CN111133662B

CN111133662B - 高功率电池供电系统

Info

Publication number: CN111133662B
Application number: CN201880062089.0A
Authority: CN
Inventors: S·希克斯; K·布朗热; A·T·贝耶尔; T·R·奥伯曼; C·B·韦斯特比; M·J·梅格勒; C·R·舒尔茨; K·C·法斯宾德; M·R·波拉科夫斯基
Original assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Current assignee: Milwaukee Electric Tool Corp
Priority date: 2017-07-25
Filing date: 2018-07-25
Publication date: 2023-06-20
Anticipated expiration: 2038-07-25
Also published as: WO2019023379A1; US11476527B2; CN111133662A; EP3659241A1; US11462794B2; TWM576750U; AU2018306290A1; CN116707228A; AU2021206865B2; US20230021235A1; EP3659241A4; US20200162007A1; USD960086S1; US20190044110A1; AU2021206865A1

Abstract

一种电气组合，电动设备系统、电动机组件、电池组以及运行方法。该组合可以包括电气设备，该电气设备包括设备壳体，由该设备壳体支撑的负载，该负载可运行以输出至少约1800瓦(W)，以及电连接至该负载的设备端子；电池组，包括电池组壳体，由该电池组壳体支撑的电池单元，该电池单元被电连接并且具有高达约20伏的标称电压，以及电池组端子，该电池组端子电连接至该设备端子以在电池组和电气设备之间传输电流；以及控制器，其可运行以控制电流的传输。

Description

高功率电池供电系统

相关申请的交叉引用

本专利申请要求于2017年7月25日提交的序列号为62/536,807的美国临时专利申请以及于2017年10月11日提交的序列号为62/570,828的美国临时专利申请的优先权，其全部内容通过引用并入本申请。

技术领域

本发明涉及电池供电设备，更具体地说，涉及高功率电池及此类设备。

发明内容

图1A中示意性地示出了高功率电气组合。该组合通常包括电池电源，包括负载的电气设备(例如，电动机，如图所示)，电源与负载之间的电互连，以及可运行以控制例如电源的放电，负载的运行等的电子器件。

该组合被合并到具有由负载驱动的相关联的输出机构的电动设备(例如，电动工具，户外工具，其他电动设备等)或非电动设备(例如，锯片，钻头，砂轮，电源，照明设备等)中。合并该组合的设备中的至少一些是手持设备(例如，运行期间由用户可支持的设备)，因此，该组合必须适合手持设备的限制范围(例如，重量，体积/包装尺寸等)。

在所示的结构中，电池电源具有高达约20伏(V)(例如，约18V至约20V)的标称电压。而且，该组合可运行以输出高功率(例如，峰值功率为1800瓦(W)至2400W或更高(2.4马力(hp)至3.0hp或更高))。为了达到该峰值功率，高电流(例如100安培(A)或更高)从电源通过互连，通过电子器件的部件向负载放电。同样，在手持设备的限制内实现了这种高功率输出。

相反，具有18V至20V标称电压的手持设备的现有组合在大约50A至70A的电流下仅可输出大约1000W至1400W。从现有技术的性能进化到本发明的性能具有很多挑战。

挑战之一是增加电池电源的可输出功率。这种增加可以通过增加串联和/或并联电池中的单元数量来获得。单元形成因数的增加以及相关的阻抗降低，也将增加可用功率。但是，与手持设备的局限性相反，这些解决方案中的每一种都导致电池电源的尺寸和重量的增加。

另一个挑战是在负载(例如电动机)上有效地利用电池电源提供的功率。电动机尺寸(例如直径)的增加将导致功率输出的增加。这种增加又与手持设备的局限性冲突。为了最大程度地增加从电池电源到负载的可输出功率，必须降低系统中的阻抗和损耗。

来自电池电源的可输出功率的增加和/或来自负载的功率输出的增加，需要额外的电子器件来控制放电，运行等。此外，从18V到20V电池电源的功率增加需要产生热量的电流增加。必须控制运行和/或提供冷却结构以管理增加的电流和热量。

如上所述，现有设备在50A至70A的峰值电流下运行。同样，为了在本组合中以18V至20V电池电源实现高输出功率，峰值电流至少约为100A。现有的互连(例如，端子，开关，导体等)不能处理增加的电流/热量。必须控制运行和/或提供冷却结构以管理增加的电流和热量。

但是，克服这些挑战会引发其他挑战。例如，通过添加更多和/或更大的部件(更多和更大的电池单元，更大的电动机，更厚的端子，更大的开关等)，可以实现来自电源的功率以及负载输出的增加。如上所述，这些附加功能中的每一个都通过使组合变得更重，更大等而与手持设备所施加的限制相冲突。

作为另一示例，高功率电池电源可与现有的电气设备一起使用，并且这些设备未构造为处理来自电源的可用高功率。如上所述，为了处理增加的电流，已经对互连和电子器件进行了改进。现有设备不包括此类改进的部件，并且可能因功率，电流，热量等增加而损坏。

作为又一示例，在现有的电气设备中，由于系统中相对较高的阻抗(电池，互连，电子器件，电动机)，电动机的堵转电流低于系统中部件(例如，开关，场效应晶体管(FET)等)的最大电流。因此，在现有设备中，电动机将在部件遭受到其最大电流之前失速。在当前组合中阻抗降低的情况下，堵转电流现在超过了这些最大电流值。在运行中，电流现在可以在失速之前超过部件电流阈值。

在一个独立的实施例中，电气组合通常可以包括电气设备，电池组和控制器。电气设备通常可包括设备壳体，由设备壳体支撑的负载，该负载可运行以输出至少约1800瓦(W)(约2.4马力(hp))，以及电连接至该负载的设备端子。电池组可包括：电池组壳体，由电池组壳体支撑的电池单元，电池单元电连接并具有高达约20伏的标称电压，以及电池组端子，其可电连接至设备端子以在电池组和电气设备之间传输电流。控制器可运行以控制电流的传输。负载可运行以输出至少约2200瓦(W)(约3马力(hp))。

在一些构造中，负载包括具有输出轴的电动机，该电动机可运行以输出至少约1800瓦(W)(约2.4马力(hp))。在一些构造中，该设备包括电动工具，并且电动机可运行以驱动工具构件。电动机可以包括无刷直流电动机。电动机可包括定子，该定子的公称外径在约60毫米(mm)至约80mm之间(例如约70mm)。

在一些构造中，每个电池单元的直径在大约18mm至大约21mm之间，并且长度在大约65mm至大约71mm之间(例如，直径为大约21mm并且长度为大约71mm)。电池组可以包括多达15个电池单元，并且电池单元可以布置成串联连接的电池单元组(例如，五个电池单元)，所述组电池组并联连接。

电池单元可以可运行以输出介于约80安培(A)和约110A之间的工作放电电流，并输出高达约200A的峰值放电电流。电池单元可以具有约3.0安培-小时(Ah)和5.0Ah。

在一些构造中，该组合还可以包括电连接在电池单元和电动机之间的电源电路，该电源电路包括可运行以向负载施加电流的半导体开关。负载可包括无刷直流电动机，开关可运行以在绕组上施加电流。散热器可以与开关处于热传递关系，并且具有至少约63焦耳每摄氏度(J/C)的热容量。散热器可以与转子的旋转轴相交。电动机和散热器的总长度最大约为84毫米。

在一些构造中，该设备可以包括手持电动工具。电池组壳体可连接到设备壳体并由其支撑，使得电池组可由手持电动工具支撑。

在组合中，包括控制器的控制电子器件的体积可高达约15,000立方毫米(mm³)(例如，约8750mm³(尺寸约50mm乘以约35mm乘以约5mm))，电动机的体积可能高达约92,000mm³，电池组的体积可能高达约1,534,500mm³。控制电子器件的重量可能高达约19.6克(g)，功率电子器件的重量可能高达约94.1克(g)，电动机的重量可能高达约1.89磅(lbs)，电池组的重量可能高达3.5磅。

在另一个独立的实施例中，电动设备(例如，电动工具)系统通常可包括电动工具，电池组和控制器。电动工具可包括工具壳体，由工具壳体支撑的电动机，该电动机包括可运行以驱动工具元件的输出轴，该电动机可运行以输出至少约1800瓦(W)(2.4马力(hp)))，工具端子电连接到负载。电池组可包括电池组壳体，由电池组壳体支撑的电池单元，电池单元被电连接并具有高达约20伏的标称电压，以及电池组端子，其可电连接至工具端子以在电池组和电动工具之间传输电流。控制器可以可运行以控制电流的传输。

在又一个独立实施例中，可以提供一种运行电动机的方法。该方法通常可以包括以第一占空比向电动机提供第一电压信号；确定提供给电动机的电流是否超过阈值；如果要提供的电流超过阈值，则以第二占空比向电动机提供第二电压信号，第二占空比小于第一占空比。

该方法还可以包括：在以第二占空比向电动机提供第二电压信号之后，确定要提供给电动机的电流是否超过阈值；如果要提供的电流超过阈值，则以第三占空比向电动机提供第三电压信号，该第三占空比小于第二占空比。该方法还可以包括：在以第二占空比向电动机提供第二电压信号之后，确定要提供给电动机的电流是否超过阈值；如果要提供的电流不超过阈值，则以第一占空比向电动机提供第一电压信号。因此，该方法可以连续地改变占空比以提供最大的期望输出电流。

提供包括通过开关提供电压信号，并且其中电流阈值与开关相关联。通过开关提供电压信号包括通过场效应晶体管(FET)提供电压信号，电流阈值与FET相关联。

在另一个独立的实施例中，可以提供一种运行电动机的方法。FET可运行以向电动机提供电流，而继电器可运行以向FET提供电流。该方法通常可以包括：响应于运行电动机的信号，确定FET是否可运行；以及如果FET可运行，则运行继电器以通过FET向电动机提供电流。在一些构造中，第二FET可以可运行以向电动机供应电流，并且该方法还可以包括：在运行继电器之前，响应于运行电动机的信号，确定第二FET是否可运行。

该方法还可包括：如果FET不可运行，则禁用电动机的运行。禁用可以包括暂时禁用电动机的运行。该方法可以包括：在暂时禁用之后，确定FET是否可运行；如果在暂时禁用电动机之后FET可运行，运行继电器以通过FET向电动机提供电流；和/或，如果在暂时禁用电动机之后FET不可运行，则永久禁用电动机。

确定可以包括导通FET。确定可以包括将测试信号提供给FET，以及监控FET的输出。该信号可以包括触发信号。

在另一个独立方面，可以提供一种运行电气组合的方法。电气组合可以包括电气设备和电池电源，该设备包括设备端子，该电池源包括具有电压的多个电池单元，并且电池端子可连接至该设备端子。该方法通常可以包括：跨过电阻器将多个电池单元连接到电池端子，以向设备提供电流，该电阻器具有第一电阻；确定是否发生状况；以及，在该状况发生之后，通过开关将多个电池单元连接至电池端子，该开关的第二电阻小于第一电阻。

确定可以包括确定时间段是否已经过去。确定时间段是否已经过可以包括确定启动时间段是否已经过。通过开关连接可能包括使电阻器与开关短路。通过开关连接可以包括通过FET将多个电池单元连接到电池端子。

在又一个独立方面，电池组通常可以包括壳体；由壳体支撑并具有电压的多个电池单元；电池端子；选择性地将多个电池单元连接到电池端子以向电气设备提供电流的电路，该电路包括在多个电池单元与电池端子之间的第一电路径中的电阻器，该电阻器具有第一电阻，以及在多个电池单元和之间至电池端子的第二电路径中的开关，该开关的第二电阻小于第一电阻；以及控制器，其可运行以选择性地将多个电池单元通过电阻器或通过开关连接到电池端子。

控制器可运行以控制开关使电阻器短路。控制器可运行以闭合开关以使电阻器短路。该控制器可以可运行以在状况发生之后控制开关。该控制器可以可运行以在经过一段时间之后控制开关。在启动之后的一段时间之后，控制器可运行以控制开关。开关可以包括FET。

在又一个独立方面，电气组合通常可以包括电气设备，电池组和电路。电气设备可以包括设备壳体，由设备壳体支撑的负载以及电连接至负载的设备端子。电池组可包括：电池组壳体，由电池组壳体支撑的电池单元，电池单元被电连接，以及电池组端子，其可电连接至设备端子，以在电池组和电气设备之间传输电流。电路在电池单元和负载之间，并且可包括：放电开关，其可运行以选择性地将电池单元连接到负载，运行开关，其可运行以输出运行信号，控制器，其可运行以确定电气设备或电池组的状况，以及逻辑部分，其可运行以接收来自运行开关的第一输入和来自控制器的第二输入，该逻辑部分基于第一输入和第二输入向放电开关输出控制信号。放电开关可以包括机电继电器或基于半导体的固态继电器。

在另一个独立方面，电池组通常可包括壳体，该壳体包括可连接至电气设备并可由电气设备支撑的支撑部分，该支撑部分限定可运行以容纳电气设备上的突起的通道，该支撑部分包括模制的塑料材料以限定所述通道，以及在塑料材料中模制的金属材料，所述金属材料在所述通道周围限定C形部分；由壳体支撑的多个电池单元；以及电连接到多个电池单元并且可连接到电气设备的端子的电池端子。

在又一个独立方面，电动机通常可以包括定子，该定子包括限定多个齿的芯，设置在各个定子齿上的多个线圈以及靠近该芯的端部的端盖，该端盖包括：多个模制在所述端盖中的线圈接触板，以及与接触板分离并能够连接到接触板的第一端子和第二端子，该接触板使多个线圈中的相对线圈短路；以及转子，其被支撑以相对于定子旋转。

在另一个独立的方面，电动机组件通常可以包括电动机壳体；由壳体支撑的无刷电动机；以及连接到壳体的印刷电路板(PCB)组件，该PCB组件包括散热器，耦合至散热器的第一侧的电源PCB，以及耦合至散热器的相对的第二侧的位置传感器PCB，并且其与电动机呈面对关系。位置传感器PCB可以包括多个霍尔效应传感器。电动机可包括支撑磁体的转子，霍尔效应传感器可运行以感测磁体的位置。

通过考虑详细说明和附图，本发明的其他独立方面将变得显而易见。

附图说明

图1A是包括电池组件，电子组件和电动机组件的电气组合的示意图。

图1B是图1A的电气组合的框图。

图2A示出了包括合并了图1A-1B的高功率电气组合的各种高功率电气设备的高功率电气系统。

图2B示出了可运行以由图1A-1B的现有电池组或高功率电池组件供电的现有电子设备的系统。

图3是图1A-1B的电气组合的电动机组件的透视图。

图4是沿图3的线4-4截取的图3的电动机组件的剖视图。

图5是沿图3的线5-5截取的图3的电动机组件的剖视图。

图6A是图3的电动机组件的分解透视图。

图6B是图3的电动机组件的侧视分解图。

图7是图3的电动机组件的透视图，示出了PCB组件从电动机组件的其余部分分解。

图8是图3的电动机组件的透视图，其中部分被移除。

图9是图3的电动机组件的另一透视图，其中部分被移除。

图10是图3的电动机组件的分解图，其中部分被移除。

图11是图3的电动机组件的分解图，其中部分被移除。

图12是定子叠片的前视图。

图13是转子叠片的前视图。

图14是定子端盖的透视图。

图15是另一个定子端盖的透视图，其中线圈接触板包覆模制在其中。

图16是图15的定子端盖和线圈接触板的另一透视图，示出了处于透明状态的定子端盖。

图17是图15的线圈接触板的透视图。

图18是根据本发明一方面的定子端盖和线圈接触板端子的局部放大透视图。

图18A是根据本发明的另一方面的具有线圈接触板和可附接端子的定子端盖的透视图，示出了处于透明状态的定子端盖。

图18B是根据本发明实施例的线圈接触板的制造示意图。

图18C是根据本发明另一实施例的线圈接触板和可附接端子的制造示意图。

图19是图3的电动机组件的电动机壳体的透视图。

图20是图19的电动机壳体的另一透视图。

图21是图19的电动机壳体的后视图。

图22是图19的电动机壳体的前视图。

图23是PCB组件的后视图。

图24是图23的PCB组件的前视图。

图25是大致沿着图5的线25-25截取的图23的PCB组件的透视截面图。

图26是图23的PCB组件的散热器的透视图。

图27是图3的电动机组件风扇的透视图。

图28是根据本发明的一个实施例的高功率工具系统的电流，效率，速度和功率作为电动机输出转矩的函数的曲线图。

图29是图1A-1B的电气组合的逆变器桥的框图。

图30是检查图1A-1B的电气组合的FET的方法的流程图。

图31A-31C示出了提供给图29的逆变器桥的电压信号的时序图。

图32是滞后电流控制方法的流程图。

图33是根据一些实施例的图2A的电池组的顶部透视图。

图34是图33的电池组的底部透视图。

图35是图33的电池组的俯视图。

图36是图33的电池组的底部平面图。

图37是图33的电池组的前视平面图。

图38是图33的电池组的后视平面图。

图39是图33的电池组的侧视平面图。

图40是图33的电池组的侧视平面图。

图41是图33的电池组的分解图。

图42是图33的电池组的剖视图。

图43是根据一些实施例的图2A的电池组的顶部透视图。

图44是图43的电池组的底部透视图。

图45是图43的条板包装的俯视图。

图46是图43的电池组的底部平面图。

图47是图43的电池组的前视平面图。

图48是图43的电池组的后视平面图。

图49是图43的电池组的侧视平面图。

图50是图43的电池组的侧视平面图。

图51是图43的电池组的分解图。

图52是图43的电池组的剖视图。

图53是根据一些实施例的图2A的电池组的顶部透视图。

图54是图53的电池组的底部透视图。

图55是图53的电池组的俯视图。

图56是图53的电池组的底部平面图。

图57是图53的电池组的前视平面图。

图58是图53的电池组的后视平面图。

图59是图53的电池组的侧视平面图。

图60是图53的电池组的侧视平面图。

图61是图53的电池组的分解图。

图62是图53的电池组的剖视图。

图63是图2A的电池组的框图。

图64A-64C示出了图2A的电池组的开关电阻。

图65是运行图2A的电池组的方法的流程图。

图66是根据一个实施例的图33的电池组的框图。

图67是切换图66的电池组的电池串的方法的流程图。

图68是根据一个实施例的图33的电池组的框图。

图69是切换图68的电池组的电池串的方法的流程图。

图70是根据一个实施例的图33的电池组的框图。

图71是切换图70的电池组的电池串的方法的流程图。

图72A-72B是图2A的电池组的开关的透视图。

图73是图2A的电池组的电池单元与电池组端子之间的连接的框图。

图74是用于图2A的电池组的支撑部分的C形通道的透视图。

图75是在图2A的电池组的支撑部分中的C形通道的透视图。

图76是用于图2B的电池组的L形通道的透视图。

图77是图2A的电池组的电池单元与电池组端子之间的连接的框图。

图78是图2A的电池组的透视图，其示出了连接到电池单元的负极端子的保险丝。

图79是图2A的电池组的端子块的透视图。

图80是根据一些实施例的电动机组件的透视图，其示出了从电动机组件的其余部分分解的PCB组件。

图81是图80的PCB组件的透视图，其中部分被移除。

图82是根据一些实施例的端盖的透视图，其中线圈接触板被包覆模制在其中。

图83是图82的端盖和线圈接触板的前视图，示出了处于透明状态的端盖。

图84是图82的线圈接触板的透视图。

具体实施方式

在详细解释本公开的任何独立实施例之前，应理解，本公开的应用不限于在以下描述中阐述或在附图中示出的构造细节和组件的布置。本公开能够具有其他独立的实施例并且能够以各种方式被实践或执行。同样，应当理解，本文所使用的措词和术语是出于描述的目的，而不应被认为是限制性的。

本文所使用的“包括”和“包含”及其变体的使用意在涵盖其后列出的项目及其等同物以及附加项目。如本文所用，“由其组成和其变型”的使用旨在仅涵盖其后列出的项目及其等同物。

本领域普通技术人员将理解，与数量或状况结合使用的相对术语，例如“约”，“大约”，“基本上”等，应包括所述值，并具有由上下文指示的含义(例如，该术语至少包括与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)。此类术语也应视为公开了由两个端点的绝对值定义的范围。例如，表述“约2至约4”也公开了范围“2至4”。相对术语可以指指示值的正负百分比(例如1％，5％，10％或更大)。

而且，本文描述为由一个部件执行的功能可以由多个部件以分布式方式执行。同样，多个部件执行的功能可以合并并由单个组件执行。类似地，被描述为执行特定功能的部件也可以执行本文未描述的附加功能。例如，以某种方式“配置”的设备或结构至少以这种方式配置，但是也可以以未列出的方式配置。

此外，本文描述的一些实施例可以包括一个或多个电子处理器，其被配置为通过执行存储在非暂时性计算机可读介质中的指令来执行所描述的功能。类似地，本文描述的实施例可以被实现为非暂时性计算机可读介质，其存储可由一个或多个电子处理器执行以执行所描述功能的指令。如本申请中所使用的，“非暂时性计算机可读介质”包括所有计算机可读介质，但是不包括暂时性传播信号。因此，非暂时性计算机可读介质可以包括例如硬盘，CD-ROM，光存储设备，磁存储设备，ROM(只读存储器)，RAM(随机存取存储器)，寄存器存储器，处理器高速缓存或其任何组合。

所描述的许多模块和逻辑结构能够在由微处理器或类似设备执行的软件中实现，或者能够使用包括例如专用集成电路(“ASIC”)在内的各种部件在硬件中实现。诸如“控制器”和“模块”之类的术语可以包括或指代硬件和/或软件。大写的术语符合惯例，有助于使描述与编码示例，方程式和/或图形相关联。但是，由于使用了大写字母，因此没有暗示或应该被推断出特定的含义。因此，权利要求不应限于特定的示例或术语，也不限于任何特定的硬件或软件实施方式或软件或硬件的组合。

图1A-1B示出了电气组合10的简化框图。组合10包括高功率DC电气设备(例如，电动工具)系统14，其包括电源(例如，电池组件18)，互连20(例如，端子，导体，开关等)，电子组件22(例如控件，开关场效应晶体管(FET)，触发器等)，电动机组件26。如下面更详细地解释的，高功率DC工具系统14利用DC电源在手持电动工具的包装限制(例如，重量，体积等)内实现高功率输出。

图2A示出了包括合并了高功率电气组合10的各种高功率电气设备的高功率电气系统1000。例如，系统1000包括电动工具(例如，圆锯(例如，蜗轮锯1010)，往复锯1014，台锯1018，斜切锯1022，角磨机1026，SDS Max锤1030，压缩机1034，真空吸尘器1038等)，户外工具(例如链锯1042，细绳修剪器，绿篱修剪器，吹风机，割草机等)，其他电动设备(例如车辆，通用推车等)和非电动电气设备(例如电源，灯1046，测试设备，音频设备1050等)。

图2B示出了可运行以由现有的电池组1104或高功率电池组件18、18A、18B供电的现有电气设备的系统1100。同样，现有的电气设备包括各种电动工具(例如，圆锯1110，往复锯1114，磨床1126，真空吸尘器1138，钻头1154，钉子1158，冲击起子/扳手1162等)，户外工具(例如，细绳修剪器1166，绿篱修剪器，吹风机1170等)等以及非电动电气设备(例如，音频设备1150，照明灯1174，测试设备等)。

参考图3至图7，电动机组件26通常包括电动机壳体30，定位在电动机壳体30内的电动机34，风扇38，印刷电路板(PCB)组件42。电动机34包括定子46和至少部分地定位在定子46内的转子50。在2017年2月13日提交的序列号为62/458,367的美国临时专利申请中描述和示出了类似的电动机，其全部内容通过引用结合于此。

参考图3-7和19-22，电动机壳体30包括至少部分地容纳电动机34的圆柱形部分54。沿着圆柱形部分54设置有安装凸台58，紧固件60通过其延伸以将PCB组件42与电动机壳体26互连，紧固件61通过其延伸以将主壳体26与定子46互连。参考图6A，电动机壳体30还包括与圆柱形部分54同轴并与圆柱形部分54轴向间隔的毂部分62，从圆柱部分54的后端70轴向延伸的柱66，以及径向延伸的辐条74，其将毂部分62互连到柱66。窗口78形成在圆柱形部分54的前端82中，从风扇38径向向外。

参考图5-6A，7和19-22，电动机壳体30的圆柱形部分54还包括径向向内延伸的肋86，其沿圆柱形部分54的整个长度延伸，每对相邻的肋86限定它们之间的通道90。当将电动机34被插入电动机壳体30中时，电动机34上的相应肋94可滑动地容纳在限定在圆柱形部分54中的各个通道90内，从而使电动机34相对于电动机壳体30旋转地定向。另外，电动机壳体30包括沿径向向内延伸的支撑肋98，该支撑肋98延伸圆柱形部分54的整个长度，其接触并支撑定子46。

特别参考图5-11，定子46包括堆叠在一起以形成定子芯106(即，定子堆)的多个单独的定子叠片102。如上所述，定子46包括在外周表面110上径向向外延伸的肋94，该肋在定子芯106的整个长度上延伸。相邻的肋94限定了凹形通道114，该凹形通道114对应于由电动机壳体限定的通道90，紧固件61延伸穿过该凹形通道114。另外，定子46包括凹槽118，凹槽118的目的在下面描述，其平行于肋94延伸并且从肋94旋转偏移。

参考图12，当叠片102堆叠在一起时，每个定子叠片102包括轭122(又名，轮缘，护铁等)具有多个径向向外延伸的突起94'(图12)，这些突起共同限定了肋94。当叠片102堆叠在一起时，每个定子叠片102还包括限定在轭122的外表面上的凹槽118'，这些凹槽共同限定凹槽118。当叠片102堆叠在一起时，定子46还包括向内延伸的定子齿126和限定在每对相邻的定子齿126之间的槽130。在所示的实施例中，定子叠片102包括六个定子齿126，其限定了六个定子槽130。

定子46还包括至少部分地位于槽130内的定子绕组134。在所示的实施例中，定子绕组134包括以三相并联三角形配置连接的六个线圈134A-134F。在替代实施例(未示出)中，线圈134A-134F可以以替代构造(例如，串联，三角形等)连接。绝缘构件138(图10)设置在每个槽130内，以使定子齿126与定子绕组134绝缘。定子绕组134通过连续(即单线)精密绕组工艺缠绕在定子芯106上。将槽130填充到至少30％的值。在一些实施例中，槽填充可以至少是36％。

在一些实施例中(即，定子堆长度242为45毫米(mm))，定子绕组134具有大约1.5mm的线规。在一些实施例中，定子绕组134的三角形线-线电阻在大约3.82mΩ至大约5.18mΩ的范围内。在其他实施例中，定子绕组134的三角形线-线电阻为大约4.5mΩ。定子绕组134的并联电阻(即，两个并联的线圈的电阻)在大约6.3mΩ至大约7.7mΩ的范围内。在一些实施例中，定子绕组134的并联电阻为大约7.0mΩ。

定子46包括邻近定子芯106的后端146的后端盖142和邻近前端154的前端盖150。参考图8-10和14-15，每个端盖142、150包括轮缘部分158和从轮缘部分158径向向内延伸的端盖齿162。端盖齿162包括支撑相应的定子线圈绕组134的突起166。定子绕组134还由形成在后端盖142上的凸缘170在相邻的定子齿126之间引导。

每个端盖142、150还包括从轮缘部分158横向延伸的突出部174，每个突出部174包括径向向内延伸的突起178，该突起容纳在定子芯106上形成的相应凹槽118中，以使每个端盖142、150相对于定子芯106旋转对准。后端盖142包括与定子芯106中的通道114对准的凹陷的凹槽182，紧固件61穿过该凹槽182延伸。同样，前端盖150包括与定子芯106中的通道114对准的凹陷的凹槽186。

参考图15至图17，定子46包括包覆模制在后端盖142中的线圈接触板190(在本文中也可互换地称为线圈接触板190A，190B，190C)。在定子46的组装期间，定子绕组134缠绕在定子齿126和端盖齿162上，并且线圈接触板190使对角相对的一对线圈134(例如134A和134D，134B和134E，134C和134F)短路。

参考图16至图17，线圈接触板190通常是半圆形的并且交错以避免相邻的线圈接触板190之间的接触。每个线圈接触板190包括第一端子194(即，短端子)和与第一端子194对角的第二端子198(即，长端子)。在所示的实施例中，端子194、198位于由后端盖142上的凸缘170形成的槽202内。定子绕组134连接到形成在端子194、198上的钩206。

在一些实施例中，后端盖142和前端盖150可以与定子芯106分开地制造，使用突出部174和凹槽118相对于定子芯106定位，然后通过完成的线圈绕组134将其保持在定子芯106上。在这样的实施例中，线圈接触板190可以使用例如嵌件成型工艺由后端盖142包覆模制。

在其他实施例(未示出)中，定子芯106和线圈接触板190可以例如使用注射成型工艺被插入成型在一起。在这样的实施例中，限定每个端盖142、150的模制材料也可以覆盖定子芯106的前后中的一个或多个叠片102。

在两个实施例中，因为线圈接触板190被模制在后端盖142内，所以不需要将线圈接触板190附接到端盖142的单独装置。而且，线圈接触板190的整个圆周长度在包括后端盖142的非导电模制材料内绝缘，从而如果电动机34暴露于潮湿环境中，则减小了线圈接触板190腐蚀的可能性。

参考图18，在一些实施例中，嵌入式定子线圈接触板190包括可附接端子210。具体地，在将线圈接触板190嵌入端盖142内之后，可将可附接端子210固定到线圈接触板190。有利地，对于给定的应用，可以针对尺寸(例如，厚度)，形状(例如，钩尺寸)，材料等适当地选择可附接端子210。例如，对于需要较大电流值的应用，可能需要具有较大钩尺寸的较厚端子210。另外，将端子210与线圈接触板190分开，减少了通过冲压制造线圈接触板190时浪费的材料量。端子210可以通过例如焊接或焊接工艺耦合至线圈接触板190。

参考图18A，示出了根据另一实施例的定子端盖142B。定子端盖142B包括三个嵌入式线圈接触板190B(即，汇流排(busbars))和六个端子194B，198B。具体地，三个相同的接触板190B被包覆模制在定子端盖142B内，并且可以例如大约1.0mm厚。

在模制过程之后，例如通过焊接过程，将端子194B，198B接合到接触板190B。特别地，端子194B，198B在连接部分199处连接到接触板190B。在所示的实施例中，相邻的连接部分199在位于内表面200上和位于外表面201上之间交替，从而使所有端子194B，198B都位于同一径向位置。端子194B，198B包括三个短端子194B和三个长端子198B(例如，宽度在大约1.3mm和大约1.5mm之间)。如上所述，端子194B，198B的尺寸范围可以满足各种设计要求。

参考图18B和18C，可以通过例如金属冲压工艺来制造线圈接触板(例如190)和端子(例如194、198)。参考图18B，线圈接触板190可以由单件材料214冲压而成。单件材料214可以包括大约3190mm²的面积，并且线圈接触板190可以包括大约768mm²的面积。这导致材料废品率约为76％。

参考图18C，线圈接触板190B由第一片材料214B冲压而成，并且两个端子194B，198B分别被分别冲压而成。制造线圈接触板190B，短端子194B和长端子194B所需的材料的总需求量为大约1310mm²，并且所得部件的总面积为大约840mm²。这导致材料报废率约为36％。

另外，由于可以调节各个部件的厚度，因此利用图18C的设计可以进一步增加材料节省。例如，线圈接触板190B可为约1mm厚，而端子194B，198B可为约1.3mm至约1.5mm厚。相反，由于使用单件材料214，所以图18B的单件设计具有均匀的厚度。

特别参考图4-5和图11，转子50包括堆叠在一起以形成转子芯222的各个转子叠片218。转子轴226穿过转子叠片218中的中心孔230定位。转子轴226至少部分地由定位在毂部分66内的轴承234(图22)支撑。转子轴226限定转子50的旋转轴238。

转子叠片218包括非圆形的外圆周231和在其中容纳永磁体233的多个槽232(图5)。在所示的实施例中，转子50是内部永磁体(IPM)型转子(又名埋入式磁体型转子)。在所示的实施例中，多个槽232还包括在槽232的端部处的空气屏障235(即，磁通屏障)。除了改善转子50的磁特性之外，空气屏障235还可以容纳粘合剂以帮助将永磁体233保持在槽232内。

继续参考图6B和12，定子46限定至少约60mm的外径240。在一些实施例中，外径240在大约70mm与大约100mm之间。在一些实施例中，外径240为大约70mm。

参考图4，定子46限定在大约68mm至大约88mm的范围内的长度241。在一些实施例中，长度241为大约78mm。定子芯106限定在大约35mm至大约55mm的范围内的长度242。在一些实施例中，定子芯106的长度242为大约45mm。在一些实施例中，定子46和散热器256的组合长度为大约84mm(即，包括电动机壳体30的特征是将散热器256安装到壳体30，但不安装在壳体30的其余部分)。在另外的实施例中，从散热器256到风扇38的后部的长度是大约95mm，并且从散热器256到与例如齿轮箱匹配的壳体30的表面的长度是大约103mm。定子46(即定子芯106，端盖142、150和线圈134)的总重量在约1.49磅至约1.89磅的范围内。在一些实施例中，定子46的总重量为大约1.69磅。定子芯106进一步限定在大约72,000mm³和大约92,000mm³的范围内的体积。在一些实施例中，定子芯106限定约82,000mm³的体积。

继续参考图4和定子芯106的长度242为大约45mm的实施例，转子50限定在大约20mm和大约40mm的范围内的外径243。在一些实施例中，外径243为大约31.1mm。参考图4，转子芯222限定在大约35mm至大约55mm的范围内的长度245。在一些实施例中，转子芯222的长度245为大约45mm。在一些实施例中，转子芯222的长度245等于定子芯106的长度242。转子50进一步限定从磁体296(图4)到转子芯222的端部的长度244为大约68mm。另外，转子50限定了从磁体296到风扇38的后部的长度246，其大约为89.6mm。

转子50的总重量(即，转子芯222，磁体233，转子轴226，轴承234和风扇38的重量)在大约0.74磅和大约1.14磅的范围内。在一些实施例中，转子50的总重量为大约0.94磅。转子芯222的重量在大约0.31磅至大约0.51磅的范围内。在一些实施例中，转子芯222的重量为大约0.41磅。另外，转子芯222限定在大约20,000mm³至大约30,000mm³的范围内的体积。在一些实施例中，转子芯222的体积为大约25,170mm³。

参考图23-26，PCB组件42包括第一印刷电路板248(即，电源电路板)，第二印刷电路板252(即，转子位置传感器板)和散热器256。散热器256限定第一印刷电路板248耦合至的第一侧260，并且限定第二印刷电路板252耦合至的第二侧264。换句话说，散热器256位于第一和第二PCB 248、252之间。这样，散热器256被定位并且可运行以从第一PCB 248和第二PCB 252两者吸热。

PCB组件42与电动机壳体30的与前端82相对的后端70耦接，转子轴226从前端82突出。PCB组件42通过紧固件60(图4和图6A)固定在电动机壳体30上，紧固件60围绕电动机壳体30的周边等距间隔开。参考图3，第二端子198延伸穿过散热器256并且电连接到电源电路板248，而第一端子194不突出穿过散热器256。特别地，线圈接触板190的端子198分别连接到逆变器桥378的U，V，W相。

在一些实施例中，在电源电路板248如上所述位于电动工具10内的其他地方的情况下，线圈接触板190可以通过引线连接至电源电路板248。引线可以连接到第二端子198(例如，连接到第二端子198中的孔)，并且被布线到电动工具壳体内的电源电路板248。

在一些实施例中，电源电路板248可以被安装在组合件10内其他地方的铸件上，而不是被附接到电动机壳体上。例如，电源电路板248可以被定位在电动工具壳体的手柄部分中，或在组合10的电动机壳体部分中与电动机组件26相邻。但是，转子传感器板252可以保留在电动机组件26中。

继续参考图24，电源电路板248包括多个开关272(例如，FET，IGBT，MOSFET等)。电源(电池组18)通过开关272(例如，逆变器桥)向电动机34提供运行功率。在所示的实施例中，电源电路板248包括端子276以接收来自电源的DC功率。通过选择性地激活开关272，来自电源的功率被选择性地施加到电动机34的线圈，以引起转子50的旋转。

电源电路板248包括一个面向散热器256的大体上平坦的第一表面280和与第一表面280相对的第二表面284。与电源电路板248相关的开关272和电容器288位于第二表面284上。第一表面280保持与散热器256接触，使得由电源电路板248产生的热(例如，由开关272产生的热)通过传导传输到散热器256，然后在散热器256中消散。

电源电路板248还包括孔288，线圈接触板190的端子198穿过孔288突出。孔288通过电源电路板248上的印刷电迹线分别连接到逆变器桥的U，V和W端子。因此，不需要单独的电线将开关272电连接到线圈接触板190。另外，在电源电路板248的外周上设置有凹槽(类似于凹槽314)，紧固件60延伸穿过该凹槽。

参考图23，转子位置传感器板252包括多个霍尔效应传感器292，并且电动机34包括安装在转子轴226上的环形永磁体296。环形磁铁296固定在转子轴226上，并与转子轴226共同旋转，从而发出可被霍尔效应传感器292检测到的旋转磁场。环形磁体296与转子50的磁体233旋转对准。具体地，毂部分62限定中心孔302，用于支撑转子轴226的轴承234过盈配合在该中心孔302中，并且环形磁体296被容纳在该中心孔302中(图4和7)。在所示的实施例中，转子位置传感器板252被容纳在形成在散热器256的第二侧264上的凹槽315内。

连接部分306设置在转子位置传感器板252的一端，以与电源电路板248上的配合连接部分307连接。以这种方式，经由配合连接端子306、307向转子位置传感器板252提供功率，并将来自霍尔效应传感器292的电动机信息反馈通过电源电路板248传输到电动机控制器374。在一些实施例中，电源电路板248和转子位置传感器板252可以被组合在单个电动机控制器PCB上(未示出)。

参考图26，如上所述，散热器256包括与电源电路板248中的对应孔288对准的孔310，端子198穿过该孔310并连接到电源电路板248。在散热器256的外周上还设有凹槽314，紧固件60穿过该凹槽延伸。在一些实施例中，低压模制件(未示出)设置有散热器256，以将转子位置传感器板252靠近连接部306支撑在散热器256上。

转子位置传感器板252的另一端被固定在散热器256上，以确保转子位置传感器板252保持与散热器256接触，并减小相对于环形磁体296的公差叠加。在一些实施例中，低压模制还使电源线和带状电缆连接器的焊点免受污染。另外，低压模制件可以延伸到散热器256中的孔310的边缘，以在端子198和散热器256之间提供电绝缘。散热器256还可以是硬涂层阳极化或碳涂层的散热器，以提供与端子198的电隔离。

当霍尔效应传感器292检测到附接到电动机34的旋转轴226上的磁体296的磁极时，霍尔效应传感器292输出电动机反馈信息，例如指示(例如，脉冲)。基于从霍尔效应传感器292反馈信息，电动机控制器374可以确定轴226的旋转位置，速度和/或加速度。

电动机控制器374还从用户输入接收控制信号。用户输入可以包括例如触发器开关，正向/反向选择器开关，模式选择器开关等。响应于电动机反馈信息和用户控制信号，电动机控制器374将控制信号传输至开关272以驱动电动机34。通过选择性地激活开关272，来自电源的功率选择性地施加到线圈134以引起轴226的旋转。在一些实施例中，电动机控制器374还可以从外部设备接收控制信号，诸如智能手机通过收发器(未示出)无线连接。

散热器256包括具有翅片322和从散热器256的第二侧264延伸的柱326的基座318。翅片322和柱326可用于提高散热器256的冷却能力和/或相对于电动机组件26的其余部分在结构上支撑散热器256。

在一些实施例中，散热器256限定在大约2mm至大约6mm的范围内的厚度330。在一些实施例中，翅片322和柱326从基座318延伸以限定在大约11mm至大约15mm的范围内的尺寸334。在一些实施例中，散热器256限定在大约65mm至大约85mm的范围内的外径338。在一些实施例中，散热器256的外径338为大约75mm。

参考图23，印刷电路板248在大约65mm至大约85mm的范围内限定外径338。在一些实施例中，印刷电路板248的外径338为大约75mm。印刷电路板248限定在大约3300mm²至大约5700mm²的范围内的面积。印刷电路板248将包括FET 386、390的高度限定在大约5mm至大约10mm的范围内。印刷电路板248限定在大约16,500mm³至大约57,000mm³的范围内的体积。

参考图4，散热器256位于风扇38产生的气流内。通过将PCB组件42定位在电动机壳体30的后部70上，PCB组件42的冷却被最大化。参考图6B和27，风扇38耦合至转子轴226以与其一起旋转。具体地，配件342安装在转子轴226周围，并且配件342将风扇38耦合至转子轴226。风扇38包括中央孔346和一组风扇叶片350。

参考图28，示出了针对高功率DC工具系统14的电流354，效率358，速度362和电动机功率输出366的实验结果。结果用于高功率DC工具系统14的正向和反向运行，其中定子46的直径240约为70mm，而定子芯106的长度242约为45mm。在一些实施例中，电动机组件26的峰值功率输出(定子堆长度106为约45mm)在约2200W至约2600W的范围内。在一些实施例中，电动机组件26的峰值功率在正向运行(即，绿色迹线)和反向运行(即，红色迹线)中，大约为2400W。

参考图1B，除了电子组件22和电动机组件26之外，组合10还包括继电器398。电子组件包括电动机控制器374，逆变器桥378和触发器组件382。如上所述，参考图3-7，电动机组件26包括电动机34和包括霍尔效应传感器292的第二PCB 252。电子组件22还可包括附加的用户输入(未示出)，例如模式选择器开关，快速拨号，离合器设置单元等。在一些实施例中，除了触发器组件382或代替触发器组件382，电子组件22可包括电源开关(未示出)。

在一些实施例中，电动机控制器374被实现为具有单独存储器的微处理器。在其他实施例中，电动机控制器374可以被实现为微控制器(存储器在同一芯片上)。在其他实施例中，电动机控制器可以部分地或全部地实现为例如现场可编程门阵列(FPGA)，专用集成电路(ASIC)，硬件实现的状态机等，并且存储器可以不是必须的或相应地修改。

电动机控制器374通过逆变器桥378控制电动机34的运行。参考图1B，电动机控制器374通信地耦合至触发器组件382和霍尔效应传感器292。触发器组件382可以包括，例如，电位计，距离传感器等，以确定并提供触发器被拉到电动机控制器374的距离的指示。电动机控制器374根据霍尔效应传感器292的输入确定电动机速度。电动机控制器374基于从触发器组件382和霍尔效应传感器292接收的信号，通过逆变器桥378对电动机34执行开环或闭环控制。

参考图29，逆变器桥378控制向电动工具14的三相(例如，U，V和W)电动机34的电力供应。逆变器桥378包括用于电动机34的每个相的高侧FET 386和低侧FET 390。高侧FET386和低侧FET 390由在电动机控制器374中实现的相应栅极驱动器394控制。

在一些实施例中，逆变器桥378可以每相包括一个以上的高侧FET 386和一个以上的低侧FET 390，以为每个相提供冗余电流路径。另外，在一些实施例中，栅极驱动器394可以在逆变器桥378上提供的单独的集成电路上实现。尽管图29仅示出了一组高侧FET 386和低侧FET 390，但是该逆变器桥378包括三组高端FET 386和低端FET 390，每组用于电动机34的每一相。此外，电动机控制器374包括三个栅极驱动器394，每组用于电动机34的每一相。

高侧FET 386的漏极连接到电池电源，并且高侧FET 386的源极连接到电动机34(例如，电动机34的相位线圈134)，当高侧FET 386闭合时，以向电动机34提供电池电源。换句话说，高侧FET 386连接在电池电源和电动机相位线圈134之间。

低侧FET 390的漏极连接至电动机34(例如，电动机34的相位线圈134)，并且低侧FET 390的源极接地。换句话说，低侧FET 390连接在电动机相位线圈134和地之间。当闭合时，低侧FET 390在电动机相位线圈和地之间提供电流路径。

当FET 386、390闭合(或导通)时，FET 386、390允许电流流过相位线圈134。相反，当FET 386、390断开(或截止)时，FET 386、390阻止电流流过相位线圈134。所示结构的FET386、390的特征在于较高的漏极-源极击穿电压(例如，在30V至50V之间)，较高的连续漏极电流(例如，在300A至600A之间)，较高的脉冲漏极电流(例如，超过1200A)，以及漏极-源极导通状态电阻在0.3mΩ与0.9mΩ之间。

相比之下，现有电动工具中使用的FET并未具有如此高的电压和电流特性。因此，这样的现有电动工具将不能处理这样的高电流和电压特性。此外，现有电动工具中使用的FET是用较低电流驱动的。因此，内部电阻低于1.5mΩ的FET不能用于现有的电动工具中来驱动电动机。因为与现有电动工具的FET相比，FET 386、390具有相对较小的电阻，所以逆变器桥378的散热显着减少。

栅极驱动器394向FET 386、390提供栅极电压，以控制FET 386、390断开或闭合。栅极驱动器394从电池组18接收电源(例如，低压电源)。在一些实施例中，电动机控制器374和栅极驱动器394可以仅控制低侧FET 390来运行电动机34。在其他实施例中，电动机控制器374和栅极驱动器394可以仅控制高侧FET 386来运行电动机34。在其他实施例中，电动机控制器374和栅极驱动器394在控制高侧FET 386和低侧FET之间交替以运行电动机34并在FET386、390之间分配热负载。

在一些实施例中，逆变器桥378还可以包括设置在电流路径中的电流传感器(未示出)，以检测流到电动机34的电流。电流传感器的输出被提供给电动机控制器374。电动机控制器374可以进一步基于电流传感器的输出来控制电动机34。

如上所述，继电器398设置在电池组18和电子组件22之间。当继电器398闭合时，继电器398允许电流流过电子组件22，并且当继电器398断开时，继电器398防止电流流到电子组件22。继电器398为FET 386、390提供欠压保护，并且还可以在电动机控制器374的故障情况下防止电流流过FET 386、390。继电器398可以包括机电继电器或基于半导体的固态继电器。

继电器398由电动机控制器374和触发器组件382控制。例如，继电器398可以包括逻辑电路(未示出)，该逻辑电路从电动机控制器374和触发器组件382接收输入。继电器398可以闭合以仅在两个输入都为高时才允许放电电流流过。即，仅当触发器被致动，电动机控制器374起作用并且电动机控制器374指示电动工具14中没有故障时，继电器398才可以闭合。当任一输入为低时，继电器398可以断开。例如，当不致动触发器，当电动机控制器374发生故障时，或者当电动机控制器374指示电动工具14中的故障状况时，继电器398可以防止放电电流流过。

在一些实施例中，电动机控制器374在每次触发器拉动的开始时执行FET检查。电动机控制器374连续地导通每个FET 386、390以确保所有FET 386、390都起作用。当电动机控制器374检测到所有FET 386、390都在起作用时，电动机控制器374继续电动工具14的正常运行。当电动机控制器374检测到FET 386、390之一发生故障时，电动机控制器374可以暂时或永久禁用电动工具14以防止电动工具14的运行。

图30是示出检查FET 386、390的一个示例方法402的流程图。方法402包括向所有FET 386、390提供测试信号(在框406)。如上所述，电动机控制器374连续地导通每个FET386、390。方法402还包括确定是否所有FET 386、390都在起作用(方框410)。电动机控制器374基于测试信号确定FET 386、390是否正在起作用或已经发生故障。例如，电动机控制器374可以监控FET 386、390的输入和输出，以在提供测试信号时确定FET 386、390是否在起作用。

当电动机控制器374确定所有FET 386、390都在起作用时，电动机控制器374允许电动工具14的运行(在框414处)。例如，电动机控制器374继续向继电器398提供高信号，以允许电动工具14的正常运行。当电动机控制器374确定FET 386、390中的至少一个发生故障时，电动机控制器374禁用电动工具14(在框418处)。电动机控制器374可以暂时或永久地禁用电动工具14。例如，电动机控制器374向继电器398提供低信号，以防止放电电流流到FET386、390。

现有的电动工具依靠堵转电流来限制电动工具14汲取的电流。但是，在所示的结构中，因为在所示的电动工具14中流经FET 386、390的电流较高，并且FET386、390提供的阻抗(以及系统10中的其他部件，尤其是电池组18和电动机34)较低，更高的电流可能导致FET386、390失效，所以不再依赖堵转电流。因此，使用滞后电流控制来限制电动工具14的电流消耗。简而言之，当电流超过预定阈值时，电动机控制器374将PWM周期减小到FET 386、390。

图31A-31C示出了提供给逆变器桥378的电压信号的时序图。图31A示出了在电动工具14的正常运行期间的PWM信号422。可以看出，提供给逆变器桥的PWM信号422具有恒定的占空比(例如50％)。在一些实施例中，PWM信号422的占空比可以随着触发器被拉动的距离而变化。

图31B示出了在电动工具14的滞后电流控制运行期间的PWM信号426。当电动机控制器374确定流向(或流向)电动机34的电流超过预定电流阈值时，电动机控制器374改变(例如，减小)PWM信号426的占空比以限制电流。例如，电动机控制器374可以将占空比减小到40％。当电流在正常范围内时，电动机控制器374可以返回到正常运行。

图31C示出了当电动机控制器374根据电流控制占空比时在滞后电流控制运行期间的PWM信号430。例如，对于PWM信号434的每个正电压信号，当电流超过预定阈值时，电动机控制器374闭合电压信号。因此，每个随后的正电压信号可以具有不同的占空比。例如，当电流不超过预定阈值时，第一正电压信号434可以具有50％的占空比。对于第二正电压信号438，一旦电流超过预定阈值，电动机控制器374就可以闭合该信号，例如，这可能导致40％的占空比。类似地，对于第三正电压信号442，基于更早超过预定阈值的电流，占空比可以进一步减小到30％。

图32是示出了滞后电流控制的一种示例方法446的流程图。方法446包括向FET386、390提供具有第一占空比的电压信号(在框450)。如上所述，第一占空比可以是100％或者可以与触发器被拉到的距离成比例。方法446还包括监控提供给FET 386、390的电流(在框454处)。监控的电流可以是瞬时电流，缓慢移动的电流平均值，快速移动的电流平均值等。方法446还包括确定电流是否高于预定电流阈值(在框458处)。在一些实施例中，预定电流阈值在大约140A至280A的范围内。

当电流超过预定电流阈值时，方法446包括向FET提供具有低于第一占空比的第二占空比的电压信号(在框460处)。如上所述，占空比可以根据电流而减小。例如，占空比可以与触发器被拉到的距离成比例地减小到占空比的80％或60％。当电流未超过预定阈值时，方法426继续将具有第一占空比的电压信号提供给FET 386、390。另外，方法426继续监控提供给FET 386、390的电流量。

继电器398和逆变器桥378限定了电动工具14的功率电子器件。包括电动机控制器374的印刷电路板限定了电动工具14的控制电子器件。功率电子器件和控制电子器件可以分布在电动工具壳体内。包括电动机控制器374的印刷电路板限定在大约40mm至大约60mm的范围内的长度，在大约25mm至大约40mm的范围内的宽度以及在大约5mm至约15mm的范围内的高度(包括所有固定的非电线部件)。包括电动机控制器374的印刷电路板限定在1000mm²至2400mm²的范围内的面积和在大约5000mm³至大约36000mm³的范围内的体积。

继电器398(不包括插头)限定在大约45mm至65mm的范围内的长度，在大约30mm至50mm的范围内的宽度以及在54,000mm³至180,000mm³的范围内的体积。放在一起，功率电子器件的面积在大约5200mm²到大约10500mm²的范围内。放在一起，功率电子器件的体积在大约48,500mm³至大约150,000mm³的范围内。

在一些实施例中，使用10规格的电线将电源连接到逆变器桥378。10规格的电线提供了改进的热负载能力。

图33-62示出了电池组18的几个实施例。参考图33-42，根据一些实施例，示出了具有5S3P配置的电池组18(一组5个串联的电池单元，3组并联)。电池组18包括电池组壳体462和设置在电池组壳体462上的端子块466。电池组壳体462包围电池组18的包括电池单元，电池控制器等的部件。当电池组18被附接到电动工具14时，端子块466被耦接至电动工具14的端子块(未示出)。电池组18通过端子块466向电动工具14提供放电电流。

参考图43-52，根据一些实施例示出了具有5S2P构造的电池组18A。参考图53-62，根据一些实施例示出了具有5S1P构造的电池组18B。

图63是电池组18的简化框图。电池组18包括电池单元470，电池控制器474，电阻器478和电池组端子482。电池控制器474可以以类似于电动机控制器374的方式实施。电池控制器474通过端子块466与电动机控制器374通信。

电池组18可包括并联连接的一个或多个电池单元串，每个具有串联连接的多个(例如五个或更多)电池单元以提供期望的放电输出(例如，标称电压(例如，在约16V和约20V之间)和电流容量)。因此，电池组18可包括“5S1P”(见图53-62)，“5S2P”(见图43-52)，“5S3P”(见图33-42)等构造。在其他实施例中，电池单元470的其他组合也是可能的。

每个电池单元470可具有在3V与5V之间的标称电压，并且可具有在3Ah与5Ah之间的标称容量。电池单元470可以是任何可再充电电池单元化学类型，例如锂(Li)，锂离子(Li-ion)，其他基于锂的化学物质，镍镉(NiCd)，镍金属氢化物(NiMH)等。

电池组18提供比现有电池组相对更高的电流。然而，该较高的电流输出可能在电动工具14的启动时间期间损坏电动机控制器。为了防止对电动机控制器的这种损坏，电池组18包括电阻器478，以在启动时初始提供减小的电流。电池组18向电池组端子482提供两条电流路径。

图73是示出电池单元470和电池组端子482之间的两条路径的框图。在第一电流路径中，电池单元470通过电阻器478和正热系数(PTC)元件480连接到电池组端子482(图64A)。电阻器478是用于减少在第一电流路径中流动的电流量的高电阻器。每个PTC元件480是随温度变化的电阻器，其电阻随着其温度升高而增加。因此，如果电池单元470和电池组端子482之间的连接短路了一段时间(例如，由于故障)导致电流流过PTC元件480并产生热量，则PTC元件480的电阻将增加，直到PTC元件480基本上充当开路以防止电池组18和/或电动工具10过热。

在第二路径中，电池单元470通过开关486(图64B)连接至电池组端子。开关486可以被实现为具有比电阻器478低的电阻的双极结型晶体管(BJT)，场效应晶体管(FET)等。电池控制器474提供控制信号以断开或闭合开关486。当电池组18耦合至电动工具10并且触发器没有被拉动和/或触发器被拉动之后的短时间段时，开关486充当开路，并且电流通过电阻器478和PTC元件480被输送，以为电动工具电子器件供电而不引起过热。替代地，当拉动触发器时和/或在拉动触发器后的短时间之后，晶体管充当短路，来自电池单元470的电流绕过电阻器478和PTC元件480以向电动工具10提供功率。

图65是运行电池组18的一种示例性方法490的流程图。方法490包括将电阻器478连接到电池组18的电流路径中(在框494处)。在运行中，在插入电池组18时(或者在电池组18已经在电动工具10上闲置之后)，通过断开开关486，电阻器478连接在电池单元470和电池组端子482之间。由于该路径的较高电阻，电池组18提供减小的电流以启动电动工具和电动机控制器。

方法490还包括：确定在触发器激活之后已经过去预定时间量(在框498处)，以及当在触发器激活之后已经过去了预定时间量时从电流路径中移除电阻器478(在框502处)。当触发器被拉动时，并且在预定时间段(例如1-2ms)之后，开关486闭合以使电流路径的电阻器478短路。由于该路径的较低电阻，电池组18提供高电流以运行电动工具14。

在一些实施例中，附加地或替代地，可以通过在电池组18的电流路径中使用保险丝来向电池组18提供保护。参照图77，保险丝670耦合在电池单元470的负极端子和端子块482之间。保险丝670可以是铜合金，例如FAS 680铜-锡合金或EFTEC铜合金，其有利于焊接并且具有高导热性和导电性。如图78所示，可以将保险丝670焊接或钎焊到连接电池单元470的负极端子的汇流条。保险丝670连接到包括电阻器478，PTC元件480和开关482的电路板。

连接电池单元470的正极端子的汇流条设置在电池组端子482的下方，而电池单元470的负极端子设置在电池组18的与电池组端子482相反的一侧。电池组18的负极侧还具有大的感测电阻器和用于FET的散热器(例如，铜)。保险丝670在电池单元470的负极侧上的放置因此允许在保险丝670的硬短路(例如，80毫欧以下)期间产生的热量沉入散热器中并且与电池组端子482隔离。

在一些实施例中，电池组端子482可以被放置得更靠近连接电池单元470的负极端子的汇流条并且在电池组18的与电池组18的正极端子相反的一侧上。保险丝670可以连接到电池单元470的正极端子。

在一些实施例中，电动工具14可实施电池单元串切换机构以限制由于较高电流对电动机控制器的损坏。图66是电池组18的5S3P构造的一个示例的简化框图。

在所示的构造中，电池组18包括五个串联连接的电池单元的三个电池单元串506A-506C。每个电池单元串506A-506C由模拟前端510A-510C之一单独监控。第二电池单元串506B和第三电池单元串506C分别通过第一开关514和第二开关518连接到电池组端子482。

当闭合时，第一开关514将第二电池单元串506B连接到电池组端子482，并且当断开时，将第二电池单元串506B从电池组端子482断开。类似地，当闭合时，第二开关518将第三电池单元串506C连接至电池组端子482，并且当断开时，第二开关518将第三电池单元串506C与断开时的电池组端子482断开。电池控制器474控制第一开关514和第二开关518断开和闭合。

在一些实施例中，放电开关(未示出)可以连接在电池单元串506A-506C与电池组端子482之间的电池组18的放电路径中。另外，电池组18还可以包括连接在电池单元串506A-506C和电池组18的充电端子526之间的充电开关522。

图67是根据一个实施例的切换电池单元串506A-506C的方法530的流程图。方法530包括在启动期间使用电池控制器474将第一电池单元串506A连接到电池组端子482(在框534处)。例如，电池控制器474断开第一开关514和第二开关518，并且闭合放电开关以仅将第一电池单元串506A连接到电动工具14，并因此提供减小的电流以给电动机控制器供电。

方法530还包括：确定已经过去了预定时间量(在框438处)，以及当已经过去了预定时间量时，连接第二电池单元串506B(在框542处)。电池控制器474可以在启动之后启动定时器，并且当定时器到期时(例如，在200ms之后)，电池控制器474可以闭合第一开关514和第二开关518以连接第二电池单元串506B和第三电池单元串506B到电池组端子482。电池控制器474可在大约同一时间闭合第一开关514和第二开关518，或者可以在闭合第一开关514之后的第二预定时间量闭合第二开关518。

图68是电池组18的5S3P构造的另一示例的简化框图。在所示示例中，第一电池单元串506A由第一模拟前端510A监控，以及第二电池单元串506B和第三电池单元串506C由第二模拟前端510B监控，从而减少了模拟前端458的数量。第二电池单元串506B和第三电池单元串510C通过第一开关546连接到电池组端子482。当闭合时，第一开关546将第二电池单元串506B和第三电池单元串506C连接到电池组端子482，当断开时，将第二电池单元串506B和第三电池单元串506C与电池组端子482断开。第一开关546由电池控制器474控制以断开和闭合。

图69是根据另一实施例的切换电池单元串506A-506C的方法550的流程图。方法550包括在启动期间使用电池控制器474将第一电池单元串506A连接到电池组端子482(在框554处)。例如，电池控制器474断开第一开关546，并且闭合放电开关，以仅将第一电池单元串506A连接到电动工具10，并且提供减少量的电流以给电动机控制器374供电。

方法550还包括确定已经经过预定时间量(在框558处)，并且当已经经过预定时间量时，连接第二电池单元串506B(在框562处)。电池控制器474可以在启动之后启动定时器，并且当定时器到期时(例如，在200ms之后)，电池控制器474可以闭合第一开关546以将第二电池单元串506B和第三电池单元串506C连接到电池组端子482。

图70是电池组18的5S3P构造的另一示例的简化框图。在所示的示例中，5S3P构造类似于图68中所示的5S3P构造。但是，由第二电池单元串506B和第三电池单元串506C形成的5S2P构造包括将5S2P构造分为3S2P构造和2S2P构造的第二开关(未示出)。即，当第二开关断开时，仅3S2P构造连接在第一开关498和地之间。当第二开关闭合时，由第二电池单元串506B和第三电池单元串506C形成的5S2P构造连接在第一开关498和地之间。如上所述，第一开关546和第二开关由电池控制器474控制，以将第一电池单元串506A，3S2P构造和5S2构造选择性地连接到电池组端子482。

图71是根据另一实施例的切换电池单元串506A-506C的方法562的流程图。方法562包括在启动期间使用电池控制器474将第一电池单元串506A和电池单元的第一构造连接至电池组端子482(在框566处)。例如，电池控制器474断开第二开关并闭合第一开关546和放电开关，以仅将第一电池单元串506A和3S2P构造连接到电动工具14，以提供减少量的电流来给电动机控制器374供电。

方法562还包括确定已经过去了预定时间量(在框570处)并且当已经过去了预定时间量时连接第二电池单元串506B(在框574处)。电池控制器474可以在启动之后启动定时器，并且当定时器到期时(例如，在200ms之后)，电池控制器474可以闭合第二开关以将由第二电池单元串506B和第三电电池单元串506C形成的5S2P构造连接到电池组端子482。

在一些实施例中，电池组端子482可以由F-Tec端子制成，以提供更好的热分配能力和耐久性。

具有锂离子化学成分的电池单元的电池组可能要遵守运输规则。这样的运输规则可能会限制所运输的电池组的电压和/或功率容量。为了遵守这样的规则，可以在电池组18运输时使电池单元470的子芯和/或电池单元串506A-506C彼此断开。电池组18可包括如下所述的开关，该开关在使用电池组18时将子芯或电池单元串506A-506C连接在一起。在2016年12月16日提交的序列号为62/435，453的美国临时专利申请中描述和示出了类似的开关布置，该申请的全部内容通过引用结合于此。

电池组18包括从壳体462延伸的开关578。开关578被配置为处于第一位置和第二位置。当处于第一(例如，“OFF”)位置时，容纳在壳体462内的电池组18的电气部件(例如，子芯或电池单元串506A-506C)彼此电断开。当处于第二(例如，“ON”)位置时，电气部件(例如，子芯或电池单元串506A-C)彼此电连接。用户可以通过按下开关578来将开关578从第一位置操纵到第二位置。

图72A-72B示出了根据一些实施例的开关578。如上所述，开关578被配置为处于第一位置(图72A)和第二位置(图72B)。开关578包括外壳582、端子586a，586b，...，586n、导电总线590和非导电层594。外壳582可以由塑料或类似材料形成。外壳582滑动地耦合至壳体462，而导电总线590和非导电层594被耦合到壳体462或与壳体462成一体，使得外壳582滑动地耦合至导电总线590和非导电层594。外壳可包括一个或多个凹槽598，前止动构件602和后止动构件606。

尽管示出为具有六个端子586a-586f，但是在其他实施例(未示出)中，电池组18可以具有更少或更多的端子586。每个端子586具有第一端，该第一端耦合至外壳582并且电耦合至子芯(例如，经由子芯端子)。每个端子586具有第二端，该第二端被配置为当开关578处于断开位置时与非导电层594滑动接触，并且在开关578处于接通位置时与导电总线590滑动接触。

如图72A-72B中所示，在一些实施例中，导电总线590和非导电层594经由具有一个或多个突起614并形成孔618的保护构件610耦合至用户界面(例如，突出到壳体之外并且被配置为可由用户可操作的部分)。突起614与外壳582的一个或多个凹槽598接合，以防止在第一位置和第二位置之间不期望的运动。当从第二位置移动到第一位置时，前止动构件602位于孔618内，并与保护件610接合，以防止导电总线590和非导电层594超过第一位置。当从第一位置移动到第二位置时，后止动构件606防止导电总线590和非导电层594超过第二位置。

参考图39，电池组18限定在大约140mm至大约155mm的范围内的长度622。在一些实施例中，长度622为大约152.25mm。参考图38，电池组18在大约75mm至大约90mm的范围内限定宽度626。在一些实施例中，宽度626为大约84mm。参考图37，电池组18在大约90mm至大约110mm的范围内限定高度630。在一些实施例中，高度630为大约99mm。电池组18的体积在大约945,000mm³至大约1,534,500mm³(例如，大约1,022,954mm³)之间。电池组18的总重量在大约3磅到大约4磅的范围内。在一些实施例中，电池组18的总重量约为3.426磅(约1,554克(g))。

在一些其他实施例中，宽度可以增加约1mm至约3mm到约85mm至约87mm。在这样的实施例中，电池组18的总重量可以增加到约3.48磅至约3.5磅(约1,579g至约1,588g)。

电池组18具有在大约18毫欧至大约23毫欧的范围内的AC内部电阻(ACIR)。电池组18具有在大约15mΩ至大约25mΩ范围内的DC内部电阻(DCIR)。在一些实施例中，电池组18的DCIR为约21mΩ。

参考图49，电池组18A在大约130mm至大约145mm的范围内限定长度634。在一些实施例中，长度634为大约138.9mm。参考图48，电池组18A在大约75mm至大约90mm的范围内限定宽度638。在一些实施例中，宽度638为大约84mm。参考图47，电池组18A在大约75mm至大约85mm的范围内限定高度642。在一些实施例中，高度642为大约81.9mm。电池组18的体积在大约730,000mm³至大约1,110,000mm³(例如，大约766,202mm³)之间。电池组18A的总重量在大约2磅至大约3磅的范围内。在一些实施例中，电池组18A的总重量约为2.3磅(约1049.5克)。

电池组18A具有在大约25毫欧至大约30毫欧的范围内的ACIR。电池组18A具有在大约27mΩ至大约37mΩ的范围内的DCIR。在一些实施例中，电池组18A的DCIR为大约32mΩ。

参考图53，电池组18B在大约130mm至大约145mm的范围内限定长度646。在一些实施例中，长度646为大约139.9mm。电池组18B在大约75mm至大约90mm的范围内限定宽度650。在一些实施例中，宽度650为大约84mm。电池组18B在大约50mm至大约65mm的范围内限定高度654。在一些实施例中，高度654为大约58.27mm。电池组18的体积在约487,500mm³至约848,250mm³之间(例如，约507,384mm³)。电池组18B的总重量在大约1磅到约1.5磅的范围内。在一些实施例中，电池组18B的总重量约为1.2磅(约546克)。

电池组18B具有在大约45毫欧至大约55毫欧的范围内的ACIR。电池组18B具有在大约59mΩ至大约69mΩ的范围内的DCIR。在一些实施例中，电池组18B的DCIR为约64mΩ。

相比之下，现有的电池组的长度为约130mm，宽度为约79mm，高度为约86.5mm。这样的电池组的重量约为2.4磅。

由于电池组18中使用的电池单元数量更多，所以电池组18可能更容易损坏。电池组18包括C形通道658以加强端子块466。图示的通道658通过金属冲压形成。图74-75示出了C形通道658。如图74所示，C形通道658包括前壁架662和连接到前壁架662的两个C形杆664。

图75示出了C形通道658在电池组18内的定位。C形通道658位于电池组18的端子块466周围。前壁架662位于端子块466的前面，支撑电池组18的顶部壳体的一部分。C形杆664设置在端子块466的侧面上，支撑顶部壳体的导轨，该顶部壳体容纳电动工具10的对应部分。在一些实施例中，可以使用L形通道660(如图76所示)而不是C形通道658。

图79示出了电池组18的端子块466。端子块466包括电源端子，充电器端子和一个或多个(例如，两个)通信端子(统称为电池组端子482)。

电池组端子482可以由EFTEC铜合金材料或FAS 680铜合金材料制成。在所示的结构中，充电器端子和通信端子比电源端子短，这可以为电池组18的其他部件(例如，用于充电的电路)留出更大的空间。相对较长的电源端子也确保在运行过程中维持连接，以防止产生电弧等。

参考图80-81，示出了电动机组件1140，其包括电动机壳体1145，定位在电动机壳体1145内的电动机1115，以及PCB组件1155耦合至电动机壳体1145的一端，其与电动机轴1151从其突出的端部相对。PCB组件1155包括散热器1160，设置在散热器1160的后侧上的电源PCB 1165和设置在散热器1160的相对侧上的位置传感器PCB 1355。电动机1115还包括安装在转子轴1151的后部的永久环形磁体1305。环形磁体1305固定到转子轴1151并与转子轴1151共同旋转，从而发出旋转磁场，该磁场可通过安装在位置传感器PCB 1355上的霍尔效应传感器1120(图81)进行检测。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发出的旋转磁场。在一些实施例中，位置传感器PCB 355至少部分地由低压模制件覆盖。

当霍尔效应传感器检测到附接到电动机1115的旋转轴1151的磁体1305的磁极时，霍尔效应传感器1120输出电动机反馈信息，例如指示(例如，脉冲)。基于来自霍尔效应传感器1120的电动机反馈信息，电动机控制器可以确定轴1151的旋转位置，速度和/或加速度。在所示的实施例中，位置传感器PCB 1355上有三个霍尔效应传感器1120。可替代地，可以存在其他数量的霍尔效应传感器1120(例如，两个，四个等)。

参考图82-84，示出了端盖1205，其具有接触板1275a，1275b和1275c(在本文中也可互换地称为线圈接触板1275)，其使成对的相对的线圈绕组短路。线圈接触板1275通常是半圆形的并且交错以避免相邻的线圈接触板1275之间的接触。具体地，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。每个线圈接触板1275包括第一端子1280和与第一端子1280对角相对的第二端子1285。定子绕组连接到各个端子1280、1285上的钩1290。

继续参考图83和84，多个间隔件1293耦合至线圈接触板1275。至少一些间隔件1293位于相邻的线圈接触板1275之间，以为了在相邻线圈接触板1275之间产生并保持绝缘间隙(例如，空间)。在一些实施例中，多个间隔件1293在线圈接触板1275周围等距地周向间隔。在包覆模制线圈接触板1275之前，将间隔件1293预模制到线圈接触板1275上。这样，线圈接触板1275和间隔件1283被包覆模制在端盖1205中。特别地，每个间隔件1293被模制在一个线圈接触板1275上。在所示的实施例中，间隔件1293包括位于第一和第二相邻线圈接触板1275a，1275b之间的第一间隔件，以及位于相邻的第一和第三线圈接触板1275a，1275c之间的第二间隔件1293。这样，在相邻的线圈接触板1275之间形成了绝缘间隙。预模制的间隔件1293防止了线圈接触板1275之间的内部短路以及线圈接触板1275的一部分被暴露。换句话说，在注塑模制过程中可能难以适当地控制相邻的线圈接触板1275之间的相对间隔，并且在模制过程中线圈接触板1275可能由于注射压力而变形。线圈接触板1275的这种变形会引起内部短路或暴露。通过添加预模制间隔件1293，防止了线圈接触板1275在被包覆模制时的变形。

因此，本发明尤其可以提供高功率电池供电的电气系统，例如电动工具系统。

尽管已经参考某些优选实施例详细描述了本发明，但是在所描述的本发明的一个或多个独立方面的范围和精神内，存在各种变化和修改。

本发明的一个或多个独立特征和/或独立优点可以在权利要求中提出。

Claims

1.一种电气组合，包括：

电气设备，包括设备壳体，由所述设备壳体支撑的负载，所述负载可运行以输出至少1800瓦特（W），以及电连接至所述负载的设备端子；

电池组，其包括电池组壳体，由所述电池组壳体支撑的电池单元，所述电池单元被电连接并且使得电池组具有高达20伏的标称电压，以及电池组端子，所述电池组端子可电连接至所述设备端子以在所述电池组和所述电气设备之间传输电流；以及

控制器，其可运行以控制电流的传输；

其中所述负载包括具有输出轴的电动机，所述电动机可运行以输出至少1800W；

其中所述电动机包括定子，所述定子的标称外径在60毫米（mm）和80mm之间；

其中每个电池单元的直径在18mm至21mm之间，并且长度在65mm至71mm之间；

其中所述电池组最多包含15个电池单元；

其中所述电池单元布置成串联连接的电池单元组，这些组并联连接；

其中每组电池单元组包括五个串联连接的电池单元；

其中所述电池单元可运行以输出80安培（A）至110 A之间的工作放电电流；

其中所述电池组的最大体积为1,534,500 mm³，所述电池组的重量最多为3.5磅。

2.根据权利要求1所述的组合，其中所述负载可运行以输出至少2200 W。

3.根据权利要求1所述的组合，其中所述电动机包括无刷直流电动机。

4.根据权利要求1所述的组合，其中所述定子的标称外径为70mm。

5.根据权利要求1所述的组合，其中每个电池单元具有21mm的直径和71mm的长度。

6.根据权利要求1所述的组合，其中所述电池单元可运行以输出高达200 A的峰值放电电流。

7.根据权利要求1所述的组合，其中所述电池单元的容量在3.0安培小时（Ah）至5.0 Ah之间。

8.根据权利要求1所述的组合，还包括电连接在所述电池单元和所述电动机之间的电源电路，所述电源电路包括可运行以向所述负载施加电流的半导体开关。

9.根据权利要求8所述的组合，其中所述负载包括无刷直流电动机，所述开关可运行以在所述电动机的绕组上施加电流。

10.根据权利要求9所述的组合，还包括与所述开关具有热传递关系的散热器，其具有的热容量至少为63焦耳每摄氏度（J/C）。

11.根据权利要求10所述的组合，其中所述散热器与所述电动机的转子的旋转轴相交。

12.根据权利要求10所述的组合，其中所述电动机和散热器的总长度最大为84毫米。

13.根据权利要求1所述的组合，其中所述设备包括工具，并且其中所述负载包括电动机，所述电动机可运行以驱动工具构件。

14.根据权利要求13所述的组合，其中所述工具包括手持工具。

15.根据权利要求14所述的组合，其中所述电池组壳体可连接到所述设备壳体，并由所述设备壳体支撑，使得所述电池组可由手持工具支撑。

16.根据权利要求1所述的组合，其中所述负载包括电动机，并且其中包括所述控制器的控制电子器件的体积最大为15，000立方毫米（mm³），所述电动机的体积最大为92,000mm³。

17.根据权利要求16所述的组合，其中所述控制电子器件的体积为8750 mm³。

18.根据权利要求1所述的组合，其中所述负载包括电动机，并且其中包括所述控制器的控制电子器件的重量最大为19.6克（g），所述电动机的重量最大为1.89磅（lbs.）。

19.根据权利要求18所述的组合，还包括重量不超过94.1克（g）的功率电子器件。

20.根据权利要求1所述的组合，

所述电池组壳体，其包括可连接到电气设备并由电气设备支撑的支撑部分，所述支撑部分限定可运行以容纳所述电气设备上的突起的通道，所述支撑部分包括模制以限定所述通道的塑料材料，以及在所述塑料材料中模制的金属材料，所述金属材料在所述通道周围限定C形部分；

其中所述电池组壳体支撑多个电池单元；

其中所述电池组端子电连接至多个电池单元并且可连接至所述电气设备的端子。

21.根据权利要求20所述的组合，其中所述金属材料包括金属冲压件。

22.根据权利要求20所述的组合，其中所述支撑部分限定可运行以容纳所述电气设备上的第一突起的第一通道，以及可运行以容纳所述电气设备上的第二突起的第二通道，所述塑料材料被模制以限定所述第一通道和所述第二通道，所述金属材料限定围绕所述第一通道的第一C形部分和围绕所述第二通道的第二C形部分。

23.根据权利要求22所述的组合，其中所述金属材料包括连接构件，所述连接构件连接在所述第一C形部分和所述第二C形部分之间。

24.根据权利要求23所述的组合，还包括端子块，所述端子块包括所述电池组端子，所述电池组端子可从所述电池组壳体的一端接合，所述第一C形部分和所述第二C形部分位于所述端子块的相对侧，所述连接构件的至少一部分位于所述端子块和所述一端之间。

25.根据权利要求24所述的组合，其中所述电池组壳体在所述端子块和所述一端之间具有表面，所述连接构件支撑所述表面。