CN107925133B - 电动工具、电池组及其组合以及控制其的方法 - Google Patents

电动工具、电池组及其组合以及控制其的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了电池组、电动工具以及电动工具的组合。电池组包括一个或多个蓄电池单元、与一个或多个蓄电池单元电连接的第一端子、高电流电源端子、电连接在一个或多个蓄电池单元与高电流电源端子之间的电力开关，以及电连接到一个或多个蓄电池单元的低电流电源端子。第一端子和低电流电源端子可操作以在电池组的正常操作状态期间向电动工具提供电力连接低电流。电池组还包括控制器，其可操作以响应于来自电动工具的电力的呼叫而控制电力开关以通过高电流电源端子提供高电流电力。

Description

电动工具、电池组及其组合以及控制其的方法
相关专利申请的交叉引用
本申请要求于2015年9月2日提交的序列号为62/213,569的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用全部并入本文。
背景技术
本发明涉及电动工具，诸如吸力清洁系统，其具有处理器、用于以多个电流给电动工具供电的装置，以及控制电动工具的方法。
吸力清洁系统(以下简称为清洁系统)包括广泛的产品，旨在满足各种各样的清洁需求。清洁系统的示例包括棒式真空吸尘器、轻型直立式真空吸尘器、手提真空吸尘器、地毯吸尘器，罐式真空吸尘器和背负式真空吸尘器。
一些清洁系统使用联接到诸如刷子的搅拌器的第一电机以及联接到空气推进器的第二电机。通常，第一电机或刷式电机旋转刷子以搅动清洁表面。当刷式电机旋转刷子时，第二电机或抽吸电机旋转空气推进器以收集由刷子暴露的碎屑。空气推进器的示例包括风扇或叶轮。
发明内容
在坚硬的清洁表面(诸如硬木地板)上以高速运转的刷子可以在通过使用抽吸电机收集碎屑之前将碎屑从清洁系统分散开。因此，在清洁硬表面时，清洁系统通常关闭搅拌器。可以使用三位开关以仅在打开抽吸电机、打开抽吸电机和刷式电机之间进行切换，并关闭电机。
为了提高移动性，一些清洁系统通过使用电池组供电。通常，当用户将三位开关控制到打开状态之一时，电池组仅供电。然而，在一些实施例中，如果电池组在三位开关处于关闭状态时提供低电流电力，则用于清洁系统的附加功能可以是可用的。
而且，从电池组到清洁系统的高电流浪涌，微控制器可能难以破译数字信号。在一些实施例中，即使在清洁系统使用高电流期间，也可以使用耦合电路来帮助区分逻辑0和逻辑1。
在一个实施例中，本发明提供了一种用于电动工具的电池组。电池组包括：一个或多个蓄电池单元、与一个或多个蓄电池单元电连接的第一端子、高电流电源端子、电连接在一个或多个蓄电池单元和高电流电源端子之间的电力开关，以及电连接到一个或多个蓄电池单元的低电流电源端子。第一端子和低电流电源端子可操作以在电池组的正常操作状态期间向电动工具提供基本上连续的低电流。电池组还包括控制器，其可操作以响应于来自电动工具的电力呼叫而控制电力开关以通过高电流电源端子提供高电流电力。
在另一个实施例中，本发明提供可连接到电池组的电动工具。电池组包括第一端子、第一高电流电源端子、第一低电流电源端子以及第一控制端子。电动工具包括可电连接到电池组的第一端子的第二端子、可电连接到电池组的第一高电流电源端子的第二高电流电源端子、可电连接到电池组的第一高电流电源端子的第二低电流电源端子，以及可电连接到电池组的第一控制端子的第二控制端子。电动工具还包括电机、电源电路、用户接口和控制器。电机的操作基于通过第二高电流电源端子提供的高电流。电源电路电连接到第二端子和第二低电流电源端子。电源电路可操作以基于通过第二低电流电源端子提供的电力连接低电流来提供电力。控制器连接到电源电路、用户接口和第二控制端子。控制器可操作以由来自电源电路的电力供电，并基于从用户接口接收的信号通过第二控制端子向电池组提供电力呼叫。
在另一个实施例中，本发明提供了一种操作电连接到电池组的电动工具的方法。该方法包括从电池组接收电力连接低电流、基于电力连接低电流给微控制器供电、从电动工具的用户接口接收与执行清洁功能的电动工具相关联的输入、唤醒微控制器以响应输入、向电池组传送信号以从电池组接收高电流，以及基于该信号从电池组接收高电流。
在详细解释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以下描述中阐述的或下面的附图中所示的部件的构造和布置的细节。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或执行。参考数字信号(例如，逻辑1(或“1”)或逻辑高电压；或逻辑0(或“0”)或逻辑低电压)，其代表相应领域的技术人员认识到的指定持续时间的对应电压。例如，逻辑高电压表示标称1.5伏(V)、1.8V、2.5V、3.3V和5V；逻辑低电压表示标称0V或地。
该描述提供了可用于提供低电流电源电路、夹断电路、限制接地移位的电路以及用于通信的电路的各种部件和配置的概述。除非另有说明，术语“电路”、“单元”、“框”、“模块”和“子模块”可以用于具有提供指定功能的一个或多个部件的电路的互换性。系统可以包括一个或多个电路。术语“路径”、“通道”和“线”是指在部件、电路或系统之间、穿过或通过其间的物理传输介质，诸如导电线、导线、引脚、信号跟踪或在电气部件、电路或系统之间或通过其的其他耦合。短语“数据信道”和“通信链路”可以用于数据传输方式的可互换性。数据消息或通信消息在数据信道上传输。数据信道可以是数据线或数据总线。
通过考虑详细描述和附图，本发明的其它方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了电池组的透视图
图2示出了清洁系统的透视图。
图3示出了图2的清洁系统的仰视图。
图4示出了第二电池组的透视图。
图5示出了第二清洁系统的透视图。
图6示出了能够在图2和图5的清洁系统中使用的电气部件的第一框图。
图7示出了能够在图2和图5的清洁系统中使用的电气部件的第二框图。图7还示出了电池组和电池充电器的电气部件的框图。
图8A、图8B、图8C和图8D示出了能够在图2和图5的清洁系统中使用的电池组的电气示意图。
图9A、9B、9C和9D是图5的清洁系统的电气示意图。
具体实施方式
图1示出了第一电池组10。电池组10包括具有锂钴(Li-Co)、锂锰(Li-Mn)、Li-Mn尖晶石或其他合适的基于锂的化学物质的蓄电池单元。或者，电池组10具有，例如基于镍金属氢化物(NiMH)或镍镉(NiCd)的化学物质。电池组10具有4V、8V、12V、16V、18V、20V、24V、36V、48V的标称额定电压或其间的其他额定电压或大于48V的额定电压。当然，电池组的尺寸和形状可以根据电池组内的电池组和/或蓄电池单元的特性而变化。例如，图4示出了第二电池组10b。示出的电池组10的尺寸和形状是示例性的并且被示为可拆卸电池组。
电池组10包括壳体15。闩锁50可延伸、可移动地安装到壳体15，并被配置成通过杠杆的移动从第一位置(例如，闩锁位置)移动到第二位置(例如，解锁位置)。当处于闩锁位置时，闩锁50将电池组10牢固地连接到电动工具。闩锁50从第一位置到第二位置的移动允许电池组10从电动工具被移除。
电池组10进一步包括电接口55。通过电接口55形成去往和来自电池组10的电通信和电力。电接口55包括电连接器60。电接口55的电连接器60数量可以不同。尽管在图2中示出了三个电连接器，但是在其他一些附图中的一些其他结构包括不同数量的电连接器。例如，图4示出了四个电连接器。
图2和图3示出了由电池组10供电的吸力清洁系统100。清洁系统100被示出为直立式真空吸尘器。然而，在其他构造中，清洁系统100可以是棒式真空吸尘器、手持真空吸尘器、地毯吸尘器、背负式真空吸尘器等。本发明的实施例也可以在其他电动工具中实施。
所示出的清洁系统100包括手柄部分115和主体部分120。手柄部分115包括一个或多个用户控制的开关145和多个指示器150。在一个构造中，用户控制的开关145是三位开关。在另一种构造中，有多个双位用户控制开关。多个指示器150向用户提供与清洁系统100的操作模式相关的指示。在一些构造中，多个指示器150是发光二极管(LED)。
主体部分120包括电池插座155、电量计160、电机/风扇组件165和垃圾腔室170。电池插座155容纳电池组10。电池插座155包括多个用于将电池组10电连接到清洁系统100的多个电连接器。电量计160被配置为向用户提供插入到电池插座155中的电池组10的电压或电荷水平的指示。电机/风扇组件165位于电池插座155的下方。电机/风扇组件165包括第一电动机166(图6)和空气推进器或风扇等鼓风机。在一些构造中，第一电机166是无刷直流(BLDC)电机。在其他构造中，第一电机166可以是各种其他类型的电机，包括但不限于有刷直流电机、步进电机、同步电机或其他直流或交流电机。
垃圾腔室170位于电机/风扇组件165的下方，并可拆卸地联接到主体部分120。垃圾腔室170还包括用于容纳垃圾的入口。
基部125包括第一轮250、第二轮255、吸入口260、诸如刷子265的搅拌器和第二电机266(图6)。吸入口260允许垃圾进入清洁系统100。
第二电机266旋转刷子265。在一些构造中，第二电机266是无刷直流(BLDC)电机。在其他构造中，电机可以是各种其他类型的电机，包括但不限于刷式直流电机、步进电机、同步电机或其他直流或交流电机。
在继续进行之前，本领域的技术人员应当理解，清洁系统100的机械构造的布局和布置可以与迄今为止所示出和描述的不同。例如，如果清洁系统是背负式真空吸尘器的形式，则清洁系统100的构造变化很大。图4和图5示出了电池组和背负式真空吸尘器，具有标记为“b”的相似部件。图1-5中所示的构造是示例性的，并且意在为下面进一步详细讨论的一些部件提供上下文。
清洁系统100进一步包括控制器300，如图6所示。控制器300电连接和/或通信地连接到清洁系统100的各种模块或部件。例如，控制器300连接到用户控制的开关145、指示器150、电量计160、抽吸电机166和刷式电机266。控制器300从电池组10接收电力。控制器300包括可操作以控制清洁系统100操作的硬件和软件的组合，除其他事项外。
在一些构造中，控制器300包括多个电气和电子部件，其向控制器300和清洁系统100内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。对于操作控制，控制器300可以包括处理器305(例如，微处理器、微控制器或另一合适的可编程设备)和存储器310，除其他事项外。
存储器310包括例如程序存储器和数据存储器。程序存储器和数据存储器可以包括不同类型的存储器的组合，诸如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)(例如，动态RAM[DRAM]、同步DRAM[SDRAM]等)电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁性、光学、物理或电子存储设备。电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)，闪存，硬盘，SD卡或其它合适的磁性，光学，物理或电子存储设备。处理器305连接到存储器310并且执行能够存储在存储器310的RAM中(例如，在执行期间)、存储器310的ROM(例如，基本上永久性地)的软件指令，或者另一个非暂时性计算机可读介质，诸如另一个存储器或盘。包括在清洁系统100的实施中的软件可以存储在控制器300的存储器310中。软件包括，例如固件、一个或多个应用、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块，以及其他可执行指令。控制器300被配置为从存储器中检索和执行与在此描述的控制过程和方法有关的指令等等。
在其他构造中，控制器300包括额外的、更少的或不同的部件。在一些构造中，如图7所示，控制器300的功能由具有多个处理器315A和315B以及存储器320A和320B的多个控制器300A和300B执行。控制器300可以在诸如清洁系统100和电池组330之类的不同部件之间分布。而且，电池充电器350可以包括处理器315C和存储器320C，如图7所示。处理器和存储器可以被构造为类似于上面讨论的处理器315和存储器320。
包括电池组330和电池充电器350的清洁系统100可以使用处理器315A、315B和315C以及其他电路来管理和控制电池组300、清洁系统100以及电池充电器350。电池组330还包括蓄电池单元335。电池充电器350包括至少一个电源355以对至少一个电池组330进行充电。
图7中所示的清洁系统100使用用户控制的开关345来经由清洁系统控制器300B的处理器315B来控制抽吸电机166和刷式电机266。如下面将进一步讨论的，用户控制开关345是低电流开关。处理器300B使用功率晶体管370和375来操作抽吸电机166和刷式电机266。
控制器300A,B,和/或C(这也可以在下文中统称为控制器300)计算或确定电池组330的电压。控制器300B然后向电量计360输出指示电压或电荷水平的信号以向用户显示。控制器300B还从用户控制开关345接收信号。
控制器300B操作抽吸电机166和刷式电机266。在一些示例中，控制器300B通过使用脉宽调制(PWM)信号来操作抽吸电机166和刷式电机266。PWM信号可以由功率晶体管370和375提供，用于控制抽吸电机166和刷式电机266。
返回参考图1，电池组10的电接口55的电连接60包括正电压端子(+BAT或BAT+)和负高电流电源端子(-BAT或BAT-)。如结合图1所讨论的，电连接60的数量可以变化。与正电压端子(+BAT)(图8A中的J5上的1A和1B)和负高电流电源端子(-BAT)(图8A中的J5上的4A和4B)一起，电接口55还可以包括低电流电源端子(COMM-)(图8A中的J5上的3A和3B)。低电流电源端子(COMM-)提供从电池组330到清洁系统100的基本连续的电力连接。电气接口55还可以包括串行数据通信线(SDL)端子(图8A中的J5上的2A和2B)，用于在诸如用于电池组330的控制器300A(包括处理器315A)和用于清洁系统100的控制器300B(包括处理器315B)之间的控制器之间进行通信，或者控制器300C(包括处理器315C)用于电池充电器350。串行数据通信线端子(SDL)支持在处理器315A-C之间使用的控制和/或数据信号。
清洁系统100包括对应于图8A的连接点J5的电连接器。更具体地，图9A包括具有端子1A、1B、2A、2B、3A、3B、4A的连接点J3，对应于图8A的连接点J5的4B。
低电流电源端子(COMM-)的峰值电流小于500毫安(mA)。在一些示例中，低电流电源端子(COMM-)具有小于100mA的峰值电流。在一些示例中，低电流电源端子(COMM-)具有小于来自负高电流电源端子(BAT-)的峰值电流的四十分之一(1/40)的峰值电流。在其他示例中，低电流电源端子(COMM-)具有小于来自负高电流电源端子(BAT-)的峰值电流的百分之一(1/100)的峰值电流。例如，如果电池组330具有20安培的峰值电流额定值，则低电流电源端子COMM-提供小于200mA的峰值电流。
同样，在正常操作条件下，低电流电源端子(COMM-)使清洁系统100可用少量的连续电力。低电流电源端子(COMM-)可以为控制器(例如，微控制器)、发光二极管(LED)指示器或其他低电源电路供电。低电流电源端子(COMM-)使清洁系统100可用电力，而无需用户启动或打开清洁系统100。
提供低电流电源端子(COMM-)可以允许减少与清洁系统100相关联的部件和布线。例如，在传统的清洁系统中，用户控制的开关(类似于开关145)可以打开，诸如电机的负载，其具有高电压(例如大于18伏)和高电流(例如大于5安培)。在一些示例中，峰值电压可以大于32伏。在一些示例中，峰值电流可以是20安培。高电压和/或高电流布线具有相对大直径的导线，例如14号、12号或10号线，在清洁系统100内从电池组10到用户控制开关145回到电机(例如抽吸电机166或刷式电机266)。处理高电压和高电流的开关和布线相对昂贵(与低电流开关和布线相比)并且可能增加清洁系统100的成本。
用于接通电机166和266的开关345可以向控制器300B(例如，处理器315B)提供低电流信号，并且控制器300B可以直接或间接地控制电机166和266。开关325和控制器300B之间的布线可以是相对小直径的导线，诸如用于低电流应用的16号、18号或20号线。结果，低电流用户控制开关345和相关导线可以比直接为负载(例如，电机)供电的高电流用户控制开关便宜得多。
图9A示出了具有正电压端子(BAT+)、负高电流电源端子(BAT-)、低电流电源端子(COMM-)和串行数据通信线(SDL)端子的连接点J3。正电压端子(BAT+)和低电流电源端子(COMM-)等端子通过连接点J1连接到开关电缆。开关电缆连接到图9B的连接点J1。图9B所示的电路包括微控制器U1，微控制器U1一般对应于图7的处理器315B和存储器320。开关S1通常对应于图7的低压开关345。
开关S1是具有HI、LO和OFF位置的三位开关。正电压线(BAT+)和低电流电源线(COMM-)分别向电压调节器400提供电源电压并提供标称或接地。电压调节器400提供基本连续的低电压VDD(例如，+3.3V)，并且低电流电源线(COMM-)为微处理器U1提供VSS(0V标称或接地[GND])。因为电压调节器400的电流消耗较小，所以可以在图9A的电缆连接点J1和图9B的连接点J1之间使用较小直径的布线。而且，可以使用低电流用户控制开关345。
当清洁系统100联接到电池组330并且清洁系统100不工作时(即，电机166和/或266未运行)，微处理器U1处于低电力模式或睡眠模式。当开关S1被用户手动打开(即，处于HI或LO位置)时，产生信号以将微处理器U1从低电力模式唤醒。除了生成唤醒微处理器U1的信号之外，开关S1在+BAT SWITCHED线上产生低电流信号以导通一个或多个FET Q1和Q2(如图9A所示)，下面将进一步讨论。
当微控制器U1连接到清洁系统100时，低电流电源端子(COMM-)产生用于为微控制器U1供电的电流路径。在被供电时，微控制器U1可以闪烁一个或多个LED、LED1、LED2和/或LED3。这通知用户连接已经完成。其他功能类似于闪烁的LED可以包括在内。也可以设想，使得低电流电力线(COMM-)可用于其他用户接口，诸如电容式触摸控制用户接口。
在所示构造中，开关S1是三位开关，诸如三位摇臂开关。通常，开关S1处于OFF位置。用户可以将开关S1切换到高模式或低模式以进行操作。在这两种模式中的任何一种模式下，都会将一组标有2A或2B的触点接触在一起。结果是来自J1的正电压端子+BAT(图9B)被联接到J1的+BAT SWITCHED端子(图9B)。+BAT SWITCHED信号导向图9A的FET开关电路。参考图9A，+BAT SWITCHED端子上的信号使FET网络(Q1和Q2)导通，从而将信号传递到BLDC控制器连接点J2。
返回参考图9B，当用户移动开关S1时，也与触点1A或1B进行接触。结果是来自开关S1的控制信号被提供在J1的HI/LO操作端子上。该信号也导致图9A的开关电缆J1。参照图9A，HI/LO信号通过图9A的电路到达BLDC控制器连接点J2。利用连接点J2处的电压和信号，BLDC控制器(图9C的U1)可相应地控制功率晶体管370和375(图9C的Q3和Q4)。例如，如果用户将开关移动到HI，则BLDC控制器可以用PWM控制来控制电机166和266。如果用户将开关移动到LO，则在一次操作中，BLDC控制器可以仅控制抽吸电机166，同时保持刷式电机244关闭。当然，基于开关S1的状态或者是否使用其他用户接口，其他操作是可能的。而且，可以设想的是，BLDC控制器可以使用从电池组330的状态直接或间接获得的其他信息用于电机166和/或266的PWM控制。例如，电池组电压可以用作的PWM控制。如本领域中已知的那样，PWM控制也可以基于施加到电机166和/或266的负载来修改。
返回参照图9B，在传递到BLDC控制器的信号的同时，当用户移动开关S1时，在+BATSWITCHED上传送的信号通过晶体管Q4联接。包括晶体管Q4的电路通过电阻器R8和R9提供限流的电流。结果是微控制器U1的唤醒信号。也就是说，无论用户何时将开关移动至高电平或低电平，连接都会唤醒微控制器U1。如果输入在一段时间内有效，则微控制器U1在标记为XMIT的线上输出信号。信号XMIT打开连接到SDL线的Q3的集电极。其提供了回到电池组330的信号。SDL线上的信号唤醒了控制器300A。图9B的微控制器U1将保持该线路激活一段时间。如果SDL上的输入在一段时间内有效，则控制器300A确定正在请求电池组330的电力呼叫。控制器300A唤醒并确认电池组330可提供电力。例如，控制器300A可以检查电池温度、电池电压和电池组电压。
在微控制器U1已经激活SDL线一段时间之后，微控制器U1截止晶体管Q3(见图9D)并等待接收数据。当控制器300A完成检查电池组330的状态时，控制器300A可以将信号提供回微控制器U1。控制器300A和微控制器U1执行握手通信以确认它们可以彼此通信。微控制器U1确认并向控制器300A发回消息以开始供电。基于这种通信，控制器300A可以关闭电池组330的BAT-线中的电力开关。电池组330中的电源开关的闭合产生了从电池组330到清洁系统100的高电流供电，特别是BLDC控制器(图9A)。在电机166和/或电机266的操作期间，控制器300A和微控制器U1可以继续彼此通信。清洁系统100继续操作，直到用户将开关345移动到关闭位置或者控制器300A识别到电池组335的问题(例如，高温、低电池电压、低电池组电压)。如果用户将开关345移动到OFF位置，则微控制器U1通过SDL线路向控制器300发送消息以停止提供电力。控制器300A确认该信号并打开电池组330的BAT-线中的电力开关。打开电力开关的结果是停止将高电流电源提供给BLDC控制器(图9A)和电机166和266。
参考图8A，微控制器U1提供了单元和电池组电压监测等功能。+BAT JMP通过电池控制板上的JMP1联接到其中一个单元。+BAT JMP为电池组330提供高电压(或高总线)。BAT+联接到连接器J5上的1A和1B。电路410用于监测单元和电池组电压以及单元平衡。R36与电路420一起用于监测电池组电流。电路430提供用于使电池组330放电的电力开关。电路440包括用于对单元充电的电力开关。图8B的微控制器U4与清洁系统100的微控制器U1通信，利用电路420控制充电电力开关，并利用电路430控制放电电力开关。
在图8A和8B中，本领域技术人员将会看到，低电流电源线(COMM-)与高电流电源线(BAT-)是分开的。更具体地说，电路450通过+BAT JMP和跳线JMP1(参见图8C)完成用于低电流电源线(COMM-)到正电压线(BAT+)的电路。因此，低电流电源端子(COMM-)和正端子(BAT+)形成大致连续的低电流电路，而不关闭高电流电源线(BAT-)中的电力开关。也就是说，通过低电流电源端子(COMM-)可用的电流与充电和放电电流是分离的。
电路450包括用于低电流电源端子(COMM-)的夹断电路。如图8C所示，夹断电路包括保险丝F1、电阻器R69、二极管D26、晶体管Q19、电阻器R64和R65以及二极管D22。当被监测的参数(例如，电池组电压水平)达到限定的设定点或阈值(例如故障状态)时，晶体管Q19充当开关以断开到低电流电源端子(COMM-)的电路。电路450的断开防止了电池组330的过度放电。二极管D26是允许电流沿一个方向流动并防止另一方向上的寄生泄漏的寄生泄漏路径阻断器。如上所述，低电流电源端子(COMM-)意味着低电流消耗。如果在规定的时间段内电流消耗过大，电压可能会使电池过度放电。具有二极管D22、电阻器R64和R65以及晶体管Q19的电路当电池组330放电到限定电压时截止晶体管Q19。
利用这种设计，当低电流电路450没有向图9B的微控制器U1提供电流时，用户控制开关345不能开启清洁系统100。这在电池组330没有完全放电的情况下保持电池组330中足够的电压。即使电池组330不能与清洁系统100或电池充电器350一起工作，制造商也能够维修电池组330。尽管对于所示构造需要一定程度的维修，但蓄电池单元335仍然是可用的，因为它们还没有完全放电。
保险丝F1防止用户意外地在低电流电源端子(COMM-)和正端子(BAT+)上放置不当的负载。如果发生电流浪涌，保险丝F1将打开。可以设想，电流传感器和开关(例如，FETQ19)可以替代地由微控制器U4响应于电流传感器而被控制。电流传感器和受控开关可以用来代替保险丝。这种替代的布置将允许微控制器U4用开关断开电路，并在一段时间之后使用开关将电路重新连接。类似地，微控制器U4可以在蓄电池单元放电太多之前监测电池组电压并打开开关。
控制器300B包括图9B中的第一通信电路500，并且控制器300A包括图8B中的第二通信电路510。未示出的与电路500和510相似的电路将是电池充电器350的控制器300C的一部分。电池组330的充电和放电(例如，8安培和20安培之间)在一定程度上影响了通信水平。控制器300A、300B和300C的接地相对于蓄电池单元335。假定电路元件不是无损的，并且VSS和VDD之间的电压差(或微控制器的工作电压)可以是3.3伏或更低，则处理器315A、315B和315C可能难以识别逻辑1(1)到逻辑0(0)。第一和第二通信电路500和510还从逻辑1(1)描绘逻辑0(0)。而且，包括第一和第二通信电路500和510还允许具有不同VDD值的微控制器彼此通信。
参照图9B的微控制器U1，微控制器包括传输端口XMIT和接收端口RCV。为了传输，传输XMIT线包括通过电阻器R13和晶体管Q3的电路，并且连接到标记为SDL的连接点J1中的端口(参见图9D)。参考图8B的微控制器U4，微控制器U4还包括传输端口XMIT和接收端口RCV。为了传输，传输XMIT线包括通过电阻器R67和晶体管Q25的电路，并且连接到标记为SDL的连接点J5中的端口(参见图8D)。容易理解，附加电路元件可以存在于传输路径中，但是传输路径的总体布局是相似的。
参考图9B和图9D的发送路径XMIT，当微控制器U1传输逻辑1(1)时，晶体管Q3拉电流通过电阻器R10、光电耦合器U3的LED接地。类似地，晶体管Q3通过图8D的光电耦合器U10的电阻器R52和LED拉动电流。光电耦合器U10的光电晶体管导通，通过电阻R68和光电耦合器U10拉动电流。通过光电耦合器U10的电流的拉动导致在微控制器U4的接收端口RCV上寄存逻辑零(0)。因此，图9B的微控制器U1的传输端口XMIT处的逻辑1(1)导致图8B的微控制器U4的接收端口RCV处的逻辑0(0)。微控制器U1和U4知道这个赞美的传输，并且微控制器U1或U4中的一个可以将结果转换。或者，可以在接收线上增加一个附加电路来转换接收来自光电耦合器的结果。微控制器U4的传输端口XMIT和微控制器U1的接收端口可以类似地操作。
再次参考图9B和图9D的传输路径XMIT，当微控制器U1传输逻辑零(0)时，晶体管Q3不导通，并且没有电流通过光电耦合器U3的LED被拉动。类似地，晶体管Q3不通过图8B的光电耦合器U10的电阻器R52和LED拉动电流。光电耦合器U10的光电晶体管不导通，因此没有电流通过光电耦合器U10的光电晶体管被拉动。结果是逻辑1(1)被寄存在微控制器U4的接收端口RCV上。因此，图9B的微控制器U1的传输端口XMIT处的逻辑0(0)导致图8B的微控制器U4的接收端口RCV处的逻辑1(1)。微控制器U1和U4知道这个补充的传输，并且微控制器U1或U4中的一个可以将结果转换。微控制器U4的传输端口XMIT和微控制器U1的接收端口可以类似地操作。
返回参照图9D，作为示例，电阻器R10和R12将通过光电耦合器U3的LED的电流限制到安全水平。同样，电阻器R13将通过晶体管Q3的基极连接点的电流限制到安全水平。当晶体管Q3提供非逻辑(1)时，电阻器R14保持晶体管Q3截止。
包括晶体管Q3和Q25以及光电耦合器U3和U10，其联接到正高电压路径(+BAT)和接地路径(即，图8D和图9D中的低电流路径(COMM-))，允许为相应的控制器300A和300B描绘逻辑0(0)/逻辑1(1)。通过电池组330和清洁系统100的相当高的电流不影响微控制器U1和微控制器U4之间的通信。
光电耦合器也称为光隔离器或光电耦合器，是一种通过使用光线在两个隔离电路之间传输电信号的部件。光电耦合器防止高电压影响接收信号的系统。光电耦合器(如U3和U10所示)的常见类型包括发光二极管(LED)和光电晶体管，其采用相同的不透明封装。其他类型的光源传感器组合包括LED光电二极管、LED-LASCR和光敏电阻器对。光电耦合器U3和U10传输数字开/关(或逻辑1/0)信号。光电耦合器U3和U10的LED是双引线半导体光源。光电晶体管是响应于LED的光而导通的双导线光敏晶体管。虽然示出了光电耦合器U3和U10，但是也可以使用替代的隔离器，诸如射频(RF)耦合器来代替光电耦合器U3和U10。
下面提供通信电路500和510的另一个详细描述。以下参照图8D和9D使用的术语并不意味着限于图8D和9D。相反，图8D和9D只是公开了以下描述的一个构造。
图8D和9D示出了电池组330和电动工具组合100的部分实施例。参照图8D，电池组330包括第一电压源+BAT_JMP、第二电压源+3.3V、第一标称电压(地)、具有第一传输端子XMIT(参见图8B)的第一控制器U4以及第一接收端子RCV，以及第一通信电路510。第一通信电路510具有第一数据端子SDL、包括第一输入端子1、第二输入端子2，第一输出端子4和第二输出端子3的第一隔离耦合器U10。第一通信电路还具有包括第一端子3、第二端子2和第一控制端子1的第一晶体管开关Q25。第一电压源+BAT JMP、第一隔离耦合器U10的第一输入端子1、第一隔离耦合器U10的第二输入端子2、第一晶体管开关Q25的第一端子3、第一晶体管开关Q25的第二端子2和第一标称电压(地)以串联配置电连接。第二电压源3.3V、第一隔离耦合器U10的第一输出端子4、第一隔离耦合器U10的第二输出端子3以及第一标称电压(地)以串联配置电连接。第一控制器U4的第一传输端子XMIT电连接到第一晶体管开关Q25的第一控制端子1。第一控制器U4的第一接收端子RCV电连接到第一隔离耦合器U10的第一输入端子4。第一数据端子SDL电连接在第一隔离耦合器U10的第二输入端子2和第一晶体管开关Q25的第一端子3之间。
如图9D所示，电动工具100具有第三电压源+BAT、第四电压源+3.3V、第二标称电压(公共)、第二控制器U1(见图9B)，其具有第二传输端子2以及第二接收端子3，以及第二通信电路500。第二通信电路500包括第二数据端子SDL和第二隔离耦合器U3，第二隔离耦合器U3包括第三输入端子1、第四输入端子2、第三输出端子4以及第四输出端子3。第二通信电路包括具有第三端子3、第四端子2和第二控制端子1的第二晶体管开关Q3。第三电压源+BAT、第二隔离耦合器U3的第三输入端子1、第二隔离耦合器U3的第四输入端子2、第二晶体管开关Q3的第三端子3、第二晶体管开关Q3的第四端子4以及第二标称电压(公共)以串联配置电连接。第四电压源3.3V、第二隔离耦合器U3的第三输出端子4、第二隔离耦合器U4的第四输出端子3以及第二标称电压(公共)以串联配置电连接。第二控制器U1的第二传输端子3电连接到第二晶体管开关Q3的第二控制端子1。第二控制器U1的第二接收端子2电连接到第二隔离耦合器U3的第三输入端子4。第二数据端子SDL电连接在第二隔离耦合器U3的第四输入端子2和第二晶体管开关Q3的第三端子3之间。第一数据端子和第二数据端子电连接。
因此，本发明提供了一种新的有用的电池组和清洁系统及其操作方法。在下面的权利要求中阐述了本发明的各种特征和优点。

Claims (14)

1.一种用于电动工具的电池组，所述电池组包括：
一个或多个蓄电池单元；
第一端子，所述第一端子电连接到所述一个或多个蓄电池单元；
高电流电源端子；
电力开关，所述电力开关电连接在所述一个或多个蓄电池单元和所述高电流电源端子之间；
低电流电源端子，所述低电流电源端子电连接到所述一个或多个蓄电池单元，所述第一端子和所述低电流电源端子能够操作以在所述电池组的正常操作状态期间向所述电动工具提供连续的低电流；
电连接在所述低电流电源端子和所述一个或多个蓄电池单元之间的夹断电路；以及
控制器，所述控制器能够操作以响应于来自所述电动工具的电力呼叫而控制所述电力开关以通过所述高电流电源端子提供高电流电力；
其中所述夹断电路包括开关；当所述一个或多个蓄电池单元的电池组电压达到低电压阈值时，所述开关能够操作以断开所述低电流电源端子和所述一个或多个蓄电池单元之间的电连接。
2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述一个或多个蓄电池单元具有电池组电压，并且其中，所述第一端子具有对应于所述电池组电压的电压。
3.如权利要求2所述的电池组，其特征在于，所述第一端子连续地向所述第一端子提供所述电池组电压。
4.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述控制器能够操作以监测所述电池组电压并且当所述电池组电压达到所述低电压阈值时提供控制信号以打开所述开关。
5.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，所述夹断电路包括保险丝，当通过所述低电流电源端子提供的电流超过高电流阈值时，所述保险丝能够操作以断开所述低电流电源端子和所述一个或多个蓄电池单元之间的电连接。
6.如权利要求1所述的电池组，还包括：数据端子，并且其特征在于，在所述数据端子处接收对所述高电流电力的呼叫。
7.一种电动工具，所述电动工具能够连接至电池组，所述电池组包括第一端子、第一高电流电源端子、第一低电流电源端子以及第一控制端子，所述电动工具包括：
第二端子，所述第二端子能够电连接到所述电池组的第一端子；
第二高电流电源端子，所述第二高电流电源端子能够电连接到所述电池组的第一高电流电源端子；
第二低电流电源端子，所述第二低电流电源端子能够电连接到所述电池组的第一低电流电源端子；
第二控制端子，所述第二控制端子能够电连接到所述电池组的第一控制端子；
电机，所述电机的操作基于通过所述第二高电流电源端子提供的高电流；
电连接到所述第二端子和所述第二低电流电源端子的电源电路，所述电源电路能够操作以基于通过所述第二低电流电源端子提供的连续的低电流来提供电力；
用户接口；
连接到所述电源电路、所述用户接口和所述第二控制端子的控制器，所述控制器能够操作以由来自所述电源电路的电力供电，并且基于从所述用户接口接收的信号在所述第二控制端子上向所述电池组提供电力呼叫。
8.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，当所述第二端子电连接到所述电池组的所述第一端子时，所述第二端子接收所述电池组电压。
9.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，当所述第二高电流电源端子电连接到所述电池组的所述第一高电流电源端子并且基于所述控制器向所述电池提供高电流电力呼叫时，所述第二高电流电源端子接收高电流。
10.如权利要求9所述的电动工具，其特征在于，高电流的峰值大于8安培。
11.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，当所述第二低电流电源端子电连接到所述电池组的第一低电流电源端子并且基于所述电池组处于正常操作状态时，所述第二低电流电源端子接收低电流。
12.如权利要求11所述的电动工具，其特征在于，低电流的峰值小于200毫安。
13.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，所述第二控制端子包括串行通信数据线。
14.如权利要求7所述的电动工具，其特征在于，所述电动工具是包括空气推进器或搅拌器的吸力清洁设备。
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