CN105765822A - 电动工具 - Google Patents

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Abstract

一种电动工具包括电机、连接单元和控制器。所述连接单元被配置为连接到二次电池。电压检测单元被配置为检测连接到所述连接单元的所述二次电池的电压。所述控制器被配置为获取所检测的电压的变化。所述控制器在当所述电压的变化是第一值时限制所述电机的操作。

Description

电动工具
技术领域
本发明涉及由二次电池驱动的电动工具。
背景技术
专利文献公开了一种可充电电池组，该可充电电池组被制作用于与电动工具一起使用，并且具有指示其电池类型的识别电阻器，以及连接到识别电阻器的连接端子。当该类型的电池组被充电时，充电装置通过连接端子参考识别电阻器，以识别电池组的类型。
引用列表
专利文献
日本专利申请特开No.2009-178012
发明内容
问题的解决方案
然而，电池组由多个电池基元来配置，并且包括在其中电池基元并联连接的电池组，以及在其中电池基元不并联连接(也被称为1-并联配置)的电池组。相比所有其它的并联配置，在1-并联配置中每个基元的电流流动更大。因此，如果以高负载连续地使用电池组，存在的可能是，电池基元将由于生成的热量等而变得劣化或损坏。在特别是电动工具的情况中，电池组可输出例如30A或更高的电流。因此，如果使电池组连续长时期地以如此高负载输出电流，则其电池基元变得劣化或损坏的可能性增加。
常规的电动工具不能识别所连接的电池组的类型。因此，当上述类型的1-并联电池组连接到常规电动工具并且以高负载消耗功率时，电池组可变得劣化或损坏。
一个可想到的解决方案将会是，在电动工具上设置特殊的端子，以用于参考在电池组中的识别电阻器，使得电动工具可通过该端子识别电池的类型。然而，该配置添加了额外的端子，这导致增加的成本。另外，该配置仍然是不够的，因为当电池组没有设置识别电阻器时，电动工具不能识别电池的类型。还可想到的是配置1-并联电池组，使得它们不能机械地连接到电动工具，以便于防止可在长时期的高负载输出期间发生的对在电池组中的电池基元的劣化或损坏。然而，因为当以低负载或者仅短时期的高负载操作时，在1-并联电池组中的电池基元变得劣化或损伤的可能性很小，防止1-并联电池组被用于这样的操作中减小了操作效率。
鉴于上述，本发明的目的是提供一种可不使用特殊端子来确定二次电池类型的电动工具。本发明的另一个目的是提供一种电动工具，其依赖于其二次电池类型的类型，限制电池组的连续使用。
为了达到上述和其它目的，本发明提供了一种电动工具。该电动工具包括电机、连接单元、电压检测单元和控制器。连接单元被配置为连接到二次电池。电压检测单元被配置为检测连接到连接单元的二次电池的电压。控制器被配置为获取所检测的电压的变化。控制器在当电压的变化是第一值时限制电机的操作。
根据上述配置，电动工具基于二次电池的类型来限制电机的操作。
优选地，与当电压的变化是小于第一值的第二值时相比，当电压的变化是第一值时控制器将电机的操作限制得更加受限。根据上述配置，电动工具基于二次电池的类型来限制电机的操作。
优选地，基于电压的变化，控制器改变电机连续地旋转所在期间的持续时间。因此，电动工具基于二次电池的电压变化来限制电机的操作。
优选地，连接单元被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个，当被用于规定条件中时，要求限制第一类型二次电池的输出。控制器设定持续时间，使得与当连接单元连接到第二类型二次电池时相比，当连接单元连接到第一类型二次电池时持续时间更短。
因此，电动工具可使用第一类型二次电池，当在规定条件中使用时，要求限制该第一类型二次电池。另外，可抑制二次电池的劣化。
优选地，电动工具进一步包括电流检测单元，该电流检测单元被配置为检测从二次电池供应到电机的电流。基于通过电流检测单元的检测结果，控制器累积从二次电池输出的电荷量。当累积的电荷量大于或等于规定值时控制器停止电机。因此，可抑制二次电池的劣化。
根据另一个方面，本发明提供一种电动工具。该电动工具包括电机、连接单元和控制器。连接单元被配置为连接到二次电池。控制器被配置为基于二次电池的内阻来限制电机的操作。控制器在当内阻是第一值时限制电机的操作。
根据上述配置，电动工具基于二次电池的类型来限制电机的操作。
优选地，与当内阻是小于第一值的第二值时相比，当内阻是第一值时控制器将电机的操作限制得更加受限。因此，电动工具基于二次电池的类型来限制电机的操作。
优选地，基于内阻，控制器改变电机连续地旋转所在期间的持续时间。因此，电动工具基于二次电池的内阻来限制电机的操作。
优选地，连接单元被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个，当被用于规定条件中时，要求限制第一类型二次电池的输出。控制器设定持续时间，使得与当连接单元连接到第二类型二次电池时相比，当连接单元连接到第一类型二次电池时持续时间更短。
因此，电动工具可使用第一类型二次电池，当在规定条件中使用时，要求限制该第一类型二次电池。另外，可抑制二次电池的劣化。
优选地，电动工具进一步包括电流检测单元，该电流检测单元被配置为检测从二次电池供应到电机的电流。基于通过电流检测单元的检测结果，控制器累积从二次电池输出的电荷量。当累积的电荷量大于或等于规定值时控制器停止电机。因此，可抑制二次电池的劣化。
根据另一个方面，本发明提供一种电动工具。该电动工具包括电机和连接单元。连接单元被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个。与当所述连接单元连接到所述第二类型二次电池时相比，当所述连接单元连接到所述第一类型二次电池时，所述电机的操作被限制之前的持续时间更短。因此，可抑制二次电池的劣化。
优选地，第一类型二次电池的容量小于第二类型二次电池的容量。
根据另一个方面，本发明提供一种电动工具。该电动工具包括电机、连接单元和电压检测单元。连接单元被配置为连接到二次电池。电压检测单元被配置为检测连接到连接单元的二次电池的电压。电动工具进一步包括确定单元，该确定单元被配置为基于所检测的电压的变化来确定二次电池的类型。因此，电动工具可基于所检测的电压的变化来区分二次电池的类型。
优选地，基于在使用二次电池之后检测的所述二次电池的压降，确定单元确定二次电池是否是第一类型二次电池或者不同于第一类型二次电池的第二类型二次电池。当在规定条件中被使用时，要求限制第一类型二次电池的输出。
优选地，确定单元在规定的持续时间中获取从在电机旋转之前检测的二次电池的第一电压到在电机旋转之后检测的第二电压的压降。当压降大于或等于规定阈值时，确定单元确定二次电池是第一类型二次电池。
因此，基于所检测电压的降低，电动工具可区分当在规定条件中使用时被要求停止的第一类型二次电池。
优选地，电动工具进一步包括电流检测单元，该电流检测单元被配置为检测从二次电池供应到电机的电流。基于通过电流检测单元的检测结果，确定单元计算从二次电池供应到电机的平均电流。确定单元基于平均电流和第一电压来设定规定阈值。因此，可基于平均电流和第一电压来设定规定的阈值。
优选地，二次电池包括多个二次电池基元。在第一类型二次电池中的多个二次电池基元中的全部二次电池基元都串联连接。并联连接存在于连接在第二类型二次电池中的多个二次电池基元。
电动工具进一步包括在连接单元与电机之间定位的开关，并且开关被配置为选择性地接通和关断电机。当开关每次接通电机时，确定单元在规定的持续时间中获取从在电机旋转之前检测的二次电池的第一电压到在电机旋转之后检测的第二电压的规定压降，并且确定规定压降大于或等于规定阈值。基于规定压降被确定为大于或等于规定阈值的次数，确定单元确定二次电池是否是第一类型二次电池或者第二类型二次电池。因为确定单元多次确定规定的压降大于或等于规定的阈值，因此可以以高准确度来确定二次电池的类型。
电动工具包括电流检测单元，该电流检测单元被配置为检测从二次电池供应到电机的电流。基于通过电流检测单元的检测结果，确定单元累积从二次电池输出的电荷量。当累积的电荷量大于或等于规定值时，确定单元确定二次电池是否是第一类型二次电池或者第二类型二次电池。因此，确定单元在适当的时机作出确定。
优选地，确定单元在当开关关断电机时从累积的电荷量减去规定的量。因为当开关关断电机时从规定量中减去累积的电荷量，因此可考虑电机被停止的持续时间来设定由确定单元作出的确定的时机。
优选地，当二次电池被确定为第一类型二次电池时，确定单元控制开关来关断电机。因此，可抑制第一类型二次电池的劣化。
优选地，当二次电池被确定为第一类型二次电池时，确定单元控制开关来关断电机。因此，可抑制第一类型二次电池的劣化。
本发明的有益效果
根据本发明的电动工具，可不使用专用端子来确定二次电池的类型。另外，电动工具可限制电机连续地旋转所在期间的持续时间。
附图的简要说明
图1是根据本发明的第一实施例的电池组和电动工具的电路图。
图2是示出根据第一实施例的对于特定平均电流的每个初始电压和每个阈值之间的关系的图表。
图3是示出根据第一实施例的对于每个平均电流的与初始值相对应的多个阈值的图表。
图4A是图示根据第一实施例的电池类型确定过程的一部分的流程图。
图4B是图示电池类型确定过程的剩余部分的流程图。
图5是示出根据第二实施例的对于特定平均电流的每个初始电压和每个阈值之间的关系的图表。
具体实施方式
将描述根据本发明的实施例的无绳电动工具，同时参考附图，其中相似的部分和部件由相同的参考标记来指定以避免重复描述。
如图1所示，无绳电动工具20(在下文中简称为“电动工具20工)连接到可充电电池组1。实施例的电动工具20可以是例如圆锯或刨床。
电池组1包括多个二次电池2、保护IC3和电流检测电路7。电池组1还设有正端子4B、负端子5B和E端子6B。来自二次电池2的电力经过正端子4B和负端子5B被供应到电动工具20。E端子6B连接到保护IC3。
二次电池2包括多个电池基元(batterycell)。在图1的示例中，二次电池2包括全部串联的四个电池基元。虽然在本发明被配置为针对任何给定二次电池而不是限制于特定类型的电池基元，但是在该实施例中锂离子电池将被用作电池基元。另外，全部串联连接的四个电池基元的配置将在以下描述中被称为1-并联配置。也就是，当串联连接的四个电池基元被当作一个基元单元时，则并联连接的两个或三个基元单元分别被称为2-并联配置和3-并联配置。另外，当两个或更多个电池基元并联连接以及这些并联连接的电池基元单元中的四个串联连接时，这些配置分别被类似地称为2-并联配置和3-并联或更多并联的配置。具有1-并联配置的电池组1被称为1-并联电池组。类似地，具有2-并联配置的电池组1、具有3-并联配置的电池组2分别被称为2-并联电池组和3-并联电池组。在图1中的示例示出1-并联电池组，但并联连接的数量可以大于1，例如2-并联或3-并联配置。串联连接的电池基元的数量可以是四个或更多个。
电流检测电路7检测从二次电池2输出的电流。更具体地，电流检测电路7具有分流电阻器并且向保护IC3输出在分流电阻器两端的压降。
当基于电流检测电路7的检测结果的输出的电流大于或等于规定的值时，保护IC3确定电流过流并且向电动工具20的E端子6B输出异常信号。当即使一个基元处于过充电或过放电状态时，保护IC3也检测每个电池基元的电压并且向E端子6B输出异常信号。
电动工具20包括电机8、续流二极管9、触发开关10和FET17。电动工具20还包括分别连接到电池组1的正端子4B、负端子5B和E端子6B的正端子4A、负端子5A和E端子6A。这些端子对应本发明的连接单元。
来自电池组1的电力经过正端子4A和负端子5A被供应到电机8。通过从电池组1供应的电力来旋转电机8。在正端子4A和电机8之间设置触发开关10以用于启动和停止电机8。在电机8和负端子5A之间设置FET17也用于启动和停止电机8。续流二极管9用作旁路以抵消由电机8产生的EMF(电动势)，以便于防止施加到FET17的过量电压。
电动工具20还包括微控制器11、电力保持电路12、切断电路13、三端调节器14、触发开关检测电路15、FET驱动电路16、电池电压检测电路18、分流电阻器19、电流检测电路21和误差信号检测电路22。
操作员操纵触发开关10以启动和停止电机8。更具体地，触发开关10具有三个触点a、b和c。触点a连接到触点b或者触点c。触点a还连接到电机8和电力保持电路12的一端，同时触点b连接到电机8的另一端。触点c连接到正端子4A和切断电路13。当触点a连接到触点b(关(OFF)状态)时，从电池组1到电机8的电力供应被中断。当触点a连接到触点c(开(ON)状态)时，电从电池组1传导到电机8。
三端调节器14通过切断电路13连接到正端子4A。三端调节器14通过升高或降低由电池组1施加的电压来向微控制器11供应经调节的驱动电压。
切断电路13的输入侧连接到电力保持电路12的输出侧。电力保持电路12的输入侧连接到在触发开关10中的触点a和微控制器11的特殊端口。电力保持电路12向切断电路13输出高信号或低信号。具体地，当具有至少规定值的电压(高信号)从触点a和微控制器11的特殊端口中的至少一个被输入时，电力保持电路12向切断电路13输出高信号。该高信号将切断电路13设定在开(ON)状态，以便允许在正端子4A与三端调节器14之间传导电流。
当从触点a和微控制器11的特殊端口均输出小于规定值的电压(低信号)时(即，当从触点a以及微控制器11均不输出高信号时)，电力保持电路12向切断电路13输出低信号。该低信号将切断电路13设定为它的关(OFF)状态，以便中断在正端子4A与三端调节器14之间的电传导。
在切断电路13和微控制器11之间设置电池电压检测电路18。电池电压检测电路18包括多个电阻器，所述多个电阻器将从正端子4A经由切断电路13施加到电池电压检测电路18的电池电压进行分压，并且向微控制器11输出经过分压的电压。因此，当切断电路13处于开(ON)状态时，电池电压检测电路18对正端子4A的电势进行分压，并且向微控制器11输出该分压的电压，该正端子4A的电势即连接到电动工具20的电池组1的电压。基于从电池电压检测电路18接收的经过分压的电压值，微控制器11检测电池组1的电压值。
在端子6A和微控制器11之间设置误差信号检测电路22。误差信号检测电路22经由端子6A从保护IC3接收异常信号并且向微控制器11输出对应的信号。
电流检测电路21具有放大电路。电流检测电路21检测由分流电阻器19引起的压降，通过它的放大电路来放大检测结果，并且向微控制器11的AD端口输出放大的信号。基于来自电流检测电路21的检测结果，微控制器11检测流经分流电阻器19的电流值。
当触点a连接到触点c时，二次电池2的电压施加到触发开关检测电路15。此时，触发开关检测电路15向微控制器11的特殊端口输出规定的信号，其指示二次电池2的电池电压(能够驱动电机8的电压)已经被检测到。当触点a连接到触点b时，二次电池2的电压不施加于触发开关检测电路15。在该情况中，触发开关检测电路15不向微控制器11输出规定的信号。
FET驱动电路16在微控制器11的输出端口与FET17之间连接。基于从微控制器11输出的信号，FET驱动电路16将FET17闭合或断开。
当已经从误差信号检测电路22接收到指示异常的信号时，微控制器11使用FET驱动电路16来断开FET17。
微控制器11还拥有存储器，以用于保存在之后描述的电池类型确定过程中使用的阈值。
接着，将描述微控制器11的激活。在该描述中，将假设当在触发开关10的触点a和触点b连接时并且当微控制器11未被激活时，电动工具20处于初始状态。该初始状态例如在电池组1连接到电动工具20之后立即发生。
当操作员操纵处于该初始状态的电动工具20的触发开关10以将触点a连接到触点c时，二次电池2的电压首先被施加于电力保持电路12的输入侧。因此，电力保持电路12向切断电路13输出高信号。当该高信号从电力保持电路12被输入时，切断电路13切换到开(ON)状态，以用于在正端子4A与三端调节器14之间传导电流。结果，次级电池2的电压被施加于三端调节器14，借此三端调节器14转换输入电压以产生驱动电力并且向微控制器11供应驱动电力。一旦启动后，微控制器11立即将链接到电力保持单元12的输出端口设定为高的状态。在该状态中，电力保持电路12连续地向切断电路13输出高信号，即使在触点a与触点c之间的连接被中断(如果触发开关10被关断)。因此，切断电路13还维持在开(ON)状态，确保来自三端调节器14的电力继续被供应到微控制器11，使得微控制器11继续操作。
接着，将描述根据实施例的由微控制器11执行的电池类型确定过程。微控制器11确定在电动工具20上安装的电池组1是否是这样一种类型，即当在规定条件下使用时要求该电池组1的电力被限制。在此，规定的条件是，连续地以高负载使用电池组1，并且具体地，当电池组1连续地输出电力时，累积的输出容量(或者，从电池组1输出的电荷量)大于或等于至少规定值。另外，实施例的微控制器11确定电池组的类型为具有1-并联配置或者2-并联或更多并联的配置。当以高负载连续地使用1-并联电池组时，由于其每基元发热的增加的量以及其它原因，1-并联电池组的电池基元易受到劣化。
微控制器11累积电池组1的输出容量。当1-并联电池组1连接到电动工具20时并且当累积的输出容量(在下文中简称为“累积容量”)超过规定值时，微控制器11关断FET17或者在进行PWM控制的情况中减小FET17的占空比，以便于停止或限制来自电池组1的输出。如上所述，当连续地以高负载使用电池组1时生成的热等可导致对电池基元的损坏。尤其是，1-并联电池组1易受到其电池基元的劣化。然而，通过如上所述的停止或限制来自电池组1的输出，实施例的微控制器11可防止1-并联电池组1被连续地以高负载使用。
图2示出用于确定电池组1是否是1-并联或2-并联电池组的阈值。如图2所示，基于初始电压设定阈值。阈值与压降的幅度相比较。在该情况中的初始电压是当电机8被停止时电池组1的电压值。压降的幅度是该初始电压与在已经驱动电机8经过规定时期之后的电池组1的电压之间的差。注意，图2指示当从电池组1输出的平均电流是30A时的阈值。在该示例中，当初始电压是11.5V时阈值大致是3.3V，当初始电压是14V时阈值大致是2.1V，以及当初始电压是16.5V时阈值大致是3.0V。
在图2中的空心圆绘出当实际上使用1-并联电池组1时的初始电压与压降幅度之间的关系，而实心圆绘出当实际上使用2-并联电池组1时的初始电压与压降幅度之间的关系。对于每个初始电压，将对于1-并联电池的压降与对于2-并联电池的压降之间的点设定为阈值。如从所绘的实心圆和空心圆清楚的是，不管初始电压，对于1-并联电池组的压降幅度大于对于2-并联电池组的压降幅度。对于1-并联电池组和2-并联电池组中的每个，当初始电压接近14V时，压降的幅度达到最小值。在实施例中，随着初始值远离压降幅度在其最小值处所对应的值而移动，压降展现增加的值的特性(在下文中称为“而特性”)。因此，阈值也被设定为具有V特性。微控制器11将该阈值近似为初始电压的二次函数并且保存函数。注意，电池组1的压降不限于具有V特性。
压降的幅度依赖于电池组1的内阻值。因为具有1-并联配置的电池组中的内阻高于具有2-并联配置的电池组中的内阻，在1-并联电池组中的压降的幅度将更高，即使流经这二者的电流相同。基于由该内阻导致的压降，可限制电池组1的输出(限制由电动工具20连续使用的持续时间或者在电机输出之前的死区时间)。
当对于电池组1的测量的压降大于或等于阈值时，微控制器11初步确定1-并联电池组1连接到电动工具20。当压降小于阈值时，微控制器11初步确定2-并联电池组1被连接。重复该确定多次直到微控制器11最终判定电池组1是1-并联电池组或者2-并联电池组(之后更详细地描述)。
如图3所示，对由电池组1输出的每个平均电流值设定阈值(初始电压的二次函数)。在实施例中，以0.5A的间隔对平均电流值设定阈值。对于相同的初始电压，阈值随着平均电流的增加而上升。
微控制器11将对于每个平均电流的作为初始电压的二次函数的阈值保存。注意，在该示例中将平均电流的间隔设定为0.5A，但可以以不同的间隔来设定阈值。另外，虽然在图3中指示的阈值是对于在20-40A的范围内的平均电流来设定，对于在该范围之外的平均电流，阈值仍可能存在。然而，如将在下面描述的，当从电池组1输出的平均电流小于20A时不使用阈值来作出确定。因此，在实施例中，对于小于20A的平均电流，阈值是不需要的。然而，当即使对于这样的低平均电流，使用阈值来作出确定时，对于小于20A的平均电流，可能有必要预备阈值。注意，这些阈值可通过实验提前发现并且保存在微控制器11的存储器中。
接着，将参考在图4A和图4B中的流程图，详细描述电池类型的确定过程。该过程在电池组1安装在电动工具20上时开始，但同时微控制器11不是激活的并且触发开关10处于它的关(OFF)状态。当操作员接通触发开关10时，在步骤201中电池组1的电压(高信号)被施加到电力保持电路12，借此电力保持电路12开始向切断电路13输出高信号。当从电力保持电路12输入高信号时，切断电路13改变到开(ON)状态，借此三端调节器14开始向微控制器11供应驱动电力，启动微控制器11。在启动后直接地，微控制器11基本上连续地向电力保持电路12输出高信号。因此，电力保持电路12可继续向切断电路13传送高信号，即使触发开关10被关断，并且三端调节器14可继续向微控制器11供应电力。
在步骤202中，基于来自电池电压检测电路18的输出结果，微控制器11测量在其无负载状态的电池组1的电压，并且存储测量的值作为初始电压V0。从启动到该步骤，微控制器11将FET17维持在它的关(OFF)状态。在步骤203中，微控制器11使用FET驱动电路16以将FET17切换到开(ON)状态以用于驱动电机8。在此，如果误差信号检测电路22接收异常信号，微控制器11可将FET17维持在它的关(OFF)状态并且等待直到异常信号消除。在步骤204，微控制器11基于触发开关检测电路15确定触发器是否已经移动到开(ON)位置。如果微控制器11在步骤204中确定触发开关10处于导通(步骤204：是)，在步骤206中，基于来自电流检测电路21的检测结果，微控制器11识别从电池组1供应的电流的值，并且在步骤207开始累积电池组1的输出容量。输出容量是电流值和单位时间(例如0.1秒)的乘积。此后，微控制器11求得在每个单位时间的输出容量并且合计结果。
在步骤208中，微控制器11确定自开启电机8的驱动以后是否已经经过了规定的时间。在确定没有经过规定的时间(步骤208：否)时，在步骤209中，基于来自触发开关检测电路15的检测结果，微控制器11确定触发开关10是否维持在它的开(ON)状态。当微控制器11确定触发开关10是断开的(步骤209：否)时，微控制器11返回步骤202。
然而，当触发开关10保持在开(ON)状态(步骤209：是)时，在步骤210中，基于误差信号检测电路22的检测结果，微控制器11确定电池组1是否已经输出异常信号。如果没有输出异常信号(步骤210：否)，微控制器11返回步骤208。
然而，当输出了异常信号(步骤210：是)时，在步骤211中，微控制器11控制FET驱动电路16断开FET17，其停止电机8的旋转。接着，在步骤212中，微控制器11维持向电力保持电路12的低信号输出。因为触发开关10在该状态中不是断开的，电力仍供应到微控制器11。然而，因为微控制器11不再向电力保持电路12输出高信号，如果关断触发开关10则将停止向微控制器11的电力供应，以便中断微控制器11的操作。该操作重置微控制器11。
因此，当再次闭合触发开关10时，微控制器11开始图4A的从步骤201的过程。如果电池组1在此时不再输出异常信号，可驱动电机8。例如，如果来自电池组1的异常信号是由于过流，该过流状态可通过暂时地关断电机8而消除。因此，在重新闭合触发开关10之后可正常使用电动工具20。
另一方面，如果微控制器11在步骤208中确定已经经过规定时间(步骤208：是)，则在步骤213中微控制器11基于来自电池电压检测电路18的输出结果测量电池组1的当前电压值，并且通过计算在当前电压值和在步骤202中测量的初始电压之间的差来求得压降DV的幅度。
在步骤214中，微控制器11测量经历从驱动电机8的启动点的规定时期(直到在步骤208中作出确定“是”的时期)的平均电流。微控制器11通过例如将累计容量除以规定时间阶段来求得平均电流。
在图4B的步骤215中，微控制器11确定平均电流是否大于或等于规定值(在实施例中为20A)。如果在步骤215中平均电流大于或等于规定值(步骤215：是)，则在步骤216中，基于初始电压、平均电流和压降，微控制器11初步确定电池的类型。
具体地，微控制器11从如图3所示的对于每个平均电流所存储的作为初始电压的二次函数的阈值中，首先读取与在步骤214中求得的平均电流相对应的阈值(从二次函数确定的值)。微控制器11将阈值设定为通过将在步骤202中测量的初始值插入到在步骤215中读取的二次函数中来获得的值。
在步骤217中，微控制器11将该阈值与压降的幅度比较，并且初步确定电池组1是否具有1-并联配置。更具体地，如果压降大于或等于阈值，微控制器11初步确定1并联电池组1连接到电动工具20(步骤S217：是)。在该情况中，微控制器11在步骤218中递增计数器N1。
如果压降小于阈值，微控制器11初步确定所连接的电池组1具有2-并联或更多并联的配置(步骤S217：否)。在该情况中，微控制器11在步骤219中递增计数器N2。
在完成步骤218或步骤219之后，在步骤220中，微控制器11确定当前累积容量是否大于或等于规定值。该规定值被预定，以确保累积容量落入在其内由电动工具20使用的1-并联电池组1的寿命将不会劣化(减小)的范围内。
如果累积容量大于或等于规定值，在步骤221中，微控制器11确定计数器N1是否大于或等于计数器N2与规定值a的总和。如果计数器N1大于或等于计数器N2加上规定值a，微控制器11最终判定1-并联电池组1连接到电动工具20。
步骤221的确定用作确定如下：在步骤217和218中电池组1被初步确定为具有1-并联配置的次数N1是否大于或等于规定值a与在步骤219中电池组1被确定为不是1-并联电池组的次数N2的总和。在该示例中，a是正常数并且在实施例中被设定为5。
因此，当电池组1被初步确定为具有1-并联配置的次数N1足够大于电池组1被确定为不具有1-并联配置的次数N2时，微控制器11在实施例中最终确定1-并联电池组1连接到电动工具20。通过多次进行步骤217中的确定，当N1足够大于N2时确定1-并联电池组连接到电动工具20，则可以抑制确定误差，以便于可靠地确定电池组1的类型(无论电池组1是否是1-并联电池组)。
当微控制器11在步骤221中确定计数器N1大于或等于计数器N2加上规定值a(步骤221：是)时，在步骤222中微控制器11使用FET驱动电路16来关断FET17，以便停止电机8的驱动。因此，电池组1的输出也被停止，这防止具有1-并联配置的电池组1驱动电动工具20超过规定的时间(或者，防止具有1-并联配置的电池组1连续地输出，使得累积容量不会超过规定值)。
在步骤223中，在FET17断开之后，微控制器11等待经过规定的时期。在重复执行步骤223期间，微控制器11将FET17维持在它的断开状态。在步骤223中等待经过该规定时间的时候，微控制器11连续地向电力保持电路12输出高信号，其不会停止，即使操作员暂时地将触发开关10断开并且然后重新闭合。因此，电力保持电路12继续向切断电路13继续输出高信号，以便将切断电路13维持在开(ON)状态。因此，微控制器11继续驱动而不被重置，借此将FET17维持在它的关(OFF)状态。
如上所述，微控制器11在步骤222中将FET17断开，以防止1-并联电池组1长时期输出电力。如果通过操作员暂时地将触发开关10断开然后重新闭合来重置微控制器11，以便允许电池组1恢复输出，则通过在只有短暂的关机时期之后恢复输出，电池组1会实质上能够输出电力达到超过规定时间阶段的时期。然而，因为微控制器11允许继续在实施例的步骤223中的操作，因此可防止电池组1的长持续时间的输出电力。
在步骤224中，微控制器11停止向电力保持电路12输出高信号。如果操作员随后断开触发开关10，以便停止向微控制器11的电力供应，则微控制器11停止操作。以此方式，当触发开关10再次闭合时，微控制器11重置并且执行上述从步骤201的过程。通过在步骤223中等待规定时期，微控制器11停止来自电池组1的输出达规定的时期，借此防止连续地以高负载使用电池组1，并且确保当电池组1可再次输出电力时电池组1已经返回无问题的状态。因此，如果过程从步骤201再次开始，可使用电池组1驱动电机8。
如果在步骤215中微控制器11确定平均电流小于规定值(20A)(步骤215：否)，则甚至1-并联电池组1可提供连续的输出达到长的持续时间而没有问题，因为输出的平均电流足够小。因此，在该情况中没有必要停止来自电池组1的输出，并且微控制器11跳过在步骤217中的确定而直接前进到步骤220。可替代地，在该情况中，微控制器11也可跳过在步骤220中的确定并且直接前进到步骤221。
如果微控制器11在步骤220中确定累积容量小于规定值或者如果微控制器11在步骤221中确定计数器N1小于计数器N2和规定值a的总和，则在步骤225中微控制器11确定触发开关10是否导通。当触发开关10是断开的(步骤225：否)时，微控制器11返回步骤202。因此，如果触发开关10随后重新闭合，微控制器11重复在步骤217中的确定。当在步骤225中触发开关10保持在开(ON)状态(步骤225：是)时，在步骤226中，基于误差信号检测电路22的检测结果，微控制器11确定电池组1是否已经输出异常信号。如果没有输出异常信号(步骤226：否)，则微控制器11返回步骤220，并且如果已经输出异常信号(步骤226：是)，则返回步骤211。
当微控制器11在步骤204中确定触发开关10是断开的(步骤204：否)时，在步骤205中微控制器11从累积容量中减去规定的量。在此，基于触发开关10是断开的时间量可设定减法的规定的量。例如，减法的规定的量可成比例于触发开关10是断开的时间量。因为当触发开关10是断开的时停止来自电池组1的输出，因此避免了电池组1的连续使用，并且因此，依照停工时间从累积容量减去规定的量。从图4A和图4B中的流程图清楚的是，当微控制器11在步骤225或步骤209中确定触发开关10是断开的时执行步骤205的过程。
在上述过程中，在步骤221中使用的规定值a被设定为5，但规定值a可被设定为除了5之外的值，或甚至0，a可以是负常数。当a是0时，甚至在步骤217中仅仅获得只有一个确定结果之后，在步骤221中可发生肯定的确定。也就是，在步骤217中只有一次初步确定1-电池组1连接到电动工具20，指示最终的判定是，1-电池组1连接到电动工具20。因此，当存在例如1-并联电池组1连接到电动工具20的即使小的可能性时，可停止来自电池组1的输出。
根据上述配置，微控制器11基于电池组1的电压变化(压降)来确定电池组的类型。也就是，当电池组1的电压变化大于或等于阈值时，微控制器11确定电池组1是1-并联电池组。当电池组1的电压变化小于阈值时，微控制器11确定电池组1是2-并联或更多并联的电池组。如果微控制器确定1-并联电池组连接到电动工具20，微控制器11停止电机8的操作。也就是，与当电池组的电压变化小于阈值时相比，当电池组的电压变化大于或等于阈值时，微控制器11将电机的操作限制得更受限(或者更严格地限制电机的操作)。
基于在操作电机8之前的初始电压(无负载电压)和在已经操作电机8之后的压降幅度和平均电流，具有上述结构的电动工具20可确定电池的类型(电池组的内阻)，即电池组1是否具有1-并联配置或2-并联或更多并联的配置。因为该构造不需要用于识别电池类型的特殊端子，因此该结构可抑制由特殊端子导致的成本增加。
另外，用于确定电池类型的阈值根据初始电压和平均电流而变化。因此，电动工具20可使用对于电池组1的状态的合适的阈值以及由电池组1输出电力所采用的方式。
另外，每次触发开关10从关切换到开，即每次电机8被停止以及重启时，微控制器11初步确定电池组1是否具有1-并联配置。基于多个初步确定的结果，微控制器11最终判定在电池组1中的电池基元的类型。以此方式，微控制器11可最小化在识别电池组1的类型时的错误的确定。
如上所述，压降(电压的变化)的幅度依赖于电池组1的内阻值。也就是，压降的幅度越大，电池组1的内阻越大。因此，从步骤217中的确定实质上确定电池组的内阻值的幅度。因此，因为电动工具20可基于电池组1的内阻来限制来自电池组1的输出(可连续地使用电动工具20的可允许时间)，电动工具20可最小化由于过载操作引起的电池组1的劣化，而不管电池组1是否具有1-并联配置或2-并联配置。换句话说，与当电池的电阻小于阈值时相比，当电池组的电阻大于或等于阈值时，微控制器11可将电机的操作限制得更受限(或者更严格地限制电机的操作)。注意，因为内阻根据它的电池基元的劣化程度而变化，即使在相同并联数量的电池当中，电动工具20可进一步抑制由于过载操作引起的电池组1的劣化。
另外，电动工具20计算电池组1的累积输出容量，并且当累积容量大于或等于规定值时以及一旦确认电池组1具有1-并联配置，则限制来自电池组1的输出。因此，电动工具20可尽可能长期地连续使用电池组1，并且可在将不损坏电池组1的合适的时机停止它的输出。
注意，即使当电池组1处于持续过载状态时，可限制来自电动工具20的输出，而不停止来自电池组1的输出(而不禁止电动工具20的使用)。具体地，当连接到电动工具20的电池组1具有1-并联配置时，在图4B的步骤222中，微控制器11可减小来自在其中FET17始终处于开(ON)状态(100％的PWM占空比)的状态的PWM占空比。在该情况中，微控制器11可继续进行用于即使以减小的速度旋转电池组1的操作。另外，电池电压检测电路18的速度减小可通知操作者该过载状态。
接着，将描述本发明的第二实施例。在第一实施例中，电动工具20识别连接到电动工具20的电池组1是否具有1-并联配置或2-并联或更多并联的配置。在第二实施例中，电动工具20区分具有1-并联配置的电池组1、具有2-并联配置的电池组1和具有3-并联或更多并联的配置的电池组1。
图5示出被用于30A的平均电流的阈值。更具体地，图5描绘初始电压与第一阈值之间的关系以及初始电压与第二阈值之间的关系。第一阈值被用于确定电池组1是否具有1-并联或2-并联配置，并且与在第一实施例中使用的阈值相同。换句话说，在图5中的第一阈值等同于在图2中的阈值。第二阈值被用于确定电池组1是否具有2-并联或3-并联或更多并联的配置，并且被设定为低于第一阈值(假设相同的初始电压)。如与第一阈值一样，第二阈值具有V特性。另外，第二阈值也被提供作为初始电压的二次函数。如在第一实施例中，预备多个第一和第二阈值以用于平均电流的规定间隔，并且将其保存在微控制器11中。
在第二实施例中的微控制器11初步确定电池组1是否具有使用第一和第二阈值的1-并联配置、2-并联配置或3-并联或更多并联的配置。更具体地，如果压降的幅度大于或等于第一阈值，则微控制器11初步确定电池组1具有1-并联配置，如果压降大于或等于第二阈值并且小于第一阈值，则初步确定电池组1具有2-并联配置，以及如果压降小于第二阈值，则初步确定电池组1具有3-并联或更多并联的配置。
每次电池组1初步确定分别具有1-并联配置、2-并联配置和3-并联或更多并联的配置时，微控制器11将计数器N1、N2和N3增量。当N1大于或等于N1、N2和规定值a的总和时，微控制器11确认(最终判定)电池组1具有1-并联配置。另外，如果N2大于N3、N1和规定值a的总和，微控制器11确认电池组1具有2-并联配置。类似地，当N3大于或等于N1、N2和规定值a的总和时，微控制器11确认电池组1具有3-并联或更多并联的配置。在所有其它情况中，微控制器11不会确认在电池组1中的并联连接的数量。上述来自1-并联、2-并联和3-并联或更多并联的配置当中的电池组1的确认仅仅是示例，并不限于此。基于至少N1、N2和N3，可不同地执行电池组1的确认。
一旦确认电池组1具有1-并联配置以及累积容量大于或等于第一规定值，微控制器11关断FET17。一旦确认电池组1具有2-并联配置以及累积容量大于或等于第一规定值，微控制器11减小通过FET17的PWM控制的输出(通过减小PWM占空比)。一旦确认微控制器11具有3-并联或更多并联的配置，微控制器11将FET17维持在它的开(ON)状态。可替代地，一旦确认电池组1具有1-并联配置并且累积容量大于或等于第一规定值，则微控制器11可关断FET17，以及一旦确认电池组1具有2-并联配置并且累积容量大于或等于第二规定值(其大于第一规定值)，则可关断FET17。在任何情况中，与当电池组的电压变化(压降)小于阈值时相比，当电池组的电压变化(压降)大于或等于阈值时，微控制器11将电机的操作限制得更受限(或者更严格地限制电机的操作)。
通过上述的过程，电动工具20可在具有三种类型的连接配置的电池组当中作出区分。另外，基于累积容量，电动工具20可停止或限制来自1-并联电池组1或2-并联电池组1的输出。
虽然本发明已经参考其实施例作了详细描述，对本领域技术人员将会显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可在其中作出各种变化和修改。
微控制器11将对于每个平均电流的作为初始电压的二次函数的阈值保存。然而，可使用除二次函数以外的函数来近似阈值。可替代地，对于多个初始电压中的每个初始电压，可保存阈值来代替二次函数，并且当未保存对于给定初始电压的阈值时，可通过线性插值来求得阈值。注意，对于多个平均电流中的每个平均电流，也可预备和保存这些阈值。另外，在微控制器11中(在存储器中)可保存具有对于每个电流的压降的矩阵相关的无负载电压，并且基于落入该矩阵的检测值可确定电池组1的类型。
在上述第一实施例中，电动工具20识别两种类型的电池组1，包括具有1-并联配置的电池组1和具有更多数量的并联连接的电池组1。在第二实施例中，电动工具20识别三种类型的电池组1，包括具有1-并联配置、2-并联配置和3-并联或更多并联的配置的电池组1。然而，根据需要，电动工具20可被配置为识别四种或更多种类型的电池组1。
另外，电动工具20不限于基于用于二次电池的并联连接数来限制电机输出，但也可被配置为根据电池组的容量来限制电机输出，即当容量为低时限制电机输出。
另外，电池组1具有内置微控制器时，该微控制器也可设有与在电动工具20中的微控制器11相同的功能。采用该配置，电池组1可负责确定连接到电池组1的电动工具20是否可连续地使用，以及负责限制其自身输出。在该情况中，在电池组1中可分别设置类似于FET17的FET和FET驱动电路以及FET驱动电路16。在二次电池2与端子4B之间或者在二次电池2与端子5B之间设置该FET，并且在电池组1中的微控制器经由在电池组1中的FET驱动电路将在电池组1中的FET断开，以便于停止或限制来自二次电池2的输出。
在上述实施例中，初始电压是当电机8在静止时的电压值，并且压降的幅度是从初始电压在已经经过规定时间时来获取。然而，压降的幅度可被设定为第一电压值与第二电压值之间的差。在此，第一电压值是当在启动电机8之后已经经过第一规定时间时检测的电压值，以及第二电压值是在启动电机8之后经过第二规定时间所检测的电压值。在该情况中，与在图2和图3中示出的那些阈值中的具有不同值的阈值被保存在微控制器11中，其中使用第一电压值来代替初始电压，以及压降是第一电压值与第二电压值之间的差。该压降与阈值相比较。
参考标记列表
1电池组
20无绳电动工具
8电机
10触发开关
11微控制器
12电力保持电路
15触发开关检测电路
16FET驱动电路
18电池电压检测电路

Claims (24)

1.一种电动工具，包括：
电机；
连接单元，其被配置为连接到二次电池；
电压检测单元，其被配置为检测连接到所述连接单元的所述二次电池的电压；以及
控制器，
其特征在于：
所述控制器被配置为获取所检测的电压的变化；并且
所述控制器在当所述电压的变化是第一值时限制所述电机的操作。
2.根据权利要求1所述的电动工具，其中与当所述电压的变化是小于所述第一值的第二值时相比，当所述电压的变化是所述第一值时所述控制器将所述电机的操作限制得更加受限。
3.根据权利要求1所述的电动工具，其中基于所述电压的变化，所述控制器改变所述电机连续地旋转所在期间的持续时间。
4.根据权利要求3所述的电动工具，其中所述连接单元被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于所述第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个，当被用于规定条件中时，要求限制所述第一类型二次电池的输出，
其中所述控制器设定所述持续时间，使得与当所述连接单元连接到所述第二类型二次电池时相比，当所述连接单元连接到所述第一类型二次电池时所述持续时间更短。
5.根据权利要求4所述的电动工具，进一步包括电流检测单元，所述电流检测单元被配置为检测从所述二次电池供应到所述电机的电流，
其中基于通过所述电流检测单元的检测结果，所述控制器累积从所述二次电池输出的电荷量，
其中当所述累积的电荷量大于或等于规定值时所述控制器停止所述电机。
6.一种电动工具，包括：
电机；
连接单元，其被配置为连接到二次电池；以及
控制器，
其特征在于：
所述控制器被配置为基于所述二次电池的内阻来限制所述电机的操作；并且
所述控制器在当所述内阻是第一值时限制所述电机的操作。
7.根据权利要求6所述的电动工具，其中与当所述内阻是小于所述第一值的第二值时相比，当所述内阻是所述第一值时所述控制器将所述电机的操作限制得更加受限。
8.根据权利要求6所述的电动工具，其中基于所述内阻，所述控制器改变所述电机连续地旋转所在期间的持续时间。
9.根据权利要求8所述的电动工具，其中所述连接单元被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于所述第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个，当被用于规定条件中时，要求限制所述第一类型二次电池的输出，
其中所述控制器设定所述持续时间，使得与当所述连接单元连接到所述第二类型二次电池时相比，当所述连接单元连接到所述第一类型二次电池时所述持续时间更短。
10.根据权利要求9所述的电动工具，进一步包括电流检测单元，所述电流检测单元被配置为检测从所述二次电池供应到所述电机的电流，
其中基于通过所述电流检测单元的检测结果，所述控制器累积从所述二次电池输出的电荷量，
其中当所述累积的电荷量大于或等于规定值时所述控制器停止所述电机。
11.一种电动工具，包括：
电机；以及
连接单元，其被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于所述第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个，
其特征在于，当所述连接单元连接到所述第一类型二次电池时限制所述电机的操作。
12.根据权利要求11所述的电动工具，其中所述第一类型二次电池的容量小于所述第二类型二次电池的容量。
13.一种电动工具，包括：
电机；以及
连接单元，其被配置为选择性地连接到第一类型二次电池和不同于所述第一类型二次电池的第二类型二次电池中的一个，
其特征在于，与当所述连接单元连接到所述第二类型二次电池时相比，当所述连接单元连接到所述第一类型二次电池时，所述电机的操作被限制之前的持续时间更短。
14.根据权利要求13所述的电动工具，其中所述第一类型二次电池的容量小于所述第二类型二次电池的容量。
15.一种电动工具，包括：
电机；
连接单元，其被配置为连接到二次电池；以及
电压检测单元，其被配置为检测连接到所述连接单元的所述二次电池的电压，
其特征在于：
所述电动工具进一步包括确定单元，所述确定单元被配置为基于所检测的电压的变化来确定所述二次电池的类型。
16.根据权利要求15所述的电动工具，其中基于在使用所述二次电池之后检测的所述二次电池的压降，所述确定单元确定所述二次电池是否是第一类型二次电池或者不同于所述第一类型二次电池的第二类型二次电池，当被用于规定条件中时，要求限制所述第一类型二次电池的输出。
17.根据权利要求16所述的电动工具，其中所述确定单元在规定的持续时间中获取从在所述电机旋转之前所检测到的所述二次电池的第一电压到在所述电机旋转之后所检测到的第二电压的压降，
其中，当所述压降大于或等于规定阈值时，所述确定单元确定所述二次电池是所述第一类型二次电池。
18.根据权利要求17所述的电动工具，进一步包括电流检测单元，所述电流检测单元被配置为检测从所述二次电池供应到所述电机的电流，
其中基于通过所述电流检测单元的检测结果，所述确定单元计算从所述二次电池供应到所述电机的平均电流，
其中所述确定单元基于所述平均电流和所述第一电压来设定规定阈值。
19.根据权利要求16-18中的任一个所述的电动工具，其中所述二次电池包括多个二次电池基元，
其中在所述第一类型二次电池中的多个二次电池基元中的全部二次电池基元都串联连接，并且并联连接存在于连接在所述第二类型二次电池中的多个二次电池基元。
20.根据权利要求16所述的电动工具，进一步包括在所述连接单元与所述电机之间定位的开关，并且所述开关被配置为选择性地接通和关断所述电机，其中当所述开关每次接通所述电机时，所述确定单元在规定的持续时间中获取从在所述电机旋转之前所检测到的所述二次电池的第一电压到在所述电机旋转之后所检测到的第二电压的规定压降，并且确定所述规定压降大于或等于规定阈值，
其中基于所述规定压降被确定为大于或等于所述规定阈值的次数，所述确定单元确定所述二次电池是否是所述第一类型二次电池或者所述第二类型二次电池。
21.根据权利要求20所述的电动工具，进一步包括电流检测单元，所述电流检测单元被配置为检测从所述二次电池供应到所述电机的电流，
其中基于通过所述电流检测单元的检测结果，所述确定单元累积从所述二次电池输出的电荷量，
其中当所累积的电荷量大于或等于规定值时，所述确定单元确定所述二次电池是否是所述第一类型二次电池或者所述第二类型二次电池。
22.根据权利要求21所述的电动工具，其中所述确定单元在当所述开关关断所述电机时从所累积的电荷量减去规定量。
23.根据权利要求20所述的电动工具，其中当所述二次电池被确定为所述第一类型二次电池时，所述确定单元控制所述开关来关断所述电机。
24.根据权利要求16所述的电动工具，其中当所述二次电池被确定为所述第一类型二次电池时，所述确定单元限制所述电机的输出。
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