的一个（正侧）电极部，并且负极端子42F连接至电池单元32的另一（负侧）电极部。相应地，当对电池单元32充电时，与充电电压相对应的电流在正极端子42A和负极端子42F中流动。当电池单元32放电时，与电动工具1的负载相对应的电流从正极端子42B和负极端子42F放电。因此，正极端子42A、42B和负极端子42F用于允许与电池单元32的充电和放电操作对应的电流在电池组10与电动工具1或充电器99之间流动。
信号传送端子42C至42E和42G用于区别所容纳的电池单元的类型和数量，以分别检测过充电、传送来自热敏电阻器的输出以及防止过放电或过电流。用于控制电池组10的充电和放电操作的控制信号通过信号传送端子42C至42E和42G来传送。
正极端子42A和42B安排在通过利用穿过板40的宽度L的中心且平行于插入方A向延伸的虚拟中心线K-K划分板40而获得的两个区域中的一个区域40A中。另一方面，负极端子42F安排在利用中心线K-K划分的另一区域40B中。即，中心线K-K位于负极端子42F与正极端子42A、42B中的任一个之间。信号传送端子42C至42E和42G以距布置有正极端子42A、42B和负极端子42F的位置的适当距离安排在板40上。在该实施例中，板40由构成将稍后描述的控制电路的各种电子元件安装在板40的上表面和下表面上的双面板形成。
随后，将参照图7描述过电流保护电路的具体示例。在根据本发明的电动工具中，提出了三种方法，作为用于防止过电流影响锂离子二次电池的电路，包括过电流保护电路安装在电池组10内的板40上的方法、过电流保护电路安装在电动工具1内的方法以及过电流保护电路安装在电池组10和电动工具1中的每一个内的方法。在图7所示的示例中，过电流保护电路安装在电池组10内的板40上。在本说明书中，“过电流”是指两种状态，即，（1）放电峰值电流超过最大容许电流值（峰值容许电流）的情况和（2）放电电流值小于最大容许电流值、但这样的大电流持续流动了给定的容许时间段以上（例如，约十几秒到几十秒）（大电流容许持续时间）的情况。在该实施例中，主要关注（2）大电流容许持续时间，并且根据该实施例的过电流保护电路在例如20A以上的电流持续了约30至50秒时被激励。
图7是根据本发明的实施例的过电流保护电路的电路图。用于使电池组10放电的正极端子42B和负极端子42F分别连接至布置在电动工具1中的正极端子4A和负极端子4B。DC电动机5和触发开关8串联连接在电动工具1的正极端子4A与负极端子4B之间。一些控制电路经常插入实际电动工具1的电路中。然而，在该实施例中，为了简化描述，电动工具1内的电路配置仅包括电动机5和触发开关8。
电池组10包括容纳多个电池单元的外壳30，在该外壳30中，电池单元组32A至32D通过其中的连接板串联连接。电池单元组32A至32D中的每一个由并联连接的两个电池单元构成。然而，电池单元组32A至32D中的每一个可以由一个电池单元构成，或者可以由并联连接的三个以上电池单元构成。当电池组10和电动工具1彼此连接并且电动工具1的触发开关8接通时，形成了放电电流从外壳30的正极端子向外壳30的负极端子流过电动工具1的路径。用于调整电动机5的转动速度的电阻器电路或调速电路通常包括在电动工具1侧的路径中。然而，在该实施例中，从图示和描述中省略这样的电路。
在所形成的放电电流路径中，开关部50、恒压电源55、电池电压检测器70和触发检测器83连接在电池组10侧的路径中。这些各个部分连接至作为控制单元的微型计算机60。电池组10还包括也连接至微型计算机60的电池温度检测器75和显示部86。
微型计算机60包括通过内部总线相互连接的中央处理单元（CPU）61、只读存储器（ROM）62、随机存取存储器（RAM）63、定时器64、A/D转换器65、输出端口66和重置输入端口67。
开关部50连接至外壳30的负极端子侧与电池组10的负极端子42F之间，并且在微型计算机60的控制下切换在电动工具1中流动的负载电流。开关部50包括场效应晶体管（FET）51、二极管52和电阻器53、54，并且控制信号通过电阻器54被从微型计算机60的输出端口66供给至FET51的栅极。二极管52连接至FET51的源极与漏极之间，以在对电池单元组32A至32D充电期间构成充电电流路径。
电流检测器80检测在FET51中流动的电流，并且具有连接至在二极管52的阴极与FET51的漏极之间的连接点的输入侧以及连接至微型计算机60的A/D转换器65的输出侧。电流检测器80具有反相放大器电路和非反相放大器电路，并且基于FET51的导通电阻和二极管52的导通电压，对由于在其中流动的电流的方向而产生的电势进行反相放大和非反相放大。从反相放大器电路或非反相放大器电路根据充电或放电操作产生输出，并且微型计算机60的A/D转换器65基于该输出进行A/D转换。
恒压电源55包括三端稳压器56、平滑电容器57、58以及重置IC59，并且从恒压电源55输出的恒压VCC用作电池温度检测器75、微型计算机60、电流检测器80和显示部86的电源。重置I C59连接至微型计算机60的重置输入端口67，并且输出用于初始化微型计算机60的重置信号。
电池电压检测器70检测外壳30的电池电压，并且包括三个电阻器71至73。串联连接在外壳30的正极端子与地面之间的电阻器71和72的连接点通过电阻器73连接至微型计算机60的A/D转换器65。从A/D转换器65输出与所检测到的电池电压相对应的数字值，并且微型计算机60的CPU61将转换的数字值与第一给定电压和第二给定电压进行比较。第一给定电压和第二给定电压预先存储在微型计算机60的ROM62中。第一给定电压是被认为是过充电的电压值，而第二给定电压是被认为是过放电的电压值。
电池温度检测器75布置在外壳30附近，并检测电池单元32A至32D的温度。电池温度检测器75包括热传感器元件的热敏电阻76和电阻器77至79。热敏电阻76通过电阻器78连接至微型计算机60的A/D转换器65。从A/D转换器65输出与所检测到的电池温度相对应的数字值，并且微型计算机60的CPU61将所输出的数字值与给定值进行比较，并确定电池温度是否异常高。
触发检测器83包括电阻器84和85，并且检测电动工具1中的触发开关8的接通操作。当触发开关8接通时，由于DC电动机5的DC电阻非常小（约几欧姆），因此电池电压充足地施加在EFT51的漏极与源极之间，而且该电压被电阻器84和85分压、然后输入至A/D转换器65。结果，CPU61可以检测触发开关8的接通操作。
显示部86包括发光二极管（LED）87和电阻器88，并且根据微型计算机60的输出端口66的输出将LED87接通或者使其闪烁。例如，当电池温度检测器75检测到的电池温度高于给定温度时，显示部86显示异常的电池温度。尽管图3中未示出，但是LED87可以例如布置在电池组10的前表面的任意位置处，或者可以布置在操作者能够观察到的另一任意位置处。
随后，将给出对保护根据本发明的电动工具中所使用的锂离子二次电池免受过电流影响的控制过程的描述。可以通过借助于微型计算机60中的CPU61执行程序来以软件方式执行图8的流程图中所示的控制。
当电池组10装载在电动工具1中，并且压下触发器8A时，触发开关8接通。CPU61首先检测触发开关8是否接通，并且等待直到触发开关8接通为止（步骤401）。在接通触发开关8时，CPU61将给定电压从输出端口66输出至FET51的栅极，从而接通FET51（使得源极和漏极导电）（步骤402）。结果，DC功率被供给至DC电动机5以启动DC电动机5。然后，CPU61开始利用定时器64测量时间间隔（步骤403）。
在该实施例中，CPU61设置T1定时器、T2定时器和T3定时器来测量三个时间间隔。T1定时器利用电流检测器80的输出对用于检测电流的采样间隔（10毫秒）进行计数。T2定时器对用于确定给定的大电流或中等电流（例如，平均为20A以上）是否在给定时间段（例如，50秒）内持续地流动的持续时间进行计数。T3定时器对是否自从由T2定时器计数的给定电流值降至给定电流以下以后经过了给定时间段（例如，5秒）进行计数。即，T3定时器对从过电流监视状态到正常状态的恢复时间段进行计数。
当FET51导通以启动DC电动机5时，CPU61开始以对T1定时器进行计数（步骤403）。然后，CPU61更新T1定时器的计数（步骤404），并且确定T1定时器的计数值是否达到10毫秒（mS）（步骤405）。如果T1定时器的计数值没有达到10毫秒，则处理返回至步骤404。如果T1定时器的计数值达到10毫秒，则CPU61借助于电流检测器80的输出检测电流（步骤406），并且将所检测到的电流值存储在RAM63中，从而顺序地累积放电电流值以计算平均电流（步骤407）。
然后，CPU61检测T1定时器的计数值是否达到时间段Tα（步骤408）。时间段Tα是所谓的“空载时间段”，并且在Tα或更短的时间间隔内，不计算电流的平均值。如果没有经过时间段Tα，则处理返回至步骤404，而如果经过时间段Tα，则CPU61利用存储在RAM63中的放电电流值来计算放电电流的平均值（步骤409）。可以通过在存储在RAM63中的放电电流值当中提取最新时间段Tα的数据来计算放电电流的平均值，并且获得平均值。相应地，在该实施例中，满足Tα>10毫秒是重要的。此外，将作为空载时间段的时间段Tα设置为足够大于DC电动机5的击穿电流流动的时段，以将其设置为使得即使在每个时间段Tα内计算放电电流的平均值，击穿电流的平均值也不超过给定电流（例如，20A）的时间间隔。在这种情况下，由于在随后的步骤中未检测DC电动机5的击穿电流，因此，基本上防止击穿电流被检测为过电流。
然后，CPU61确定所算出的放电电流平均值是否超过作为给定电流的20A（步骤410）。该给定电流可以由电动工具或电池组的设计者任意设置，并且可以根据二次电池的放电特性或者DC电动机5的特性来设置。在该实施例中，将给定电流设置为20A来作为一个基准，但不限于该值。不仅可以设置允许连续放电的基准放电电流，而且可以设置即使瞬间放电发生也允许立即中断瞬间放电的最大容许电流值（在该实施例中未描述）。因此，优选地将允许连续放电的基准放电电流设置为最大容许电流值的20%至90%。
随后，在步骤411中，CPU61更新T2定时器（步骤411），并且将T3定时器清零（步骤412）。然后，CPU61确定T2定时器的总值是否达到30秒（步骤413）。如果T2定时器的总值未达到30秒，则处理返回至步骤404。
在步骤410中，如果所算出的放电电流平均值为作为给定电流的20A以下，则CPU61更新T3定时器的计数（步骤419），并且确定T3定时器的计数值是否持续了5秒以上，即，所算出的放电电流平均值为20A以下的状态是否持续了5秒以上（步骤420）。如果该状态持续了5秒以上，则CPU61确定大电流的连续放电状态停止，将T2定时器清零，并且返回至步骤404（步骤421）。如果在步骤420中所算出的放电电流平均值为20A以下的状态没有持续5秒，则CPU61返回至步骤404。
如果在步骤413中所算出的为20A以上的放电电流平均值持续了30秒以上，则CPU61发布用于向操作者通知大电流的连续放电状态（过电流状态）持续的报警。已不相同地提出了如何发布报警。在该实施例中，CPU61进行脉冲驱动以使得要供给至FET51的电流值仅在5秒中的1秒内减小。图9中示出在脉冲驱动期间的驱动状态。
图9是在图7的过电流保护电路的操作期间的电流波形图。横轴是经过时间段（秒），以及纵轴是来自电池组10的放电电流值（单位A）。放电电流与经过时间段的示例由放电曲线90表示。当在时间t0压下触发器8A时，相当大的击穿电流在DC电动机5中流动，并且其电流值远远超过20A，如在时间t1处由箭头91表示。根据DC电动机5的类型，击穿电流可以超过100A。然而，击穿电流流动的时间短，并且电流值变为20A以上的Tβ最大不超过100毫秒。在该示例中，优选的是空载时间段Tα大约为Tβ的两倍到四倍。如果空载时间段Tα因而被设置为更长，则可以将击穿电流和持续流动的大电流彼此区别开。
当击穿电流在DC电动机5中流动以在时间t1开始使DC电动机5加速时，在DC电动机5中流动的电流减小，并且电流在由箭头92表示的点处再次开始增大。此后，电流值根据DC电动机5的rpm和负载的大小而变化。然而，电流超过给定电流，在该实施例中，在由箭头93表示的时间点处为放电电流20A，并且在该时间点处，T2定时器开始对大电流的持续时间进行计数。当在实际电动工具1中所测量出的放电电流按原样用曲线图表示时，电流波动，从而未获得图9所示的平滑放电曲线。然而，在该实施例中，利用在最近的Tα时间段内的平均放电电流值来用曲线图表示放电电流，因此，可以降低电流波动的影响。
由于20A以上的放电电流在时间点t3（由箭头94表示的时间点）处持续了30秒，因此，作为如图8的步骤414中所示的报警操作，在仅一秒内切换放电电流。切换操作是电动工具的输出随着放电电流的平均值在仅1秒的短时间内的减小而减小，并且允许操作者识别过电流状态。在微型计算机60控制FET51时，执行切换操作。
在图9的下侧的放电曲线90在切换操作期间放大电流波形。图9示出在从时间t3秒到时间（t3+1）秒的一秒内的放电曲线90。CPU61（参照图7）控制FET51（参照图7）以在切换操作期间在每10毫秒（mS）内定期地重复FET51的导通或截止操作。结果，FET51的50个导通状态和50个截止状态在从时间t3秒到时间（t3+1）秒的一秒内交替地存在。以此方式，在该实施例中，在每5秒间隔的仅第一秒内进行FET51的切换操作，从而使得在切换操作期间的平均放电电流能够基本上减半。利用切换操作，操作者可以感觉到输出稍微减小，并且切换操作起到对于操作者的报警功能的作用。由于操作者因而可以在电动工具的操作状态下感到不舒服，因此，操作者可以容易地知道来自电池组10的大电流（或中等电流）放电状态持续，并且DC电动机5在触发器8A持续地按原样压下之后不久被强制停止。
例示了在该实施例中描述的、进行报警操作的起始时间点（在t2之后的30秒）、报警操作的执行间隔（在每5秒内）以及切换操作时间（1秒），并且可以任意设置这些时间。此外，也类似地例示了用于使FET51导通或截止的时间间隔（导通状态为10毫秒，且截止状态为10毫秒），并且可以以任意间隔或任意时间比进行导通/截止操作。将并入电池组10中的电池单元32的特性、电动工具1中的DC电动机5的特性以及电动工具1的可想到的使用条件纳入考虑，可以适当地设置这些时间。
在该实施例中，当操作者持续触发触发器8A以即使进行报警操作也继续该操作时，CPU61控制FET51以使其截止，从而在经过了给定时间段（从t2开始50秒）的时间t4（由箭头95表示的时间点）处强制停止DC电动机5。
再次返回到图8，如果在步骤415中所算出的放电电流平均值为20A以上的状态持续了50秒以上，则CPU61使FET51截止（步骤416）。然后，CPU61等待直到操作者关断触发开关8为止（步骤417），并且当触发开关8关断时，CPU61再次使FET51导通，然后，返回至步骤403（步骤418）。
如上所述，根据该实施例，即使在过多峰值放电电流时通过中断功能不能中断的、大电流或中等电流的长时间放电中，也可以强制地停止电动工具的电动机。因此，可以避免电池组的过电流状态（具体地，大电流持续放电状态），从而可以有效地防止电池组劣化。
顺便提及，在上述实施例中，放电电流的基准值被设置为20A，并且说明了放电电流为20A以上的情况。然而，其并不限于此。可以以与在放电电流大于20A（例如，40A以上）的情况下的上述方式相同的方式控制电池组。
第二实施例
随后，将参照图10和图11描述根据本发明的第二实施例的过电流保护电路。类似于第一实施例，在第二实施例中，利用安装在电池组10的板40上的微型计算机60来在电池组10内检测过电流状态。然而，微型计算机60执行的程序不同于第一实施例中的程序，并且与在第一实施例中相比，进行高级过电流保护。
图10是根据第二实施例的在过电流保护电路的操作期间的电流波形图。横轴是经过时间段（秒），而纵轴是来自电池组10的放电电流值（单位A）。放电电流值由放电曲线450表示。图10示出表示放电的放电曲线450从箭头452或453被分成曲线A至F这六个放电模式（pattern）。当在时间点t0第一次压下触发器8A时，相当大的电流在DC电机5中流动，并且其电流值在时间t1处如箭头451所示那样超过80A。根据DC电动机5的类型，击穿电流可以超过100A。然而，击穿电流流动的持续时间段，并且电流值变为10A以上的T1最大为0.5毫秒。在该示例中，如果在该实施例中将T0至T1设置为过电流保护电路的空载时间段，则可以将DC电动机5的击穿电流和要监视的过电流彼此区别开。
当击穿电流在DC电动机5中流动以在时间t1开始使DC电动机5加速时，在DC电动机5中流动的电流减小，并且电流再次开始在由箭头452表示的点处增大。当在电动工具1是图1所示的无绳钻的这种情况下负载小并且顶端工具是木钻时，放电电流如曲线A所示那样在t2至t3处稍微增大，此后，继续该状态（在木钻中，操作正常地在10秒内停止）。在该情况下，由于在该实施例中放电电流值没有达到用于进行过电流保护的最低阈值（20A），因此微型计算机60不进行过电流保护操作。
曲线C是在与第一实施例中所述的状态下的控制相同的控制下的放电电流模式。当击穿电流在DC电动机5中流动以在时间t1处使DC电动机5加速时，在DC电动机5中流动的电流减小，电流再次开始在由箭头452表示的点处增大，并且放电电流值在箭头453的点处超过20A。然后，微型计算机60将过电流的中断时间段T20（是指过电流为20A的中断时间段T）设置为50秒（=t8-t3）。在该情况下，在诸如曲线C的放电模式的情况下，微型计算机60在一秒内进行用于在每10毫秒内控制FET51的导通/截止操作的报警操作。在第二实施例中，微型计算机60将用于进行报警操作的时间段设置为40秒而不是30秒。
另一方面，在曲线B中，微型计算机60在时间t3设置过电流的中断时间段T20。然而，由于在经过了T20之前（紧接在t7之后）电流值如箭头454表示那样再次减小至20A以下，因此，放电电流偏离大电流状态，并且该偏离状态持续了T3秒（>5秒）。因此，将从时间t3开始的中断时间段T20的计数清零。然而，由于电流值在由箭头455表示的时间t9处再次超过20A，因此，再次设置从时间t9开始的过电流的中断时间段T20，并且重复相同控制直到释放触发器8A为止。
随后，在曲线D中，电流值再次开始在箭头452的点处增大，而放电电流值在箭头453的点处超过20A，并且T20被设置为过电流的中断时间段。此后，放电电流值进一步增大，并且在箭头456的点处超过40A。在这些情况下，微型计算机60以T40替代过电流的中断时间段T20。T40是连续放电电流值超过40A的中断时间段，并且在该实施例中将T40设置为比T20短且为30秒。优选地，T40的测量基点不是箭头456的时间点（时间t6），而仍然是时间t3。当过电流的中断时间段T20以T40替代时，不需要加快实现用于在10毫秒内控制接通和关断操作的报警操作的定时。例如，当T40被设置为40秒时，可以在t3之后将实现报警操作的定时设置为30秒。可以将实现报警操作的间隔设置为5秒，并且可以仅在第一秒内每10毫秒重复FET51的导通或截止操作。
在曲线E中，放电电流值在箭头453的点处超过20A，并且T20被设置为过电流的中断时间段。由于放电电流值在箭头457的点处超过40A，因此中断时间段T20以T40替代，并且由于放电电流值在箭头458的点处超过60A，因此，中断时间段T40以T60替代。在该实施例中，T60被设置为比T40短且为10秒。T60的测量基点保持为t3而无需改变。如果基点因而没有从时间t3改变，则由于可以按原样使用通过T2定时器得到的计数值，因此容易进行时间管理。即使在设置中断时间段T60时，在经过了中断时间段T60之前，在中断之前，作为报警操作，仅在一秒内切换放电电流。当将中断时间段T60设置为10秒时，可以将报警操作的起始时间设置为5秒。
在曲线F中，放电电流值在箭头453的点处超过20A，并且T20被设置为过电流的中断时间段。由于放电电流值在箭头459的点处超过40A，因此中断时间段T20以T40替代。由于放电电流值在箭头460的点处超过60A，因此中断时间段T40以T60替代。由于放电电流值在箭头461的点处超过80A，因此中断时间段T60以T80替代。放电电流值在箭头461的时间点处超过80A意味着放电电流是几乎瞬时中断的过电流。因此，T80被设置为充分短的时间段，例如，0.5秒。此外，借助于中断时间段T80中断放电电流，由于在中断放电电流之前没有时间进行报警操作，因此，CPU61突然使用报警操作来中断放电电流而不进行通知。由于T80的基本基点按原样保持为t3，因此，如果在箭头461的时间点处从t3经过了T80秒以上，则CPU61立即使FET51截止以中断放电电流。
如上所述，根据第二实施例，由于在基于放电电流的大小的控制下改变容许持续时间，因此，可以基于放电电流的大小以高精度进行过电流保护。在上述实施例中，当按T20、T40和T60的所述顺序改变中断时间段时，按原样保持改变之后的时间计数的起始点（在图中为t3）。替选地，每次按T20、T40和T60的所述顺序改变中断时间段而不保持起始点时，T2定时器进行的计数可以开始。此外，如果在按T20、T40和T60的所述顺序改变的中断时间段之前在给定时间段内电流值在所设置的中断时间段内下降至基准电流值以下，则可以在控制下按T60、T40和T20的所述顺序再次重置中断时间段。
随后，将参照图11的流程图描述根据本发明的第二实施例的过电流保护电路的操作。如图8所示的流程图那样，可以通过借助于微型计算机60执行程序来以软件的方式执行图11的流程图中所示的控制。在第二实施例中，微型计算机60使用T1定时器、T2定时器和T3定时器这三个定时器。尽管T2定时器和T3定时器用于与第一实施例的目的相同的预期目的，但是T1定时器不同于第一实施例的T1定时器。T1定时器在压下触发器之后检测在给定时间段内没有进行电流检测的空载时间段，以便不检测击穿电流。T2定时器对给定电流以上持续流动的时间段进行计数。T3定时器对在给定流动电流以上降至给定值以下之后是否经过了给定时间段进行计数，即，对恢复时间段进行计数。
当电池组10装载在电动工具1中并且触发器8A被压下以接通触发开关8（步骤501）时，CPU61将来自输出端口66的给定电压输出至FET51的栅极，从而使FET51导通（实现源极与漏极之间的导通）（步骤502）。结果，DC功率被从电池组10供给至DC电动机5以启动DC电动机5。然后，CPU61开始对空载时间段的经过进行计数的T1定时器的计数，以便允许由击穿电流引起的峰值电流（步骤503）。在该实施例中，将空载时间段设置为0.5秒。如果在步骤504中T1定时器没有达到0.5秒，则处理进行至步骤521，在步骤521中，确定触发开关8的操作是否已改变。如果触发开关8仍然接通，则处理进行至步骤503，而如果触发开关8关断，则处理返回至步骤501（步骤521）。
如果在步骤504中T1定时器达到0.5秒，则将T1定时器清零（步骤505），并且CPU61计算放电电流平均值I1（步骤506）。针对每个给定采样间隔（例如，10毫秒的间隔）测量放电电流，并且将所测量出的值顺序地存储在RAM63中（参照图7）。放电电流平均值I1为在所获取的多个测量值当中在最近的50毫秒内所测量出的电流值的平均值。类似地，CPU61根据在所获取的多个当前值当中在最近的3秒内所测量出的当前值来计算放电电流平均值I2（步骤507）。如果没有经过用于计算放电电流平均值I1的50毫秒或者用于计算放电电流平均值I2的3秒，则平均值可以保持为0而无需计算放电电流平均值I1和I2，或者可以对少量测量值求平均。
然后，CPU61确定放电电流平均值I1是否为80A以上（步骤508）。如果平均值I1为80A以上，则CPU61将在进行报警操作（脉冲驱动）之前的时间段Tp设置为0.5秒，并且将用于中断FET51的时间段Ts设置为0.5秒（步骤509），然后，进行至步骤516。在该示例中，满足Tp=Ts的原因是因为在I1≥80A的情况FET51瞬时截止而不进行报警操作。
如果在步骤508中满足I1<80A，则CPU61确定放电电流平均值I2是否为60A以上（步骤510）。如果满足I2≥60A，则CPU61将在进行报警操作（脉冲驱动）之前的时间段Tp设置为5秒，并且将用于中断FET51的时间段Ts设置为10秒（步骤511），然后，进行至步骤516。利用该设置，在放电电流平均值I2超过20A之后的一秒、五秒内执行报警操作（脉冲驱动），并且FET51在完成报警操作之后截止四秒（在I2超过20A之后的10秒）。
如果在步骤510中满足I2<60A，则CPU61确定放电电流平均值I2是否为40A以上（步骤512）。如果满足I2≥40A，则CPU61将进行报警操作（脉冲驱动）之前的时间段Tp设置为20秒，并且将用于中断FET51的时间段Ts设置为30秒，然后，进行至步骤516。同样地，如果在步骤512中满足I2<40A，则CPU61确定放电电流平均值I2是否为20A以上（步骤514）。如果满足I2≥20A，则CPU61将在进行报警操作（脉冲驱动）之前的时间段Tp设置为40秒，并且将用于中断FET51的时间段Ts设置为50秒（步骤515），然后，进行至步骤516。
如果在步骤514中放电电流平均值I2降至20A以下，则CPU61在平均放电电流变小时开始T3定时器的计数以将T2定时器清零（步骤523）。如果T3定时器超过5秒，则CPU61将T2定时器清零，并进行至步骤522（步骤524和525）。如果在步骤524中T3定时器低于5秒，则CPU61进行至步骤522。在步骤522中，CPU61确定触发开关8是否仍然接通，并且如果触发开关8仍然接通，则CPU61进行至步骤506，而如果触发开关8关断，则CPU61进行至步骤501。
在步骤516中将T3定时器清零（步骤516）之后，CPU61更新T2定时器的计数值（步骤517）。然后，CPU61确定T2定时器的计数值是否是用于进行报警操作的设置值Ts以上（步骤518）。如果计数值达到用于中断FET51的时间段Ts，则CPU61使FET51截止，以中断供给至DC电动机5的DC功率（步骤519）。然后，CPU61等待直到操作者释放触发器8A为止，以关断触发开关8（步骤520），并且在关断触发开关8时返回至步骤501。
如果在步骤518中T2定时器的计数值小于设置值Ts，则CPU61确定T2定时器的值是否为Tp以上。如果值为Tp以上，则CPU61使得FET51进行脉冲操作以发布用于向操作者通知大电流的连续放电状态持续（过电流状态）的报警（步骤527）。脉冲驱动状态是用于进行切换操作以在每五秒间隔的头1秒内每隔10毫秒使FET51导通或截止的控制，如在图9的下侧的图中。
如上所述，根据第二实施例，由于可以根据来自电池组10的放电电流的大小来可变地设置容许放电时间段，因此，如果诸如锁定电流的过电流流动，则FET51立即截止，从而可以稳妥地保护电池组10和电动工具1。此外，由于提供了用于中断来自电池组10的放电的多个阈值，因此可以根据电动工具的特性和使用状态来很好地保护电池组10和电动工具1免于遭受大电流连续放电状态。此外，可以防止电池组10劣化，并且可以防止DC电动机5损坏。另外，由于根据第二实施例的控制通过包括在电池组10中的微型计算机60执行程序来实现，因此，可以仅通过改变程序来实现各种过电流保护控制。
顺便提及，在上述实施例中，将放电电流的基准值设置为20A，并且说明放电电流为20A以上的情况。然而，其不限于此。可以以与在放电电流大于20A（例如，为40A以上）的情况下的方式相同的方式控制电池组。
第三实施例
随后，将参照图12和图13描述根据本发明的第三实施例的过电流保护电路。在第一实施例中，微型计算机60安装在电池组10的板40上，并且利用微型计算机60来检测电池组10内的过电流状态。第三实施例与第一实施例相同之处在于，过电流保护电路安装在电池组210的板240上，但是通过使用专用电池保护IC253而不是使用微型计算机的电路来实现。此外，用于中断过电流的FET不是布置在电池组210内而是布置在电动工具101侧，并且可以从外部控制FET，而从电池组210侧控制FET的导通和截止操作。与在第二实施例中的部件相同的部件由相同的附图标记表示。
图12是根据本发明的第三实施例的电池组210的截面图。除了容纳在电池组210中的电池单元250的数量外，电池组210的配置基本上与图5中所示的电池组10的配置相同。所容纳的电池单元250是通过串联连接每一个均具有3.6V的标称电压的四个锂离子电池来配置的。四个电池单元250在外壳225内对齐，并且布置在上部壳体221和下部壳体222之间。板240布置在外壳225的上侧与上部壳体221之间，并且正极端子147和负极端子143布置在板240上。
图13是根据本发明的第三实施例的过电流保护电路的电路图。在图13中，电动工具101和电池组210通过正极端子147、负极端子143和过电流过放电输出端子156可拆卸地彼此连接。电池组210也设置有过电流输出端子157，并且过电流输出端子157连接至充电器99而不连接至电动工具101。电池组101包括通过从电池组210提供的功率驱动的电动机105、具有可手动切换的触发开关108的开关单元103以及停止电动机105的转动的控制器104。
电池组210连接至已预先充电至给定电压的电动工具101，以将给定电压施加在正极端子147和负极端子143之间。当触发开关108闭合且FET121导通时，形成经过正极端子147与负极端子143之间的电动机105的闭合电路，并且在接收到给定功率时驱动电动机105。
电池组210包括具有串联连接的多个电池单元250的电池单元组251、连接在正极端子147与电池单元组251之间的电阻器252以及检测每个电池单元250的过放电、过电流和过电压以将与检测结果对应的信号输出至电动工具101或充电器的电池保护IC253。电池保护IC253和电阻器252安装在图11所示的板240上。
电阻器252和电池单元组251串联连接在正极端子147与负极端子143之间。构成电池单元组251的电池单元250是诸如锂离子电池的二次电池。电池保护IC253监视各个电池单元250的过放电和过电流，并且在检测到电池单元250的过放电或过电流时，通过过电流过放电输出端子156将用于中断对电动机105的功率供给的信号输出至控制器104。此外，在检测到电池单元250过充电时，电池保护IC253通过过充电保护端子157将用于停止充电操作的信号输出至充电器。在该实施例中，锂离子电池的额定值是每个电池单元250为3.6V，最大充电电压为4.2V，并且在最大充电电压变为4.35V以上时，确定进行过放电。此外，过电流针对在负载中流动的电流超过给定值的状态。在该实施例中，被认为是过电流的电流包括20A以上的放电电流持续了给定时间段（例如，十几秒到几十秒）。过充电针对各个电池单元250的剩余电压下降至给定值，并且在该实施例中，假设被认为过放电的一个电池单元250的电压为2V。
电池保护IC253包括单位电池单元（unit-cell）电压检测器230、过电压检测器235、过放电检测器234、过电流检测器233和开关238。单位电池单元电压检测器230检测各个电池单元250的各电压，并且将检测结果输出至过电压检测器235和过放电检测器234。
过电压检测器235从单位电池单元电压检测器230接收各个电池单元250的电压，并且在任何电池单元250的电压为给定值以上时，确定过电压发生。过放电检测器234从单位电池单元电压检测器230接收各个电池单元250的电压，并且在任何电池单元250的电压为给定值以下时确定过放电发生，并输出用于闭合（接通）开关238的信号。
过电流检测器233检测在电阻器252中流动的电流值，在所检测到的电流超过容许最大电流值时确定过电流发生，并且输出用于闭合开关238的信号。当响应于来自过放电检测器234或过电流检测器233的信号来闭合开关238时，过电流过放电输出端子156和接地线彼此连接。相应地，在该情况下，电池保护IC253将0伏（Lo信号）输出至电动工具101的控制器104。
大电流检测器电路241检测在电阻器252中流动的电流是否为20A以上，并且如果电流为20A以上，则将信号输出至定时器计数器242。当接收到该信号时，定时器计数器242开始定时器的计数，并且在经过50秒的情况下将用于闭合（接通）开关238的信号输出至开关238。如上所述，当闭合开关238时，电池保护IC253通过过电流过放电输出端子156将0伏（Lo信号）输出至电动工具101的控制器104。如果大电流检测器电路241检测到的电流降至20A以下，则大电流检测器电路241将信号输出至恢复电路243。当接收到该信号时，恢复电路243开始与上述定时器不同的定时器的计数，并且在经过了五秒的情况下将用于重置定时器的信号输出至定时器计数器242。
当电流为20A以上的状态这样持续了50秒时，电池保护IC253将0伏（Lo信号）输出至电动工具101的控制器104。当电流在电流为20A以上的状态持续了50秒之前降至20A以下时，暂停定时器计数器242中的定时器的计数。当电流降至20以下的状态持续了五秒时，恢复电路243重置定时器计数器242中的定时器的计数。结果，即使电流再次达到20A以上，也不将0伏（Lo信号）输出至电动工具101的控制器104，而不进一步使该状态持续50秒。
电动工具101的电动机105通过开关单元103和控制器104连接至正极端子147和负极端子143。开关单元103连接至电动机105，并且包括触发开关108和正反向开关（forward reverse switch）109。触发开关108串联连接至电动机105，并且由操作者操作以接通或关断电动机105。正反向开关109将连接至正极端子147和负极端子143的电动机105的极性反转以改变转动方向。
在从电池保护IC253接收到用于中断功率供给的信号时，控制器104使FET121截止以中断用于将功率供给至电动机105的闭合电路，并且停止电动工具101。控制器104包括主电流开关电路120、主电流切断保持电路130和显示部140。
主电流开关电路120包括FET121、电阻器122和电容器123。FET121分别具有连接至电动机105的漏极、连接至过电流过放电输出端子156的栅极以及连接至负极端子143的源极。电阻器122连接在正极端子147与FET121的栅极之间。电容器123连接在FET121的栅极与源极之间。FET121的栅极、电阻器122和电容器123连接在接触点124处。
在电功率正常地从电池组210供给至电动机105时，FET121导通。即，当电动工具101和电池组210彼此连接时，通过电阻器122向接触点124（FET121的栅极）施加电池电压。因此，FET121导通。另一方面，当电池保护IC253检测到过放电或过电流，并且0伏（Lo信号）从过电流过放电输出端子156输入至FET121的栅极时，FET121截止以中断向电动机105的功率供给。
主电流切断保持电路130包括FET132、电阻器131和132以及电容器134。FET132具有连接至FET121的栅极和过电流过放电输出端子156的漏极，以及连接至负极端子143的源极。此外，FET132具有通过电阻器131连接至电动机105和FET121的漏极、并且还通过彼此并联连接的电阻器133和电容器134连接至负极端子143的栅极。当电压在FET132的栅极侧的接触点135中变大时，FET132导通，并且连接至FET132的漏极的接触点124连接至负极端子（接地线）143。由于接触点124连接至FET121的栅极，因此FET121的栅极也连接至负极端子143，并且在FET132导通时，FET121截止。
显示部140包括电阻器141和LED142，并且并联连接在FET121的漏极与源极之间。当触发开关108关断或者FET121导通，并且触发开关108接通以向电动机105供给电功率时，由于在显示部140的两端之间不存在电势差，因此LED142没有接通。另一方面，当检测到过放电或过电流以使FET121截止时，在漏极与源极之间出现电势差。因此，电流流过电阻器141以导通LED142，从而表示检测到过放电或过电流的状态。结果，操作者可以容易地识别由于过放电而不能操作电动工具101的状态。
如上所述，根据第三实施例，布置在电池组210内的电池保护IC253可以指示电动工具中断在使用电动工具时所产生的过电流持续给定时间段以上。结果，可以防止电池组210的异常温度升高以延长寿命。在第三实施例中，电池组210仅具有串联连接的四个电池单元250，并且与第一实施例中具有并联连接的电池单元的电池组10相比，具有使从各个电池单元250放电的电流量增加得更多的趋势。因此，如果如该实施例中一样利用布置在电池组210中的电池保护IC253来调节放电电流，则可以显著地延长电池单元250的寿命。
第四实施例
将参照图14描述根据本发明的第四实施例的过电流保护电路。在描述第四实施例之前，首先参照图16至图19描述电动工具的另一示例。在第一实施例中，将无绳钻例示作为电动工具。无绳钻正常几乎在约几秒内完成诸如钻孔工作的工作，并且实际上几乎不需要在第一至第三实施例中所述的过电流保护电路。因此，具有过电流保护电路的电池组实际上对于诸如无绳钻的电动工具而言是足够的。然而，优选的是一些电动工具具有过电流保护电路。
图16是示出需要过电流保护电路的无绳电动工具的图，其中，无绳圆锯601被示为电动工具。图16是从正面倾斜地观看的无绳圆锯601的透视图。无绳圆锯601借助于电池组10通过电动机转动而转动圆锯片612。无绳圆锯601利用电动机的转动来转动圆锯片612，其中电动机借助于电池组10而转动。无绳圆锯601具有作为外框的壳体602，并且电池组10装载在壳体602后面。除了控制电路部以外，电池组10可以具有与图3至图6或图12中所述的结构相同的结构。在圆锯片612的外侧，布置有作为形状基本上覆盖圆锯片612的前半侧的外框的锯罩606、保护成形为基本上覆盖圆锯片612的外周的下半部的圆锯片612的防护罩607、以及具有使得圆锯片612能够从其底部向下突出的开口的基部608。具有部分地容纳于其中的触发器613的柄部604形成在圆锯片612之上，并且电池组10装载在柄部604的下端附近。
图17是图16中所示的无绳圆锯601的正面截面图。电动机609容纳于壳体602内部，并且通过减速机构610以给定比率使电动机609的转动力减速，然后将其传送至输出轴611。圆锯片612附接至输出轴611的前端，并且被电动机609转动地驱动。
在无绳圆锯601中，如果要切割的对象的切割距离较长，则电动机609可以持续地转动10秒以上。此外，在圆锯中，根据操作者将柄部604按向木材等所利用的力的大小来改变电动机609上的负载的大小。具体地，当要切割的木材很硬或者具有大量筋（string），并且操作者在向柄部604施加强力的同时切割木材时，在电动机609中流动的电流（即，来自电池组10的放电电流）变大，并且大电流可以持续长时间段。
图18是示出需要过电流保护电路的另一电动工具（即，无绳锤钻701）的图以及从背面倾斜地得到的透视图。参照图18，无绳锤钻701具有在壳体702的背面的柄部704。触发器713布置在柄部704的一部分中。电池附接部714布置在壳体702的正面之下，并且电池组10附接至电池附接部714。无绳锤钻701用于诸如混凝土的钻孔、锚的打超前孔、取芯钻头工作、破碎和挖沟的工作，并且一次工作所需的时间段可以超过十秒。因此，在无绳锤钻701中，不仅从保护电池组10的观点，而且从电动机保护的观点，使用根据本发明的过电流保护电路都是优选的。
图19是示出从正面倾斜地得到的、需要过电流保护电路的另一电动工具（即，无绳竖锯801）的透视图。参照图19，无绳竖锯801包括在壳体802之上的柄部804，并且触发器813布置在柄部804中。电池组10装载在柄部804的背面。具有使得锯片（未示出）能够从其底部向下突出的开口的基部808布置在壳体802之下。电池组10附接至电池附接部814。
无绳竖锯801用于木材的曲线切割工作，并且一次工作所需的时间段可以超过十几秒至几十秒。此外，当操作者在进行曲线切割时以强力通过柄部804推木材时，施加于电动机上的负载增大，从而导致增大流动的电流的趋势。因此，在无绳竖锯801中，不仅从保护电池组10的观点而且从电动机保护的观点，使用根据本发明的过电流保护电路都是优选的。
如上所述，在图16至图19所示的电动工具中，使用具有过电流保护电路的电池组在防止劣化和使电池组10的寿命变长方面极其有效。然而，存在如下若干种电池组：即使电池组具有相同电压，也可以根据容量差和电池单元的差别将电池组装载在电动工具中；并且还存在其中不具有过电流保护电路的电池组。在这些情况下，在第四实施例中，过电流保护电路布置在电动工具内。
图14是根据本发明的第四实施例的过电流保护电路的电路图。在图14中，与图13中的电路元件相同的电路元件由相同的附图标记表示，并且将省略重复描述。在第四实施例中，在电池组260侧未检测到在给定时间段内流动的给定过电流，但微型计算机360布置在电动工具301内，并且微型计算机360控制过电流状态的检测和对电动机105的电流中断。
微型计算机360包括中央处理单元（CPU）361、ROM362、RAM363、定时器364、A/D转换器365、输出端口366和重置输入端口367。这些部件通过内部总线彼此连接。
电流检测器350检测在FET121中流动的电流，并且具有连接至FET121的漏极的连接点的输入侧以及连接至微型计算机360的A/D转换器365的输出侧。电流检测器350包括放大器电路，并且基于FET121的导通电阻来放大在流动电流的方向上产生的电势。因而，根据放电在放大器电路中生成输出，并且微型计算机360的A/D转换器365将放大器电路的输出转换成数字信号。
电源电路部370包括三端稳压器，并且产生要施加至微型计算机360的恒定电压Vcc。电源电路部370并列连接至平滑电容器371和372。另外，电源电路部370连接至微型计算机360的重置输入端口367，并且将重置信号输出至重置输入端口367以初始化微型计算机360。
利用上述电路配置，当微型计算机360检测到压下触发开关108时，电流检测器350获取电流值，根据图8所示的过程监视在电动机105中流动的大电流的持续状态，并且当持续时间段达到给定时间段以上时，为操作者进行报警操作。当大电流进一步持续时，微型计算机360通过输出端口366将高信号输出至FET132的栅极，从而FET132导通以将FET132的源极与栅极之间的电压设置为0伏。结果，FET121的栅极信号变为0伏（Lo信号），FET121的栅极信号截止，中断要供给至电动机105的电流的路径以停止电动机105的转动。
如上所述，在第四实施例中，由于微型计算机360布置在电动工具301侧以保护免受过电流，因此不需要提供用于检测持续了给定时间段以上的过电流的装置。因此，电池保护IC283不包括大电流检测器电路241、定时器计数器242以及图13所示的恢复电路243。包括在图14的电池组260中的电池保护IC283可以由投放市场的通用IC构成，包括用于保护免受过多峰值电流的电路以及用于在充电操作期间保护免受过充电的电路，并且不需要在电池组处设置专用电路以监视大电流持续了十几秒至几十秒。
以上已基于实施例描述本发明。然而，本发明不限于上述实施例，而可以在不背离本发明的主题的情况下进行各种改变。例如，图14所示的电动工具301可以按原样与图13所示的电池组210连接。在这种情况下，设置在电动工具301侧的过电流保护电路和设置在电池组210上的过电流保护电路两者都进行操作。电动机105由于首先进行操作的任何过电流保护电路而停止，从而可以以过电流保护电路的高冗余和更高可靠性实现电动工具。
上述电池组不仅可以用于电动工具，还可以用于无绳清洁器、无绳工作灯、无绳喷射器、其他无绳电装置和无绳工作装置。此外，用于保护免受大电流连续放电的控制条件（中断时间段、报警操作时间段）不限于上述示例，并且可以根据要使用的电动工具和工作特性来任意设置。另外，在上述实施例中通过在一秒内进行高速切换操作（脉冲驱动）来实现报警操作。然而，本发明不限于该配置，而可通过其他任意方法向操作者发布报警。

Claims (17)

1.一种电动工具，包括：
电池单元组，其包括多个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元组向所述电动机供给电功率；
电流检测器，其被配置成检测在经过所述电池单元组、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，其被配置成从所述电流检测器接收检测信号，并且控制所述开关元件的接通/关断操作；
其中，如果所述电流检测器检测到在所述电池单元组中流动的电流值在第一时间段内持续地超过给定值，则所述控制器进行报警显示和报警控制之一以使得操作者认识到在持续高负载操作，以及
其中，如果所述电流值在第二时间段内持续地超过所述给定值，则所述控制器关断所述开关元件以中断所述电流路径，所述第二时间段比所述第一时间段长。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其中
所述控制器包括具有定时器的微型计算机，以及
所述微型计算机通过使用来自所述电流检测器和所述定时器的信号来对所检测到的电流值超过所述给定值的状态的持续时间进行计数。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其中
所述控制器包括具有内置或外部定时器的专用集成电路，以及
所述集成电路通过使用来自所述电流检测器和所述定时器的信号来对所检测到的电流值超过所述给定值的状态的持续时间进行计数。
4.根据权利要求2或3所述的电动工具，其中，所述电池单元组作为容纳在壳体内的电池组可拆卸地附接至所述电动工具的主体。
5.根据权利要求4所述的电动工具，其中，所述控制器和所述开关元件布置在所述电池组内。
6.根据权利要求4所述的电动工具，其中，所述控制器和所述开关元件布置在布置有所述触发开关和所述电动机的主体上。
7.根据权利要求6所述的电动工具，其中
所述控制器布置在所述电池组内，
所述开关元件布置在所述主体侧，以及
所述电池组包括将所述开关元件的控制信号输出至所述主体的连接端子。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电动工具，其中
所述开关元件包括场效应晶体管，以及
在所述报警控制下，当经过了所述第一时间段时，所述控制器以短时间间隔多次重复所述开关元件的接通/关断操作。
9.一种电动工具，包括：
电池单元组，包括多个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元组向所述电动机供给电功率；
电流检测器，其被配置成检测在经过所述电池单元组、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，其被配置成在所述电流检测器在给定时间段以内或更长时间段以内检测到过电流的情况下，关断所述开关元件；
其中，在关断所述开关元件之前，所述控制器执行用于向操作者通知关断所述开关元件的通知控制。
10.根据权利要求9所述的电动工具，其中，如果自从执行所述通知控制以后直到经过了所述给定时间段才消除所述过电流，则所述控制器关断所述开关元件。
11.根据权利要求9所述的电动工具，其中，所述通知控制以短时间间隔多次重复所述开关元件的接通/关断操作。
12.一种电池组，包括：
电池单元组，其包括多个二次电池单元；
控制电路，其被配置成监视来自所述电池单元组的放电电流；
连接端子，其被配置成连接至电池驱动装置；以及
开关元件，其被配置成中断从所述二次电池单元到所述连接端子的放电路径，
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流超过容许放电最大值，则所述控制电路中断所述开关元件，以及
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流持续地超过基准电流值并在第一时间段内降至所述容许放电最大值以下，则所述控制电路中断所述开关元件，其中所述基准电流值小于所述容许放电最大值。
13.根据权利要求12所述的电池组，其中
所述开关元件包括半导体开关元件，以及
所述控制电路包括具有定时器的微型计算机。
14.根据权利要求13所述的电池组，其中
所述开关元件包括半导体开关元件，以及
所述控制电路包括具有内置或外部定时器的专用集成电路。
15.一种电动工具，包括：
至少一个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元向所述电动机供给电功率；
电流检测器，其被配置成检测在经过所述电池单元、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，其被配置成接收来自所述电流检测器的检测信号并控制所述开关元件的接通/关断操作，
其中，如果所述电流检测器检测到在所述电池单元中流动的电流值在第一时间段内持续地超过给定值，则所述控制器进行报警显示和报警控制之一以使得操作者认识到正持续高负载操作，以及
其中，如果所述电流值在第二时间段内持续地超过所述给定值，则所述控制器关断所述开关元件以中断所述电流路径，所述第二时间段比所述第一时间段长。
16.一种电动工具，包括：
至少一个二次电池单元；
开关元件；
触发开关；
电动机，通过所述开关元件和所述触发开关而从所述电池单元向所述电动机供给电功率；
电流检测器，其被配置成检测在经过所述电池单元、所述开关元件和所述电动机的电流路径中流动的电流值；以及
控制器，其被配置成在所述电流检测器在给定时间段以内或更长时间段以内检测到过电流的情况下，关断所述开关元件，
其中，在关断所述开关元件之前，所述控制器执行用于向操作者通知关断所述开关元件的通知控制。
17.一种电池组，包括：
至少一个二次电池单元；
控制电路，其被配置成监视来自所述电池单元的放电电流；
连接端子，其被配置成连接至电池驱动装置；以及
开关元件，被配置成中断从所述二次电池单元到所述连接端子的放电路径，
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流超过容许放电最大值，则所述控制电路中断所述开关元件，以及
其中，如果来自所述二次电池单元的放电电流持续地超过基准电流值并在第一时间段内降至所述容许放电最大值以下，则所述控制电路中断所述开关元件，其中所述基准电流值小于所述容许放电最大值。
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