CN107221970B - 用于对电池组充电的系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种对电池组充电的系统和方法。一种包括电池组的系统，该电池组具有至少一个电池单元、存储器和被设置为控制从充电器到电池组充电电流的充电电路。电池组还包括电子处理器，该电子处理器被设置为控制充电电路和确定电池组所连接的充电器的类型。电子处理器还被设置为基于充电器的类型确定断开时间并且控制充电电路以允许充电电流对电池组充电。电子处理器还被设置为控制充电电路以在断开时间过去后将电池组从充电器电气断开，并且控制充电电路以在电池组从充电器断开后将电池组和充电器重新电气连接。

Description

用于对电池组充电的系统和方法

相关申请

本申请要求享有于2016年3月21日递交的第62/311,179号美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及电池组和用于对电池组充电的电池充电器。

发明内容

在一个实施例中，提出了一种电池组。该电池组包括至少一个电池单元、存储器和充电电路，该充电电路电气连接于至少一个电池单元并且被设置为控制从充电器到至少一个电池单元的充电电流。电池组也包括被设置为控制充电电流的电子处理器。电子处理器还被设置为确定电池组所连接的充电器的类型。电子处理器还被设置为基于充电器的类型确定断开时间。电子处理器还被设置为控制充电电路以允许充电电流对至少一个电池单元充电。电子处理器还被设置为控制充电电路以便在断开时间过去之后将至少一个电池单元从充电器电气断开。电子处理器还被设置为控制充电电路以便在至少一个电池单元从充电器断开后将该至少一个电池单元重新电气连接到充电器。

在另一个实施例中，提出了一种对电池组充电的方法。电池组包括充电电路，该充电电路电气连接到电池组中的至少一个电池单元并且被设置为控制从充电器到至少一个电池单元的充电电流。该方法包括利用电池组的电子处理器确定电池组所连接的充电器的类型。该方法还包括基于充电器的类型利用电子处理器确定断开时间。该方法还包括利用电子处理器控制电池组的充电电路以允许来自充电器的充电电流对至少一个电池单元充电。该方法还包括利用电子处理器控制充电电路以便在断开时间过去后将至少一个电池单元从充电器电气断开。该方法还包括利用电子处理器控制充电电路以便在至少一个电池单元从充电器断开后将该至少一个电池单元重新电气连接到充电器。

在另外一个实施例中，提出了一种电池组。该电池组包括至少一个电池单元、存储器和充电电路，充电电路电气连接到至少一个电池单元并且被设置为控制来自充电器的充电电流。电池组还包括被设置为控制充电电路的电子处理器。电子处理器被设置为确定断开时间。电子处理器还被设置为控制充电电路以允许充电电流对至少一个电池单元充电。电子处理器还被设置为控制充电电路以便在断开时间过去后将至少一个电池单元从充电器电气断开。电子处理器还被设置为控制充电电路以便将电池组从充电器断开后将电池组重新电气连接到充电器。

附图说明

图1示出了根据本发明一个实施例的电池组、第一充电器和第二充电器。

图2示出了根据一些实施例的电池组和第二充电器的方框图。

图3示出了在电池组被充电时控制电池组的方法的流程图。

具体实施方式

在详细说明本发明的任何实施例之前，应当理解的是，本发明的应用不限于下述说明的或附图所示的部件构造和布置细节。本发明能够以其他实施例和其他方式实践或实现。此外，要理解的是，本文所使用的措辞和术语在于说明的目的，因此它们不应被视为是限制性的。本文使用的“包含”、“包括”或“具有”和它们的变型意指包含其后所列项目和它们的等同物以及额外的项目。术语“安装”、“连接”和“耦接”被广义地使用并且包括直接和间接的安装、连接和耦接。另外，“连接”和“耦接”并不限于物理或机械的连接或耦接，其包括直接和间接的电气连接或耦接。

进一步地，可使用多个基于硬件和软件的设备和多个不同的结构部件来实施本发明。另外，如以下描述的，附图所示的特定设置意在举例说明本发明的实施例。其他可选的设置也是可以的。除非另有指示，否则术语“处理器”、“中央处理单元”和“CPU”为可互换使用的。术语“处理器”、“中央处理单元”或“CPU”被用于标识执行特定功能的单元。应理解为，除非另有指示，否则可通过单个处理器或以任何方式排列的多个处理器(包括并行处理器、串行处理器、串联处理器或云处理/云计算设置)执行这些功能。

图1示出了电池组105、第一充电器110和第二充电器115。电池组105可用于向电动工具(包括但不限定于电扳手、电钻、冲击钻、往复锯、切管机、磨砂机、制钉机和滑脂枪)提供动力。这样的电动工具可包括电池插座，该电池插座可滑动地接收电池组105。第一充电器110包括第一充电器外壳120和第一电池插座122。第一充电器外壳120包括至少一个通风孔124，该通风孔允许向第一充电器110的内部充电电路提供冷却空气流。第二充电器115包括第二充电器外壳130和第二电池插座132。第二充电器外壳130包括至少一个通风孔134，该通风孔允许向第二充电器115的内部充电电路提供冷却空气流。

电池组105包括外壳140和多个可充电的电池单元142(未在图1中示出)。电池组105也包括支撑部144，该支撑部用于将电池组105固定在电动工具的电池插座内、固定在第一电池插座122内或固定在第二电池插座132内。电池组105还包括锁定机构146，该锁定机构用于将电池组105选择性地锁定于电动工具的电池插座、锁定于第一电池插座122或锁定于第二电池插座132。电池组105可通过电池组终端(端子)150电气耦接于电动工具或充电器110或115。电池组终端150包括火线、零线以及一个或多个通信线。当耦接于第一充电器110时，第一充电器终端(端子)155接收并且电气耦接于电池组终端150。当耦接于第二充电器115时，第二充电器终端(端子)160接收并且电气耦接于电池组终端150。第一充电器110和第二充电器115分别包括电源线165和170(分别向充电器110和115提供电力以对电池组105充电)。

充电器110和115仅是示例性的并且为不同类型。例如，第一充电器110可为快速充电器，该第一充电器相比于第二充电器115能够更快地对电池组105充电。例如，第一充电器110相比于第二充电器115可提供更大的充电电流。因此，第二充电器115可为标准充电器，该第二充电器115相比于第一充电器110对电池组105的充电更缓慢。另外，如下面更详细说明的，第二充电器115可被设置为在预定时间过去后停止向电池组充电。进一步地，充电器110和115能对不同类型的电池组(会花费不同时间完成充电)充电。电池组105仅是示例性的并且可以是任何能够由充电器110和115充电的电池组。

图2示出了根据一个实施例的电池组105和第二充电器115的方框图。电池组105包括存储器205和电子处理器210。电子处理器210通信地耦接于存储器205，该存储器存储数据和指令(可通过电子处理器210执行)以控制电池组105的操作。存储器205包括一个或多个非暂时性的计算机可读存储设备，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、闪存和/或光学/磁盘存储器。

电池组105还包括充电电路215以及一个或多个可充电的电池单元142。每个电池单元142具有化学成分和标称电压。例如，在一些实施例中，电池组105具有为锂离子或镍镉的电池化学成分和大约18伏、12伏、28伏或20伏的标称电压。在一些实施例中，术语“近似”代表所宣称的数值加减5％以内的数值。在其他实施例中，术语“近似”代表所宣称的数值加减10％以内的数值。电池单元142耦接于充电电路215(当电池组105耦接于充电器110或115时，充电电路控制对电池单元142的充电)。更具体地，电子处理器210启用或禁用充电电路215以分别允许电池单元142充电和防止电池单元142充电。例如，充电电路215可包括一个或多个电源切换元件(例如场效应晶体管(FET)或其他晶体管)，该电源切换元件能被控制从而建立和断开在电池单元142和电池组终端(端子)150之间的连接。电池单元142也可通过传感器耦接到电子处理器210。该传感器允许电子处理器210监测电池单元142的特征(例如温度、充电状态等)。电子处理器210进而可部分地基于电池单元142被监测的特征来控制充电电路215。

电池组105也包括通信接口225，该通信接口用于从充电器110或115到电池组105通信，从电池组105到充电器110或105通信，或二者。电子处理器210耦接于通信接口225，并且通过通信接口225对到达/来自充电器110或115的通信进行发送/接收。基于这种通信，电子处理器210可确定电池组105是否耦接于第一充电器110(例如快速充电器)或第二充电器115(例如标准充电器)。例如，这种通信可包括标识充电器类型的充电器标识符。可选地，电子处理器210监测电池组终端150并且辨识充电器110或115的充电特征标志以确定电池组105是否耦接于第一充电器110或第二充电器115(例如，快速充电器可提供与标准充电器不同的充电电流)。例如，电子处理器210可利用传感器检测充电功率特征(例如从已连接的充电器提供给电池组终端150功率的电流或电压水平)，并且随后访问查找表(例如，存储于存储器205内的查找表)，该查找表对充电器类型与充电特征进行了映射。在一些实施例中，电池组105和第一充电器110可以包括附加的终端/端子(第二充电器115不包括该附加的终端/端子)。因此，在这样的实施例中，当电池组105检测到附加的终端时，电池组105就可以将第一充电器110识别为快速充电器。例如，电池组105可以通过接收通过附加的终端发送的、来自第一充电器110的信号来检测附加的终端。相反，当电池组105未检测到附加的终端时，电池组105可以将第二充电器115识别为标准充电器。

图2也示出了根据一个实施例的第二充电器115。第二充电器115包括充电器存储器235、充电器处理器240(例如，电子处理器)、充电供电电路245和充电器通信接口250。第二充电器115中的相似部件和上述电池组105的对应部件以相似的方式操作。例如，充电供电电路245由充电器处理器240控制以使其被启用和禁用，从而分别允许或禁止电池组105充电。电源255(例如标准120V/60Hz的壁式插座)通过电源线170耦接到第二充电器115。电源255向充电供电电路245提供电力，该充电供电电路用来向待充电的电池组105提供电力。电源255也向第二充电器115的其他电子部件供电。

在一些实施例中，充电处理器240监测第二充电器终端160以确定电池组(例如电池组105)何时连接到第二充电器115。进一步地，在一些实施例中，充电器处理器240启动充电计时器(当电池组连接到第二充电器115时)并且启用充电供电电路245以使其开始对电池组充电。在经过预定时间周期之后，充电器处理器240禁用充电供电电路245以使其停止对电池组充电。特定的电池组在充电器计时器停止后会被视为完全充电，并且充电供电电路245会停止以防止这些电池组过度充电。但是，一些电池组(具体为更大容量的电池组)以比预定时间周期花费更多时间才可完全充电。由此，当预定时间周期过去并且充电器处理器240禁用充电供电电路245以停止对电池组供电后，电池组可能不会被完全充满电。在一些情况下，第二充电器115被设置为检测耦接于充电器的电池组的类型(例如高容量或标准容量)并且将充电器计时器调整到合适数值以保证所耦接的电池组被完全充电。但是，在一些情况下，第二充电器115是本领域内的现有充电器并且该预定时间周期是固定的和被设置到标准容量电池组的水平。

在一些实施例中，第一充电器110是快速充电器，该第一充电器未被设置为在预定时间过去后停止对电池组105充电。相反，电池组105可包括计时器(用来指示何时停止充电)，而非第一充电器110包括计时器(用来指示何时停止充电)。例如，基于第一充电器110的充电电流和基于电池组105的容量，电池组105的电子处理器210可调整计时器以使得当预期电池组105被完全充电时计时器将到期(expire)。

因此，在本发明的一些实施例中，电池组105被设置为检测何时耦接于具有充电器计时器(具有不与电池组105完全充电的容量匹配的预定时间周期)的充电器(例如第二充电器115)，并且采取补救措施以实现完全充电。这样的设置提供了反向兼容的电池组，其与前代的充电器兼容。另外，电池组105被设置为检测何时耦接于充电器(例如第一充电器110，其不包括用来指示何时停止充电的计时器而是基于电池组105上的计时器来指示何时停止充电)。

例如，当电池组105耦接于第一充电器110时，电子处理器210能够以第一方式控制充电电路215。当电池组105耦接于第二充电器115时，电子处理器210能够以第二方式(和第一方式不同)控制充电电路215。例如，电子处理器210可控制充电电路215以暂时从第二充电器115电气断开，从而如上所述的在预定时间周期之后防止第二充电器115停止充电。因此，即使在第二充电器115(即标准充电器)上电池组105(具体地，更高容量的电池组)也能完全充电。换句话说，电池组105能完全充电而无需从第二充电器115电气断开或移除。换言之，电池组105在整个充电过程中保持机械连接(即电池组终端150和充电器终端160保持相互啮合)以允许电池组105完全充电。

图3示出了电子处理器210在充电时用来控制电池组105的充电电路215的方法的流程图。在方框305，电池组105连接于充电器110或115之一。在方框310，电子处理器210确定电池组105是否连接于第一充电器110(即快速充电器)。换句话说，电子处理器210确定电池组所连接的充电器类型和如前所述在电池组105被完全充电之前这种类型的充电器是否会停止对电池组105充电。当电池组105连接于第一充电器110(即快速充电器)，在方框315，电子处理器210启用充电电路215从而允许电池单元142被第一充电器110充电。在方框320中，第一充电器110对电池组105充电。在方框355，当电池组105完全充电(这可通过以上描述方法中的一种或多种确定)，第一充电器110停止对电池组105充电。例如，电子处理器210可利用如前所述的电池组105上的计时器、通过监测电池组105的电压或类似方式来确定电池组是否完全充电。为了停止对电池组105充电，第一充电器110可防止充电电流(例如，利用如上所述的充电计时器)被输送到电池组105的充电电路215。可选地，在一些实施例中，电池组105的电子处理器210可禁用充电电路215或通知第一充电器110电池组105已完全充电。

回到方框310，当电池组105连接于第二充电器115(即标准充电器)时，在方框325，电子处理器210启动电池计时器并且启用充电电路215从而允许电池单元142被第二充电器115充电。在一些实施例中，电子处理器210还要执行额外的可选步骤。例如，在一些实施例中，电子处理器210确定断开时间，在该断开时间之后，电子处理器210会控制充电电路215以如下所述的方式将第二充电器115从电池单元142电气断开。在一些实施例中，断开时间存储于存储器205中并且不取决于电池组所连接的充电器的类型。在其他实施例中，电子处理器210根据电池所连接的充电器类型确定断开时间(即，基于连接于标准充电器的电池组105)。在一些实施例中，电子处理器210通过从存储器205获取与电池组105所连接的充电器的类型相对应的断开时间，以便确定断开时间。

在方框330中，第二充电器115对电池组105充电。当第二充电器115对电池组105充电时，在方框335，电子处理器210将电池计时器的数值和如前所述的断开时间比较。断开时间被设置为少于预定时间周期(该预定时间周期被第二充电器115用来决定何时停止充电)。当电池计时器的数值小于断开时间时，方法300回到方框330(第二充电器115继续对电池组105充电)。当电池计时器的数值大于或等于断开时间时，电子处理器210回到方框340并且禁用充电电路215以停止对电池组105充电。在方框345中，方法300等待重新设定的时间周期(例如5秒钟)，然后进入方框350以重新启用充电电路215从而继续对电池组105充电。在方框355中，当电池组105被完全充电时，第二充电器115停止充电。换句话说，电子处理器210可控制充电电路215以便在电池组105被完全充电前多次从第二充电器115电气断开和重新连接。在一些实施例中，在方框330中，电子处理器210确定电池组105被完全充电，并且作为响应控制第二充电器115停止对电池组105充电(例如，通过控制充电电路215以使其电气地与第二充电器115断开)。在这样的实施例中，当电池组105在预定时间段(其由第二充电器115使用来决定何时停止充电)内被完全充电时，电子处理器210可以省略/跳过方框340，方框345和方框350。

当充电电路215被禁用(在方框340)时，第二充电器115的充电器处理器240响应于充电处理器240检测到电池组105从第二充电器115电气断开而重新设定第二充电器115中的充电计时器。当电池组105的充电电路215被重新启用(在方框350)时，响应于充电器处理器240检测到电池组105电气连接于第二充电器115，第二充电器115再次开始对电池组105充电。第二充电器115可重新启动充电计时器并且对电池组105充电直到充电计时器达到预定的时间周期。通过暂时禁用电池组105的充电电路215，电池组105能以比第二充电器115设定的预定时间周期更长的时间充电。更具体地，第二充电器115以等于断开时间和预定时间周期总和的总充电时间对电池组105充电。因此，电池组105(具体地，高容量的电池组)能被完全充电(而无需在物理上从第二充电器115移除)。在方框355，当电池组105被完全充电，第二充电器115停止对充电计时器105充电，这可利用如上所述的充电计时器来确定。可选地，为了停止充电，电池组的电子处理器210可禁用充电电路215或通知第二充电器115电池组105已被完全充电。

因此，本发明主要提出了一种电池组，该电池组确定其所连接的充电器类型并且控制充电电路以便当电池组确定充电器为特定类型的充电器时，在预定时间周期过去之前暂时从充电器电气断开。

Claims (18)

1.一种电池组，包括：

至少一个电池单元；

存储器；

充电电路，所述充电电路电气连接于所述至少一个电池单元并且被设置为控制从充电器到所述至少一个电池单元的充电电流；和

电子处理器，所述电子处理器被设置为控制所述充电电流，其中所述电子处理器还被设置为

确定所述电池组所连接的充电器的类型，

基于所述充电器的类型确定在所述电池组被完全充电之前所述充电器会停止对所述电池组充电，

基于所述充电器的类型确定断开时间，

控制所述充电电路以允许所述充电电流对所述至少一个电池单元充电，

控制所述充电电路以在所述断开时间过去后将所述至少一个电池单元从所述充电器电气断开，以及

控制所述充电电路在将所述至少一个电池单元从所述充电器断开后将所述至少一个电池单元和所述充电器重新电气连接。

2.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电子处理器还被设置为通过识别所述充电器的充电特征标志以确定所述充电器的类型。

3.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电子处理器还被设置为通过通信接口和所述充电器进行通信来确定所述充电器的类型。

4.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电子处理器还被设置为在将所述至少一个电池单元从所述充电器断开后，在控制所述充电电路以将所述至少一个电池单元和所述充电器电气连接之前，等待重新设定时间周期。

5.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电子处理器还被设置为通过从所述存储器获取与所述充电器的类型相对应的断开时间从而确定断开时间。

6.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电子处理器还被设置为

确定所述电池组何时连接于第二充电器；

确定所述第二充电器的第二类型；以及

基于所述第二充电器的第二类型，控制所述充电电路以将其保持电气连接到所述第二充电器，直到所述电池组被完全充电。

7.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池组可操作以便向电动工具供电，所述电动工具包括选自以下所组成的组中的至少一个：电扳手、电钻、冲击钻、往复锯、切管机、磨砂机、制钉机和滑脂枪。

8.根据权利要求1所述的电池组，其中所述电池组具有为锂离子的电池化学成分并且具有大体18伏的标称电压。

9.一种对电池组充电的方法，所述电池组包括电气连接于所述电池组的至少一个电池单元的充电电路，并且被设置为控制从充电器到所述至少一个电池单元的充电电流，所述方法包括：

利用所述电池组的电子处理器确定所述电池组所连接的充电器的类型，

基于所述充电器的类型利用所述电子处理器确定所述充电器在所述电池组被完全充电之前所述充电器会停止对所述电池组充电，

基于所述充电器的类型利用所述电子处理器确定断开时间，

利用所述电子处理器控制所述电池组的充电电路以允许来自所述充电器的充电电流对所述至少一个电池单元充电，

利用所述电子处理器控制所述充电电路以在所述断开时间过去后将所述至少一个电池单元从所述充电器电气断开，以及

利用所述电子处理器控制所述充电电流以在将所述至少一个电池单元从所述充电器断开后将所述至少一个电池单元和所述充电器重新电气连接。

10.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述充电器的类型包括利用所述电子处理器通过识别所述充电器的充电特征标志来确定所述充电器的类型。

11.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述充电器的类型包括通过通信接口与所述充电器通信以利用所述电子处理器确定所述充电器的类型。

12.根据权利要求9所述的方法，还包括将所述至少一个电池单元从所述充电器断开后，在利用所述电子处理器控制所述充电电路以将所述至少一个电池单元和所述充电器重新电气连接之前，等待重新设定时间周期。

13.根据权利要求9所述的方法，其中确定所述断开时间包括从所述电池组的存储器重新获取与所述充电器的类型相对应的断开时间。

14.根据权利要求9所述的方法，还包括：

利用所述电子处理器确定所述电池组何时连接于第二充电器；

利用所述电子处理器确定所述第二充电器的第二类型；和

基于所述第二充电器的第二类型利用所述电子处理器控制所述充电电路以将其保持电气连接于所述第二充电器直到所述电池组被完全充电。

15.根据权利要求9所述的方法，所述电池组可操作为向电动工具供电，所述电动工具包括选自以下所组成的组中的至少一个：电扳手、电钻、冲击钻、往复锯、切管机、磨砂机、制钉机和滑脂枪。

16.根据权利要求9所述的方法，所述电池组具有为锂离子的电池化学成分并且具有大体18伏的标称电压。

17.一种电池组，包括：

至少一个电池单元；

存储器；

充电电路，所述充电电路电气连接于所述至少一个电池单元并且被设置为控制来自充电器的充电电流；以及

电子处理器，所述电子处理器被设置为控制所述充电电路，其中所述电子处理器还被设置为

确定断开时间，

控制所述充电电路以允许所述充电电流对所述至少一个电池单元充电，

控制所述充电电路以便在所述断开时间过去后以及在所述电池组被完全充电之前，将所述至少一个电池单元从所述充电器电气断开，以及

控制所述充电电路以便在将所述电池组从所述充电器断开后将所述电池组与所述充电器重新电气连接。

18.根据权利要求17所述的电池组，其中所述电子处理器还被设置为确定所述充电器是在所述电池组完全充电之前、在预定时间周期之后停止充电的类型，其中所述断开时间少于所述预定时间周期。

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