CN111052567B - 高功率电池供电系统 - Google Patents

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Abstract

一种电气组合、一种动力工具系统、一种电动马达、一种电池组、以及操作与制造方法。电气装置可包括装置外壳、由装置外壳支撑的马达，马达具有最大约80毫米(mm)的标称外径，马达可操作以输出至少约2760瓦特(W)、以及电气连接至马达的装置端子；电池组，其包括限定电池组的体积的电池组外壳，该体积为最大约5.2×106立方毫米(mm3)、由电池组外壳支撑的电池单元，电池单元电气连接并具有最大约80伏特(V)的标称电压、以及可电气连接至装置端子以在电池组与电气装置之间传递电流的电池组端子；以及可操作以控制电流的传递的控制器。

Description

高功率电池供电系统
相关申请的交叉引用
本申请要求2017年6月30日提交的美国临时专利申请号62/527，735的优先权，其全部内容通过引用并入本文。
技术领域
本发明涉及电池供电装置，并且具体地涉及高功率电池及此类装置。
背景技术
电池供电的设备通常包括电池电源、包括负载(如马达)的电气设备、介于电源与负载之间的电气互连件，以及可操作以控制例如电源的放电、负载的操作等的电子设备。这种电池供电的设备可以被结合到机动装置(例如，动力工具、户外工具、其他机动装置等)、或具有由负载供电的相关联的输出机构的非机动装置(电力供应器、照明装置等)。
发明内容
图1A中示意性示出了一种高功率电气组合。该组合大体包括电池电源，包括负载(例如，马达，如图所示)的电气装置、介于电源与负载之间的电气互连件，以及可操作以控制例如电源的放电、负载的操作等的电子设备。
该组合被结合到机动装置(例如，动力工具、户外工具、其他机动装置等)、或具有由负载供电的相关联的输出机构的非机动装置(例如，锯片、钻头、砂轮、电力供应器、照明装置等)。结合到该组合的装置中的至少一些是手持装置(例如：可在操作期间由使用者支撑的装置)，并因此，该组合必须符合手持装置的限制(例如，重量、体积/封装尺寸等)。
在所示构造中，电池电源具有最大约80伏特(V)的标称电压。同样地，该组合可操作以在持续时间(例如：至少5至6分钟或更长时间)内输出高功率(例如，2760瓦特(W)至3000W或更大的功率(3.7马力(hp)至4.0hp或更大))。为了实现此持续功率，高持续电流(例如：50安培(A)或以上)通过互连件、通过电子设备的部件从电源放电至负载。再次，此高功率输出是在手持装置的限制范围内实现的。
一个挑战为增加电池电源的可递送功率。此增加可由以串联和/或并联方式增加电池中的电池单元数量来取得。电池单元的外形尺寸的增加与相关联的减少的阻抗也将增加可用功率。然而，与手持装置的限制相反，这些解决方案中的每一个导致电池电源的尺寸及重量增加。随着高电压，电池组断开时可能出现电弧。随着电池组的电压及功率增加，当动力工具启动时，突然的高电流输出会损坏控制部件、开关等。
另一挑战是在负载(例如，马达)处有效地利用由电池电源提供的电力。马达尺寸(例如，直径)的增加将导致功率输出增加。此增加又与手持装置的限制起冲突。为了使增加的、可从电池电源递送到负载的功率最大化，必须减少系统中的阻抗及损耗。
来自电池电源的增加的可递送功率和/或来自负载的增加的功率输出需要附加电子设备以控制该放电、操作等。进一步地，在持续时间内维持增加的功率需要较高电流，其产生热。必须控制操作和/或提供冷却结构以管理增加的电流及热。
现有的互连件(例如，端子、开关、导体等)一般并非设计以用于处理增加的电流/热。必须控制操作和/或提供冷却结构以管理增加的电流及热。
然而，克服这些挑战会引发其他挑战。例如，来自电源及负载所输出的增加的功率有可能由新增更多和/或更大的部件(更多及更大的电池单元、更大的马达、更厚的端子、更大的开关等)来实现。然而，如上所述，通过使该组合更重、更大等，这些新增件中的每一个与手持装置所施加的限制相冲突。
当多个锂基电池单元在高功率应用中共同放电时，电池单元放电不平衡、电池单元对电池单元加热、过放电，以及过度电池单元加热只是引发的其中一些问题。随着新增更多电池单元，这些问题变得更加复杂。
具有锂基化学物质的电池单元所构成的电池组可能受到运输规范约束。此类运输规范可能限制所运输电池组的电压和/或功率容量。为了满足增加功率的要求而新增电池单元将造成所产生的电池电源受这些规范约束。
为了符合这些运输规范，可能需要使电池组中的锂基电池单元电气断开。将(多个)远距电池单元连接至电池端子可能具有挑战性。
在一个独立实施方式中，电气组合可大体包括电气装置、电池组，以及控制器。电气装置可包括装置外壳、由装置外壳支撑的马达，马达具有最大约80mm的标称外径，马达可操作以输出至少约2760W(约3.7hp)，以及电气连接至马达的装置端子。电池组可包括限定电池组的体积的电池组外壳，体积为最大约5.2×106立方毫米(mm3)、由电池组外壳支撑的电池单元，电池单元电气连接并具有最大约80伏特的标称电压，以及可电气连接至装置端子的电池组端子，以在电池组与电气装置之间传递电流。控制器可操作以控制电流的传递。马达可操作以输出至少约3000W(约4hp)。
在一些构造中，马达可包括无刷直流马达。马达可包括由装置外壳支撑的定子，定子包括绕组，以及由外壳支撑以相对于定子旋转的转子。装置可包括动力工具(例如，手持动力工具)，并且马达可操作以驱动工具构件。电池组外壳可连接至装置外壳并且可由装置外壳支撑，使得电池组可由手持动力工具支撑。
在一些构造中，电池单元中的每一个可具有最大约21mm的直径及最大约71mm的长度。电池单元中的每一个可具有最大约21mm的直径及最大约71mm的长度。电池组可包括最多20个电池单元。电池单元可采用串联方式连接。
电池单元可操作以输出在约40A与约60A之间的持续操作放电电流。电池单元可具有在约3.0安培－小时(Ah)与约5.0Ah(例如，约4.2Ah)之间的容量。
功率电路可电气连接于电池单元与马达之间，功率电路包括可操作以向马达施加电流的半导体开关。开关可操作以在绕组上施加电流。
该组合可包括控制电子设备，其包括控制器；控制电子设备可具有最大约920立方毫米(mm3；例如，918mm3)的体积，并且马达可具有最大约443，619mm3的体积(定子容积壳体包括端盖)。控制电子设备可具有最大约830克(g)的重量，马达可具有最大约4.6磅(lbs.；包括缠绕的定子、转子、轴、轴承及风扇)的重量，并且电池组可具有最大约6磅的重量。
在另一独立方面中，动力工具系统可总体上包括动力工具、电池组及控制器。动力工具可包括工具外壳、由工具外壳支撑的马达，马达包括可操作以驱动工具元件的输出轴，马达具有最大约80mm的标称外径，马达可操作以输出至少约2760瓦特(W)(约3.7hp)，以及电气连接至负载的工具端子。电池组可包括限定电池组的体积的电池组外壳(该体积为最大约2.9×106mm3)、由电池组外壳支撑的电池单元，电池单元电气连接并具有最大约80伏特的标称电压，以及可电气连接至工具端子以在电池组与动力工具之间传递电流的电池组端子。控制器可操作以控制电流的传递。
在又一独立方面中，电池组可包括外壳；设置于外壳内的第一电池单元；设置于外壳内的第二电池单元；以及开关，开关位于外壳的外部上，并且被配置为处于第一位置或第二位置，在第一位置中，第一电池单元电气连接至第二电池单元，在第二位置中，第一电池单元与第二电池单元电气断开。开关可被配置为在第一位置与第二位置之间滑动。当开关处于第一位置时，电池组可被配置为输出约80V的标称电压。当开关处于第一位置时，电池组可被配置为具有约等于或小于300瓦－小时的功率容量。
在再一独立方面中，电池组可大体包括外壳；位于外壳内的第一电池单元；位于外壳内的第二电池单元；以及开关，开关位于外壳的外部上，并且被配置为处于第一位置或第二位置，在第一位置中，第一电池单元电气连接至第二电池单元，在第二位置中，第一电池单元与第二电池单元电气断开。开关可包括电气连接至第一电池单元的第一端子、电气连接至第二电池单元的第二端子，被配置为当开关处于第一位置时接合第一端子及第二端子的导电部分，以及被配置为当开关处于第二位置时接合第一端子及第二端子中的至少一个的非导电部分。
在另一独立方面中，电池组可总体上包括限定孔径的外壳；位于外壳内的第一电池单元；位于外壳内的第二电池单元；以及开关，开关位于外壳的外部上，并且被配置为处于第一位置和第二位置，在第一位置中，第一电池单元与第二电池单元电气连接，在第二位置中，第一电池单元与第二电池单元电气断开。开关可包括板、支撑在板上并且被配置为当开关处于第二位置时插入孔径的凸形构件，以及使板偏离外壳的偏置构件。
在又一独立方面中，可提供用于电池组的接口。接口可总体上包括主体及沿着轴线延伸的导轨，导轨与主体之间限定空间，该空间具有靠近第一轴向位置的第一尺寸，以及位于不同的第二轴向位置处的不同的第二尺寸。
在再一独立方面中，电气组合可总体上包括电气装置、电池组以及控制器。装置可包括提供装置支撑部分的装置外壳，以及由装置外壳支撑的电路。电池组可包括提供电池组支撑部分以用于与装置支撑部分接合的电池组外壳，以及由外壳支撑的电池单元，可在电池组连接至装置时在电池单元与电路之间传递电力。装置支撑部分及电池组支撑部分中的一个可包括主体及沿着轴线延伸的导轨，导轨与主体之间限定空间，该空间具有靠近第一轴向位置的第一尺寸，以及位于不同的第二轴向位置处的不同的第二尺寸。装置支撑部分及电池组支撑部分中的另一个可包括可定位在第一轴向位置处的空间中的第一部分，以及可定位在第二位置处的空间中的第二部分。
在另一独立方面中，可提供用于电池组的闩锁机构。该机构可总体上包括闩锁构件，其可在闩锁位置与解锁位置之间移动，在闩锁位置中，闩锁构件可在电池组与电气装置之间接合以阻止相对移动，在解锁位置中，相对移动被允许，以及可配合闩锁构件操作的开关，当闩锁构件处于闩锁位置与解锁位置之间时，开关阻止电池组与电气装置之间的电力传递。
在又一独立方面中，可提供用于电池组的顶出器。顶出器可总体上包括可接合在电池组与电气装置之间的顶出构件；偏置构件，其可操作以使顶出构件朝向顶出位置偏置，其中施加力以使电池组与电气装置脱离接合；以及可配合顶出构件操作的开关，当顶出构件朝向顶出位置移动时，开关使装置的至少一部分停用。
在再一独立方面中，可提供用于电池组的双作用闩锁机构。该机构可总体上包括可操作地耦接至闩锁构件的主致动器，闩锁构件可在闩锁位置与解锁位置之间移动，在闩锁位置中，闩锁构件可在电池组与电气装置之间接合以阻止相对移动，在解锁位置中，相对移动被允许；以及次致动器，其可操作地耦接至主致动器，并且可在第一位置与第二位置之间移动，在第一位置中，次致动器阻止主致动器的操作，在第二位置中，次致动器允许主致动器的操作。
在另一独立方面中，电气组合可总体上包括电气装置、电池组以及主控制器。电气装置可包括装置外壳、由装置支撑并且包括输出轴的马达、电气连接至马达的装置端子，以及由装置外壳支撑并且可操作以控制马达的马达控制器。电池组可包括电池组外壳、由电池组外壳支撑的电池单元，电池单元电气连接，以及可电气连接至装置端子的电池组端子，以在电池组与电气装置之间传递电流。主控制器可在电池组与马达控制器之间进行通信以控制装置的操作。
在一些构造中，马达控制器可形成为具有马达的模块化单元。马达可包括马达外壳、由马达外壳支撑的定子，以及由马达外壳支撑的转子。马达控制器可由马达外壳支撑。
在又一独立方面中，可提供一种操作电池供电装置的方法。该方法可总体上包括确定电池组的放电能力；基于放电能力来设定放电电流阈值；以及基于电流阈值来控制装置的马达。该方法可包括在一时间间隔之后，确定电池组的放电能力；基于放电能力来设定不同的第二放电电流阈值；以及基于第二放电电流阈值来控制装置的马达。
在再一独立方面中，电动马达组件可总体上包括马达外壳；由外壳支撑的无刷电动马达；以及连接至外壳的印刷电路板(PCB)组件，该PCB组件包括散热器、耦接到散热器的第一侧的电力PCB，以及耦接到散热器的相对的第二侧并与马达呈面向关系的位置传感器PCB。
在一些构造中，位置传感器PCB可包括多个霍尔效应传感器。马达可包括支撑磁体的转子，霍尔效应传感器可操作以感测磁体的位置。在一些构造中，位置传感器PCB可包括含有多个霍尔元件的磁性编码器，磁性编码器使用霍尔元件直接确定转子的角度。
在再一独立方面中，电池组可包括外壳；由外壳支撑的多个电池单元；包括正功率端子、负功率端子，以及低功率端子的多个端子；将多个电池单元连接至低功率端子及负端子以输出第一电压的低功率电路；以及将多个电池单元连接至正功率端子及负端子以输出第二电压的功率电路，第二电压大于第一电压(例如，80V相较于5V)。
在一些构造中，低功率电路可包括变压器。电池组还可包括可操作以控制电池组的控制器，以选择性地输出第一电压及第二电压。
在另一独立方面中，可提供一种操作具有电池组的电池供电装置的方法。装置可包括装置外壳、由装置外壳支撑的负载，以及由装置外壳支撑的装置控制器。电池组可包括电池组外壳，以及由外壳支撑的多个电池单元。该方法可总体上包括从多个电池单元向装置供应第一电压以供电给装置控制器；以及从多个电池单元向装置供应第二电压以供电给装置。供应第一电压可包括利用变压器将多个电池单元的电压降至第一电压。
在又一独立方面中，电池组可总体上包括外壳；由外壳支撑的多个电池单元；控制器；包括有正功率端子、负功率端子及通信端子的多个端子，通信端子电气连接至控制器，并且可操作以在控制器与外部装置之间进行通信，通信端子与正功率端子及负功率端子隔离。
在一些构造中，外壳可包括支撑多个端子的端子块，正功率端子及负端子布置于第一列中，通信端子布置于与第一列隔开的第二列中。
在再一独立方面中，电动马达可总体上包括定子，其包括限定多个齿的芯体、设置于相应定子齿上的多个线圈，以及靠近芯体的端的端盖，端盖包括模制于端盖中的多个线圈接触板，以及与接触板分开且可连接至接触板的第一端子与第二端子，接触板使多个线圈的相对的一个短路；以及被支撑以相对于定子旋转的转子。
在另一独立方面中，电池组可总体上包括具有第一端及相对的第二端的外壳；在靠近第二端处由外壳支撑的至少一个电池单元，电池单元具有第一电池单元端子及第二电池单元端子；在靠近第一端处被支撑的端子块，端子块包括电气连接至第一电池单元端子的第一功率端子，以及电气连接至第二电池单元端子的第二功率端子；以及电气连接于第一电池单元端子与第一功率端子之间的电流感测电阻器，电流感测电阻器从靠近第二端处延伸至靠近第一端处。
在又一独立方面中，马达组件可总体上包括外壳；由外壳支撑的马达，马达包括含有线圈绕组的定子，以及被支撑以相对于定子旋转的转子；以及连接至定子的定子端盖，定子端盖包括环形载体，其限定位于面向定子的一侧中的圆周凹槽，多个肋部位于凹槽中、在凹槽中被支撑的线圈接触板，介于相邻线圈接触板之间的气隙由肋部来保持，线圈接触板连接至线圈绕组，以及在载体及被支撑的线圈接触板上模制的树脂层。
在再一独立方面中，可提供一种制造马达组件的方法。马达组件可包括外壳，以及由外壳支撑的马达，马达包括含有线圈绕组的定子，以及被支撑以相对于定子旋转的转子。该方法可总体上包括形成可连接至定子的定子端盖，形成包括模制环形载体，其限定位于面向定子的一侧中的圆周凹槽，凹槽中具有多个肋部、支撑凹槽中的线圈接触板，相邻线圈接触板之间具有由肋部保持的气隙，线圈接触板可连接至线圈绕组，以及在载体及被支撑的线圈接触板上使树脂层注塑成型。
在另一独立方面中，电气组合可总体上包括电气装置，电气装置包括装置外壳、由装置外壳支撑的电路，以及装置控制器；以及可连接至电气装置的电池组，电池组包括电池组外壳、由电池组外壳支撑的电池单元，可在电池单元与电路之间传递电力，以及电池组控制器。装置控制器及电池组控制器可被配置为经由成组的读取来进行通信，成组的读取包括电池组或电气装置的一组测量结果或状态。
在又一独立方面中，可提供一种用于操作电气组合的方法。电气装置可包括电气装置及电池组，电气装置包括装置外壳、由装置外壳支撑的电路，以及装置控制器，电池组可连接至电气装置，并且包括电池组外壳、由电池组外壳支撑的电池单元，可在电池单元与电路之间传递电力，以及电池组控制器。该方法可总体上包括经由成组的读取与装置控制器及电池组控制器进行通信，成组的读取包括电池组或电气装置的一组测量结果或状态。
通过详细描述及附图，本发明的其他独立方面将变得显而易见。
附图说明
图1A为包括电池组件、电子组件以及马达组件的电气组合的示意图。
图1B为图1A的电气组合的框图。
图2为包括图1A－图1B所示的电气组合的高功率电气系统的示图。
图3为图1A－图1B的动力工具系统的马达组件的透视图。
图4为大体沿着图3的线3－3截取的图3的马达组件的截面图。
图5为大体沿着图3的线4－4截取的图3的马达组件的截面图。
图6A为图3的马达组件的透视分解图。
图6B为图3的马达组件的侧视分解图。
图7为图3的马达组件的透视图，其中部分被移除。
图8为图3的马达组件的另一透视图，其中部分被移除。
图9为图3的马达组件的透视分解图，其中部分被移除。
图10为图3的马达组件的透视分解图，其中部分被移除。
图11为定子叠片的正视图。
图12为转子叠片的正视图。
图13为定子端盖的透视图。
图14为另一定子端盖的透视图，在其内包覆成型有线圈接触板。
图15为图14的定子端盖及线圈接触板的另一透视图，其以透明状态示出定子端盖。
图16为图15的线圈接触板的透视图。
图17为根据本发明的一个独立方面的定子端盖及线圈接触板端子的放大部分透视图。
图17A为根据本发明的另一方面的具有线圈接触板及可附接端子的定子端盖的透视图，其以透明状态示出定子端盖。
图17B为根据本发明的一个实施方式的线圈接触板的制造示意图。
图17C为根据本发明的另一独立实施方式的线圈接触板及可附接端子的制造示意图。
图18为图3的马达组件的马达外壳的透视图。
图19为图18的马达外壳的另一透视图。
图20为图18的马达外壳的正视图。
图21为图18的马达外壳的后视图。
图22为沿着图3的线22－22截取的图3的马达组件的转子位置感测组件的放大截面图。
图23为图3的马达组件的风扇的透视图。
图24为图23的风扇的另一透视图。
图25为根据本发明的另一独立方面的图3的马达组件的风扇的透视图。
图26为根据一个独立实施方式的高功率工具系统的电流、效率、速度及功率与马达输出转矩的关系的曲线图。
图27为根据另一独立实施方式的高功率工具系统的电流、效率、速度及功率与马达输出转矩的关系的曲线图。
图28为图1A-图1B的动力工具的框图。
图29为图1A-图1B的动力工具的逆变桥的框图。
图30为图1A-图1B的动力工具的印刷电路板的透视图。
图31为图1A-图1B的动力工具的端子块的平面图。
图32为根据一些实施方式的图1A-图1B的电池组的俯视透视图。
图33为图32的电池组的仰视透视图。
图34为图32的电池组的俯视平面图。
图35为图32的电池组的仰视平面图。
图36为图32的电池组的正视平面图。
图37为图32的电池组的后视平面图。
图38为图32的电池组的侧视平面图。
图39为图32的电池组的侧视平面图。
图40为图32的电池组的分解图。
图41为图32的电池组的截面图。
图42为根据一些实施方式的图1A-图1B的电池组的俯视透视图。
图43为图42的电池组的仰视透视图。
图44为图42的电池组的俯视平面图。
图45为图42的电池组的仰视平面图。
图46为图42的电池组的正视平面图。
图47为图42的电池组的后视平面图。
图48为图42的电池组的侧视平面图。
图49为图42的电池组的侧视平面图。
图50为图42的电池组的分解图。
图51为图42的电池组的截面图。
图52为图1A-图1B的电池组的端子块的平面图。
图53为图1A-图1B的电池组的框图。
图54为根据一些实施方式的通信协议方法的流程图。
图55为根据一些实施方式的通信协议方法的流程图。
图56为图53的低功率产生器的低电流供应电路的简化框图。
图57为图53的低功率产生器的高电流供应电路的简化框图。
图58为图57的高电流供应电路的启动电路的简化框图。
图59为管理动力工具状态的方法的状态图。
图60为操作图53的低功率产生器的方法的流程图。
图61为图1A-图1B的电池组的放电能力的曲线图。
图62为基于放电信息操作图1A-图1B的马达的方法的流程图。
图63A至图63B为图1A-图1B的电池组的透视图，示出了开关。
图64A至图64B为图63A至图64B的开关的透视图。
图65为图1A-图1B的电池组的电流感测电阻器的透视图。
图66为根据一个独立实施方式的图42的电流感测电阻器的温度与图1A-图1B的电池组的放电时间的关系的曲线图。
图67为电池监测电路的框图。
图68为可替代电池监测电路的框图。
图69为使用共享内部集成电路总线的电池监测电路的框图。
图70A至70B为使用多路复用器及共享内部集成电路总线的电池监测电路的框图。
图71为使用多个内部集成电路总线的电池监测电路的框图。
图72为使用串行外设接口的电池监测电路的框图。
图73为图1A-图1B的动力工具的电池接收部分的截面侧视图。
图74为图1A-图1B的电气组合内的功率区的简化示意图。
图75为高功率电气组合的示意图。
图76为工具或装置的状态图。
图77为根据一些实施方式的马达组件的透视图，其示出从马达组件的其余部分分解的PCB组件。
图78为图77的PCB组件的透视图，其中部分被移除。
图79为根据一些实施方式的端盖的透视图，在其内包覆成型有线圈接触板。
图80为图79的端盖及线圈接触板的正视图，其以透明状态示出端盖。
图81为图79的线圈接触板的透视图。
图82为根据一些实施方式的马达组件的透视图。
图83为图82的马达组件的另一透视图。
图84为图82的马达组件的分解透视图。
图85为图82的马达组件的定子端盖的透视图，在其内包覆成型有线圈接触板。
图86为图85的定子端盖的分解透视图。
图87为大体沿着图82中的线87－87截取的图82的马达组件的部分截面图。
图88为图82的马达组件的转子叠片的正视图。
具体实施方式
在详细解释本发明的任何独立实施方式之前，应理解，本发明的应用不限于以下说明中所阐述或附图中所示的结构细节及部件布置。本发明能够实现其他独立实施方式，并且能够以各种方式实践或实行。
本文所使用的“包括”与“包含”及其变体的使用旨在涵盖其后所列的项目及其等同物以及附加项目。本文所使用的“由...所组成”及其变体的使用旨在仅涵盖其后所列的项目及其等同物。
本领域技术人员将理解与数量或条件结合使用的相对术语(例如“约”、“大约”、“大体上”等)包括特定值，并且具有上下文所指示的含义(例如，该术语至少包括与特定值的测量相关的误差程度、与特定值相关的公差(例如，制造、组装、使用等)等)。此类术语还应视为公开由两个端点的绝对值所定义的范围。例如，表述“从约2到约4”也公开范围“从2到4”。相对术语可意指为指示值的加或减一百分比(例如，1％、5％、10％或更多)。
同样，本文中所述如由一个部件执行的功能可由多个部件以分布式方式执进行。同样地，由多个部件执行的功能可合并并由单个部件执行。类似地，描述为执行特定功能的部件还可执行本文中未描述的附加功能。例如，以某一方式“配置”的装置或结构至少采用该种方式来配置，但还可采用未列出的方式来配置。
进一步地，本文中所述的一些实施方式可包括一个或多个电子处理器，其被配置为通过执行非暂时性计算机可读介质中储存的指令来执行所述功能。类似的是，可将本文中所述的实施方式实施成非暂时性、计算机可读介质，其储存可由一个或多个电子处理器执行以执行所述功能的指令。本文所使用的“非暂时性计算机可读介质”包含所有计算机可读介质，但非由暂时性、传播信号所组成。因此，非暂时性计算机可读介质例如可包括硬盘、CD－ROM、光学储存装置、磁性储存装置、ROM(只读存储器)、RAM(随机存取存储器)、暂存器存储器、处理器快速缓冲贮存区或以上的任何组合。
所述模块及逻辑结构中有许多能够在由微处理器或类似装置所执行的软件中实现或在使用各种部件(例如，包括专用集成电路(ASIC))的硬件中实现。如“控制器”及“模块”之类的术语可包括或意指为硬件和/或软件两者。大写用语符合惯例，并且有助于使本说明与编码示例、等式和/或附图相关。然而，使用大写并未暗指特定意义，也不应单纯地因使用大写而推断特定意义。因此，权利要求书不应限于特定示例或术语，或限于任何特定硬件或软件实现、或软件或硬件的组合。
图1A至图1B示出了电气组合10的简化框图。组合10包括高功率直流电气装置(例如，动力工具)系统14，其包括电源(例如，电池组件18)、互连件20(例如，端子、导体、开关等)、电子组件22(例如，控制、切换式场效应晶体管(FET)、触发器等)、马达组件26。如下文更详细解释的，高功率直流工具系统14在手持动力工具的封装限制(例如，重量、体积等)内利用直流电源来实现高功率输出。
图2示出高功率电气系统1000，其包括结合高功率电气组合10的各种高功率电气装置。例如，系统1000包括手持装置(即，被配置为在使用期间由操作员支撑的装置)及非手持装置(即，在使用期间在工作表面或支撑件上被支撑而非由操作员支撑的装置)。此类装置包括机动动力工具(例如，钻、冲击驱动器、冲击扳手、转动锤、锤钻、锯(圆锯、切割锯1010、往复锯、斜切锯1014、台锯1018等)、核心钻1022、破碎机1026、拆卸锤、压缩机1030、泵等)、户外工具(例如，链锯1034、线式修剪机、树篱修剪机、鼓风机、割草机等)、排水清洁及管路工具、施工工具、混凝土工具、其他机动装置(例如，车辆、手推车(utility cart)，轮式和/或自推式工具等)等，以及非机动电气装置(例如，电源1038、灯1042、交流(AC)/直流(DC)适配器1046、发电机等)。
参照图3至图6B，马达组件26包括马达外壳30、置于马达外壳30内的马达34、风扇38，以及转子位置感测组件42。马达34包括定子46及至少部分地置于定子46内的转子50。在2017年2月13日提交的美国临时专利申请号62/458，367及2018年2月12日提交的美国专利申请号15/894，386中描述及示出了一种类似马达，其全部内容通过引用方式并入本文。
参照图3至图6B及图18至图21，马达外壳30包括至少部分容纳马达34的圆柱形部分54。安装凸台58沿着圆柱形部分54设置，紧固件延伸穿过安装凸台58以将端盖(例如，PCB组件、外壳端盖等)互连至马达外壳30。另外，安装凸缘62从圆柱形部分54径向延伸，并且被配置为接收用于固定马达外壳30的附加紧固件。马达外壳30还包括与圆柱形部分54同轴并与圆柱形部分54轴向隔开的毂部分66、从圆柱形部分54的前端74轴向延伸的柱体70，以及将毂部分66互连至柱体70的径向延伸辐条78。窗口82从风扇38径向向外形成在圆柱形部分54的后端86中。
参照图5及图18至图21，马达外壳30的圆柱形部分54还包括在圆柱形部分54的整个长度延伸的径向向内延伸肋部90，各对相邻肋部90之间限定通道94。当马达34插入马达外壳30时，马达34上的对应肋部98可滑动地接收在圆柱形部分54中限定的相应通道94内，从而使马达34相对于马达外壳30旋转地定向。另外，马达外壳30包括在圆柱形部分54的整个长度延伸的径向向内延伸支撑肋102，其接触并支撑定子46。
特别参照图5至图10，定子46包括堆叠在一起以形成定子芯110(即，定子堆叠)的多个单独定子叠片106。如上所述，定子46在外圆周表面114上包括径向向外延伸肋部98，其延伸定子芯110的整个长度。相邻肋部98限定凹型通道118，其对应于由马达外壳30所限定的通道94，紧固件延伸穿过通道94。另外，定子46包括平行于肋部98延伸并且从肋部98旋转地偏移的凹口122，在下面说明其用途。
参照图11，各定子叠片106包括轭部124(俗称为缘体、护铁等)，其具有多个径向向外延伸突起物98’(图11)，当叠片106堆叠在一起时，突起物98’共同限定肋部98。各定子叠片106还包括在轭部124的外表面上限定的凹口122’，当叠片106堆叠在一起时，凹口122’共同限定凹口122。当叠片106堆叠在一起时，定子46还包括向内延伸定子齿126及各对相邻定子齿126之间所限定的槽体130。在所示实施方式中，定子叠片106包括六个定子齿126，限定了六个定子槽体130。
定子46还包括至少部分地置于槽体130内的定子绕组134。在所示实施方式中，定子绕组134包括采用三相、并联三角形配置连接的六个线圈134A至134F。在替代实施方式(未示出)中，线圈134A至134F可采用替代配置(例如，串联、三角形等)连接。绝缘构件138(图9)设置于各槽体130内，以使定子齿126与定子绕组134绝缘。定子绕组134利用连续(即单线材)精密缠绕工艺绕着定子芯110缠绕，这导致将槽体130填充到至少46％的值。在一些实施方式中，槽体填充可至少为48％。
在一些实施方式(即，50mm定子堆叠长度220)中，定子绕组134具有约1.2mm的线规。在一些实施方式中，定子绕组134的三角形、线间电阻是在约10mΩ至约16mΩ的范围内。在其他实施方式中，定子绕组134的三角形、线间电阻约为13mΩ。定子绕组134的并联电阻(即，两个并联线圈的电阻)是在约23.4mΩ与约28.6mΩ的范围内。在一些实施方式中，定子绕组134的并联电阻约为26mΩ。
在其他实施方式(例如，25mm定子堆叠长度220)中，定子绕组134具有约0.72mm的线规(即，21AWG)。在一些实施方式中，定子绕组134的三角形、线间电阻是在约78mΩ至约98mΩ的范围内。在其他实施方式中，定子绕组134的三角形、线间电阻约为88mΩ。定子绕组134的并联电阻(即，两个并联线圈的电阻)是在约118.8mΩ与约145.2mΩ的范围内。在一些实施方式中，定子绕组134的并联电阻约为132mΩ。
定子46包括邻近定子芯110的前端146的前端盖142、及邻近后端154的后端盖150。参照图7至图9及图13至图14，各端盖142、150包括缘体部分158、及从缘体部分158径向向内延伸的端盖齿162。端盖齿162包括支撑相应定子线圈绕组134的凸起166。定子绕组134还由前端盖142上形成的凸缘168在相邻定子齿126之间导引。
各端盖142、150另外包括从缘体部分158横向延伸的突片170，各突片170包括接收在定子芯110上形成的对应凹口122中的径向向内延伸凸起174，以相对于定子芯110旋转地对准各端盖142、150。前端盖142包括与定子芯110中的通道118对准的凹型凹口178，紧固件延伸穿过通道118。同样地，后端盖150包括与定子芯110中的通道118对准的凹型凹口182。
参照图14至图16，定子46包括包覆成型于前端盖142中的线圈接触板186A、186B、186C(在本文中还可交换地称为线圈接触板186)。在组装定子46期间，定子绕组134绕着定子齿126与端盖齿162缠绕，并且线圈接触板186使对角相对的成对线圈绕组134(例如，134A与134D、134B与134E、134C与及134F)短路。
参照图15至图16，线圈接触板186大体呈半圆形的形状并且交错(staggered)以避免相邻线圈接触板186之间的接触。各线圈接触板186包括第一端子190、及与第一端子190对角相对的第二端子194。在所示实施方式中，端子190、194置于由前端盖142上的凸缘168所形成的槽体198内。定子绕组134连接至端子190、194上形成的勾扣202(图7)。线圈接触板186A、186B、186C的端子190、194分别连接至逆变桥410的U、V、W相位。
在一些实施方式中，线圈接触板186经由端子190、194直接电气耦接至印刷电路板。在其他实施方式中，线圈接触板186可由引线连接至印刷电路板。例如，可将引线连接至第一端子190(例如：连接至第一端子190中的孔洞206)，并且引导(routed)到动力工具外壳内的PCB。
在一些实施方式中，前端盖142及后端盖150可与定子芯110分开制造，使用突片170及凹口122相对于定子芯110定位，然后由完成的线圈绕组134固定至定子芯110。在此实施方式中，线圈接触板186可使用例如嵌件成型(insert molding)工艺由前端盖142包覆成型。
在其他实施方式(未示出)中，可例如使用注塑成型工艺将定子芯110及线圈接触板186嵌件成型在一起。在此实施方式中，限定各端盖142、150的模具材料还可覆盖定子芯110的前端146及后端154中的一个或多个定子叠片106。
在两个实施方式中，因为线圈接触板186模制于前端盖142内，所以将线圈接触板186附接至端盖142的单独手段并非必要。线圈接触板186的整个圆周长度在包含端盖142的非导电模具材料内是绝缘的，所以如果马达34暴露至湿润或潮湿环境中，则线圈接触板186腐蚀的可能性降低。
参照图17，在一些实施方式中，嵌入式定子线圈接触板186包括可附接端子210。具体地，在线圈接触板186已嵌入端盖142内之后，可将可附接端子210固定至线圈接触板186。有利地，对于给定应用，可适当地选择可附接端子210的尺寸(例如，厚度)、形状(例如，勾扣尺寸)、材料等。换句话说，对于需要更大电流值的应用，可能需要具有更大勾扣尺寸的更厚的端子。另外，使端子210与线圈接触板186分开会减少经由冲压制造线圈接触板时浪费的材料量。端子210可通过例如焊接或熔接工艺耦接至线圈接触板186。
参照图17A，示出了根据另一实施方式的定子端盖142B。定子端盖142B包括三个嵌入式线圈接触板186B(即，总线)及六个端子190B、194B。具体地，三个等同的接触板186B包覆成型于定子端盖142B内，并且例如可约为1.0mm厚。
在模制工艺之后，端子190B、194B通过例如熔接工艺联结至接触板186B。特别地，端子190B、194B在连接部分195处连接至接触板186B。在所示实施方式中，相邻连接部分195在位于内表面196上与位于外表面197上之间交替，以使所有端子190B、194B都能够位于相同径向位置。端子190B、194B包括三个短端子190B及三个长端子194B(例如，在约1.3mm与约1.5mm之间)。如上所述，端子190B、194B的尺寸范围可符合各种设计要求。
参照图17B及图17C，线圈接触板(例如186)及端子(例如190、194)可例如通过金属冲压工艺制造。参照图17B，线圈接触板186可由单件材料211冲压而成。单件材料211可包括约3190平方毫米(mm2)的面积，并且线圈接触板186可包括约768mm2的面积。这导致约76％的材料报废率。
参照图17C，线圈接触板186B由第一件材料211B冲压而成，并且两个端子190B、194B各自单独地冲压。用于制造线圈接触板186B、短端子190B及长端子194B所需的总材料需求量约为1310mm2，并且所产生的部件的总面积约为840mm2。这导致约36％的材料报废率。
此外，由于可调整单独部件的厚度，因此利用图17C的设计可进一步增加材料节省程度。例如，线圈接触板186B可为约1mm厚，而端子194B则可为约1.3mm至约1.5mm厚。相反，图17B的单件设计由于使用单件材料211而为均匀厚度。
特别参照图4至图5及图10，转子50包括堆叠在一起以形成转子芯226的单独转子叠片222。转子轴230穿过转子叠片222中的中心孔234而定位。转子轴230至少部分由置于毂部分66内的轴承238(图22)支撑。转子轴230限定转子50的旋转轴线232。
转子叠片222包括非圆形外圆周242，以及多个槽体246，永久磁体250接收在槽体246中(图5中仅展示其中之一)。在所示实施方式中，转子50为内部永久磁体(IPM)型转子(俗称为埋入式磁体型转子)。在所示实施方式中，多个槽体246还包括位于槽体246的端处的空气屏障254(即，磁通屏障(flux barrier))。除了改善转子50的磁性特性以外，空气屏障254还可容纳粘附剂以辅助永久磁体250留存在槽体246内。
继续参照图6B及图11，定子46限定至少70mm的外径214。在一些实施方式中，外径214介于约70mm与约100mm之间。在一些实施方式中，外径214约为80mm。在其他实施方式中，外径214可约为85mm、90mm或100mm。
参照图4，定子46限定长度218，其范围在约78mm至约98mm内。在一些实施方式中，长度218约为88mm(例如，介于约87.8mm与约88.8mm之间(88.3mm))。定子芯110限定长度220，其范围在约40mm至约80mm内。在一些实施方式中，定子芯110的长度220约为50mm(例如，介于约49.7mm与约50.7mm之间(50.2mm))。
定子46(即，定子芯110、端盖142、150、及线圈134)的总重量是在约2.62磅与约2.82磅的范围内。在一些实施方式中，定子46的总重量为约2.72磅。
定子叠片106本身限定一体积，其范围在约112.45立方厘米(cm3)与约132.45cm3内。在一些实施方式中，定子叠片106本身限定约122.45cm3的体积。定子芯110进一步限定圆柱形容积壳体(envelope)，其包括定子叠片106，其范围在约242，200mm3与约262，200mm3内。在一些实施方式中，定子芯110限定圆柱形容积壳体，其包括约252，200mm3的定子叠片106。定子46限定圆柱形容积壳体，其包括定子叠片106及端盖142、140，其范围在约433，600mm3与约453，000mm3内。在一些实施方式中，定子46限定圆柱形容积壳体，其包括约443，000mm3的定子叠片106及端盖142、140。
继续参照图4及定子芯110长度220为约50mm的实施方式，转子50限定外径258，其范围在约30mm与约50mm内。在一些实施方式中，外径258约为39.1mm。参照图4，转子芯226限定长度262，范围在约40mm至约80mm内。在一些实施方式中，转子芯226的长度262约为50mm。在一些实施方式中，转子芯226的长度262等于定子芯110的长度220。转子50进一步限定从磁体274到转子芯226的端的约为81.45mm的长度263。另外，转子50限定从磁体274到风扇38的背部的约为105.2mm的长度264。
转子50的总重量(即，转子芯226、磁体250、转子轴230、轴承238及风扇38的重量)是在约1.68磅与约2.08磅的范围内。在一些实施方式中，转子50的总重量约为1.88磅。转子芯226的重量是在约0.6磅至约1.0磅的范围内。在一些实施方式中，转子芯226的重量约为0.8磅。另外，转子叠片222本身限定一体积，其范围在约34.02cm3至约36.02cm3内。在一些实施方式中，转子叠片222本身限定约35.02cm3的体积。
在一个替代实施方式中，定子46限定长度218，其范围在约53mm至约73mm内。在一些实施方式中，长度218约为63mm(例如，介于约62.8mm与约63.8mm之间(63.3mm))。定子芯110限定长度220，其范围在约15mm至约35mm内。在一些实施方式中，定子芯110的长度220约为25mm(例如，介于约24.7mm至约25.7mm之间(25.2mm))。
定子46(即，定子芯110、端盖142、150、及线圈134)的总重量是在约1.26磅与约1.46磅的范围内。在一些实施方式中，定子46的总重量约为1.36磅。
定子叠片106本身限定一体积，其范围在约51.25cm3与约71.25cm3内。在一些实施方式中，定子叠片106本身限定约61.25cm3的体积。定子芯110进一步限定圆柱形容积壳体，其包括定子叠片106，其范围在约116，600mm3与约136，600mm3内。在一些实施方式中，定子芯110限定圆柱形容积壳体，其包括约126，600mm3的定子叠片106。定子46限定圆柱形容积壳体，其包括定子叠片106及端盖142、140，其范围在约308，000mm3与约328，000mm3内。在一些实施方式中，定子46限定圆柱形容积壳体，其包括约318，000mm3的定子叠片106及端盖142、140。
继续参照定子芯110长度220约为25mm的替代实施方式，转子50限定外径258，其范围在约30mm与约50mm内。在一些实施方式中，外径258约为39.1mm。参照图4，转子芯226限定长度262，其范围在约15mm至约35mm内。在一些实施方式中，转子芯226的长度262约为25mm。在一些实施方式中，转子芯226的长度262等于定子芯110的长度220。转子50进一步限定从磁体274到转子芯226的端的约为56.45mm的长度263。另外，转子50限定从磁体274到风扇38的背部的约为80.2mm的长度264。
转子50的总重量(即转子芯226、磁体250、转子轴230、轴承238及风扇38的重量)是在约0.84磅与约1.04磅的范围内。在一些实施方式中，转子50的总重量约为0.94磅。转子芯226重量是在约0.3磅至约0.5磅的范围内。在一些实施方式中，转子芯226的重量约为0.4磅。
另外，转子叠片222本身限定一体积，其范围在约16.51cm3至约18.51cm3内。在一些实施方式中，转子叠片222本身限定约17.51cm3的体积。
参照图3及图22，转子位置传感器组件42包括印刷电路板(PCB)266、霍尔效应阵列传感器270(即，霍尔效应编码器)、以及磁体274。PCB 266包括第一侧278及相对的第二侧282。PCB 266包括三个安装凸件(lobe)286及突片290，其用于正确定向PCB 266。具体地，PCB 266被接收在马达外壳30的毂部分66中形成的凹口294内。凹口294限定用以接收突片290的槽体298，以使转子位置传感器组件42仅能够以正确定向安装。
继续参照图22，磁体274为具有两个磁极的实心圆形磁体(即，一半上有北极274A且另一半上有南极274B)。磁体274经由耦接器302安装至转子轴230。在一些实施方式中，可将磁体274模制或按压到转子轴上。霍尔效应阵列传感器270安装于PCB 266的第一侧278上，与磁体274呈面向关系。特别地，霍尔效应阵列传感器270安装成与磁体274对准并间隔开。换句话说，霍尔效应阵列传感器270相对于磁体274同轴地安装。
连接端子306设置于PCB 266的第二侧282上，其传输由霍尔效应阵列传感器270产生的、指示转子50的位置的信号。在所示实施方式中，霍尔效应阵列传感器270为具有绝对位置检测能力的非接触传感器。换句话说，传感器270可用于确定转子50的绝对旋转位置(即，介于0度与360度之间的一位置)。
参照图6A至图6B及图23至图24，风扇38耦接至转子轴230以用于与其一起旋转。特别地，配件310绕着转子轴230安装，并且配件310将风扇38耦接至转子轴230。风扇38包括中央孔314、中间脊318，以及外圆周边缘322。第一组肋部326在中央孔314与中间脊318之间延伸，并且第二组肋部330(即，风扇叶片)从中间脊318延伸至外圆周边缘322。第一组肋部326还延伸穿过风扇38的后表面332(图24)。参照图25，在其他实施方式中，马达组件26可包括具有单组风扇叶片330B的风扇38B。
参照图26，示出了两个高功率直流工具系统14的电流334、效率338、速度342及马达功率输出346的实验结果。所示结果针对高功率直流工具系统14的两个实施方式，其中定子46的直径214约为80mm，而定子芯110的长度220约为50mm。在一些实施方式中，马达组件26(具有约为50mm的定子堆叠长度220)的峰值功率输出是在约5，000W与约8，000W的范围内。在一些实施方式中，对于单串电池单元布置(即蓝色迹线)，马达组件26的峰值功率约为5，400W。在其他实施方式中，对于双并联串电池单元布置(即，绿色迹线)，马达组件26的峰值功率约为7，500W。在一些实施方式中，马达组件26(具有约为50mm的定子堆叠长度220、及1.2mm线材的19个线圈匝)的峰值功率在约106英寸－磅下约为16，000W，其中堵转转矩约为158英寸－磅、峰值效率在34英寸－磅下约为88％、以及空载速度为29，000RPM。
参照图27，示出了两个高功率直流工具系统14的电流334、效率338、速度342、及马达功率输出346的实验结果。所示结果针对高功率直流工具系统14的两个实施方式，其中定子46的直径214约为80mm，而定子芯110的长度220约为25mm。在一些实施方式中，马达组件26(具有约为25mm的定子堆叠长度220)的峰值功率输出是在约2，000W与约4，000W的范围内。在一些实施方式中，对于单串电池单元布置(即蓝色迹线)，马达组件26的峰值功率约为2，800W。在其他实施方式中，对于双并联串电池单元布置(即，绿色迹线)，马达组件26的峰值功率约为3，500W。在一些实施方式中，马达组件26(具有约为25mm的定子堆叠长度220、及0.7mm线材的54个线圈匝)的峰值功率在约43英寸－磅下约为4，500W，其中堵转转矩约为75英寸－磅、峰值效率在14英寸－磅下约为87％、以及空载速度为20，000RPM。
图28为组合10的一个实施方式的简化框图，其示出电子组件22及马达组件26。电子组件22包括第一控制器402、第二控制器406、逆变桥410，以及触发器组件414。如上关于图3至图6B所述，马达组件26包括马达34及转子位置传感器组件42。电子组件22还可包括附加使用者输入(未示出)，例如模式选择器开关、速度拨盘、离合器设定单元等。在一些实施方式中，除了触发器组件414之外或代替触发器组件414，电子组件22可包括电力开关(未示出)。
可在第一控制器402与第二控制器406之间划分组合10的功能。例如，第一控制器402可以是组合10的主控制器，而第二控制器406则是控制组合10的一个或多个应用的应用控制器。在一些实施方式中，第二控制器406可以是控制逆变桥410及马达34的操作的马达控制器，而第一控制器402可以是对组合10执行其他功能的主控制器。通过分布高电容与高功率组合10的功能负载，并且通过特别地使马达控制功能与第一控制器402分离，在第一控制器402及第二控制器406中分布热负载。这种热分布由此降低组合10的热特征。
在一些实施方式中，将第一控制器402和/或第二控制器406实施成具有单独存储器的微处理器。在其他实施方式中，可将第一控制器402和/或第二控制器406实施成微控制器(在同一晶片上具有存储器)。在其他实施方式中，可将第一控制器402和/或第二控制器406部分地或完全地实施成例如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、以硬件实施的状态机等，从而可能不需要或修改存储器。
在一些实施方式中，第二控制器406及马达组件26可以是单个马达封装体的部分。此马达封装体为未来应用提供模块性。例如，可在组合10中组装、及由单个第一控制器402控制多个马达封装体，其各包括马达组件26及第二控制器406。
可在第一控制器402与第二控制器406之间实施通信协议，以便维持组合10的不间断操作。在一个示例中，第一控制器402及第二控制器406可通过通信总线418(诸如串行外设接口(SPI)总线)进行通信。第一控制器402及第二控制器406可被配置为使得第一控制器402与第二控制器406以某一时间间隔交换通信。该时间间隔例如，可介于3毫秒(ms)至15ms之间。第一控制器402还可通过通信链路422与电池控制器通信，这将在下面描述。
如上所述，在一些实施方式中，第二控制器406通过逆变桥410控制马达34的操作。参照图28，第一控制器402通信性耦接至触发器组件414。触发器组件414例如可包括电位计、距离传感器等，以确定及提供触发器拉至第一控制器402的距离的指示。第一控制器402读取及处理触发器信息，并且向第二控制器406提供触发器信息。第二控制器406通信性耦接至转子位置传感器组件42。如上所述，转子位置传感器组件42提供转子50的绝对旋转位置和/或转子50的旋转速度。第二控制器406基于接收来自第一控制器402的信号(即，触发器信息)及转子位置传感器组件42的信号，通过逆变桥410执行马达34的开环或闭环控制。在一些实施方式中，第一控制器402及第二控制器406通信性耦接至转子位置传感器组件42，以提供用于监测旋转速度的冗余。
参照图29，逆变桥410控制对动力工具14的三相(例如，U、V及W)马达34的供电。逆变桥410包括用于马达34的各相位的栅极驱动器426、高侧FET 430及低侧FET 434。高侧FET430及低侧FET 434由对应的栅极驱动器426来控制。
在一些实施方式中，逆变桥410的每个相位可包括超过一个高侧FET 430及超过一个低侧FET 434，以便为各相位提供冗余电流路径。虽然图29仅示出栅极驱动器426、高侧FET 430及低侧FET 434构成的一组，逆变桥410仍包括三组栅极驱动器426、高侧FET 430及低侧FET 434，马达34的各相位各有一组。
高侧FET 430在高侧FET 430的漏极处接收电池电力供应。高侧FET 430的源极连接至马达34(例如，马达34的线圈134)，以在高侧FET 430闭合时向马达34提供电池电力供应。换句话说，高侧FET 430连接于电池电源供应器与马达的线圈134之间。
低侧FET 434的漏极连接至马达34(例如，马达34的线圈134)，并且低侧FET 434的源极连接至接地。换句话说，低侧FET 434连接于马达的线圈134与接地之间。低侧FET 434在闭合时于马达的线圈134与接地之间提供电流路径。
当FET 430、434闭合(或接通(ON))时，FET 430、434允许电流流经相线圈134。相反，当FET 430、434打开(或断开(OFF))时，FET 430、434防止电流流经相线圈134。FET 430、434的特征在于较高漏极－源极击穿电压(例如，介于120V至210V之间)、较高连续漏极电流(例如，介于50A至90A之间)、较高脉冲漏极电流(例如，超过300A)、以及介于3毫欧(mΩ)与15mΩ之间的漏极－源极导通电阻(RDS(on))。
相反，此类高电压及电流特性并未评定现有动力工具中使用的FET。因此，现有动力工具将无法处理此类高电流及电压特性。
栅极驱动器426向FET 430、434提供栅极电压，以控制FET 430、434打开或闭合。栅极驱动器426从电池组18接收操作电力供应(例如，低压电力供应)。栅极驱动器426还从第二控制器406接收控制信号，高侧电流路径及低侧电流路径各一个控制信号。栅极驱动器426基于接收来自第二控制器406的控制信号，向FET 430、434提供控制栅极电压(例如，来自低压电力供应)。
在一些实施方式中，第二控制器406及栅极驱动器426仅可控制低侧FET434以操作马达34。在其他实施方式中，第二控制器406及栅极驱动器426仅可控制高侧FET 430以操作马达34。在其他实施方式中，第二控制器406及栅极驱动器426在控制高侧FET 430与低侧FET 434之间交替，以操作马达34并在FET 430、434之间分布热负载。
在一些实施方式中，逆变桥410还可包括设置在电流路径中的电流传感器(未示出)，以检测流到马达的电流。电流传感器的输出被提供到第二控制器406。第二控制器406可进一步基于电流传感器的输出来控制马达34。
参照图28，放电开关438设置在介于组合10的功率端子与逆变桥410之间的电流路径上。放电开关438可使用例如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)来实施。当放电开关438打开时，电流在功率端子与逆变桥410之间停止流动。当放电开关438闭合时，电流在功率端子与逆变桥410之间重新开始流动。
放电控制器442控制放电开关438(即，使放电开关438打开及闭合)。放电控制器442可以是逻辑电路、以硬件实施的状态机、电子处理器等。放电控制器442从第一控制器402、第二控制器406及触发器接收输入，并且向放电开关438提供控制信号。放电控制器442还可向第一控制器402提供状态指示，指示放电开关438是打开或闭合。
可考虑多种技术，以使用放电开关438来实施动力工具14的放电控制方案。在一个示例中，放电控制器442可以是与门，其实施具有来自第一控制器402、第二控制器406及触发器组件414的输入的确定系统。只有当触发器、第一控制器402及第二控制器406提供用以使放电开关438闭合的控制信号时，放电控制器442才可使放电开关438闭合。
在一些实施方式中，使放电开关438闭合以在触发器操作并且第一控制器402及第二控制器406准备好进行操作时操作马达34可能是期望的。在这些实施方式中，只有当放电控制器442从触发器、第一控制器402及第二控制器406接收用以使放电开关438闭合的信号时，放电控制器442才可使放电开关438闭合。因此，当第一控制器402及第二控制器406其中一者因检测到问题而产生中断时，或者当触发器被释放时，放电控制器442才使放电开关438打开以防止电流流至逆变桥410。在一些实施方式中，当第一控制器402或第二控制器406检测到过电压状况、过电流状况、过热状况等时，第一控制器402或第二控制器406可产生或终止到放电控制器442的信号，以打开放电开关438。
图30示出了包括电子组件22的动力工具14的印刷电路板(PCB)组件446。散热器450设置在PCB组件446上，以吸收由电子组件22所消散的任何热。
第一控制器402、第二控制器406、逆变桥410、放电控制器442限定组合10的功率电子设备。功率电子设备可分布在装置外壳内。功率电子设备一起限定范围在约120mm至约220mm内的长度、范围在约65mm至约120mm内的宽度、以及范围在约35mm至约65mm内的高度。功率电子设备一起具有范围在约7，800mm2至约26，400mm2内的面积、以及范围在约273，000mm3至约1，716，000mm3内的体积。
参照图31，工具端子块454包括正功率端子458、接地端子462、低功率端子466、正传输端子470、负传输端子474、正接收器端子478、以及负接收器端子482。正功率端子458及接地端子462连接至电池组18的功率端子(即，正电池端子及接地端子)，以接收用于操作组合10的主放电电流。低功率端子466从电池组18的低功率端子接收低功率电压供应，以供电给该工具的某些功能。于2017年3月24日提交的美国临时专利申请号62/475，951、及2018年3月23日提交的美国专利申请号15/934，798中描述及示出了一种类似端子布置结构，其全部内容通过引用方式并入本文。
正传输端子470、负传输端子474、正接收器端子478、负接收器端子482可一起称为组合10的“通信端子”。通信端子允许在电池组18与动力工具14之间进行差分通信。在其他实施方式中，工具通信端子遵循全双工标准(例如，RS485标准)。
返回参照图28，正功率端子458及接地端子462电气耦接至逆变桥410，并且提供电流路径以操作马达34。可例如通过动力工具收发器(未示出)，将通信端子(即，正传输端子470、负传输端子474、正接收器端子478及负接收器端子470)耦接至第一控制器402。通信端子在第一控制器402与电池组控制器之间提供通信链路422。
图74示出了动力工具14的功率区的简化示意图。动力工具14例如包括第一功率区970及第二功率区974。
第一功率区970可以是空闲功率区，其包括第一低压差(LDO)调节器978、第二LDO调节器982、以及第一多个电容器。第一LDO调节器978、第二LDO调节器982及第一多个电容器向第一功率区970中的部件提供电力供应。第一功率区970可仅包括通常需要恒通的部件。例如，第一功率区970可包括第一控制器402及蓝牙低能量(BLE)模块。第一功率区970具有低电流额定值，并且在高功率直流工具系统14的空闲期内汲取低量静态电流(Iq)。
第二功率区974可以是活跃功率区，其包括第三LDO调节器986及第二多个电容器。第三LDO调节器986及第二多个电容器向动力工具14的其余部件提供电力供应，该其余部件在动力工具14的活跃期内由低功率电压供应器供电。因此，第二功率区974可包括第二控制器406、触发器组件414、使用者界面等。第二功率区974专注于动力工具的操作期间所需的高性能。在断电期间，第一功率区可由第二多个电容器供电。
图32至图51示出电池组18、18A的数个实施方式。电池组18可包括一个或多个电池单元串，各具有以串联方式连接的若干(例如，10个)电池单元，以提供所需放电输出(例如，标称电压(例如，20V、40V、60V、80V、120V)及电流容量)。因此，电池组18、18A可包括“20S1P”(参照图32至图41)、“20S2P”(参照图42至图51)等配置。在其他实施方式中，电池单元的其他组合也是可能的。
各电池单元可具有介于3V与5V之间的标称电压，并且可具有介于3Ah与5Ah之间的标称容量。各电池单元具有最大约21mm的直径、及最大约71mm的长度。电池单元可以是任何可再充电电池单元化学物质类型，例如锂(Li)、锂离子(Li－ion)、其他锂基化学物质、镍镉(NiCd)、镍金属氢化物(NiMH)等。
参照图32至图41，示出了根据一些实施方式的具有20S1P配置的电池组18。电池组18包括具有支撑部分490的电池组外壳486及电池端子块494。电池组外壳486包围电池组18的部件，其包括电池单元、电池控制器等。支撑部分490提供滑入式布置，其具有与组合10的互补凸起/凹口492(图73中所示)相配合的凸起/凹口498。
参照图34，电池组18限定范围在约260mm至约280mm内的长度502。在一些实施方式中，长度502约为270mm。参照图37，电池组18限定范围在约90mm至约110mm内的宽度506。在一些实施方式中，宽度506约为100mm。参照图36，电池组18限定范围在约96mm至约116mm内的高度510。在一些实施方式中，高度510约为106mm。电池组18的总重量是在约5.5磅至6.5磅的范围内。在一些实施方式中，电池组18的总重量约为6磅。
参照图32至图41所示，电池组18具有范围在约150mΩ至约160mΩ的交流内部电阻(ACIR)。电池组18具有范围在约220mΩ至约260mΩ内的直流内部电阻。
参照图42至图51，示出了根据一些实施方式的具有20S2P配置的电池组18A。电池组18A包括二十个串联连接的电池单元所构成的两个电池单元串，电池单元串以串联方式连接。图51为电池组18A的截面，并且示出由电池组外壳486的间隔件522所分开的第一电池单元串514及第二电池单元串518。
参照图44，电池组18A限定范围在约260mm至约280mm内的长度526。在一些实施方式中，长度526约为270mm。参照图46，电池组18A限定范围在约171mm至约191mm内的宽度530。在一些实施方式中，宽度530约为181mm。参照图47，电池组18A限定范围在约96mm至约116mm内的高度534。在一些实施方式中，高度534约为106mm。电池组18A的总重量是在约10.25磅至11.25磅的范围内。在一些实施方式中，电池组18A的总重量约为10.75磅。
参照图42至图51所示，电池组18A具有范围在约75mΩ至约80mΩ的交流内部电阻(ACIR)。电池组18A具有范围在约130mΩ至约170mΩ内的直流内部电阻。
参照图52，电池端子块494可操作以电气连接电池组18与动力工具14，并且如图所示，包括正电池端子538、接地端子542、充电器端子546、低功率端子550、正传输端子554、负传输端子558、正接收器端子562、以及负接收器端子566。正电池端子538及接地端子542可连接至动力工具14的功率端子(即，正功率端子458及接地端子462)，并且为动力工具14的操作提供主放电电流。充电器端子546及接地端子542连接至充电器的充电端子，并且接收充电电流，以将电池组18的电池单元充电。在一些实施方式中，电池组端子538、542可由F－Tec材料(铜、磷材料)所构成，以提供更好的热分布能力及耐用性。
接地端子542可在电池组18与动力工具14之间形成共同参考。低功率端子550向动力工具14提供低功率电压供应，以供电给动力工具14的某些功能。例如，低功率电压供应器可用于供电给动力工具14的第一控制器402、第二控制器406、栅极驱动器426、指示器(例如，LED)、通信模块等。
正传输端子554、负传输端子558、正接收器端子562、及负接收器端子566可一起称为电池组18的“电池通信端子”。电池通信端子允许在电池组18与动力工具14或充电器之间进行差分通信。电池通信端子及动力工具14的通信端子可一起称为通信链路422。在其他实施方式中，通信端子遵循全双工标准(例如，RS485标准)。
图53为电池组18的简化框图。电池组18包括电池单元570、电池控制器574、低功率产生器578、以及电池收发器582。电池控制器574可采用类似于第一控制器402及第二控制器406的方式来实施。
在一些实施方式中，电池放电开关586连接于电池单元570与正电池端子538之间。电池控制器574可操作以控制(例如，打开及闭合)放电开关586，用来控制电池单元570的放电。在一些实施方式中，充电开关590还可连接于电池单元570与充电器端子546之间。电池控制器574可操作以控制(例如，打开及闭合)充电开关590，以控制电池单元570的充电。在一些实施方式中，当使用MOSFET实施放电开关586及充电开关590时，两个串联的MOSFET可用作放电开关586及充电开关590。这允许放电开关586及充电开关590在放电开关586及充电开关590打开时防止任何电流在任一方向流动。
放电开关586及充电开关590可使用双极性晶体管、场效应晶体管(FET)等来实施。在一些实施方式(未示出)中，放电开关586及充电开关590可连接于电池单元570与接地端子542之间电池单元570的接地侧上。在一些实施方式(未示出)中，接地端子542可分成充电路径接地端子及放电路径接地端子。
低功率产生器578连接于电池单元570与低功率端子550之间。低功率产生器578在低功率端子550处向动力工具14提供低功率电压供应。在一些实施方式中，电池控制器574可向低功率产生器578提供控制信号，以控制低功率产生器578的操作。下面将参照图56至图58更详细地说明低功率产生器578。
在所示的示例中，将电池收发器582实施成差分通信收发器(例如，德州仪器SN65HVD7全双工RS－485收发器)。电池收发器582从电池控制器574接收传输信号594，并且将接收器信号598发送至电池控制器574。
电池收发器582还连接至通信端子(554、558、562及566)。当电池组18将通信信号传送至动力工具14或充电器时，电池控制器574除了向电池收发器582发送传输使能信号606外，还发送传输信号602。当电池收发器582接收传输使能信号602时，电池收发器582在正传输端子554及负传输端子558处将传输信号594转换成互补传输信号。当电池收发器582从电池控制器574接收接收器使能信号606时，电池收发器582从正接收器端子562及负接收器端子566接收互补信号、将互补信号转换成单个接收器信号598、以及将接收器信号598发送至电池控制器574。动力工具14可类似地包括动力工具收发器(未示出)，其以类似方式与第一控制器402互动，以提供与电池控制器574的通信。
在其他实施方式中，电池组18(而不是电池收发器582)可包括单独传送及接收部件，例如传送器及接收器。
电池控制器574经由通信链路422(例如，RS－485链路)，通过电池端子与第一控制器402通信。电池控制器574与第一控制器402之间的通信链路422可用于电池组18及动力工具14认证，或用于交换其他信息(例如，电池组18的放电能力)。第一控制器402及电池控制器574可被配置为使得第一控制器402及电池控制器574以某一时间间隔交换通信。该时间间隔可例如介于3ms至15ms之间。
电池控制器574与第一控制器402交换作为“成组的读取(grouped read)”的信息。“成组的读取”包括交换多个数据位元，其包括与电池组18和/或动力工具14的不同组测量结果、状态等有关的信息。控制器402、574可基于系统(例如，电气装置或动力工具14)的要求来交换包括不同数据类型的不同成组的读取。
例如，在第一组中，电池控制器574可向第一控制器402发送简单通信、热阻器读取、以及通用条件暂存器。简单通信例如包括电池组电流、电池组状态、“即将停机”位元、以及电池组状况。“即将停机”位元提供与电池组18是否处于接近故障状态有关的正确或错误信号。通用条件暂存器例如包括有关温度、充电状态等的错误及警告。
在第二组中，电池控制器574可发送简单通信、通用条件寄存器、电池组电压、电池组电压后放电开关438、以及子板信息。子板信息可包括与控制器402、574、或控制器402、574与任何附接子板之间的通信状态、通信重试、及板接口重试有关的信息。
在第三组中，电池控制器574可发送简单通信、通用条件寄存器、以及动态负载请求。动态负载请求例如，包括目标电流、诊断信息、以及电压与电流信息。目标电流为电池组18目前可支援的电流量。电压与电流信息可包括与简单通信中所提供格式不同的格式的电压与电流。还可在控制器402、574之间交换附加性能指标。
图54为流程图，其示出由电池控制器574、第一控制器402、和/或第二控制器406所实施的通信协议的一种示例方法610。方法610始于框614，并且确定通信链路422是否活跃(框618处)。当电池组18耦接至动力工具14时、以及当动力工具14不处于空闲状态时，通信链路422活跃。当电池组18从动力工具14拆离时、或当动力工具14空闲时，通信链路422无源。当通信链路422无源时，电池控制器574在每个时段(例如，每4ms)之后，继续检查通信链路422的状态。
当通信链路422活跃时，电池控制器574和/或第一控制器402确定是否在预定时段内接收到任何数据(例如，成组的读取)(框622处)。例如，电池控制器574确定最后10ms内是否收到任何数据。当电池控制器574和/或第一控制器402确定最后10ms内没收到数据时，电池控制器574和/或第一控制器402产生通信失效中断(框626处)。当产生通信失效中断时，电池控制器574和/或第一控制器402分别中止电池组18及动力工具14的功能。方法610继续检查通信链路422是否活跃、以及是否在通信链路422活跃时段内收到数据。
图55为流程图，其示出由电池控制器574、第一控制器402、和/或第二控制器406所实施的通信协议的一种示例方法630。方法630始于框634，并且确定通信链路422是否活跃(框638处)。当电池组18耦接至动力工具14时、以及当动力工具14不处于空闲状态时，通信链路422活跃。当电池组18从动力工具拆离时、或当动力工具14空闲时，通信链路422无源。
当通信链路422活跃时，方法630确定是否在预定时间段内发送了数据(例如，成组的读取)(框642处)。例如，第一控制器402确定是否在最后4ms内发送了任何数据。当第一控制器402确定在最后4ms中有发送数据时，方法630返回到框638以继续确定通信链路422的状态。
当电池控制器574和/或第一控制器402确定没有在该时段内发送数据时，该方法确定控制器402、574是否操作成功。例如，电池控制器574和/或第一控制器402检查错误或其他中断。当控制器402、574操作成功时，方法630包括发送确认包(acknowledgementpacket)或成组的读取(框650处)。例如，当第一控制器402确定第一控制器402操作成功时，第一控制器402将确认包或成组的读取发送至电池控制器574。
当控制器402、574操作不成功时，方法630包括在状态包中报告错误(框654处；例如，作为成组的读取)。例如，当电池控制器574确定电池控制器574操作不成功时，电池控制器574将错误状态包发送至第一控制器402。在其他实施方式中，电池控制器574可发送错误包。
低功率端子550的目的在于提供独立、限电流、低功率路径，工具电子设备可从该低功率路径通电。因此，工具电子设备可采用受控制方式通电。另外，所示低功率产生器578由低功率模式及高功率模式所组成。当动力工具14及电池组18两者都处于休眠状态时，低功率模式提供最小量的静态电流。在正常放电操作期间，启用高功率模式，使得所有工具电子设备都可操作。
图56为低功率产生器578的低电流供应电路658的一个实施方式的简化框图。低电流供应电路658包括电压回路662及位于电压回路662内的电流回路666。低电流供应电路658通过正端子670及负端子674从电池单元570接收输入电力。通过端子586及590接收的输入电力的标称电压范围例如可介于40伏特(V)至80V之间。
熔丝718连接至正端子670，以在过剩电流流经低电流供应电路658时作为断路器。熔丝718的额定电流可高于低电流供应电路658的电流输出，以允许低电流供应电路658暂时允许更高电流而不会误跳闸(nuisance tripping)。在一个示例中，熔丝718在125V下可额定为200mA，以允许100mA输出电流而不会使熔丝718误跳闸。
电压回路662包括开关682、分压器686、以及电压调节器690。开关682连接于电池单元570与低功率端子550之间。在所示实施方式中，开关682的输入连接至熔丝718的输出，并且开关682的输出连接至低功率端子550。上拉电路694连接于该输入与开关682的控制输入之间，以采用允许开关682在电池单元570与低功率端子550之间导通电流的方式保持开关682偏置。开关682的控制输入由电压调节器690调节。
分压器686连接于低功率端子550与接地端子542之间。分压器686可包括电阻器，其电阻值可基于可向电压调节器690提供的所需参考电压来选择。电压调节器690可以是微功率电压调节器。
电压回路662操作以在低功率端子550处保持电压恒定。当低功率端子550处的负载增大时，分压器686两端的电压降低。结果是，向电压调节器690提供的参考电压降低，这进而降低开关682的控制输入处的电流。控制输入处的电流还为经过上拉电路694的电流。如此，开关682的输入－输出电压增大，然后这导通更多电流，并且增大低功率端子550处提供的电压，其还为分压器686两端的电压。稳定电路698可用于形成补偿网路以使电压回路662稳定。
电流回路666在过剩电流或短路状况下保护低电流供应电路658。电流回路666可设计成具有折返(fold－back)特征，其在电流输出降至恒定的第二负载电流(例如，60mA)之前，允许第一负载电流(例如，180mA)持续预定时间段(例如，时间)。电流回路666包括电流调节器702、电流传感器706(例如，电流感测电阻器)、以及计时器电路710。
电流调节器702调节开关682的控制输入处的电压，直到电流传感器706指示低电流供应电路658正在输出第一负载电流为止。可基于在负载电流从第一负载电流下降到第二负载电流之前的期望定时来选择连接至电流调节器的计时器电路710。
大约在电流调节器正在调节开关682的同时，计时器电路710的电容器正在充电。例如，可以选择计时器电路710的电容器值，使得计时器电路710的电容器在700ms内充电。当计时器电路710的电容器充电时，电流调节器702调节开关682的控制输入处的电压，直到电流输出达到第二负载电流(例如，60mA)为止。
图57为低功率产生器578的高电流供应电路714的一个实施方式的简化电路图。在所示示例中，高电流供应电路714包括熔丝718、输入开关722、使能开关726、反激式转换器730、启动电路734、钳位电路738、主开关742、以及变压器电路746。熔丝718保护高电流供应电路714免于短路故障。熔丝718可具有例如500mA的标称额定值。熔丝718可调整尺寸以在低线路输入下允许全功率操作。
向使能开关726施加使能输入750(例如，唤醒信号)时，使能开关726使输入开关722闭合，从而允许电流从电池单元305流至高电流供应电路714。启动电路734提供初始电力供应以操作转换器730。
图58示出启动电路734的一个示例性实施方式。在所示示例中，启动电路734包括开关754、电容器758、以及电压调节器762。开关754及电容器758以串联方式连接于正电力供应器766与接地770之间。电压调节器762连接于正电力供应器766与接地770之间，并且与开关754及电容器758并联。
开始，电容器758两端的电压可以是零。电压调节器762在开关754的门上提供例如15V参考。向启动电路734施加电力时，开关754接通。然后，由开关754的漏极电流将电容器758充电。当电容器758两端的电压例如约为8V时，启动电路734供电给转换器730。
回到图57，当转换器730接收启动功率时，转换器730开始切换并调节主开关742的门。最后，转换器730启动并调节至例如约15V。这时候，启动电路734可以关断，并且转换器730可由高电流供应电路714的输出来供电。
钳位电路738管理变压器电路746的漏电感中的能量。变压器电路746包括主绕组774、及三个次绕组778、782及786。当主开关742闭合时，在主绕组774上汲取的电压降压并且被提供至次绕组778、782及786。次绕组778在低功率电压供应端子550处提供低功率电压供应。次绕组782及786向电池组18的放电开关586及充电开关590提供电力。
当存在启用低功率产生器578的高电流供应电路714的活动时，高电流供应电路714可在停用高电流供应电路714及启用低电流供应电路658之前，在上一次已知活动后(例如100ms内)保持启用。这例如可允许电池组18有足够时间进行有序停机，以在出现故障时尝试通信重启。
图59为状态图，其示出管理动力工具14的状态的一种示例方法790。方法790始于电池组18附接至动力工具14(状态794处)。方法790包括确定电池组18附接至动力工具14(状态798处)。例如，第一控制器402确定电池组18附接至动力工具14。
方法790还包括传感器及控制器初始化(状态802处)。当附接电池组18时，第一控制器402进入初始化模式，并且初始化动力工具14的传感器及其他电子设备。然后，第一控制器402可更新传感器及第一控制器402(状态806处)。更新可包括向传感器及第一控制器402提供初始值。然后，第一控制器402进入空闲状态(状态810处)。
当处于空闲状态时，第一控制器402可寻找启动信号，或可启动超时序列。当第一控制器402接收启动信号(例如，触发器的拉动)时，第一控制器402进入活跃模式(状态814处)，并且向电池控制器574请求主动放电电压。在空闲模式(状态810)及活跃模式(状态814)中，电池控制器574控制低功率产生器578，以在低功率端子550处提供高电流供应。当第一控制器402接收停用信号(例如，触发器的停用)时，功率控制器402进入空闲模式(状态810)。然后，电池控制器574可停止主动放电。
当第一控制器402在接收启动信号前超时时，第一控制器402进入休眠模式(状态818处)。当第一控制器402进入休眠模式(状态818)时，电池控制器574控制低功率产生器578，以在低功率端子550处产生低电流供应。
图60为流程图，其示出操作低功率产生器578的一种示例方法822。方法822包括在低功率端子550处提供低电流供应(框826处)。当电池组18插入动力工具14时、或当动力工具已空闲时，电池控制器574可控制低功率产生器578，以在低功率端子550处输出低电流供应。低功率产生器578操作低电流供应电路，以提供最小量的静态电流。
方法822还包括确定是否接收到启动信号(框830处)。可在电池控制器574处、或在低功率产生器578处接收启动信号。当动力工具14准备好操作时，例如当使用者启动触发器时，接收启动信号。当没有接收到启动信号时，低功率产生器578继续在低功率端子550处提供低电流供应。
当接收到启动信号时，方法822包括在低功率端子550处提供高电流供应(框834处)。电池控制器574可控制低功率产生器578，以从低电流供应电路658切换至高电流供应电路714，并且在低功率端子550处提供高电流供应。
方法822还包括确定从上次启动信号以来，是否已经过了预定时间量(框838处)。电池控制器574可检测从上次启动以来的时间量。当从上次启动以来的时间量未超出预定时间量(例如，100ms)时，低功率产生器578继续在低功率端子550处提供高电流供应。在一些实施方式中，电池控制器574可从第一控制器402接收超时信号。
当从上次启动以来的时间量超出预定时间量时，电池控制器574可控制低功率产生器578，以从高电流供应电路714切换至低电流供应电路658，并且在低功率端子550处提供低电流供应。方法822持续确定从上次启动信号以来是否已收到启动信号、或是否已经过了预定时间量，以在高电流供应电路714与低电流供应电路658之间进行切换。
电池组18基于电池组18的状况而具有不同放电能力。参照图61，电池组18的放电能力可包括瞬时放电电流842、短期放电电流846、以及持续放电电流860。放电能力可基于电池组18的状况而不断变化。例如，基于电池单元/电池组温度、电压等、或随着电池组老化，电池组18在启动期间可具有更低的能力。所示放电阈值属于示例性，并且还可基于电池组的状况而改变。
电池控制器574在各时间间隔将放电能力传递至第一控制器402，其进而向第二控制器406提供放电能力。第二控制器406进一步基于由电池控制器574所提供的放电能力来控制马达。因此，控制器574、402、406基于电池组状况来提供动态电池输出限制。
通过根据电池组18的放电能力而控制马达34，动力工具14减少动力工具14或电池组18上的任何有害或过度状况。另外，通过根据放电能力而控制马达34，动力工具14还降低电池组18上的热负荷。
图62为流程图，其示出基于放电信息来操作马达34的一种示例方法854。方法854包括确定电池组状况(框858处)。例如，电池控制器574可确定电池组18的充电状态、温度、年龄等，其对电池组18的放电能力有影响。电池组18可包括多个传感器(例如，电压传感器、温度传感器等)，其检测电池单元及电池组的状况，并且向电池控制器574提供与状况的状态有关的指示。
方法854还包括基于电池组18的状况来确定电池组18的放电能力(框862处)。在一些实施方式中，电池组18可储存查找表，其包括电池组18状况与放电能力之间的映射。电池控制器574可基于查找表来确定放电能力。在其他实施方式中，可对电池控制器574进行编程，以根据电池组18的状况来计算放电能力。
方法854还包括将放电能力通信至第二控制器406(框866处)。电池控制器574通过通信链路422将放电能力(例如，通过成组的读取)传送至第一控制器402。例如，电池控制器574可每10ms传送放电能力。第一控制器402进而例如每4ms将放电能力传送至第二控制器406。
方法854还包括基于接收的放电能力来操作马达34。第二控制器406可基于最近接收的放电能力来操作马达34。例如，第二控制器406可限制马达34的瞬时转矩、平均转矩、及持续转矩输出，以符合电池组18的放电能力。然后，方法854回到框858，以继续监测电池状况并更新放电能力。例如，方法854可每10ms重复进行以更新放电能力。
具有锂离子化学物质的电池单元的电池组可能受到运输规范约束。此类运输规范可能限制所运输电池组的电压和/或功率容量。为了符合这些规范，电池组18可与彼此断开的电池单元570的子芯一起运输。电池组18可包括开关，如下文所述，其在使用电池组18时将子芯连接在一起。在2016年12月16日提交的美国临时专利申请号62/435，453、及在2017年12月18日提交的美国专利申请号15/845，068中描述及示出了一种类似的开关及切换布置，其全部内容通过引用并入本文。
参照图32及图42，电池组18包括从外壳486延伸的开关874。开关874被配置为处于第一位置(图63A)及第二位置(图63B)。当处于第一(例如，“断开”)位置时，外壳486内含有的电池组18的电气部件(例如，子芯)彼此电气断开。当处于第二(例如，“接通”)位置时，电气部件(例如，子芯)彼此电气连接。使用者可通过按压或滑动开关874将开关874从第一位置操纵至第二位置。
图64A至图64B示出了根据一些实施方式的开关874。如上述，开关874被配置为处于第一位置(图63A及图64A)及第二位置(图60及图64B)。开关874包括壳体878、端子882a、882b...、882n、导电总线886、以及非导电层890。壳体878可由塑胶或类似材料形成。壳体878滑动地耦接至外壳486，而导电总线886及非导电层890与壳体878耦接或构成一体，使得壳体878滑动地耦接至导电总线886及非导电层890。壳体878可包括一个或多个凹口894、前止挡构件898、以及后止挡构件902。
虽然所示为具有六个端子882a至882f，在其他实施方式(未示出)中，电池组18可具有更少或更多端子882。各端子882具有耦接至壳体878并且电气耦接至子芯(例如，经由子芯端子)的第一端。各端子882具有第二端，其被配置为当开关874处于断开位置时滑动地接触非导电层890，并且当开关874处于接通位置时滑动地接触导电总线886。
如图64A至图64B所示，在一些实施方式中，导电总线886及非导电层890经由具有一个或多个凸起918并形成孔径922的保护构件914耦接至使用者界面(例如，从外壳突起并且被配置为可由使用者操作的一部分)。凸起918与壳体878的一个或多个凹口894接合，以防止第一位置与第二位置之间出现不期望的移动。前止挡构件898置于孔径922内，并且接合保护构件914，以在从第二位置移动至第一位置时，防止导电总线886及非导电层890超过第一位置。当从第一位置移动至第二位置时，后止挡构件902防止导电总线886及非导电层890超过第二位置。
参照图65，电池组18包括将电池单元570连接至电池组端子538、542的电流感测电阻器926。电流感测电阻器926作为电池组18的电流传感器。电流感测电阻器926包括由电池控制器574分接的两个端子，以检测流经电池组18的电流。电流感测电阻器926从电池组18的后端930延伸至电池组18的端子538、542。为了容纳开关874，电池组18包括在电池组18的后端930上的最正端子。因此，电流感测电阻器926将位于电池组18的后端930处的最正端子连接至位于电池组18的前端934处的电池组端子538、548。
现有电池组中使用的电流传感器电阻器未延伸穿过电池组的长度。电池单元设置于更靠近电池端子处，以及电流感测电阻器的长度及横截面积较小，并且将电池单元连接至电池端子。
在所示构造中，电流感测电阻器926在电池组18的长度上延伸，并且相较于现有电流感测电阻器在更大的横截面积上延伸。由此，所示电流感测电阻器926提供比现有电流感测电阻器更低的电阻。因此，电流感测电阻器926所消散的热显著更低。
另外，电流感测电阻器926由高导热性材料所构成。延伸的长度及高导热性允许电流感测电阻器926将热从任何更高温区域吸走，以减少整体散热。因此，电流感测电阻器926有助于减少电池组18所产生的热量。
参照图66，所示为电池组18的电流感测电阻器926的温度实验结果。电池组18在60A下放电10分钟，并且在放电期间及之后，于电流感测电阻器926(图42所示)的测点TCI、TC2、TC3及TC4进行测量。如图所示，对于最长10分钟的60A放电，温度不超出65℃。
在电池组18的一些实施方式中，电池单元570可由一个或多个监测集成电路(1C)来监测，以例如保护及延长电池单元570及电池组18的寿命。可以监测电池单元570，以例如防止或阻止电池单元570出现放电时的过电压、欠电压、过电流、不平衡等。
通过在电池单元块2000的最正端子与最负端子之间连接监测装置来监测整块电池单元570时，监测的是该块的总电压，而不是单独电池单元570。在此类实施方式中，监测装置可针对块的电压检测合理值，但可不检测块内电池单元570的非期望状况(例如，电池单元不平衡)。因此，能够监测块中的单独电池单元的监测IC可为有利的。
可实施单独电池单元监测以在充电及放电期间平衡电池单元。例如，在充电期间，一个电池单元可比其他电池单元570更早达到约4.2V的阈值，监测IC可能会切断电池单元的充电，但是其他电池单元570将例如以略高电流继续充电而达到相同阈值。
图67示出电池组18的示例性电池监测电路2248。如图所示，电池监测电路2248包括两个5S1P电池单元块2000A及2000B。电池单元块2000可大体上类似于子芯300，如上所述。电池单元块2000A使用类比前端(AFE)2256A由电子处理器2252A来监测。电池单元块2000B使用AFE 2256B由电子处理器2252B来监测。包括20S1P组的电池单元570可区分成单独5S1P组以根据本公开用于监测。
AFE 2256A至2256B能够监测电池单元块2000A至2000B中的单独电池单元。AFE2256A至2256B可使用例如由德州仪器所设计的BQ76925主机控制类比前端来实施。AFE2256A至2256B可统称为AFE 2256，而处理器2252A至2256B可统称为处理器2252。在其他实施方式中，电池监测电路2248可包括由更多或更少处理器2252及AFE 2256所监测的更多或更少电池单元块2000。
AFE 2256通过V3P3线路向处理器2252提供操作电力。处理器2252通过串行时钟(SCL)线路向AFE 2256提供串行时钟。处理器2252及AFE 2256通过串行数据(SDA)线路交换串行数据。例如，处理器2252可将要在给定时间监测的单独电池单元的位址通过SDA线路写入AFE 2256的暂存器。AFE 2256提供参考电压，其用于通过连至处理器2252的VREF+线路测量电池单元570的单独电压。AFE 2256通过VCOUT线路向处理器2252提供单独状态(例如，单独电池单元570的电压)。AFE 2256可基于通过SDA线路写入AFE 2256的请求，于VCOUT线路提供特定电池单元570的电压。电池监测电路2248可另外包括耦接电路，例如光耦合电路2258，其促进处理器2252A至2252B与工具的电子处理器之间的通信。
图68示出又一替代电池监测电路2260。如图所示，电池监测电路2260包括三个5S1P电池单元块2000A至2000C。各电池单元块2000A至2000C分别使用AFE 2268A至2268C由单个电子处理器2264来监测。如上所述，AFE2268A至2268C能够监测电池单元块2000A至2000C中的单独电池单元570。AFE 2268A至2268C可统称为AFE 2268。在其他实施方式中，电池监测电路2248可包括使用更多或更少AFE 2268由处理器2264来监测的更多或更少电池单元块2000。
处理器2264可从其中一个AFE 2268接收操作电力。处理器2264通过SCL线路向AFE2268A至2268C提供串行时钟。另外，处理器2264及AFE 2268A至2268C通过SDA线路交换串行数据。处理器2264可在类比输入ANI0－5处接收参考电压(VREF+)及单独电池单元状态(VCOUT)。在所示示例中，类比输入ANI0－1连接至AFE 2268A，类比输入ANI2－3连接至AFE2268B，而类比输入ANI4－5连接至AFE 2268C。
图69示出使用共享内部集成电路(I2C)总线的另一替代电池监测电路2272。如图所示，电池监测电路2272包括分别使用AFE 2280A至2280C由单个电子处理器2276来监测的三个5S1P电池单元块2000A至2000C。电池监测电路2272以与图68的电池监测电路2260类似的方式操作。
AFE 2280A至2280C通过共享I2C通道与处理器2276通信。AFE 2280A至2280C的输出在处理器2276的类比输入ANI0－3处提供。因为电池单元块2000A至2000C中的所有电池单元570都在类似的电压水平下操作，所以处理器2276可设置有来自AFE 2280A的单个参考电压(VREF+)。参考电压VREF+在类比输入ANI0处提供。单独电池单元的状态(VCOUT)分别在来自AFE 2280A至2280C的类比输入ANI1－3处提供。电池监测电路2272可包括通过共享I2C通道使用更多或更少AFE 2280由处理器2276来监测的更多或更少电池单元块2000。电池监测电路2272还可包括光耦合电路2284。
图70A至图70B示出使用多路复用器的又一替代电池监测电路2288。如图所示，电池监测电路2288包括使用AFE 2296A至2296D由单个电子处理器2292来监测的四个5S1P电池单元块2000A至2000D。电池监测电路2288以与图69的电池监测电路2272类似的方式操作。
AFE 2296A至2296D通过共享I2C通道与处理器2292通信。如图70A所示，多路复用器2300连接于处理器2292与共享I2C通道上的AFE 2296A至2296D之间。处理器2292向多路复用器2300提供选择输入，以便在2296A至2296D之间选择AFE 2296，处理器2292与其于特定时间交换通信。如图70B所示，还可通过多条I2C通道使用多个多路复用器2300A至2300B，以促进处理器2292与AFE 2296A至2296D之间的通信。电池监测电路2288还可包括光耦合电路2302。
图71示出使用多个内部集成(I2C)总线的又一替代电池监测电路2304。如图所示，电池监测电路2304包括分别使用AFE 2312A至2312C由单个电子处理器308来监测的三个5S1P电池单元块2000A至2000C。电池监测电路2304以与图20的电池监测电路2272类似的方式操作。然而，AFE 2312A至2312C通过多条I2C通道与处理器2308通信。
例如，AFE 2312A通过I2C通道I2C 1与处理器2308通信，AFE 2312B通过I2C通道I2C 2与处理器2308通信，如此类推。类似于图69的电池监测电路2272，AFE 2312A至2312C的输出在处理器2308的类比输入ANI0－3处提供。电池监测电路2304可包括通过多条I2C通道使用更多或更少AFE 2312由处理器2308来监测的更多或更少电池单元块2000。电池监测电路2304还可包括光耦合电路2316。
图72示出使用串行外设接口的另一替代电池监测电路2320。如图所示，多个5S1P块2000使用多个AFE 2328由单个电子处理器2324来监测。AFE 2328使用串行外设接口总线与处理器2324通信。电池监测电路2320还可包括多个开关2332，其中电阻器在各电池单元块2000上连接，以在电池单元平衡期间将电池单元块2000放电。
在2016年12月12日提交的美国专利申请号15/376，497(现为2017年6月15日公开的美国专利申请公开号US2017/0170671中描述及示出了类似的电池单元监测/平衡布置，其全部内容通过引用并入本文。
图73示出了根据一些实施方式的动力工具14的电池接收部分938。电池接收部分938包括凸起/凹口942、工具端子块454、闩锁机构946、以及电力断开开关950。凸起/凹口942与电池组18的凸起/凹口498相配合，以将电池组18附接至动力工具14。当电池组18附接至动力工具14时，工具端子块454及电池端子块494彼此耦接。
闩锁机构946从电池接收部分938的表面突起，并且被配置为接合电池组18以维持电池组18与电池接收部分938之间的接合。在其他实施方式(未示出)中，可将闩锁机构946设置于各种位置(例如，电池接收部分938的侧壁、端壁、上端壁上等)，使得闩锁机构946接合电池组18上的对应结构，以维持电池组18与电池接收部分938之间的接合。
闩锁机构946包括可操作地接合闩锁构件958的可枢转致动器或手柄954。闩锁构件958可滑动地设置于孔962中，并且由一个或多个偏置构件966(例如，弹簧)偏置，以穿过电池接收部分938的表面突出至电池组18中的空腔中。
闩锁机构946还包括电力断开开关950(例如，微开关)，其在手柄954致动期间促进电池组18与电池接收部分938的电气耦接/解耦，以从电池组18抽出闩锁构件958。在从电池接收部分938移除电池组18之前，电力断开开关950可先用作将电池组18与动力工具14电气解耦。
当闩锁构件958从闩锁位置(即，当闩锁构件958完全处于电池组18的空腔内时)移动至中间位置时，电力断开开关950被致动。电力断开开关950电气耦接至第一控制器402，并且可产生中断以指示电池组18正与动力工具14断开连接。当第一控制器402接收该中断时，第一控制器402开始电源切断操作，以安全地将动力工具14的电子设备的电源切断。
在2016年12月16日提交的美国临时专利申请号62/435，443、2017年2月24日提交的美国临时专利申请号62/463，427、及2017年12月18日提交的美国专利申请号15/845，063中描述及示出了类似的闩锁机构及断开开关布置，其全部内容通过引用并入本文。
图75示意性地示出了高功率电气组合。大体示出的是到控制器402、406、574的输入、到控制器402、406、574的通信、控制器402、406、574之间的通信，以及来自电气组合的输出。
图76为动力工具或装置的状态图。应注意，在工具或装置中，从各状态到“错误”状态都有可能的转变。
参照图77至图78，所示为马达组件1140，其包括马达外壳1145、置于马达外壳1145内的马达1115、以及耦接到马达外壳1145的、与转子轴1150突起的端相对的端的PCB组件1155。PCB组件1155包括散热器1160、设置于散热器1160的后侧上的电力PCB 1165、以及设置于散热器1160的相对侧上的位置传感器PCB 1355。马达1115还包括安装在转子轴1150后部上的永久环形磁体1305。环形磁体1305贴附至转子轴1150，并且与转子轴1150一起旋转，发出(emanating)可由安装在位置传感器PCB 1355上的霍尔效应传感器1120(图78)检测的旋转磁场。换句话说，位置传感器PCB 1355上的霍尔效应传感器1120检测由环形磁体1305所发出的旋转磁场。在一些实施方式中，位置传感器PCB 355至少部分地由低压模具所覆盖。
当霍尔效应传感器检测到附接到马达1115的转子轴1150的磁体1305的磁极时，霍尔效应传感器1120输出马达反馈信息，诸如指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔效应传感器1120的马达反馈信息，马达控制器可确定转子轴1150的旋转位置、速度、和/或加速度。在所示实施方式中，位置传感器PCB 1355上有三个霍尔效应传感器1120。替代地，可有其他数量的霍尔效应传感器1120(例如，两个、四个等)。
参照图79至图81，所示为端盖1205，其具有使对角相对的线圈绕组对短路的接触板1275a、1275b及1275c(本文中还可交换性称为线圈接触板1275)。线圈接触板1275大体呈半圆形的形状并且交错以避免相邻线圈接触板1275之间出现接触。特别地，第一线圈接触板1275a位于第二线圈接触板1275b的径向内侧，并且第一线圈接触板1275a位于第三线圈接触板1275c的径向外侧。各线圈接触板1275包括第一端子1280、及与第一端子1280对角相对的第二端子1285。定子绕组连接至相应端子1280、1285上的勾扣1290。
继续参照图80及图81，多个间隔件1293耦接至线圈接触板1275。至少一些间隔件1293置于相邻线圈接触板1275之间，以便在相邻线圈接触板1275之间产生并维持绝缘间隙(例如，空间)。在一些实施方式中，多个间隔件1293围绕线圈接触板1275周向等距间隔开。在将线圈接触板1275包覆成型之前，间隔件1293被预模制到线圈接触板1275上。如此，线圈接触板1275及间隔件1283包覆成型在端盖1205中。特别地，各间隔件1293模制于线圈接触板1275中的其中一个上。在所示实施方式中，间隔件1293包括置于第一与第二相邻线圈接触板1275a、1275b之间的第一间隔件、以及置于相邻的第一与第三线圈接触板1275a、1275c之间的第二间隔件1293。如此，相邻线圈接触板1275之间产生绝缘间隙。预模制的间隔件1293防止线圈接触板1275与线圈接触板1275的暴露部分之间出现内部短接。换句话说，相邻线圈接触板1275之间的相对间隔可能难以在注塑成型工艺中适当地控制，并且线圈接触板1275可能在模制工艺中因注射压力而变形。线圈接触板1275的这种变形可导致内部短接或暴露。通过加入预模制间隔件1293，防止了线圈接触板1275在包覆成型时变形。
参照图82至图88，所示为马达组件2026，其包括马达外壳2030、置于马达外壳2030内的马达2034、以及耦接到马达外壳2030的端的转子位置感测组件2042。马达2034包括定子2046、及至少部分置于定子2046内的转子2050。马达组件2026类似于图3至图6B的马达组件26，并且已用相同参考编号加“2000”来引用类似特征。
参照图85至图86，马达组件2026包括定子端盖2205，其具有使对角相对的线圈绕组对短路的接触板2275(本文中还称为线圈接触板2275)。线圈接触板2275大体呈半圆形的形状并且交错以避免相邻线圈接触板2275之间出现接触。特别地，第一线圈接触板2275位于第二线圈接触板2275的径向内侧，并且第一线圈接触板2275位于第三线圈接触板2275的径向外侧。
在图85至图86的端盖2205中，线圈接触板2275在放置在用于将外部树脂层2296施加到预组装的载体2294和线圈接触板2275的模具中之前，首先放置在预模制的环形载体2294中，然后置于模具中，用于将外树脂层2296涂敷至预组装载体2294及线圈接触板2275。所示载体2294包括单个圆周凹槽2297，其限定于端盖2205的面向定子2046的一侧中，线圈接触板2275置于该侧中(图86)。多个肋部2298位于凹槽2297中，以用于维持相邻线圈接触板2275之间的气隙，从而在用以施加树脂层2296的注塑成型工艺期间防止线圈接触板2275之间的相对运动，其或有可能造成两个相邻线圈接触板2275接触及短接。
参照图87，转子位置感测组件2042包括印刷电路板(PCB)2266、多个霍尔效应传感器2270、以及磁体2274。所示的PCB 2266包括三个安装凸件2286及突片2290，其用于正确定向PCB 2266。在所示实施方式中，突片2290形成于安装凸件2286中的一个上。具体地，PCB2266接收在形成在马达外壳2030的毂部分2066中的凹口2294内(图84)。凹口2294限定用以接收突片2290的槽体2298(图84)，以使转子位置感测组件2042仅能够以正确定向安装。
继续参照图87，所示磁体2274为具有至少两个磁极的圆形磁体。特别地，磁体2274为绕着转子轴2230安装的中空环。具体地，环形磁体2274贴附至转子轴2230，并且与转子轴2230一起旋转，从而发出可由安装在位置传感器PCB 2266上的霍尔效应传感器2270(图87)检测的旋转磁场。换句话说，位置传感器PCB 2266上的霍尔效应传感器2270检测由环形磁体2274所发出的旋转磁场。
霍尔效应传感器2270安装至PCB 2266，与磁体2274呈面向关系。特别地，霍尔效应传感器2270安装成与磁体2274对准并隔开。换句话说，霍尔效应传感器2270相对于磁体2274同轴地安装。在所示实施方式中，霍尔效应传感器2270与相邻霍尔效应传感器2270间隔开小于90度。
参照图88，转子2050包括堆叠在一起以形成转子2050的单独转子叠片2222。转子轴2230穿过转子叠片2222中的中心孔2234而置。转子叠片2222包括圆形外圆周2242，圆形外圆周2242中形成有多个缺口2243。转子叠片2222还包括多个槽体2246，永久磁体接收在多个槽体2246中。在所示实施方式中，转子2050为内部永久磁体型转子(俗称为埋入式磁体型转子)。在所示实施方式中，多个槽体2246还包括位于槽体2246的端处的空气屏障2254(即，磁通屏障)。除了改善转子2050的磁性特性以外，空气屏障2254还可容纳粘附剂以帮助将永久磁体2250固定在槽体2246内。缺口2243置于两个相邻空气屏障2254之间。
因此，本发明可尤其提供高功率、电池供电的电气系统，诸如动力工具系统。
虽然已参照某些较佳实施方式详细描述本发明，但在所描述的本发明的一或多个独立方面的范围及精神内存在变化及修改。
权利要求中可阐述本发明的一个或多个独立特征和/或独立优点。

Claims (37)

1.一种电气组合，包括：
电气装置，其包括
装置外壳，
马达，其由所述装置外壳支撑，所述马达具有最大80毫米(mm)的标称外径，所述马达可操作以输出至少2760瓦特(W)，以及
装置端子，其电气连接至所述马达；
电池组，其包括
电池组外壳，其限定所述电池组的体积，所述体积为最大5.2×106立方毫米(mm3)，
电池单元，其由所述电池组外壳支撑，所述电池单元电气连接并具有最大80伏特(V)的标称电压，以及
电池组端子，其可电气连接至所述装置端子，以在所述电池组与所述电气装置之间传递电流；以及
控制器，其可操作以控制所述电流的传递。
2.根据权利要求1所述的组合，其中所述马达可操作以输出至少3000W。
3.根据权利要求1所述的组合，其中所述马达包括无刷直流马达。
4.根据权利要求3所述的组合，其中所述马达包括定子，所述定子由所述装置外壳支撑，所述定子包括绕组；以及转子，所述转子由所述外壳支撑以相对于所述定子旋转。
5.根据权利要求1所述的组合，其中所述装置包括工具，并且其中所述马达可操作以驱动工具构件。
6.根据权利要求5所述的组合，其中所述工具包括手持工具。
7.根据权利要求6所述的组合，其中所述电池组外壳可连接至所述装置外壳并且可由所述装置外壳支撑，以使得所述电池组可由所述手持工具支撑。
8.根据权利要求1所述的组合，其中所述电池单元中的每一个具有最大21mm的直径及最大71mm的长度。
9.根据权利要求8所述的组合，其中所述电池单元中的每一个具有约21mm的直径及约71mm的长度。
10.根据权利要求1所述的组合，其中所述电池组包括最多20个电池单元。
11.根据权利要求10所述的组合，其中所述电池单元以串联方式连接。
12.根据权利要求1所述的组合，其中所述电池单元可操作以输出在40安培(A)与60A之间的持续操作放电电流。
13.根据权利要求1所述的组合，其中所述电池单元中的每一个具有在3.0安培－小时(Ah)与5.0Ah之间的容量。
14.根据权利要求13所述的组合，其中所述电池单元中的每一个具有约4.2Ah的容量。
15.根据权利要求1所述的组合，还包括电气连接在所述电池单元与所述马达之间的功率电路，所述功率电路包括可操作以向所述马达施加电流的半导体开关。
16.根据权利要求15所述的组合，其中所述马达包括定子，所述定子由所述装置外壳支撑，所述定子包括绕组；以及转子，所述转子由所述外壳支撑以相对于所述定子旋转，并且其中所述开关可操作以在所述绕组上施加电流。
17.根据权利要求1所述的组合，还包括控制电子设备，其包括所述控制器，所述控制电子设备具有最大920mm3的体积，并且其中所述马达具有最大443619mm3的体积。
18.根据权利要求17所述的组合，其中所述控制电子设备具有约918mm3的体积。
19.根据权利要求1所述的组合，还包括控制电子设备，其包括所述控制器，所述控制电子设备具有最大830克(g)的重量，并且其中所述马达具有最大4.6磅(lbs.)的重量，以及所述电池组具有最大6lbs.的重量。
20.一种工具系统，包括：
工具，其包括
工具外壳，
马达，其由所述工具外壳支撑，所述马达包括可操作以驱动工具元件的输出轴，所述马达具有最大80mm的标称外径，所述马达可操作以输出至少2760W，以及
工具端子，其电气连接至所述马达；
电池组，其包括
电池组外壳，其限定所述电池组的体积，所述体积为最大2.9×106mm3，
电池单元，其由所述电池组外壳支撑，所述电池单元电气连接并具有最大80V的标称电压，以及
电池组端子，其可电气连接至所述工具端子，以在所述电池组与所述工具之间传递电流；以及
控制器，其可操作以控制所述电流的传递。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述马达可操作以输出至少3000W。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述马达包括无刷直流马达。
23.根据权利要求22所述的系统，其中所述马达包括定子，所述定子由所述工具外壳支撑，所述定子包括绕组；以及转子，所述转子由所述外壳支撑以相对于所述定子旋转。
24.根据权利要求20所述的系统，其中所述工具包括手持工具。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述电池组外壳可连接至所述工具外壳并且可由所述工具外壳支撑，使得所述电池组可由所述手持工具支撑。
26.根据权利要求20所述的系统，其中所述电池单元中的每一个具有最大21mm的直径及最大71mm的长度。
27.根据权利要求26所述的系统，其中所述电池单元中的每一个具有约21mm的直径及约71mm的长度。
28.根据权利要求20所述的系统，其中所述电池组包括最多20个电池单元。
29.根据权利要求20所述的系统，其中所述电池单元以串联方式连接。
30.根据权利要求20所述的系统，其中所述电池单元可操作以输出在40A与60A之间的持续操作放电电流。
31.根据权利要求20所述的系统，其中所述电池单元中的每一个具有在3.0Ah与5.0Ah之间的容量。
32.根据权利要求31所述的系统，其中所述电池单元中的每一个具有约4.2Ah的容量。
33.根据权利要求23所述的系统，还包括电气连接在所述电池单元与所述马达之间的功率电路，所述功率电路包括可操作以向所述马达施加电流的半导体开关。
34.根据权利要求33所述的系统，其中所述开关可操作以在所述绕组上施加电流。
35.根据权利要求20所述的系统，还包括控制电子设备，其包括所述控制器，所述控制电子设备具有最大920mm3的体积，并且其中所述马达具有最大443619mm3的体积。
36.根据权利要求35所述的系统，其中所述控制电子设备具有约918mm3的体积。
37.根据权利要求20所述的系统，还包括控制电子设备，其包括所述控制器，所述控制电子设备具有最大830g的重量，并且其中所述马达具有最大4.6lbs.的重量，以及所述电池组具有最大6lbs.的重量。
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