CN114080740A - 用于高功率装置的可重置电子熔断器 - Google Patents

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CN114080740A CN202080049921.0A CN202080049921A CN114080740A CN 114080740 A CN114080740 A CN 114080740A CN 202080049921 A CN202080049921 A CN 202080049921A CN 114080740 A CN114080740 A CN 114080740A
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B·特希
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Abstract

一种可重置电子熔断器，其用于高功率装置，例如电动工具、用于电动工具的电池组或电池组充电器。可重置电子熔断器连接在装置的电流路径中并且可操作或被配置为基于检测到的装置的状态(例如，检测到的装置的故障状态)选择性地中断通过可重置电子熔断器的电流。可重置电子熔断器还被配置为在检测到的故障状态结束后重置。在一些实施方式中，可重置电子熔断器被配置为自行重置。在其他实施方式中，可重置电子熔断器被配置为接收信号(例如，从装置控制器)以进行重置。

Description

用于高功率装置的可重置电子熔断器
相关申请的交叉引用
本申请要求于2019年7月19日提交的申请号为62/876,099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文。
背景技术
诸如电池组和电池组充电器之类的装置通常在充电或放电电流路径中包括熔断器，以保护此类装置免受高电流或过大电流的影响。例如，电池组可包括与一个或多个半导体开关装置(例如，FET)串联连接的熔断器。高电流可能会导致熔断器断开，以保护电池组(例如，电池组的电池单元)免受高电流的影响。
发明内容
位于装置的充电或放电路径中以保护装置免受高电流或过大电流影响的传统熔断器具有若干缺点。使用传统熔断器可能会在熔断器断开后使装置无法运行。例如，断开的熔断器可能导致装置完全无法运行，或者至少可能需要对装置进行维修并使其恢复可工作状态。高功率应用装置(例如，输出或接收平均20安培或更大的电流的装置)(例如，电动工具、电动工具电池组和电池组充电器)经常会经历高电流，这些高电流有可能使熔断器断开并使此类装置无法使用。在这种高功率装置中，移除传统熔断器和利用可重置电子熔断器替换该传统熔断器将是有利的。因此，导致可重置电子熔断器跳闸或断开的故障或跳闸状态不会永久地禁用装置。相反，可重置电子熔断器或连接到可重置电子熔断器的控制器可被配置为重置可重置电子熔断器以再次使装置可操作。这种可重置电子熔断器也可以以符合一个或多个安全认证组织(例如，保险商实验室(“UL”))的标准的方式实施。
可以在装置中实现可重置电子熔断器以替代例如传统熔断器和单个半导体开关(例如，FET)的组合、传统熔断器和双半导体开关(例如，FET)的组合等。可重置电子熔断器可以为装置提供空间(例如，通过具有更小的电路占用面积)、成本(例如，通过用单个部件替换多个部件)和发热方面的净节省。例如，传统的熔断器(除了任何串联的半导体开关外)在传递电流时都会产生热量。通过移除传统熔断器并用可重置电子熔断器替换该传统熔断器，在电流路径中存在较少产生热量的装置。装置散发的热量的减少还可以减少对装置的散热要求，这可以进一步节省成本和空间。
本文描述的实施方式提供了一种可重置电子熔断器，其用于装置(例如，高功率装置)，例如电动工具、用于电动工具的电池组或电池组充电器。可重置电子熔断器连接在装置的电流路径中并且可操作或被配置为基于检测到的装置的状态(例如，检测到的装置的故障状态)选择性地中断通过可重置电子熔断器的电流。可重置电子熔断器还被配置为在检测到的故障状态结束后重置。在一些实施方式中，可重置电子熔断器被配置为自行重置。在其他实施方式中，可重置电子熔断器被配置为接收信号(例如，从装置控制器)以进行重置。
本文描述的实施方式提供了一种包括用于传递电流的路径的装置。该装置还包括端子和可重置电子熔断器。可重置电子熔断器位于用于传递电流的路径中并与端子电连接。可重置电子熔断器包括具有导通状态和非导通状态的半导体开关、被配置为控制半导体开关进入导通状态或非导通状态的驱动器电路、被配置为感测装置的参数的感测电路、以及被配置为将装置的参数与装置的参数的第一参考值进行比较的比较电路。驱动器电路被配置为当装置的参数大于或等于装置的参数的第一参考值时控制半导体开关进入非导通状态。
本文描述的实施方式提供了一种包括用于传递电流的路径的装置。该装置包括端子和可重置电子熔断器。可重置电子熔断器电连接到端子。可重置电子熔断器包括具有导通状态和非导通状态的第一半导体开关、具有导通状态和非导通状态的第二半导体开关、驱动器电路、感测电路和比较电路。驱动器电路被配置为控制第一半导体开关进入导通状态或非导通状态并且控制第二半导体开关进入导通状态或非导通状态。感测电路被配置为感测装置的参数。比较电路被配置为将装置的参数与参数的参考值进行比较。驱动器电路被配置为当装置的参数大于或等于参数的参考值时控制第一半导体开关和第二半导体开关中的至少一个进入非导通状态。
本文描述的实施方式提供了一种包括用于从电源传递电流的路径的装置。该装置包括在用于传递电流的路径中连接到电源的端子和可重置电子熔断器。可重置电子熔断器包括连接到端子并包括导通状态和非导通状态的半导体开关、被配置为控制半导体开关进入导通状态或非导通状态的驱动器电路、被配置为感测来自电源的电流的感测电路、被配置为将电流与第一参考值进行比较的比较电路。驱动器电路被配置为当电流大于或等于第一参考值时控制半导体开关进入非导通状态。
本文描述的实施方式提供了一种操作可重置电子熔断器的方法。可重置电子熔断器包括半导体开关。该方法包括监测装置的参数，确定所监测的装置的参数是否指示装置的故障状态，当所监测的装置参数指示装置的故障状态时产生中断信号，根据中断信号控制半导体开关进入非导通状态，在半导体开关被控制为非导通状态后产生重置信号，并根据重置信号控制半导体开关进入导通状态。
在详细解释任何实施方式之前，应当理解，实施方式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部件布置。实施方式能够以不同方式实践或实施。另外，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”、“包含”和“具有”及其变型意在涵盖其后列出的项目及其等同项目以及附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变型被广义地使用并且涵盖直接和间接的安装、连接、支撑和联接。
此外，应当理解，实施方式可以包括硬件、软件和电子部件或模块，为了讨论的目的，可能将它们示为和描述为好像大多数部件仅在硬件中实现一样。然而，本领域的普通技术人员基于对本详细描述的阅读将认识到，在至少一个实施方式中，基于电子的方面可在可由一个或多个处理单元(例如，微处理器和/或专用集成电路(“ASIC”))执行的软件(例如，其存储在非暂时性计算机可读介质上)实现。因此，应当理解，可以利用多个基于硬件和软件的装置以及多个不同结构部件来实现实施方式。例如，说明书中描述的“服务器”和“计算装置”可以包括一个或多个处理单元、一个或多个计算机可读介质模块、一个或多个输入/输出接口，以及连接不同部件的各种连接件(例如，系统总线)。
通过考虑详细描述和附图，实施方式的其他方面将变得显而易见。
附图说明
图1示出了根据本文描述的实施方式的包括可重置电子熔断器的电池组。
图2示出了根据本文描述的实施方式的用于图1的电池组的控制系统。
图3示出了根据本文描述的实施方式的包括可重置电子熔断器的装置。
图4示出了根据本文描述的实施方式的用于图3的装置的控制系统。
图5示出了根据本文描述的实施方式的包括可重置电子熔断器的电池组充电器。
图6示出了根据本文描述的实施方式的用于图5的装置的控制系统。
图7示出了根据本文描述的实施方式的可重置电子熔断器。
图8是根据本文描述的实施方式的操作可重置电子熔断器的过程。
具体实施方式
本文描述的实施方式涉及一个或多个装置(例如，高功率装置)，其包括用于传递电流的路径。该装置包括可重置电子熔断器(resettable electronic fuse)，其连接在路径中以用于选择性地控制路径上的电流。例如，该一个或多个装置包括电池组、诸如电动工具的装置和电池组充电器。可重置电子熔断器包括一个或多个半导体开关、驱动器电路、感测或监测电路以及比较电路。驱动器电路被配置为选择性地控制一个或多个半导体开关的导通状态。感测或监测电路被配置为感测或监测装置的参数。比较电路从感测或监测电路接收与装置的参数相关的信号，并将该信号与参考信号进行比较。比较电路为驱动器电路产生输出信号，并且驱动电路被配置为基于来自比较电路的输出信号选择性地控制一个或多个半导体开关的导通状态。在一些实施方式中，可重置电子熔断器还被配置为从装置的控制器接收与装置的第二参数相关的信号。驱动电路还被配置为基于来自控制器的信号选择性地控制一个或多个半导体开关的导通状态。
通过控制一个或多个半导体开关的导通状态，驱动器电路可以跳闸或断开用于传递电流的路径以防止电流通过。在可重置电子熔断器已经跳闸或断开后，可重置电子熔断器还被配置为在例如检测到的故障状态已经结束后重置。尽管本文描述的实施方式可应用于各种高功率装置、由其执行或与其结合使用，但本文描述的实施方式主要关于电池组、诸如电动工具的装置和电池组充电器来描述。
图1示出了包括可重置电子熔断器或电子熔断器的电池组100。电池组100包括壳体105和用于将电池组100连接到装置(例如，电动工具)的接口部分110。例如，可重置电子熔断器被配置为通过断开电池组100的电流充电/放电路径来禁止电流进入电池组100或从电池组100流出。在一些实施方式中，可重置电子熔断器设置在充电路径或放电路径或既充电又放电的路径中。可重置电子熔断器的尺寸和/或电流阈值可以根据特定的路径而变化，例如对于充电路径较小而对于放电路径较大。在一些实施方式中，可重置电子熔断器是分立部件，其包括用于传递电流的一个或多个输入和一个或多个输出。例如，可重置电子熔断器可以实现为集成电路，其包括封装可重置电子熔断器的电路的外壳或壳体。在其他实施方式中，可重置电子熔断器不包括外壳或壳体，并且可重置电子熔断器的电路是大体暴露的。在一些实施方式中，可重置电子熔断器连接到印刷电路板(“PCB”)以作为单个单元。在其他实施方式中，多个分立部件分别连接到PCB并且被连接为使得该多个分立部件共同形成可重置电子熔断器。在一些实施方式中，电池组100包括多个可重置电子熔断器。
可重置电子熔断器可独立地重置(即，电子熔断器可操作以自行重置或能够自行重置)和/或可重置电子熔断器可由单独的外部部件(例如，电池组控制器、电动工具、电池组充电器等)重置。例如，可重置电子熔断器可以电连接和/或通信地连接到电池组100的控制器，以使得可重置电子熔断器向控制器提供信号或从控制器接收信号。电池组100的控制器被配置为接收例如来自可重置电子熔断器的指示可重置电子熔断器已经跳闸的信号。电池组100的控制器还被配置为产生信号并将该信号发送到可重置电子熔断器以重置该电子熔断器。在一些实施方式中，电池组100的控制器还被配置为产生信号并将该信号传输到可重置电子熔断器以提供替代的信号来使可重置电子熔断器跳闸或断开。例如，电池组100的控制器可以针对故障状态感测或监测电池组100的参数(例如，电池单元电压、温度等)，并且基于所感测或监测的参数，向可重置电子熔断器提供替代的信号以使可重置电子熔断器跳闸或断开。在一些实施方式中，如果可重置电子熔断器识别出跳闸状态或接收到替代的跳闸信号，则控制器跳闸。在一些实施方式中，仅当电池组100的控制器和可重置电子熔断器确定故障状态已被清除(例如，开关可以再次闭合)时，可重置电子熔断器才被重置。
图2示出了用于电池组100的控制系统。控制系统包括控制器200。控制器200电连接和/或通信地连接到电池组100的各个模块或部件。例如，所示的控制器200连接到一个或多个电池单元205和接口210(例如，图1所示的电池组100的接口部分110)。控制器200还连接到一个或多个电压传感器或电压感测电路215、一个或多个电流传感器或电流感测电路220以及一个或多个温度传感器或温度感测电路225。可重置电子熔断器230连接在一个或多个电池单元205和接口210之间。控制器200包括硬件和软件的组合，其可操作以控制电池组100的操作、控制可重置电子熔断器230的操作、监测电池组100的状态、启用或禁用电池组100的充电、启用或禁用电池组100的放电等。
控制器200包括多个电气和电子部件，其向控制器200和/或电池组100内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器200包括处理单元235(例如，微处理器、微控制器或另一合适的可编程装置)、存储器240、输入单元245和输出单元250等。处理单元235包括控制单元255、算术逻辑单元(“ALU”)260和多个寄存器265(在图2中示出为一组寄存器)等，并且使用已知的计算机体系结构(例如，改进型的哈佛体系结构、冯诺依曼体系结构等)实现。处理单元235、存储器240、输入单元245和输出单元250以及连接到控制器200的各个模块或电路通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线270)连接。为了说明的目的，控制和/或数据总线在图2中一般地示出。考虑到本文描述的发明，使用一个或多个控制和/或数据总线在各个模块、电路和部件之间进行互连和通信对于本领域的技术人员来说是已知的。
存储器240是非暂时性计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器等(SDRAM))、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁、光、物理或电子存储装置。处理单元235连接到存储器240并且执行能够存储在存储器240的RAM中(例如，在执行期间)、在存储器240的ROM中(例如，在一般永久的基础上)、或在另一种非暂时性计算机可读介质(例如，另一种存储器或光盘)中。包括在电池组100的实施中的软件可以存储在控制器200的存储器240中。软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其他可执行指令。控制器200被配置为从存储器240中检索并执行与本文描述的控制过程和方法相关的指令等。在其他构造中，控制器200包括更多的、更少的或不同的部件。
接口210包括机械部件(例如，导轨、凹槽、闩锁等)和电气部件(例如，一个或多个端子)的组合，其被配置为并且可操作以用于将电池组100与另一装置(例如，电动工具、电池组充电器等)连接(例如，机械地、电气地和通信地连接)。例如，接口210被配置为经由在一个或多个电池单元205和接口210之间的电力线275通过可重置电子熔断器230接收电力。接口210还被配置为通过通信线280通信地连接到控制器200。在一些实施方式中，控制器200还通过信号线285电连接和/或通信地连接到可重置电子熔断器230。
控制器200被配置为确定电池组100的故障状态是否存在并且产生与该故障状态相关的一个或多个控制信号。例如，控制器200被配置为检测一个或多个电池单元205的过电压状态，以及一个或多个电池单元205的欠电压状态，过电流状态(例如，在充电或放电期间)，或过温状态(例如，在充电或放电期间)。在一些实施方式中，过电流状态对应于在特定的时间量内感测到的特定电流。在一些实施方式中，当持续在预定的时间量内(例如，在100纳秒和50毫秒之间，或在100毫秒和2秒之间)检测到在约3安培和20安培之间的电流时，则检测到过电流状态。时间量和检测到的电流可以针对不同的应用而变化。在一些实施方式中，在故障状态发生之前，可以持续在最多50毫秒内检测到在3安培和20安培之间的电流。在其他实施方式中，在故障状态发生之前，可以持续在50毫秒和几分钟(例如，在1分钟和20分钟之间)之间检测到在3安培和20安培之间的电流。在一些实施方式中，在故障状态发生之前，可以持续在50毫秒和几分钟(例如，在1分钟和20分钟之间)之间检测到大于20安培的电流。在一些实施方式中，在故障状态发生之前，可以持续在约50毫秒内检测到约30安培的电流。在一些实施方式中，在故障状态发生之前，可以持续在约100纳秒内检测到约70安培的电流。在一些实施方式中，电流和跳闸时间取决于放置可重置电子熔断器的路径。例如，在充电路径中，可以在故障发生前至少2秒持续在约100毫秒内检测到在约3安培和20安培之间的跳闸电流。在放电路径中，可以在故障发生前至少2秒持续在约500毫秒内检测到在约20安培和150安培之间的跳闸电流。
在一些实施方式中，电流阈值、时间阈值或电流阈值和跳闸阈值两者基于哪个装置连接到具有可重置电子熔断器的装置而调整。例如，如果可重置电子熔断器在充电器中，则充电器可以根据与其相连的电池组的充电能力提高或降低跳闸阈值。
如果控制器200检测到电池组100的一个或多个故障状态或确定电池组的故障状态不再存在，则控制器200被配置为向电池组100的另一部件(例如，接口210、可重置电子熔断器230等)提供信息和/或控制信号。该信号可以被配置为例如使可重置电子熔断器230跳闸或断开、重置可重置电子熔断器230等。在一些实施方式中，可重置电子熔断器230被配置为独立地感测或监测电池组100的参数并且基于所感测或监测的参数独立地跳闸或断开。
图3示出了包括可重置电子熔断器或电子熔断器的装置300。在图3所示的实施方式中，装置是电动工具(例如，电钻/驱动器)。在其他实施方式中，装置300是不同类型的电动工具(例如，冲击扳手、棘轮扳手、锯、锤钻、冲击式驱动器、电锤、研磨机、鼓风机、修剪机等)或不同类型的装置(例如，灯、非机动感测工具等)。装置300包括壳体305和用于将装置300连接到例如电池组100或另一装置的接口部分310。可重置电子熔断器被配置为例如通过断开装置300的电流路径来禁止电流进入装置300。如上文关于电池组100所描述的，在一些实施方式中，可重置电子熔断器是分立部件，其包括外壳或壳体和用于传递电流的一个或多个输入和一个或多个输出。在其他实施方式中，可重置电子熔断器不包括外壳或壳体，并且可重置电子熔断器的电路是大体暴露的。在一些实施方式中，可重置电子熔断器连接到PCB以作为单个单元。在其他实施方式中，多个分立部件分别连接到PCB并且被连接为使得该多个分立部件共同形成可重置电子熔断器。在一些实施方式中，装置300包括多个可重置电子熔断器。
可重置电子熔断器可独立地重置(即，电子熔断器可操作以自行重置或能够自行重置)和/或可重置电子熔断器可由单独的外部部件(例如，装置控制器、电池组、电池组充电器等)重置。例如，可重置电子熔断器可以电连接和/或通信地连接到装置300的控制器，以使得可重置电子熔断器向控制器提供信号或从控制器接收信号。装置300的控制器被配置为接收例如来自可重置电子熔断器的指示可重置电子熔断器已经跳闸的信号。装置300的控制器还被配置为产生信号并将该信号发送到可重置电子熔断器以重置该电子熔断器。在一些实施方式中，装置300的控制器还被配置为产生信号并将该信号传输到可重置电子熔断器以使可重置电子熔断器跳闸或断开。例如，装置300的控制器可以针对故障状态感测或监测装置300的参数(例如，输入电流、温度等)，并且基于所感测或监测的参数，向可重置电子熔断器提供信号以使可重置电子熔断器跳闸或断开。
图4示出了装置300的控制系统。控制系统包括控制器400。控制器400电连接和/或通信地连接到装置300的各个模块或部件。例如，所示的控制器400电连接到马达405、电池组接口410、触发器开关415(连接到触发器420)、一个或多个传感器或感测电路425、一个或多个指示器430、用户输入模块435、电力输入模块440、可重置电子熔断器445和FET开关模块450(例如，包括用于有刷马达的单个拼接FET或用于无刷马达的多个开关FET)。控制器400包括硬件和软件的组合，其可操作以控制装置300的操作、监测装置300的操作、激活一个或多个指示器430(例如，LED)等。可重置电子熔断器445连接在电池组接口410和FET开关模块450之间。
控制器400包括多个电气和电子部件，其向控制器400和/或装置300内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器400包括处理单元455(例如，微处理器、微控制器或另一合适的可编程装置)、存储器460、输入单元465和输出单元470等。处理单元455包括控制单元475、ALU480和多个寄存器485(在图4中显示为一组寄存器)等，并且使用已知的计算机体系结构(例如，改进型的哈佛体系结构、冯诺依曼体系结构等)实现。处理单元455、存储器460、输入单元465和输出单元470以及连接到控制器400的各个模块或电路通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线490)连接。为了说明的目的，控制和/或数据总线在图4中一般地示出。考虑到本文描述的发明，使用一个或多个控制和/或数据总线在各个模块、电路和部件之间进行互连和通信对于本领域的技术人员来说是已知的。
存储器460是非暂时性计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器等(SDRAM))、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁、光、物理或电子存储装置。处理单元455连接到存储器460并且执行能够存储在存储器460的RAM中(例如，在执行期间)、在存储器460的ROM中(例如，在一般永久的基础上)、或在另一种非暂时性计算机可读介质(例如，另一种存储器或光盘)中。包括在装置300的实施中的软件可以存储在控制器400的存储器460中。软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其他可执行指令。控制器400被配置为从存储器460中检索并执行与本文描述的控制过程和方法相关的指令等。在其他构造中，控制器400包括更多的、更少的或不同的部件。
电池组接口410包括机械部件(例如，导轨、凹槽、闩锁等)和电气部件(例如，一个或多个端子)的组合，其被配置为并且可操作以用于将装置300与电池组(例如，电池组100)连接(例如，机械地、电气地和通信地连接)。例如，由电池组100提供给装置300的电力通过电池组接口410提供到电力输入模块440。电力输入模块440包括有源和无源部件的组合，以在向控制器400提供电力之前调节或控制从电池组100接收的电力。电池组接口410还通过可重置电子熔断器445向FET开关模块450提供电力以被开关FET开关从而选择性地向马达405提供电力。电池组接口410还包括例如用于在控制器400和电池组100之间提供通信线或链路的通信线495。在一些实施方式中，控制器400还通过信号线电连接和/或通信地连接到可重置电子熔断器445。
指示器430包括例如一个或多个发光二极管(“LED”)。指示器430可以被配置为显示装置300的状态或与装置300相关联的信息。例如，指示器430被配置为指示所测量的装置300的电气特性、装置的状态、可重置电子熔断器445的状态等。用户输入模块435可操作地联接到控制器400以例如选择正向操作模式或反向操作模式、选择装置300的扭矩和/或速度设置(例如，使用扭矩和/或速度开关)等。在一些实施方式中，用户输入模块435包括实现装置300的期望操作水平所需的数字和模拟输入或输出装置的组合，例如一个或多个旋钮、一个或多个拨盘、一个或多个开关、一个或多个按钮等。
控制器400被配置为确定装置300的故障状态是否存在并且产生与该故障状态相关的一个或多个控制信号。例如，传感器425包括一个或多个电流传感器、一个或多个速度传感器、一个或多个霍尔效应传感器、一个或多个温度传感器等。控制器400计算或在存储器460内包括用于装置300的操作的预定操作阈值和限制。例如，当控制器400检测到或预测到潜在的热故障(例如，对于FET、马达405等的)时，可以限制或中断向马达405提供电力，直到热故障的可能性降低。如果控制器400检测到装置300的一个或多个这样的故障状态或者确定装置300的故障状态不再存在，则控制器400被配置为向电池组100的另一部件(例如，电池组接口410、指示器430、可重置电子熔断器445等)提供信息和/或控制信号。该信号可以被配置为例如使可重置电子熔断器445跳闸或断开、重置可重置电子熔断器445等。在一些实施方式中，可重置电子熔断器445被配置为独立地感测或监测装置300的参数并且基于所感测或监测的参数独立地跳闸或断开。
图5示出了包括可重置电子熔断器或电子熔断器的电池组充电器500。电池组充电器500包括壳体505和用于将电池组充电器500连接到一个或多个电池组(例如，电池组100)的接口部分510、515。可重置电子熔断器被配置为例如通过断开电池组充电器500的电流路径来禁止电流流出电池组充电器500。如上文关于电池组100所描述的，在一些实施方式中，可重置电子熔断器是分立部件，其包括外壳或壳体和用于传递电流的一个或多个输入和一个或多个输出。在其他实施方式中，可重置电子熔断器不包括外壳或壳体，并且可重置电子熔断器的电路是大体暴露的。在一些实施方式中，可重置电子熔断器连接到PCB以作为单个单元。在其他实施方式中，多个分立部件分别连接到PCB并且被连接为使得该多个分立部件共同形成可重置电子熔断器。在一些实施方式中，电池充电器500包括多个可重置电子熔断器。
可重置电子熔断器可独立地重置(即，电子熔断器可操作以自行重置或能够自行重置)和/或可重置电子熔断器可由单独的外部部件(例如，电池组充电器控制器、电动工具、电池组等)重置。例如，可重置电子熔断器可以电连接和/或通信地连接到电池组充电器500的控制器，以使得可重置电子熔断器向控制器提供信号或从控制器接收信号。电池组充电器500的控制器被配置为接收例如来自可重置电子熔断器的指示可重置电子熔断器已经跳闸的信号。电池组充电器500的控制器还被配置为产生信号并将该信号发送到可重置电子熔断器以重置该电子熔断器。在一些实施方式中，电池组充电器500的控制器还被配置为产生信号并将该信号发送到可重置电子熔断器以使可重置电子熔断器跳闸或断开。例如，电池组充电器500的控制器可以针对故障状态感测或监测电池组充电器500的参数(例如，输出电流、温度等)，并且基于所感测或监测的参数，向可重置电子熔断器提供信号以使可重置电子熔断器跳闸或断开。
图6示出了电池组充电器500的控制系统。控制系统包括控制器600。控制器600电连接和/或通信地连接到电池组充电器500的各个模块或部件。例如，所示控制器600电连接到风扇605、电池组接口610(例如，接口部分515、520)、一个或多个传感器或感测电路615(例如，电流传感器、温度传感器等)、一个或多个指示器620、电力输入电路625和风扇控制模块或电路635。控制器600包括硬件和软件的组合，其可操作以控制电池组充电器500的操作、确定散热器的温度、激活指示器620(例如，一个或多个LED)等。
控制器600包括多个电气和电子部件，其向控制器600和/或电池组充电器500内的部件和模块提供电力、操作控制和保护。例如，控制器600包括处理单元640(例如，微处理器、微控制器或另一合适的可编程装置)、存储器645、输入单元650和输出单元655等。处理单元640包括控制单元660、ALU665和多个寄存器670(在图6中显示为一组寄存器)等，并且使用已知的计算机体系结构(例如，改进型的哈佛体系结构、冯诺依曼体系结构等)实现。处理单元640、存储器645、输入单元650和输出单元655以及连接到控制器600的各个模块或电路通过一个或多个控制和/或数据总线(例如，公共总线675)连接。为了说明的目的，控制和/或数据总线在图6中一般地示出。考虑到本文描述的发明，使用一个或多个控制和/或数据总线在各个模块、电路和部件之间进行互连和通信对于本领域的技术人员来说是已知的。
存储器645是非暂时性计算机可读介质并且包括例如程序存储区和数据存储区。程序存储区和数据存储区可以包括不同类型的存储器的组合，例如只读存储器(ROM)、随机存取存储器(RAM)(例如，动态随机存取存储器(DRAM)、同步动态随机存取存储器等(SDRAM))、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、闪存、硬盘、SD卡或其他合适的磁、光、物理或电子存储装置。处理单元640连接到存储器645并且执行能够存储在存储器645的RAM中(例如，在执行期间)、在存储器645的ROM中(例如，在一般永久的基础上)、或在另一种非暂时性计算机可读介质(例如，另一种存储器或光盘)中。包括在电池组充电器500的实施中的软件可以存储在控制器600的存储器645中。软件包括例如固件、一个或多个应用程序、程序数据、过滤器、规则、一个或多个程序模块和其他可执行指令。控制器600被配置为从存储器645中检索并执行与本文描述的控制过程和方法相关的指令等。在其他构造中，控制器600包括更多的、更少的或不同的组件。
电池组接口610包括机械部件(例如，导轨、凹槽、闩锁等)和电气部件(例如，一个或多个端子)的组合，其被配置为并且可操作以用于将电池组充电器500与电池组(例如，电池组100)连接(例如，机械地、电气地和通信地连接)。例如，电池组接口610被配置为经由在电力输入电路625和电池组接口610之间的电力线通过可重置电子熔断器630接收电力。电池组接口610还被配置为通过通信线680通信地连接到控制器600。在一些实施方式中，控制器600还通过信号线与可重置电子熔断器630电连接和/或通信地连接。
控制器600被配置为确定电池组充电器500的故障状态是否存在并且产生与该故障状态相关的一个或多个控制信号。例如，传感器615包括一个或多个电流传感器、一个或多个温度传感器等。控制器600被配置为检测过电流状态(例如，当给电池组100充电时)、过温状态等。如果控制器600检测到电池组充电器500的一个或多个故障状态或确定电池组充电器的故障状态不再存在，则控制器600被配置为向电池组充电器500的另一部件(例如，电池组接口610、可重置电子熔断器630等)提供信息和/或控制信号。信号可以被配置为例如使可重置电子熔断器630跳闸或断开、重置可重置电子熔断器630等。在一些实施方式中，可重置电子熔断器630被配置为独立地感测或监测电池组充电器500的参数并且基于所感测或监测的参数独立地跳闸或断开。
图7示出了可重置电子熔断器或电子熔断器，例如上文分别关于图2、图4和图6描述的可重置电子熔断器230、445或630。可重置电子熔断器230、445、630包括外壳或壳体700。在可重置电子熔断器230、445、630的所示实施方式中，可重置电子熔断器230、445、630是分立部件，其包括第一输入/输出引脚705、第二输入/输出引脚710和第三输入/输出引脚715。在一些实施方式中，第一输入/输出引脚705和第二输入/输出引脚710被配置为根据实现可重置电子熔断器230、445、630的应用而单向地或双向地传递电流。例如，在电池组100中实施的可重置电子熔断器230被配置为双向地传递电流(即，在充电和放电期间)以在电池组100接收电流或从电池组100放电时为电池组100提供保护。在其他实施方式中，可重置电子熔断器230被配置为在充电电流路径或放电电流路径中单向地传递电流。在一些实施方式中，第三输入/输出引脚715被配置为向可重置电子熔断器230、445、630提供参考信号。例如，第三输入/输出引脚715可被配置为提供参考信号，该参考信号与导致可重置电子熔断器230跳闸或断开以停止或中断通过可重置电子熔断器230的电流的电池组100的过电流状态相关。
尽管可重置电子熔断器230、445、630在图7中被出为包括外壳或壳体700(例如，作为具有封闭电路的集成电路)，但在其他实施方式中，可重置电子熔断器230、445、630不包括外壳或壳体700。在这样的实施方式中，可重置电子熔断器230、445、630的电路是大体暴露的。与可重置电子熔断器230、445、630相关联的电路包括驱动器模块或驱动器电路720(例如，自举电路、电荷泵电路等)、感测电路725(例如，被配置为电流传感器的运算放大器、电流镜等)、比较电路730(例如，被配置为比较器的运算放大器)、第一半导体开关735(例如，N或P沟道MOSFET)和第二半导体开关740(例如，N或P沟道MOSFET)。在一些实施方式中，可重置电子熔断器230、445、630仅包括单个半导体开关。第一半导体开关735和第二半导体开关740均包括电流能够通过该开关的第一状态(例如，接通状态、导通状态等)和电流不能通过该开关的第二状态(例如，关断状态、非导通状态等)。
可重置电子熔断器230、445、630被配置为监测和识别故障状态。例如，感测电路725可以被配置为感测通过第一半导体开关735和/或第二半导体开关740的电流。来自感测电路725的输出信号被提供作为比较电路730的输入。比较电路730还从第三输入/输出引脚715接收参考信号。例如，参考信号对应于参考电流或电流限制值(例如，过充电电流信号、过放电电流信号等)。在一些实施方式中，参考信号是使用电气和电子部件的组合(例如，电阻分压器电路)设定的固定参考信号。在其他实施方式中，参考信号由控制器(例如，控制器200、400、600)提供并且可以基于一个或多个状态改变或调整。例如，控制器200、400、600可以包括分别存储在存储器240、460、645中的多个参考信号值，并且控制器200、400、600被配置为基于电池组100、装置300或电池组充电器500的操作状态输出所确定或所选择的参考信号。在一些实施方式中，操作状态是温度、电压和/或电流。
比较电路730被配置为将接收到的参考信号与感测电路725的输出进行比较。例如，如果感测到的电流大于对应于接收到的参考信号的参考电流或电流限制值，则比较电路730向驱动器电路720输出信号以控制第一半导体开关735和/或第二半导体开关740。在一些实施方式中，来自比较电路730的输出信号使驱动器电路720断开第一半导体开关735和/或第二半导体开关740。在其他实施方式中，来自比较电路730的输出信号使驱动器电路720闭合第一半导体开关735和/或第二半导体开关740。因此，来自比较电路730的输出信号可操作或被配置为使可重置电子熔断器230、445、630跳闸或重置。在一些实施方式中，驱动器电路720还包括定时器或计数器，其用于在经过一定时间量(例如，有足够的时间使过电流状态结束)后重置可重置电子熔断器230、445、630。在其他实施方式中，驱动器电路720(或控制器200、400、600)被配置为对预定数量的过去感测到的值(例如，所感测的电流)求平均以确定预定数量的感测到的值(例如，两个、三个、五个、十个或更多个感测到的值)或在预定时间段(例如，小于一秒、大于一秒、小于两秒等)所感测的值的运行平均值何时小于参考信号(例如，以引入滞后)。
图7所示的可重置电子熔断器230、445、630还包括连接到驱动器电路720的第四输入/输出引脚745。第四输入/输出引脚745连接到例如控制器200、400、600，以使得控制器200、400、600可以向驱动器电路720提供信号，该信号使驱动器电路720控制第一半导体开关735和/或第二半导体开关740。在一些实施方式中，第四输入/输出引脚745用于基于与可重置电子熔断器230、445、630被配置为监测的状态不同或冗余的状态来控制可重置电子熔断器230、445、630。例如，可重置电子熔断器230、445、630可以被配置为监测电流。在其中实施可重置电子熔断器230、445、630的电池组100、装置300或电池组充电器500被配置为进一步感测或监测电池组100、装置300或电池组充电器500的其他参数或状态(例如，过温、欠温、过电压、欠电压等)。在一些实施方式中，控制器200、400、600被配置为监测一个或多个半导体开关(例如，第一半导体开关735和/或第二半导体开关740)或集成电路(例如，可重置电子熔断器230、445、630)的温度。如果在将感测到的参数或状态与参考值进行比较后，控制器200、400、600相应地检测到电池组100、装置300或电池组充电器500的故障状态，则控制器200、400、600被配置为向第四输入/输出引脚745提供信号以相应地控制可重置电子熔断器230、445、630。如果可重置电子熔断器230、445、630用于监测电流，半导体开关735、740中的一个用于监测电流，则装置的温度，可重置电子熔断器230、445、630，半导体开关735、740等可用于调整监测的电流信号或用于进行比较的电流阈值(例如，以避免错误跳闸)。
可重置电子熔断器230、445、630基于在第四输入/输出引脚745处接收到的信号而采取的控制动作可以是断开第一半导体开关735和/或第二半导体开关740或闭合第一半导体开关735和/或第二半导体开关740。因此，在第四输入/输出引脚745处接收的信号可操作或被配置为使可重置电子熔断器230、445、630跳闸或重置。例如，控制器200、400、600被配置为当检测到故障状态时使可重置电子熔断器230、445、630跳闸。控制器200、400、600然后被配置为在故障状态结束后(例如，基于一个或多个感测到的信号、定时器或计数器等)使可重置电子熔断器230、445、630重置。在一些实施方式中，在第四输入/输出引脚745处接收的信号用于通过控制第一半导体开关735和/或第二半导体开关740的栅极电压来控制转换速率(例如，电流转换速率)以限制通过可重置电子熔断器230、445、630的电流的变化的速率。在一些实施方式中，可重置电子熔断器230、445、630用于代替电力或控制开关来控制电流或电压。例如，可重置电子熔断器230、245、630可用于控制脉冲宽度调制(“PWM”)信号以控制提供给装置300的电流量、从电池组充电器500接收的电流量等。
图8是用于操作可重置电子熔断器(例如，可重置电子熔断器230、445、630)的过程800。过程800开始于监测装置的参数(步骤805)。该装置例如是电池组100、装置300或电池组充电器500。参数的监测可由可重置电子熔断器230、445、630(例如，电流监测等)和/或由控制器200、400、600(例如，温度监测、电压监测等)执行。如果在步骤810，所监测的参数不指示装置的故障状态，则过程800在步骤805继续监测参数。如果在步骤810，所监测的参数具有指示装置故障状态的值，则过程800进行到步骤815，在步骤815中产生中断信号。中断信号可在可重置电子熔断器230、445、630内产生(例如，通过比较电路730)或可在可重置电子熔断器230、445、630外产生(例如，由控制器200、400、600)。
在步骤815产生中断信号后，中断信号例如由驱动器电路720接收，并且驱动器电路720使第一半导体开关735和/或第二半导体开关740关断或断开(步骤820)。在一些实施方式中，第一半导体开关735和/或第二半导体开关740被关断以防止电流通过可重置电子熔断器230、445、630。在其他实施方式中，第一半导体开关735和/或第二半导体开关740被关断并再次接通以限制或控制通过可重置电子熔断器230、445、630的电流。
在步骤820在驱动器电路720已经使第一半导体开关735和/或第二半导体开关740关断或断开后，可重置电子熔断器等待被重置(步骤825)。可重置电子熔断器230、445、630可以自行产生重置信号(例如，基于驱动器电路720中的定时器作为比较电路730的输出等)和/或可重置电子熔断器230，445、630可以从另一部件(例如，控制器200、400、600)接收重置信号。当驱动器电路720接收到重置信号时，通过使第一半导体开关735和/或第二半导体开关740导通或闭合来重置可重置电子熔断器230、445、630。过程800然后返回到步骤805，以再次监测装置的参数。在一些实施方式中，在步骤805对装置参数的监测是对装置参数的连续监测。例如，在第一半导体开关735和/或第二半导体开关740在步骤820关断或打开后，继续对装置的参数进行监测。通过继续监测装置的参数，可重置电子熔断器230、445、630或另一部件(例如，控制器200、400、600)能够确定故障状态何时结束并且不再存在。检测到故障状态已经结束或不再存在然后可以使用于可重置电子熔断器的重置信号产生。
因此，本文描述的实施方式提供了用于装置(例如，高功率装置)(例如，电动工具、用于电动工具的电池组或电池组充电器)的可重置电子熔断器。在所附权利要求中阐述了不同特征和优点。

Claims (34)

1.一种装置，包括用于传递电流的路径，所述装置包括：
端子；以及
可重置电子熔断器，其位于所述路径中并与所述端子电连接，所述可重置电子熔断器包括：
半导体开关，其包括导通状态和非导通状态；
驱动器电路，其被配置为控制所述半导体开关进入所述导通状态或所述非导通状态；
感测电路，其被配置为感测所述装置的参数；以及
比较电路，其被配置为将所述装置的所述参数与所述参数的第一参考值进行比较；
其中，所述驱动器电路被配置为当所述装置的所述参数大于或等于所述参数的所述第一参考值时控制所述半导体开关进入所述非导通状态。
2.根据权利要求1所述的装置，还包括：
控制器，其包括非暂时性计算机可读介质和处理器，所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述装置的操作以：
感测所述装置的第二参数，所述装置的所述第二参数不同于所述装置的第一参数；
将所述装置的所述第二参数与所述第二参数的第二参考值进行比较；以及
当所述装置的所述第二参数大于或等于所述第二参数的所述第二参考值时，产生输出信号以使所述驱动器电路控制所述半导体开关进入所述非导通状态。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，所述装置的所述第一参数是电流，并且所述装置的所述第二参数是温度。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述驱动器电路还被配置为当所述装置的所述参数小于所述参数的所述参考值时，控制所述半导体开关进入所述导通状态。
5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可重置电子熔断器还包括外壳。
6.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置是电池组。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置是电池组充电器。
8.根据权利要求1所述的装置，其中，所述装置是电动工具。
9.根据权利要求1所述的装置，其中，所述可重置电子熔断器还包括第二半导体开关，所述第二半导体开关具有导通状态和非导通状态。
10.根据权利要求1所述的装置，还包括：
第二端子；以及
第二可重置电子熔断器，其电连接到所述第二端子，所述第二可重置电子熔断器包括：
第二半导体开关，其包括导通状态和非导通状态；
第二驱动器电路，其被配置为控制所述第二半导体开关进入所述导通状态或所述非导通状态；
第二感测电路，其被配置为感测所述装置的第二参数；以及
第二比较电路，其被配置为将所述装置的所述第二参数与所述第二参数的第二参考值进行比较；
其中，所述第二驱动器电路被配置为当所述装置的所述第二参数大于或等于所述第二参数的所述第二参考值时控制所述第二半导体开关进入所述非导通状态。
11.一种装置，包括用于传递电流的路径，所述装置包括：
端子；以及
可重置电子熔断器，其电连接到所述端子，所述可重置电子熔断器包括：
第一半导体开关，其包括导通状态和非导通状态；
第二半导体开关，其包括导通状态和非导通状态；
驱动器电路，其被配置为控制所述第一半导体开关进入所述导通状态或所述非导通状态并且控制所述第二半导体开关进入所述导通状态或所述非导通状态；
感测电路，其被配置为感测所述装置的参数；以及
比较电路，其被配置为将所述装置的所述参数与所述参数的参考值进行比较；
其中，所述驱动器电路被配置为当所述装置的所述参数大于或等于所述参数的所述参考值时控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的至少一个进入所述非导通状态。
12.根据权利要求11所述的装置，还包括：
控制器，其包括非暂时性计算机可读介质和处理器，所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述装置的操作以：
感测所述装置的第二参数，所述装置的所述第二参数不同于所述装置的第一参数；
将所述装置的所述第二参数与所述第二参数的第二参考值进行比较；以及
当所述装置的所述第二参数大于或等于所述第二参数的所述第二参考值时，产生输出信号以使所述驱动器电路控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的至少一个进入所述非导通状态。
13.根据权利要求12所述的装置，其中，所述装置的所述第一参数是电流，并且所述装置的所述第二参数是温度。
14.根据权利要求11所述的装置，其中，所述装置选自由电池组、电动工具和电池组充电器组成的组。
15.根据权利要求11所述的装置，其中，所述驱动器电路还被配置为基于所述装置的所述参数控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的至少一个进入所述导通状态。
16.根据权利要求13所述的装置，其中，所述驱动器电路还被配置为当所述装置的所述参数的预定数量的值的运行平均值小于所述装置的所述参考值时，控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的至少一个进入所述导通状态。
17.一种装置，包括用于从电源传递电流的路径，所述装置包括：
端子，其在用于传递电流的所述路径中连接到所述电源；以及
可重置电子熔断器，其包括：
半导体开关，其连接到所述端子并包括导通状态和非导通状态；
驱动器电路，其被配置为控制所述半导体开关进入所述导通状态或所述非导通状态；
感测电路，其被配置为感测来自所述电源的电流；以及
比较电路，其被配置为将所述电流与第一参考值进行比较；
其中，所述驱动器电路被配置为当所述电流大于或等于所述第一参考值时控制所述半导体开关进入所述非导通状态。
18.根据权利要求17所述的装置，还包括：
控制器，其包括非暂时性计算机可读介质和处理器，所述控制器包括存储在所述计算机可读介质中的计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于控制所述处理器的操作以：
感测所述装置的参数；
将所述装置的所述参数与所述参数的第二参考值进行比较；以及
当所述装置的所述第二参数大于或等于所述参数的所述第二参考值时，产生输出信号以使所述驱动器电路控制所述半导体开关进入所述非导通状态。
19.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置的所述参数是温度。
20.根据权利要求17所述的装置，其中，所述驱动器电路还被配置为当所述电流小于所述第一参考值时控制所述半导体开关进入所述导通状态。
21.根据权利要求17所述的装置，其中，所述装置选自由电池组、电动工具和电池组充电器组成的组。
22.根据权利要求17所述的装置，其中所述驱动器电路还被配置为当所述装置的所述参数的预定数量的值的运行平均值小于所述第一参考值时，控制所述半导体开关进入所述导通状态。
23.根据权利要求17所述的装置，其中：
所述半导体开关包括具有导通状态和非导通状态的第一半导体开关，其与具有导通状态和非导通状态的第二半导体开关串联连接；以及
所述驱动器电路被配置为当电流大于或等于所述参考值时控制所述第一半导体开关和所述第二半导体开关中的至少一个进入所述非导通状态。
24.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第一参考值为约20安培。
25.根据权利要求24所述的装置，其中，在所述半导体开关被控制为进入所述非导通状态之前，约20安培的所述第一参考值必须存在至少50毫秒。
26.根据权利要求24所述的装置，其中，在所述半导体开关被控制为进入所述非导通状态之前，约20安培的所述第一参考值必须存在至少100纳秒。
27.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第一参考值在约3安培和约20安培之间。
28.根据权利要求27所述的装置，其中，在所述半导体开关被控制为进入所述非导通状态之前，约20安培的所述第一参考值必须存在100纳秒至50毫秒。
29.根据权利要求17所述的装置，其中，所述第一参考值大于约20安培。
30.根据权利要求29所述的装置，其中，在所述半导体开关被控制为进入所述非导通状态之前，大于约20安培的所述第一参考值必须存在至少1秒。
31.一种操作可重置电子熔断器的方法，所述可重置电子熔断器包括半导体开关，所述方法包括：
监测装置的参数；
确定所述装置的所监测的所述参数是否指示所述装置的故障状态；
当所述装置的所监测的所述参数指示所述装置的所述故障状态时，产生中断信号；
根据所述中断信号控制所述半导体开关进入非导通状态；
在所述半导体开关被控制为进入所述非导通状态后产生重置信号；以及
基于所述重置信号控制所述半导体开关进入导通状态。
32.根据权利要求31所述的方法，其中，所述装置选自由电池组、电动工具和电池组充电器组成的组。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，产生所述重置信号包括当所述装置的所监测的所述参数不指示所述装置的所述故障状态时产生所述重置信号。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述装置的所监测的所述参数是电流。
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