DE102006015664A1

DE102006015664A1 - Batteriepack und kabelloses elektrisches Werkzeug, das dieses aufweist

Info

Publication number: DE102006015664A1
Application number: DE200610015664
Authority: DE
Inventors: Takao Hitachinaka Aradachi; Nobuhiro Hitachinaka Takano; Tomomasa Hitachinaka Nishikawa; Hiroyuki Hitachinaka Hanawa; Masayuki Hitachinaka Ogura; Kazuhiko Hitachinaka Funabashi
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Koki Holdings Co Ltd
Priority date: 2005-04-04
Filing date: 2006-04-04
Publication date: 2007-01-25
Also published as: US20060222930A1; US20110253402A1; US7969116B2

Abstract

Ein kompaktes Batteriepack mit einer hohen Handhabungsmöglichkeit und einem Zurückhalten der Verschlechterung der Batteriezellen. Das Batteriepack umfasst einen Einsetzungsabschnitt, der in einen Griffabschnitt eines schnurlosen Elektrowerkzeugs eingesetzt werden soll, und einen Aufnahmeabschnitt, in den alle Batteriezellen aufnehmbar sind. Eine Schutzplatine mit einem Schutzschaltkreis, die Batterien gegen ein Überladen und Überentladen schützt, ist in dem Einsetzungsabschnitt installiert. Ein Schaltelement ist zwischen den Batteriezellen und einem Antriebsmotor des Elektrowerkzeugs verbunden. Ein Luftdurchlass in Kommunikation mit dem Batteriepack und einem Hauptgehäuse des schnurlosen Elektrowerkzeugs ist innerhalb des Griffes eingeformt. Das Schaltelement ist an der Luftpassage positioniert.

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Batteriepack für ein kabelloses elektrisches Werkzeug und genauer auf ein Batteriepack, das wiederaufladbare oder Lithiumakkumulatorbatteriezellen unterbringt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein schnurloses elektrisches Werkzeug, welches das Batteriepack aufweist.
In einem kabellosen Elektrowerkzeug, wie beispielsweise einem Dreher, einem Bohrer oder einem Schlagwerkzeug, wird die Drehung eines Motors mittels eines Verlangsamungsmechanismus verlangsamt und die verlangsamte Drehung wird auf ein Endwerkzeug übertragen. Herkömmlich wird eine kommerzielle Stromzelle (Wechselstromquelle) als eine Stromquelle für den Motor verwendet. Jüngst jedoch werden wieder aufladbare Alkalinebatterien, wie beispielsweise Nickelkadmiumbatteriezellen und Nickelhydridbatteriezellen als eine Stromquelle für ein schnurloses Elektrowerkzeug verwendet.
In Übereinstimmung mit einem Anstieg der erforderlichen Spannung in dem schnurlosen Elektrowerkzeug nimmt die Anzahl der Batteriezellen, die in einem Batteriepack aufgenommen werden können, zu. Zum Beispiel, da die Nominalspannung einer Nickelkadmiumbatteriezelle 1,2V ist, müssen 12 Batteriezellen in dem Batteriepack aufgenommen werden, wenn die benötigte Spannung 14,4V ist, und 20 Batteriezellen müssen in dem Batteriepack aufgenommen werden, wenn die erforderliche Spannung 24V ist, und das Batteriepack muss an einem schnurlosen Elektrowerkzeug befestigt werden. Daher, in Übereinstimmung mit einem Ansteigen der erforderlichen Spannung, wird das Gesamtgewicht des Elektrowerkzeuges vergrößert.
Andererseits stellen organische wiederaufladbare Elektrolytbatterien, wie beispielsweise eine Lithiumbatteriezelle und eine Lithiumionenbatteriezelle, eine höhere Nominalspannung bereit. Daher kann die Anzahl der Batteriezellen reduziert werden. Als ein Resultat kann ein kompaktes schnurloses Elektrowerkzeug bereitgestellt werden.
Hier ist die Lithiumbatteriezelle ein allgemeiner Ausdruck für eine Vanadium-Lithiumbatterie und eine Mangan-Lithiumbatterie und weist eine negative Elektrode auf, die aus einer Lithium-Aluminium-Legierung hergestellt ist und ein organisches Elektrolyt verwendet. Weiterhin weist die Lithiumionenbatteriezelle eine positive Elektrode auf, die aus Kobaltlithium geformt ist, und eine negative Elektrode, die aus Graphit geformt ist, das ein organisches Elektrolyt verwendet. Durch die Beschreibung hindurch werden wiederaufladbare organische Elektrolytbatterien wie beispielsweise die Lithiumbatteriezelle und Lithiumionbatteriezelle einfach als "Lithiumbatteriezelle" bezeichnet werden.
Die Lithiumbatteriezelle stellt eine hohe Nominalspannung, zum Beispiel 3,6V, bereit die ein Äquivalent zu drei Nickel-Kadmiumzellen ist. Also kann die Anzahl der Batteriezellen durch die Verwendung von Lithiumbatteriezellen reduziert werden. Dies ist vorteilhaft bezüglich des Bedarfs eines Ansteigens der Kapazität und einer Reduktion in Größe und Gewicht. Eine Verschlechterung der Lithiumbatteriezelle tritt jedoch auf, wenn übermäßiges Beladen und/oder übermäßiges Entladen durchgeführt wird oder wenn übermäßige elektrische Ströme durch die Lithiumbatteriezelle hindurchfließen. Als ein Resultat wird die Lebensdauer der Lithiumbatteriezelle reduziert. Weiterhin kann aufgrund der Dekomposition des Elektrolyten Gas erzeugt werden, wenn ein übermäßiges Laden durchgeführt wird. Weiterhin tritt eine Verschlechterung der Charakteristika aufgrund übermäßigen Entladens auf, was seinerseits einen elektrischen Kurzschluss in der Batteriezelle beim nachfolgenden Laden hervorruft.
Um dieses Problem zu vermeiden, offenbart die japanische Patentanmeldungsveröffentlichung Nr. 2003-164066 eine Schutzschaltung und einen Steuerungsprozess zum Schützen der Batteriezellen. Der Schaltkreis umfasst ein Schaltelement wie beispielsweise einen Feldeffekttransistor (FET), der zwischen dem Batteriepack und einem Gleichstrommotor verbunden ist. Zum Schutz wird das Schaltelement vor einem übermäßigen Entladen abgeschaltet. Relevante Techniken werden ebenso in den japanischen Patentanmeldungen Kokai Nr. H11-55866, H04-75430, 2002-223525 und 2000-12107 beschrieben.
Zusammenfassung der Erfindung
Ein neuer Nachteil wird jedoch durch die vorliegenden Erfinder gefunden werden, wenn der FET in einem elektrischen Strompfad zwischen der Batteriezellengruppe und dem Gleichstrommotor angeordnet ist. Das heißt, es fließt unter Verwendung der Lithiumbatteriezelle herkömmlich ein elektrisches Stromniveau durch einen Personalcomputer und ein Batterietelefon, das relativ niedrig ist. Im Kontrast hierzu fließen relativ hohe Stromniveaus durch ein schnurloses Elektrowerkzeug. Zum Beispiel fließt üblicherweise ein Stromniveau von 30A durch den Gleichstrommotor des Elektrowerkzeugs. Wenn das Schaltelement, wie beispielweise ein FET, in dem Strompfad zum Verhindern eines übermäßigen Entladens und zum Schützen gegen übermäßige Stromflüsse angeordnet ist, wird eine Hitzeerzeugung in dem FET auftreten. Insbesondere wenn das Endwerkzeug während des Betriebs in ein Werkstück hereinbeisst oder sich hereingräbt, tritt eine Motorblockade derart auf, dass übermäßige Lastströme durch den Motor fließen. Dieser Laststrom wird auch auf den FET angewendet, so dass ein Überhitzen im FET auftreten wird.
Wenn aufgrund des Überhitzens ein Zusammenbruch, wie beispielsweise ein elektrischer Kurzschluss zwischen Source und Drain bei dem FET, auftritt, arbeitet der FET nicht mehr und die Lithiumbatteriezelle kann aufgrund des übermäßigen Entladens und der übermäßig fließenden Ströme ernstlich geschwächt werden.

Daher ist es so, dass es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, ein schnurloses Elektrowerkzeug bereitzustellen, das dazu in der Lage ist, ein Überhitzen eines Schaltelements zu verhindern, wodurch es eine Schwächung der Lithiumbatteriezellen verhindert.

Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein kompaktes Batteriepack bereitzustellen, das dazu in der Lage ist eine Verschlechterung der Lithiumbatteriezellen, die in diesem aufgenommen sind, bei einer hohen Handhabbarkeit zu verhindern.

Diese und andere Aufgaben der folgenden Erfindung werden berücksichtigt durch ein schnurloses Elektrowerkzeug umfassend ein Hauptgehäuse, einen Griffabschnitt, einen Gleichstrommotor, einen Lüfter, ein Batteriepack und ein Schaltelement. Das Hauptgehäuse weist einen inneren Gehäuseraum auf. Der Griffabschnitt erstreckt sich von dem Hauptgehäuse aus und weist einen inneren Griffraum auf, der in Kommunikation mit dem Gehäuseraum steht. Der Gleichstrommotor ist in dem Gehäuseraum angeordnet. Der Lüfter ist in dem Gehäuseraum angeordnet und ist durch den Gleichstrommotor drehbar. Das Batteriepack ist in einem freien Endabschnitt des Griffabschnitts montierbar. Zumindest eine wieder aufladbare Batteriezelle ist in dem Batteriepack aufnehmbar. Ein Luftdurchgang wird von dem Batteriepack zu dem Gehäuseraum durch den Griffraum definiert. Ein Luftfluss wird bei Drehung des Lüfters in dem Luftdurchgang erzeugt. Das Schaltelement ist verbunden zwischen der zumindest einen wieder aufladbaren Batteriezelle und dem Gleichstrommotor und ist an dem Luftdurchgang positioniert.

In einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein schnurloses Elektrowerkzeug bereitgestellt umfassen das Hauptgehäuse, den Griffabschnitt, den Gleichstrommotor, den Lüfter und ein Batteriepack. Das Batteriepack umfasst einen Aufnahmeabschnitt, einen Einsetzungsabschnitt und ein Schaltelement. Der Aufnahmeabschnitt ist dazu ausgebildet, darin zumindest eine Batteriezelle aufzunehmen und ist mit einem Ventilationsloch zur Fluidkommunikation zwischen der Atmosphäre und einem inneren Raum des Aufnahmeabschnittes ausgeformt. Der Einsetzungsabschnitt erstreckt sich von dem Aufnahmeabschnitt aus und ist an einem freien Endabschnitt des Griffabschnitts anbringbar. Der Einsetzungsabschnitt steht in Fluidkommunikation mit dem Aufnahmeabschnitt und ist mit einem Ventilationsloch zur Fluidkommunikation zwischen dem Einsetzungsabschnitt und dem Griffraum ausgeformt, um einen Luftdurchgang zu einer Innenseite des Batteriepacks zu definieren. Das Schaltelement ist zwischen der zumindest einen wiederaufladbaren Batteriezelle und dem Gleichstrommotor verbunden und ist an dem Luftdurchgang in dem Batteriepack positioniert.

In noch einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Batteriepack bereitgestellt, das darin eine Mehrzahl von Batteriezellen aufnimmt und in ein Elektrowerkzeug montiert werden soll, das mit einem Abschnitt versehen ist, das einen Innenraum aufweist, wobei das Batteriepack einen Einsetzungsabschnitt, einen Aufnahmeabschnitt und eine Schutzplatine umfasst. Der Einsetzungsabschnitt ist in den inneren Raum einsetzbar. Der Aufnahmeabschnitt ist mit dem Einsetzungsabschnitt verbunden und ist außerhalb des Elektrowerkzeuges angeordnet, wenn der Einsetzungsabschnitt in den Innenraum eingesetzt ist. Alle Batteriezellen sind in dem Aufnahmeabschnitt aufnehmbar. Die Schutzplatine weist einen Schutzschaltkreis auf. Zumindest ein Teil der Schutzplatine ist in dem Einsetzungsabschnitt angeordnet.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
In den Zeichnungen:
1 ist eine schematische, teilweise fortgeschnittene Seitenansicht auf ein elektrisches Elektrowerkzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine vordere Querschnittsansicht eines Griffabschnitts und eines Hauptkörperabschnitts des Elektrowerkzeugs gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel;
3 ist eine Querschnittsansicht des Batteriepacks in dem Elektrowerkzeug gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;
4 ist ein Schaltkreisdiagramm, das eine elektrische Verbindung zwischen dem Batteriepack und einem Motor in dem Elektrowerkzeug gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
5 ist ein Flussdiagramm, das eine Verarbeitung der Steuerung in dem Batteriepack, das in dem Elektrowerkzeug angeordnet ist gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigt;
6(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrowerkzeuges, mit dem ein Batteriepack gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung montiert werden wird;
6(b) ist eine Querschnittsansicht des Batteriepacks gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
6(c) ist eine Vorderansicht des Batteriepacks gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
6(d) ist eine Draufsicht des Batteriepacks gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel;
7 ist ein Schaltungsdiagramm, das eine elektrische Verbindung in einem Batteriepack gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel zeigt;
8(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrowerkzeuges, mit dem ein Batteriepack gemäß dem Stand der Technik verbunden werden wird;
8(b) ist eine Querschnittsseitenansicht des Batteriepacks gemäß dem Stand der Technik;
8(c) ist eine Vorderansicht des Batteriepacks gemäß dem Stand der Technik;
8(d) ist eine Draufsicht des Batteriepacks gemäß dem Stand der Technik;
9(a) ist eine Seitenansicht eines Elektrowerkzeuges, mit dem ein Batteriepack gemäß weiterem Stand der Technik zusammengesetzt werden wird;
9(b) ist eine Querschnittsseitenansicht des Batteriepacks gemäß dem weiteren Stand der Technik;
9(c) ist eine Vorderansicht des Batteriepacks gemäß dem weiteren Stand der Technik; und
9(d) ist eine Draufsicht des Batteriepacks gemäß dem weiteren Stand der Technik.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Ein schnurloses Elektrowerkzeug, das ein Batteriepack gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung aufweist, wird unter Bezugnahme auf die 1–5 beschrieben werden. Ein tragbarer Festdreher, eine Bohrmaschine, eine Schlagbohrmaschine und ein elektrischer Schraubenschlüssel sind Beispiele eines schnurlosen elektrischen Werkzeugs. Das elektrische Werkzeug 1 umfasst einen Haupttrommelbereich oder eine Gehäuse 10 und einen Griffbereich 20, der sich von diesem aus erstreckt. Das Gehäuse 10 weist einen inneren Gehäuseraum auf und der Griffabschnitt 20 weist einen inneren Griffraum in Kommunikation mit dem Gehäuseraum auf.
Ein Batteriepack 30, das darin eine Gruppe 31 von Lithiumbatteriezellen umfassend Batteriezellen 32–35 aufnimmt, ist an einem freien Endabschnitt des Griffabschnitts 20 befestigbar. Das Gehäuse 10 ist mit einer Mehrzahl von Ventilationslöchern 10a an deren diametral gegenüberliegenden Seiten ausgeformt, wie in 2 gezeigt.
Innerhalb des Gehäuses 10 ist ein Gleichstrommotor 11, der als eine Antriebsquelle dient, vorgesehen. Der Gleichstrommotor 11 weist ein Motorgehäuse 12 auf, das mit Ventilationslöchern 12a an diametral gegenüberliegenden Seiten und im Wesentlichen in Ausrichtung mit den Ventilationslöchern 10a ausgeformt ist. Ein Endbit (nicht gezeigt), wie beispielsweise ein Bohrmeißel, ist an dem vorderen Ende des Gehäuses 10 positioniert. Weiterhin ist ein Verlangsamungsmechanismus 13 in dem Gehäuse 10 zum Verlangsamen der Rotationsgeschwindigkeit des Gleichstrommotors 11 aufgenommen. Im Falle eines Schlagschraubers, ist ein Schlagmechanismus (nicht gezeigt), umfassend einen Hammer zwischen dem Verlangsamungsmechanismus 13 und dem Endbit vorgesehen.
Ein Lüfter 14 ist mit der Drehwelle des Gleichstrommotors 11 verbunden, um einen positiven Luftfluss innerhalb des Gehäuses 10 und einen Saugfluss innerhalb des Batteriepacks 30 und dem Griffabschnitt 20 hervorzurufen, wie durch die Pfeile in 2 gezeigt.
Ein Schalter 40 ist in dem Griffabschnitt 20 angeordnet. Der Schalter ist elektrisch mit dem Gleichstrommotor 11 verbunden. Eine Teilungsplatte 21, die mit einem Ventilationsloch 21 ausgeformt ist, ist in dem Griffabschnitt 20 vorgesehen. Die Teilungsplatte 21 teilt den inneren Griffraum in einen Schalteraufnahmeraum und einen Batteriepackanbringungsraum auf. Ein Leitungsanschluss 51 erstreckt sich durch die Teilungsplatte 21 hindurch zum elektrischen Verbinden des Batteriepacks 30 mit dem Schalter 40. Der Anbringungsraum ist mit einem Eingriffsabschnitt (nicht gezeigt) versehen, der mit dem Batteriepack 30 in Eingriff gebracht werden kann. Im Griffabschnitt 20 sind Luftdurchgänge definiert, die ein Inneres des Batteriepacks mit dem Inneren des Gehäuses 10 fluidverbinden.
Das Batteriepack 30 umfasst einen Batteriezellenaufnahmeabschnitt 36 zum Aufnehmen der Batteriezellengruppe 31 darin und einen zylindrischen Anbringungsabschnitt oder Einsetzungsabschnitt 37, der in den Befestigungsraum in dem Griffabschnitt 20 eingesetzt werden kann und mit dem Eingriffsabschnitt eingreifbar ist. Eine Mehrzahl von Lithiumbatteriezellen 32–35, die jeweils eine nominale Spannung von 3,6V aufweisen, sind in dem Aufnahmeabschnitt 36 aufnehmbar. Wenn das Elektrowerkzeug bei einer Spannung von 14,4V betrieben wird, sind vier Batteriezellen als eine Batteriezellengruppe 31 in Serie miteinander verbunden.
Wie in 3 gezeigt, sind die Batteriezellen 32 bis 35 in dem Batteriepack 30 eine nach der anderen durch Verbindungsteile 38, 39 verbunden. Die Antriebsspannung des Elektrowerkzeuges ist 14,4V, so dass 4 Lithiumbatteriezellen in Serie miteinander verbunden sind. Als eine Modifikation, um die elektrische Stromkapazität zu vergrößern, sind zwei Batteriezellengruppen parallel miteinander verbunden, wobei jede Gruppe vier Batteriezellen aufweist, die in Serie miteinander verbunden sind.
Der Aufnahmeabschnitt 36 weist einen vorderen Abschnitt (Endwerkzeugseite des Elektrowerkzeugs) auf, der mit einem Betriebssegment 21 versehen ist, das durch eine Feder 42 vorgeformt ist. Ein Haken 43 ist integral mit dem Betriebselement 41 vorgesehen. Durch Drücken des Betriebselement 41 gegen die Vorspannkraft der Feder 42 ist der Haken 43 in Eingriff bringbar mit dem Eingriffsabschnitt (nicht gezeigt) des Griffabschnitts 20. Wie in 2 gezeigt, ist eine Breite eines oberen Abschnitts des Aufnahmeabschnitts 36 größer als die des Anbringungsabschnitts 37, so dass der obere Abschnitt des Aufnahmeabschnitts 36 einfach mit Ventilationslöchern 36a ausgeformt werden kann, um Luft in den Aufnahmeabschnitt 36 einzubringen.
Der Aufnahmeabschnitt 36 hat zum Beispiel einen Rückwandabschnitt, der mit Ventilationslöchern 36a zur Fluidkommunikation zwischen einer Atmosphäre und dem Inneren des Aufnahmeabschnitts 36 ausgeformt ist. Um ein Eintreten von Staub und Fremdobjekten durch die Ventilationslöcher 36a in den Aufnahmeabschnitt 36 zu verhindern, sind die Ventilationslöcher 36a mit einem Filter (nicht gezeigt) abgedeckt.
Der Anbringungsabschnitt 37 weist einen oberen Endabschnitt auf, der mit einem Anschlusshalteabschnitt 44 versehen ist, dessen Oberfläche mit einem Anschluss 45 ausgeformt ist. Gleichstrom aus den Lithiumbatteriezellen 32–35 wird dem Gleichstrommotor 11 durch den Anschluss 45, den Leitungsanschluss 51 und den Schalter 40 zugeführt.
Eine Schaltplatine 52, auf der FETs 53a, 53b montiert sind, ist in dem Anbringungsabschnitt 37 vorgesehen. In dem Schaltkreisdiagramm, das in 4 gezeigt ist, ist aus Einfachheitsgründen ein einzelner FET 53 als ein Schaltelement gezeigt. In dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt ist, sind jedoch zwei FETs 53a, 53b parallel miteinander verbunden, um die elektrische Stromkapazität zu vergrößern.
Wie in 2 gezeigt, ist ein Kühlkörper 54 direkt an dem FET 53 montiert um die Wärmeabstrahlung von dem FET 53 zu beschleunigen. Wie in 2 gezeigt, weist der Anbringungsabschnitt 37 eine obere Wand auf, die mit Ventilationslöchern 37a ausgeformt ist. Luft in dem Batterieaufnahmeabschnitt 36 tritt durch die Ventilationslöcher 37a und 21a hindurch und wird in das Innere des Gehäuses 10 durch den Luftdurchgang 20a, der in dem Griffabschnitt 20 vorgesehen ist, eingebracht. Daher ist die Schaltplatine an dem Luftflussdurchgang positioniert.
Wie oben beschrieben, wird eine Gleichspannung aus dem Batteriepack 30 dem Gleichstrommotor 11 durch das Schaltelement (FET) 53, die Anschlussleitung 51 und dem Schalter 40 zugeführt. Wenn die Lithiumbatteriezellenspannung nicht höher wird als eine vorbestimmte Spannung, wird das Schaltelement 53 so gesteuert, dass es AUS ist, um ein übermäßiges Laden zu verhindern. Ähnlich, wenn übermäßige Ströme durch den Gleichstrommotor 11 hindurch fließen, wird das Schaltelement 53 so gesteuert, dass es AUS geschaltet wird. Übermäßiges Entladen der Batteriezellengruppe 31 ist verhinderbar durch eine AUS/EIN-Steuerung des FET 53 in Übereinstimmung mit einer Batteriespannung. Hierfür muss der Motorantriebsstrom durch den FET 53 während der Entladephase des Batteriepacks 30 kontinuierlich hindurchfließen. Hier ist das Stromniveau, das durch den Gleichstrommotor 11 hindurchfließt, so groß wie beispielsweise 30A. Wenn Strom eines so hohen Niveaus über eine lange Zeitperiode hinweg durch den FET 53 fließt, tritt eine übermäßige Hitzeerzeugung in dem FET 53 auf. Daher ist der FET 53 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel an dem Luftflussdurchlass positioniert.
Als nächstes wird eine elektrischer Schaltkreis und ein Steuerverfahren zum Verhindern eines Über-entladens der Batteriezellengruppe 31 beschrieben werden. Der Schaltkreis ist im Wesentlichen der gleiche, wie der welcher in der japanischen Patentanmeldungsveröffentlichung NR. 2003-164066 beschrieben ist.
4 ist ein Schaltkreisdiagramm, welches das Batteriepack 30 verbunden mit dem Griffabschnitt 20 des Elektrowerkzeugs 1 zeigt. Das Batteriepack 30 weist einen positiven Anschluss 60 und einen negativen Anschluss 61 auf. Der positive Anschluss 60 ist mit einem positiven Anschluss 15 des Elektrowerkzeugs 1 verbunden und der negative Anschluss 61 ist mit einem negativen Anschluss 16 des Elektrowerkzeugs 1 verbunden. Der Gleichstrommotor 11 und der Schalter 40 sind zwischen dem positiven Anschluss 15 und dem negativen Anschluss 16 des Elektrowerkzeugs 1 in Serie geschaltet.
Das Batteriepack 30 umfasst die Batteriezellengruppe 31, einen Schaltabschnitt 65, eine Konstantspannungsenergiequelle 70, einen Batteriespannungsdetektor 75, einen Batterietemperaturdetektor 80, einen Mikrocomputer 85, einen Stromdetektor 93, einen Auslöserdetektor 94 und eine Anzeige 97. Wenn der Schalter 40 des Elektrowerkzeugs 1 eingeschaltet wird während das Batteriepack 30 mit dem Elektrowerkzeug 1 verbunden ist, fließt ein Entladungsstrom von dem positiven Anschluss der Batteriezellengruppe 31 durch das Elektrowerkzeug 1 zum negativen Anschluss der Batteriezellengruppe 31. Der Batteriespannungsdetektor 75, die Konstantspannungsenergiequelle 70, der Auslöserdetektor 94 und der Schaltabschnitt 65 sind mit dem Entladungsstrompfad verbunden und der Mikrocomputer 85 ist mit diesen und anderen Komponenten, die in dem Batteriepack 30 aufgenommen sind, verbunden.
Der Mikrocomputer 85 umfasst eine zentrale Bearbeitungseinheit (CPU) 86, ein Read-Only-Memory (ROM) 87, ein Random-Access-Memory (RAM) 88, einen Zeitgeber 89, einen Analog/Digital- (A/D) Wandler 90, einen Ausgangsanschluss 91 und einen Zurücksetzungseingangsanschluss 92. Die Komponenten des Mikrocomputers 85 sind mit den anderen durch einen internen BUS verbunden.
Der Schaltabschnitt 65 ist zwischen dem negativen Anschluss der Batteriezellengruppe 31 und dem negativen Anschluss 61 des Batteriepacks 30 verbunden und umfasst den Feldeffekttransistor (FET) 53, eine Diode 66 und Widerstände 67, 68. Ein Steuersignal des Ausgangsanschlusses 91 des Mikrocomputers 85 wird dem Gate des FET 53 über den Widerstand 68 zugeführt, um eine Schaltsteuerung für den Belastungsstrom durchzuführen, der durch das Elektrowerkzeug 1 hindurchfließt. Die Diode 66, die über Source und Drain des FET 53 verbunden ist, dient als ein Ladungsstrompfad, in dem ein Ladungsstrom fließt während die Batteriezellengruppe 31 mit einem Batterieladegerät (nicht gezeigt) geladen wird, das mit dem Batteriepack 30 verbunden ist.
Der Stromdetektor 93 dient dazu, zu beurteilen, ob die Batteriezellengruppe 31 geladen wird, entladen wird oder unter anderen Bedingungen ist, wie beispielsweise keine Belastung auf die Batteriezellengruppe 31 ausgeübt wird. Der Eingang des Stromdetektors 93 ist mit der Kathode der Diode 66 und mit dem Drain des FET 53 verbunden. Der Ausgang des Stromdetektors 93 ist mit dem A/D Wandler 90 des Mikrocomputers 80 verbunden.
Obwohl nicht gezeigt, umfasst der Stromdetektor 93 einen invertierenden Verstärkerschaltkreis und einen nicht invertierenden Verstärker, die parallel miteinander verbunden sind und die selektiv die Spannung, die dem Stromdetektor 93 zugeführt wird, verstärken. Die Polarität der Spannung die dem Stromdetektor 93 zugeführt wird, wird abhängig von der Richtung des Stroms bestimmt, also, ob ein Ladestrom in die Diode 66 hineinfließt oder ein Entladestrom in den FET 53 hereinfließt. Das Niveau der Spannung, das auf den Stromdetektor 93 aufgewendet wird, wird abhängig von einem EIN-Widerstand des FET 53 und einer EIN-Spannung der Diode 66 bestimmt. Als ein Resultat wird ein Ausgang entweder durch den invertierenden Verstärkerschaltkreis oder durch den nicht invertierenden Verstärkerschaltkreis erzeugt, abhängig davon, ob die Batteriezellengruppe 31 geladen oder entladen wird. Der Ausgang des Stromdetektors 93 wird einer A/D Wandlung durch den A/D Wandler 90 des Mikrocomputers 85 unterzogen. Wenn es gewünscht ist den Stromwert während des Ladens und Entladens genau zu detektieren, dann kann ein Niedrigwiderstand-Stromdetektionswiderstand in der Schleife angeordnet werden, die von dem Strom durchlaufen wird. In diesem Fall kann die Spannung, die entsprechend dem Niveau der Spannung, die durch den Widerstand hindurchfließt und erzeugt wird, durch einen Operationsverstärker verstärkt werden. Der A/D Wandler 90 führt am Ausgang des Operationsverstärkers eine A/D Wandlung durch und der Strom wird basierend auf dem resultierenden digitalen Ausgang berechnet.
Die Konstantspannungsenergiequelle umfasst einen Dreiausgangsregulator (REG) 71, Glättungskondensatoren 72, 73 und einen Rücksetzungs-IC 74. Der Konstantspannungsausgang V_cc der Konstantspannungsenergiequelle 70 dient als die Energiequelle für den Batterietemperaturdetektor 80, den Mikrocomputer 85, den Stromdetektor 93 und die Anzeige 97. Der Zurücksetzungs-IC 74 ist mit dem Zurücksetzungsanschlusses 92 des Mikrocomputers 85 verbunden und gibt ein Zurücksetzungssignal an den Zurücksetzungseingangsanschluss 92 aus um die Einstellungen in dem Mikrocomputer 85 zu initialisieren.
Der Batteriespannungsdetektor 75 wird bereitgestellt zum Detektieren einer Spannung der Batteriezellengruppe 31 und umfasst Widerstände 76 bis 78. Die Widerstände 76, 77 sind zwischen dem positiven Anschluss der Batteriezellengruppe 31 und der Erde in Serie geschaltet. Der A/D Wandler 90 des Mikrocomputers 85 durch den Widerstand 78 mit dem Verbindungspunkt, in dem die Widerstände 76, 77 miteinander verbunden sind, verbunden und gibt einen Digitalwert aus, der mit der detektierten Batteriespannung korrespondiert. Die CPU 86 des Mikrocomputers 85 vergleicht den digitalen Wert des A/D Wandlers 90 mit ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen, die später beschrieben werden. Die ersten und zweiten vorbestimmten Spannungen werden in dem ROM 87 des Mikrocomputers 85 gespeichert.
Der Batterietemperaturdetektor 80 ist gegenüberliegend der Batteriezellengruppe 31 angeordnet, um die Temperatur der Batteriezellengruppe 31 zu detektieren. Die Temperatur, die durch den Batterietemperaturdetektor 80 detektiert wird, ist nicht die Temperatur der Batteriezellengruppe 31 in einem engeren Sinne, aber ist im Wesentlichen gleich zu der Temperatur der Batteriezellengruppe 31. Der Batterietemperaturdetektor 80 umfasst einen Thermistor 81 und Widerstände 82 bis 84. Der Thermistor 81 ist durch den Widerstand 83 mit dem A/D Wandler 90 des Mikrocomputers 85 verbunden. Entsprechend gibt der A/D Wandler 90 einen Digitalwert aus, der mit der Batterietemperatur, die durch den Batterietemperaturdetektor 80 detektiert wird, übereinstimmt. Die CPU 86 des Mikrocomputers 85 vergleicht den digitalen Wert mit einem vorbestimmten Wert um zu beurteilen, ob die Batterietemperatur abnormal hoch ist.
Der Auslöserdetektor 94 umfasst Widerstände 95, 96 und detektiert, wenn der Schalter 40 des Elektrowerkzeugs 1 EIN geschaltet wird. Während der Schalter 40 AUS ist, wird die Spannung der Batteriezellengruppe 31 nicht dem Drain des FET 53 zugeführt. Daher wird der Eingang des A/D Wandlers 90, der mit dem Auslösedetektor 94 verbunden ist, auf Erdpotential gehalten. Andererseits, da der Gleichstromwiderstand des Gleichstrommotors 11 extrem klein ist, zum Beispiel nur ein paar Ohm, wird eine Spannung, die im Wesentliche die gleiche ist wie die Batteriespannung, zwischen dem Drain und der Source des FET 53 entwickelt während der Schalter 40 AN ist. Diese Spannung wird an den Widerständen 95, 96 geteilt und die Spannung die über den Widerstand 96 abfällt, wird auf den A/D Wandler 90 angewendet, so dass die AN-Bedingung des Schalters 40 detektiert werden kann.
Die Anzeige 97 umfasst eine Licht emittierende Diode (LED) 98 und einen Widerstand 99. Die LED 98 wird gesteuert um in Übereinstimmung mit einem Ausgang des Anschlusses 91 des Mikrocomputers 85 zu beleuchten oder AUS zu schalten. Das Display 97 wird so gesteuert, dass es zum Beispiel eine Warnung anzeigt, dass die Temperatur der Betriebszellgruppe 31 zu hoch ist, wenn der Batterietemperaturdetektor 80 eine Batterietemperatur detektiert, die höher als die vorgegebene Temperatur ist.
Als nächstes wird der Steuerungsprozess zum Verhindern einer übermäßigen Entladung der Betriebszellengruppe 31 unter Bezugnahme auf das Schaltungsdiagramm der 4 und das Flussdiagramm der 5 beschrieben werden. Ein Steuerungsprogramm ist in dem ROM 87 des Mikrocomputers 85 gespeichert und wird durch die CPU 86 ausgeführt.
Als erstes, in S101, initialisiert der Mikrocomputer 85 die Einstellungen an seinem Ausgangsanschluss 91 und initialisiert ebenso sein Über-Entladungsflag und Startpulssteuerungsflag auf Null. Der Über-Entladungsflag zeigt an, dass die Batteriezellengruppe 31 über-entladen wird. Der Startpulssteuerungsflag zeigt an, dass die Batteriezellengruppe 31 nahezu über-entladen ist.
In S102 beurteilt der Mikrocomputer 35, ob oder ob nicht der Über-Entladungsflag auf eins gesetzt ist. Der Über-Entladungsflag zeigt an, ob oder ob nicht die Batteriezellengruppe 31 über-entladen ist und zeigt an, dass die Batteriezellengruppe 31 über-entladen ist, wenn er auf eins gesetzt ist und nicht über-entladen ist, wenn er auf Null gesetzt ist.
In S101 wird der Über-Entladungsflag anfänglich auf Null gesetzt. Wenn die Beurteilung in S102 auf Nein fällt, also, wenn der Über-Entladungsflag nicht eins ist, geht die Routine nach S103, in der die Spannung V_DS zwischen Drain und Source des FET 53 des Schaltabschnitts 35 detektiert wird. Als nächstes wird in S104 beurteilt, ob oder ob nicht der Schalter 40 des Elektrowerkzeugs 1 EIN ist, basierend auf dem Ausgang des Schalterdetektors 94. Eine Spannung, die im Wesentlichen gleich zu der Batteriespannung ist, wird zwischen Drain und Source des FET 53 entwickelt, wenn der Schalter 40 auf EIN geschaltet wird. Daher kann basierend auf der Spannung V_DS, die in S103 detektiert ist, detektiert werden ob oder ob nicht der Schalter 40 EIN geschaltet ist.
Wenn der Schalter 40 nicht EIN geschaltet ist (S104:NEIN), dann kehrt das Programm zu S102 zurück. Wenn der Schalter 40 EIN geschaltet wird (S104:JA), dann wird in S105 der FET 53 des Schaltabschnitts 65 AN geschaltet in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Ausgangsanschlusses 91. Dann, in S106, wird beurteilt, ob oder ob nicht der Startpulssteuerflag auf eins gesetzt ist. Wenn der Startpulssteuerflag auf eins gesetzt ist (S106:JA), dann springt das Programm zum Schritt S111.
Wenn der Startpulssteuerflag nicht auf eins gesetzt ist (S106:NEIN), dann wird in S107 beurteilt, basierend auf dem Ausgang des Batteriespannungsdetektors 75, ob oder ob nicht die Spannung der Batteriezellengruppe 31 den zweiten vorbestimmten Wert oder niedriger erreicht hat. In dem vorliegenden Ausführungsbeispiel ist es wichtig, ob oder ob nicht die Batteriespannung bei einem niedrigerem als dem zweiten vorbestimmten Wert liegt, um zu wissen, ob oder ob nicht die Batteriezellengruppe 31 nahe einem über-entladenen Zustand ist. Die Batteriespannung, die anzeigt, dass die Batteriezellengruppe 31 nahe einem über-entladenen Zustand ist, unterscheidet sich abhängig von dem Niveau des Entladungsstroms. Im Falle einer Lithiumbatteriezelle, die eine Nominalspannung von 3,6V aufweist, kann, wenn sie in einem Elektrowerkzeug verwendet wird, von einem nahezu über-entladenen Zustand gesprochen werden, wenn die Spannung der Batteriezelle auf ungefähr 2,5 bis 2,7V fällt.
Eine erste vorbestimmte Spannung, die unter Bezugnahme auf den Prozess in S111 beschrieben werden wird, dient als eine Referenzspannung zum Bestimmen ob oder ob nicht die Batteriezellengruppe 31 tatsächlich einen über-entladenen Zustand erreicht hat. Entsprechend ist die erste vorbestimmte Spannung niedriger als die zweite vorbestimmte Spannung. Die Referenz zum Anzeigen, dass die Batteriezellengruppe 31 einen über-entladenen Zustand erreicht hat, unterscheidet sich ebenso abhängig von dem Niveau des Entladungsstroms. In dem Fall der Lithiumbatteriezelle, die eine Nominalspannung von 3,6V aufweist, die in einem Elektrowerkzeug verwendet wird, kann von einem über-entladenen Zustand gesprochen werden, wenn die Spannung der Batteriezelle ungefähr 2,3V bis 2,5V ist. Wenn die Batteriespannung mehr als die zweite vorbestimmte Spannung ist (S107:NEIN), wird eine Entladung fortgesetzt.
Wenn bewertet wird, dass die Spannung der Batteriezellengruppe 31 nicht mehr als die zweite vorbestimmte Spannung ist (S107:JA), dann meint dies, dass die Batteriezellengruppe 31 nahezu in einer über-entladenen Bedingung ist. Daher wird in S108 in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Ausgangsanschlusses 91 eine Pulssteuerung gestartet um einen Schaltvorgang des FET 53 des Schaltabschnitts 65 in einer vorbestimmten Frequenz durchzuführen. Wenn die Pulssteuerung gestartet wird, fällt eine durchschnittliche Spannung, die dem Gleichstrommotor 11 zugeführt wird, ab, so dass sich der Gleichstrommotor 11 bei einer geringeren Geschwindigkeit dreht. Der Bediener des elektrischen Werkzeugs 1 kann die Veränderung in der Geschwindigkeit des Gleichstrommotors 11 erkennen und versteht, dass dies meint, dass die Batteriezellengruppe 31 nahezu einen über-entladenen Zustand erreicht hat.
Nachdem die Pulssteuerung in S108 gestartet wurde, wird der Startpulssteuerungsflag in S109 auf eins gesetzt. Dann wird in S110 die Anzeige 97 durch den Ausgang des Ausgangsanschlusses 91 so gesteuert, dass das anzeigt, dass die Batterie nahezu über-entladen ist. Der Bediener des Elektrowerkzeuges 1 kann die Anzeige 97 betrachten um zu bestätigen, dass der Grund, dass sich der Gleichstrommotor 11 langsamer dreht, der ist, dass die Batteriezellengruppe 31 nahezu aufgebraucht ist. Dann wird in S111 bewertet, basierend auf dem Ausgang des Batteriespannungsdetektors 75, ob oder ob nicht die Spannung über die Batteriezellengruppe 31 die erste vorbestimmte Spannung oder weniger erreicht hat. Wenn die Spannung über die Batteriezellengruppe 31 nicht bei der ersten vorbestimmten Spannung oder geringer ist (S111:NEIN), dann springt das Programm zu S108.
Wenn die Spannung über die Batteriezellengruppe 31 bei einer ersten vorbestimmten Spannung oder niedriger ist (S111:JA), dann wird dies so bewertet, dass die Batteriezellengruppe 31 einen über-entladenen Zustand erreicht hat. Daher wird der Batterieüberentladungsflag in S112 auf eins gesetzt und, in Übereinstimmung mit dem Ausgang des Ausgangsanschlusses 91, wird auf der Anzeige 97 so angezeigt, dass sie in S113 einen Batterieüberentladungszustand anzeigt. Daher erkennt der Bediener die Notwendigkeit des Ladens. Als nächstes wird der FET 53 des Schaltabschnitts 65 in S114 AUS geschaltet, wonach das Programm zu S102 zurückkehrt.
Andererseits, wenn bewertet wird, dass der Überentladungsflag auf eins gesetzt wird (S102:JA), dann wird in S115 bewertet, ob oder ob nicht die Batteriezellengruppe 31 geladen wird basierend auf dem Ausgang des Stromdetektors 93. Da der Überentladungsflag mit einem Wert von eins gesetzt wird, wie er in S102 bewertet wird, kann die Batteriezellengruppe 31 nicht verwendet werden, bis die Batteriezellengruppe 31 geladen wurde. Übrigens wird ein Laden unter Entfernung des Batteriepacks 30 aus dem Elektrowerkzeug 1 und durch Verbinden des Batteriepacks 30 mit einem Batterieladegerät (nicht gezeigt) durchgeführt. Die Bewertung dessen ob oder ob nicht die Batteriezellengruppe 31 geladen wird, wird durchgeführt basierend auf der Richtung des Stromes, der durch die Batteriezellengruppe 31 fließt. Also fließt ein Ladestrom von dem positiven Anschluss zu dem negativen Anschluss der Batteriezellengruppe 31 durch die Diode 66. Daher wird, ob oder ob nicht die Batteriezellengruppe 31 geladen wurde, in Übereinstimmung mit der Richtung des Stromes bewertet, die durch den Stromdetektor 93 detektiert wird. Das Programm schreitet zu S116 fort sobald in S115 bewertet wird, dass ein Laden über eine festgelegte Zeitperiode (S115:JA) fortgeführt wurde.
Wenn bewertet wird, dass die Batteriezellengruppe 31 noch nicht voll geladen wurde (S115:NEIN), dann kehrt das Programm zu S102 zurück, bis das Laden beendet ist. Sobald bewertet wird, dass die Batteriezellengruppe 31 vollständig geladen ist (S115:JA), dann wird in S116 der Überentladungsflag auf Null zurückgesetzt und in S117 wird die Anzeige 97 so gesteuert dass sie aufhört anzuzeigen, dass die Batteriezellengruppe 31 über-entladen ist, wonach das Programm zu S102 zurückkehrt.
Auf diese Weise wird, wenn der Ausgang des Batteriespannungsdetektors 95 nicht mehr als die erste vorbestimmte Spannung ist, so dass ein Abnehmen der Batteriekapazität detektiert wird, ein elektrischer Strom, der aus der Batteriezellengruppe 31 zum elektrischen Werkzeug 1 fließt, abgeschaltet. Daher kann durch das Festlegen der Überentladungsspannung der Batteriezellengruppe 31 durch eine erste vorbestimmte Spannung ein Über-entladen der Batteriezellengruppe 31 verhindert werden, um ein verlängertes Zyklusleben der Batteriezellen bereitzustellen.
Gemäß dem oben beschriebenen Steuerungsverfahren wird, wenn die Batteriespannung während der Verwendung des elektrischen Werkzeugs 1 bei der zweiten vorbestimmten Spannung oder niedriger ist, der Schaltabschnitt 65 gesteuert, um notwendigerweise die Geschwindigkeit des Gleichstrommotors 11 herabzusetzen (erste Steuerung). Weiterhin, wenn die Batteriespannung geringer ist als die zweite vorbestimmte Spannung und ebenso gleich oder niedriger ist als die erste vorbestimmte Spannung, dann wird der Schaltabschnitt 65 so gesteuert, der einen Belastungsstrom der dem Gleichstrom 11 zugeführt wird, abschaltet (zweite Steuerung).
Das oben beschriebene Ausführungsbeispiel kann jedoch in einer solchen Weise modifiziert werden, dass auf die erste Steuerung verzichtet wird und nur die zweite Steuerung durchgeführt wird. Das Ausgangsbeispiel kann alternativ auf eine solche Weise modifiziert werden, dass auf die zweite Steuerung verzichtet wird und nur die erste Steuerung durchgeführt wird.
Mit der oben beschriebenen geometrischen Anordnung innerhalb des Gehäuses 10 und einem Griffabschnitt 20 wird bei der Drehung des Gleichstrommotors 11 der Lüfter 14 so gedreht, dass ein Luftfluss erzeugt wird, der aus dem Gehäuse 10 heraus durch die Ventilationslöcher 12a und 10a fließt. Der Luftfluss saugt Luft in den Luftdurchgang 20a in dem Griffabschnitt 20 an, um einen Luftfluss in den Griffabschnitt 20 herein und in das Batteriepack 30 zu erzeugen, wie durch die Pfeile in 2 gezeigt.
Da der FET 53, der als das Schaltelement dient, an dem Luftflussdurchgang angeordnet ist, wird eine effektive Hitzeabstrahlung durchgeführt, um ein Überhitzen des FET 53 zu verhindern. Weiterhin, da der Kühlkörper 54 auf dem FET 53 montiert ist, wird eine Hitzeabfuhrfunktion weiter verbessert. Als ein Resultat kann ein Kurzschluss des FET 53 aufgrund eines Überhitzens verhindert werden, so dass ein übermäßiges Entladen der Batteriezellengruppe 31 verhindert werden kann.
Weiterhin wird der FET 53 AUS geschaltet, wenn ein übermäßiger Strom durch den Stromdetektor 93 detektiert wird. In dieser Verbindung kann ein übermäßiges Stromfließen durch die Batteriezellengruppe aufgrund einer Beschädigung des FET 53 durch Überhitzen vermieden werden so lange wie das Problem eines Kurzschlusses des FET 53 eliminiert wird. Daher kann eine übermäßige Stromentladung und ein Überhitzen zum Zeitpunkt einer übermäßigen Stromentladung im FET 53 verhindert werden, wodurch eine Verschlechterung der Lithiumbatteriezellen verhindert wird.
Als nächstes wird ein Batteriepack gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die 6(a) bis 7 beschrieben werden.
Ein elektrisches Werkzeug 101 umfasst einen Griffabschnitt 101a und einen Antriebsmechanismusinstallationsabschnitt 101b, in dem ein Motor und ein Verlangsamungsmechanismus, der mit einer Antriebswelle des Motors verbunden ist, aufgenommen sind. Der Griffabschnitt 101a definiert einen inneren Raum, in dem ein Batteriepack 110 montiert ist. Der innere Raum weist einen Eingriffsbereich (nicht gezeigt) auf.
Das Batteriepack 110 umfasst einen Einsetzungsabschnitt 111 und einen Aufnahmeabschnitt 112, der integral mit dem Einsetzungsabschnitt 111 vorgesehen ist. Der Einsetzungsabschnitt 111 soll in den inneren Raum des Griffabschnitts 101a eingesetzt werden und weist eine Konfiguration in Übereinstimmung mit der Form des Innenraums auf. Eine Schutzplatine 114, die einen Schutzschaltkreis 200 aufweist (7), ist in dem Einsetzungsabschnitt 111 aufgenommen. Der Schutzschaltkreis 200 wird besonders im Falle des Verwendens von Batteriezellen im Bezug auf die Sicherheit zum Zeitpunkt des Ladens und Entladens benötigt. Also kann eine Verschlechterung und Entzündung bei der Lithiumionenbatteriezelle als ein Resultat übermäßigen Ladens und übermäßigen Entladens auftreten. Der Schutzschaltkreis 200 ist notwendig, um dieses Problem zu verhindern. Eine gesamte Schutzplatine 114 wird in dem Einsetzungsabschnitt 111 in dem gezeigten Ausführungsbeispiel aufgenommen. Ein Teil der Schutzplatine 114 kann jedoch in dem Einsetzungsabschnitt 111 aufgenommen werden und ein übriger Teil der Schutzplatine 114 kann in dem Aufnahmeabschnitt 112 aufgenommen werden.
Ein exklusiver IC Schaltkreis ist als der Schutzschaltkreis 200 verfügbar. Alternativ kann eine Überladung oder eine Über-entladung durch einen Mikrocomputer überwacht werden. In jedem Fall wird der Lade- oder Entladepfad in dem Batteriepack 110 durch eine Trennungseinheit, wie beispielsweise ein FET 105 (7), die im Pfad vorgesehen ist, getrennt, wenn ein Spannungsniveau in der Lithiumionenbatteriezelle unterhalb ein vorbestimmtes unteres Limit reduziert wird oder ein vorbestimmtes oberes Limit überschreitet.
Wie in 6(c) gezeigt, sind ein positiver Anschluss 115 und ein negativer Anschluss 116 an gegenüberliegenden Wänden des Einsetzungsabschnitts 111 angebracht. Weiterhin, wie in 6(d) gezeigt, sind Batteriezelleninformationsübertragungsanschlüsse 117 einer Atmosphäre an der oberen Oberfläche des Einsetzungsabschnitts 111 ausgesetzt. Die Anschlüsse 117 sind dazu ausgebildet, einen Zustand der Batteriezelle zu einer externen Komponente zu übertragen. Der Zustand der Batteriezelle umfasst Überladen, Über-entladen, Überstrom und Temperatur der Batteriezelle.
Der Aufnahmeabschnitt 112 erstreckt sich aus dem elektrischen Werkzeug 101 heraus wenn der Einsetzungsabschnitt 111 in den Innenraum des Griffabschnitts 101a in einer Richtung, die durch einen Pfeil in 6(a) angezeigt ist, eingesetzt ist. Alle Lithiumbatteriezellen 113 (vier Batteriezellen in dem gezeigten Ausführungsbeispiel) sind in dem Aufnahmeabschnitt 112 aufgenommen. Alle Lithiumbatteriezellen 113 sind in Serie geschaltet und eine positive Elektrode einer Batteriezelle am Führungsende ist mit dem positiven Anschluss 115 verbunden und eine negative Elektrode eines an dem hinteren Ende liegenden Batteriezelle ist mit dem negativen Anschluss 116 verbunden.
Der Aufnahmeabschnitt 112 weist einen oberen Abschnitt auf, der verschwenkbar bewegbar eine Lasche 118 hält, die mit dem Eingriffsbereich in dem Innenraum des Griffabschnitts 101a in Eingriff bringbar ist, wenn der Einsetzungsabschnitt 111 voll in den inneren Raum eingesetzt ist. Daher wird das Batteriepack 110 durch das elektrische Werkzeug 101 gehalten.
Da die Lithiumbatteriezellen 113 nicht in dem Einsetzungsabschnitt 111 aufgenommen sind, kann die Größe des Griffabschnitts 101a des elektrischen Werkzeugs 101 frei bestimmt werden unabhängig von einem Durchmesser der Lithiumbatteriezelle 113. Daher können die Freiheitsgrade in der Gestaltung des Griffabschnitts 101a verbessert werden und eine Greifperformance kann primäre Aufmerksamkeit erfahren.
Weiterhin, da das gesamte oder ein Teil der Schutzplatine 114 in dem Einsetzungsabschnitt 111 installiert ist, wo keine Batteriezelle aufgenommen ist, kann ein Layoutraum für die Schutzplatine 114 in dem Aufnahmeabschnitt 112 reduziert werden, der ein anderer ist als der Einsetzungsabschnitt 111. Als ein Resultat kann das gesamte Volumen des elektrischen Werkzeugs 101 und des Batteriepacks 110, wenn letzteres in das Elektrowerkzeug 101 eingesetzt ist, reduziert werden. Konsequenterweise kann daraus eine verbesserte Handlingmöglichkeit resultieren.
Weiterhin, da die Batteriezelleninformationsübertragungsanschlüsse 117 an dem Einsetzungsabschnitt 111 des Batteriepacks 110 vorgesehen sind, kann eine Mehrzahl von Anschlüssen aggregiert an dem distalen Endabschnitt des Einsetzungsabschnitts angeordnet sein.
Vergleichsbeispiele sind in 8(a) bis 8(d) gezeigt. 8(a) bis 8(d) zeigen ein erstes Vergleichsbeispiel, in dem ein Batteriepack 120 mit dem Elektrowerkzeug 101 mit einer Gleitbewegung, wie sie durch einen Pfeil in 8(a) gezeigt ist, zusammengesetzt wird.
Das Batteriepack 120 umfasst einen Anbringungsabschnitt 121, der mit einem Griffabschnitt 101a des Elektrowerkzeugs 101 angebracht wird, und einen Aufnahmeabschnitt 122, der integral mit dem Anbringungsabschnitt 121 ist. Der Aufnahmeabschnitt 122 nimmt eine Mehrzahl von Lithiumbatteriezellen 123 (vier Batteriezellen) und eine Schutzplatine 124 darin auf, die einen Schutzschaltkreis aufweist. Ein positiver Anschluss 125, ein negativer Anschluss 126 und ein Informationsübertragungsanschluss 127 sind in dem Anbringungsabschnitt 121 eingebettet und eine Lasche 128 erstreckt sich von dem oberen Abschnitt des Anbringungsabschnitts 121 aus um zu verhindern, dass das Batteriepack 120 von dem Elektrowerkzeug 101 gelöst wird.
9(a) bis 9(d) zeigen ein zweites Vergleichsbeispiel, in dem ein Batteriepack 130 mit dem Elektrowerkzeug 101 in einer Einsetzbewegung zusammengesetzt ist, wie sie durch einen Pfeil in 9(a) gezeigt ist. Das Batteriepack 130 umfasst einen Einsetzungsabschnitt 131, der in den Griffabschnitt 101a eingesetzt wird, und einen Aufnahmeabschnitt 132, der damit integral ist. Drei Lithiumbatteriezellen 133a werden in dem Aufnahmeabschnitt 132 aufgenommen, wobei eine Lithiumbatteriezelle 133b in dem Einsetzungsabschnitt 131 aufgenommen ist. Ein positiver Anschluss 135 und ein negativer Anschluss 136 sind an gegenüberliegenden Seiten des Einsetzungsabschnitts 131 vorgesehen.
Gemäß dem ersten Vergleichsbeispiel, aufgrund des Gleitzusammensetzungstypus, wird nur eine limitierte Masse des Batteriepacks 120 innerhalb eines Innenraums des Griffabschnitts 101a angeordnet und als ein Resultat ist beinahe der gesamte Abschnitt des Batteriepacks 120 außerhalb des Griffabschnitts 101a positioniert. Daher resultiert eine unhandlich kombinierte Form des Elektrowerkzeugs 101 und des Batteriepacks 120, wenn das Batteriepack 120 mit dem Elektrowerkzeug 101 zusammengesetzt wird. Mit anderen Worten kann das Batteriepack 120 den Vorteil der Verwendung kompakter Lithiumbatteriezellen nicht verwenden.
Gemäß dem zweiten Vergleichsbeispiel kann eine größere Masse des Batteriepacks 130 in den Griffabschnitt 101a eingesetzt werden im Vergleich mit dem ersten Vergleichsbeispiel. Eine Temperaturfluktuation tritt jedoch unter den Batteriezellen 133a und 133b aufgrund des separaten Layouts dieser Batteriezellen auf. Diese Temperaturfluktuation ruft eine schnelle Verschlechterung der Batteriezellen hervor. Die Verschlechterung aufgrund der Temperaturvariation zwischen den Batteriezellen tritt im Wesentlichen bei Lithiumbatteriezellen auf eher als bei Nickel-Cadmium-Batteriezellen und Nickel-Hydrid-Batteriezellen.
Andererseits, gemäß den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen, werden Lithiumbatteriezellen nur in dem Aufnameabschnitt 112 aufgenommen, wodurch eine Temperaturfluktuation zwischen den Batteriezellen nicht einfach auftritt, um eine Verschlechterung der Batteriezellen zu verhindern. Weiterhin ist ein Teil der gesamten Schutzplatine 114 in dem Einsetzungsabschnitt 111 angeordnet. Da der Einsetzungsabschnitt 111 die Batteriezellen 113 nicht ausgibt, sondern nur die Schutzplatine 114 ausgibt, kann ein Freiheitsgrad der Gestaltung des Griffabschnitts verbessert werden.
Als nächstes wird ein elektrischer Schaltkreis in dem Batteriepack 110 unter Bezugnahme auf die 7 beschrieben werden. Der Schaltkreis umfasst die Schutzplatine 114, die vier Lithiumbatteriezellen 113, den positiven Anschluss 115, den negativen Anschluss 116, den Batteriezelleninformationsübertragungsanschluss 117, den Schutzschaltkreis 200 und den FET 205, die oben beschrieben sind. Der Schutzschaltkreis 200 umfasst einen Batteriespannungsdetektor 201, eine Bestimmungseinheit 202 für übermäßigen Strom, die mit dem positiven Anschluss 115 und dem FET 205 verbunden ist, eine Überladungsbestimmungseinheit 203, die mit dem Batteriespannungsdetektor 201 verbunden ist und eine Überentladungsbestimmungseinheit 204, die mit dem Batteriespannungsdetektor 201 und dem FET 205 verbunden ist. Anschlüsse jeder Batteriezelle 113 sind mit dem Batteriespannungsdetektor 201 verbunden. Jede Spannung jeder Batteriezelle 113 wird mit dem Batteriespannungsdetektor 201 überwacht.
Der Batteriezelleninformationsübertragungsanschluss 117 umfasst einen Batterietemperaturübertragungsanschluss 117a, einen Batterietypübertragungsanschluss 117b und einen Überladungsübertragungsanschluss 117c. Der Batterietemperaturübertragungsanschluss 117a ist verbunden mit dem FET 205 durch ein Temperaturermittlungselement 208, so wie beispielsweise ein Thermistor. Der Thermistor 208 ist in der Nähe der Batteriezellen 213 positioniert, um die Temperatur der Batteriezellen 113 zu detektieren. Weiterhin ist der Batterietypübertragungsanschluss 117b mit dem FET 205 durch einen Widerstand 206 verbunden. Weiterhin ist ein Widerstand 207 zwischen dem positiven Anschluss 215 und einer am vorderen Ende angeordneten Batteriezelle der Batteriezellen 113 verbunden.
Wenn das Werkzeug 101 kontinuierlich betrieben wird, nimmt die Spannung der Batteriezellen 113 ab. Der Batteriespannungsdetektor 201 überwacht jedes Spannungsniveau jeder Batteriezelle 113, so dass das überwachte Signal der Überentladungsbestimmungseinheit 204 eingegeben wird. Wenn die Überentladungsbestimmungseinheit 204 feststellt, dass die Spannung der Batteriezelle 113 nicht mehr als ein erlaubbares unteres Limit ist, gibt die Bestimmungseinheit 204 ein Trennungssignal an den FET 205 ab, um den FET 205 auszuschalten, um einen Entladungsstrompfad zu trennen. In dem Schaltkreisdiagramm, das in 7 gezeigt ist, sind zwei FETs parallel zueinander verbunden, um einer Wärmeerzeugung des FETs zu widerstehen. Nur ein einzelner FET kann stattdessen verwendet werden.
Wenn das Elektrowerkzeug 101 in einem blockierten Zustand kommt, fließen hohe Stromniveaus durch die Batteriezellen 113. Dieser Strom wird in dem Stromdetektionswiderstand 207 detektiert, so dass die Überstrombestimmungseinheit 202 ein Trennungssignal dem FET 205 ausgibt, um den FET 205 auszuschalten.
Andererseits, wenn das Batteriepack 110 mit dem Batterielader verbunden ist, überwacht der Batteriespannungsdetektor 201 die Spannungsniveaus jeder Batteriezelle 113. Ein Signal, das die Temperatur der Batteriezellen 113 anzeigt, wird in den Batterielader eingegeben durch den Batterieübertragungsanschluss 117a.
Wenn die Spannung der Batteriezellen 113 durch Laden erhöht wird und das Spannungsniveau nicht geringer als ein erlaubbares oberes Limit wird, gibt die Überladungsbestimmungseinheit 203 ein Trennungssignal zum Trennen des Ladungsstrompfades aus. Übrigens kann ein FET für die Ladungssteuerung bereitgestellt werden anstelle des FETs 205. Im letzteren Fall wird der FET zum Beladungssteuern in Serie in einer Rückwärtsrichtung bezüglich des FETs 205 verbunden.
Während die Erfindung detailliert und unter Bezugnahme auch auf deren spezifische Ausführungsbeispiele beschrieben wurde ist es für die Fachleute klar, dass unterschiedliche Veränderungen und Modifikationen durchgeführt werden können, ohne vom Geist und vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel ist die Anzahl der Batteriezellen nicht auf vier limitiert, sondern eine gewünschte Anzahl von Batteriezellen kann aufgenommen werden, solange eine Konfiguration des Aufnahmeabschnitts modifiziert wird.
In dem Ausführungsbeispiel, das in 3 gezeigt wird, sind die Ventilationslöcher 36a an der Rückwand des Aufnahmeabschnitts 36 eingeformt. Ventilationslöcher können jedoch auch in jeglichem Abschnitt des Aufnahmeabschnitts 36 geformt sein, so wie beispielsweise einer vorderen Wand derer neben dem Betriebssegment 41.
Weiterhin ist in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel das Schaltelement innerhalb dieses Batteriepacks angeordnet. Das Schaltelement kann jedoch separat von dem Batteriepack angeordnet sein. In dem letzteren Fall ist das Schaltelement auch an dem Luftflussdurchgang positioniert.

Claims

Schnurloses Elektrowerkzeug umfassend: ein Hauptgehäuse, das einen inneren Gehäuseraum aufweist; einen Griffabschnitt, der sich von dem Hauptgehäuse aus erstreckt und der einen inneren Griffraum in Kommunikation mit dem Gehäuseraum aufweist, wobei der Griff einen Abschnitt eines freien Endes hat; einen Gleichstrommotor, der in dem Gehäuseraum angeordnet ist; einen Lüfter, der in dem Gehäuseraum angeordnet ist und durch den Gleichstrommotor drehbar ist; ein Batteriepack, das in dem Abschnitt des freien Endes einsetzbar ist, wobei zumindest eine wieder aufladbare Batteriezelle in dem Batteriepack aufnehmbar ist, wobei ein Luftdurchgang von dem Batteriepack in den Gehäuseraum durch den Griffraum hindurch definiert ist, wobei ein Luftfluss in der Luftpassage durch die Drehung des Lüfters hergestellt wird; und ein Schaltelement, das zwischen der zumindest einen wieder aufladbaren Batteriezelle und dem Gleichstrommotor verbunden ist und an dem Luftdurchlass positioniert ist.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 1, wobei das Schaltelement einen Feldeffekttransistor umfasst.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 1, wobei das Batteriepack einen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen der zumindest einen Batteriezelle darin umfasst und einen Einsetzungsabschnitt, der sich von dem Aufnahmeabschnitt aus erstreckt und der an dem Abschnitt des freien Endes des Griffabschnitts anbringbar ist, wobei das Schaltelement innerhalb des Einsetzungsabschnitts angeordnet ist.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 2, wobei der Feldeffekttransistor eine Oberfläche aufweist, die mit einem Kühlkörper versehen ist.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 3, wobei der Einsetzungsabschnitt einen Abschnitt eines freien Endes aufweist, das mit zumindest einem Ventilationsloch ausgeformt ist, damit eine Fluidkommunikation zwischen einem Innenraum des Einsetzungsabschnitts und dem Griffraum stattfinden kann.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 3, wobei das Gehäuse mit einem Luftventilationsloch ausgeformt ist, durch das Luft in dem Gehäuseraum in eine Atmosphäre ausgelassen wird.
Schnurloses Elektrowerkzeug umfassend: ein Hauptgehäuse, das einen inneren Gehäuseraum aufweist; einen Griffabschnitt, der sich von dem Hauptgehäuse aus erstreckt und der einen inneren Griffraum in Kommunikation mit dem Gehäuseraum aufweist, wobei der Griff einen freien Endabschnitt aufweist; einen Gleichstrommotor, der in dem Gehäuseraum angeordnet ist; einen Lüfter, der in dem Gehäuseraum angeordnet ist und der durch den Gleichstrommotor drehbar ist; und ein Batteriepack, umfassend: einen Aufnahmeabschnitt zum Aufnehmen von zumindest einer Batteriezelle darin, und ausgeformt mit einem Ventilatiosloch zur Fluidkommunikation zwischen der Atmosphäre und einem Innenraum des Aufnahmeabschnitts; einen Einsetzungsabschnitt, der sich von dem Aufnahmeabschnitt aus erstreckt und der mit dem freien Endabschnitt des Griffabschnitts zusammenbringbar ist, wobei der Einsetzungsabschnitt in Fluidkommunikation mit dem Aufnahmeabschnitt steht und mit einem Ventilationsloch zur Fluidkommunikation zwischen dem Einsetzungsabschnitt und dem Griffraum ausgeformt ist, um einen Luftdurchlass in einer Innenseite des Batteriepacks zu definieren; und ein Schaltelement, das zwischen der zumindest einen wieder aufladbaren Batteriezelle und dem Gleichstrommotor verbunden ist und an dem Luftdurchgang positioniert ist.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 7, wobei der Luftdurchlass in Kommunikation mit dem Gehäuseraum durch den Griffraum hindurch steht, wobei ein Luftfluss in dem Luftdurchlass durch die Rotation des Lüfters hergestellt ist.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 8, wobei das Gehäuse mit einem Luftventilationsloch ausgeformt ist, durch das Luft im Gehäuseraum in die Atmosphäre ausgelassen wird.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 7, wobei das Schaltelement ein FET umfasst.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend eine Steuereinheit, die den FET ausschaltet, wenn ein übermäßiger Strom durch die zumindest eine Batteriezelle hindurchfließt.
Schnurloses Elektrowerkzeug gemäß Anspruch 10, weiterhin umfassend eine Steuereinheit, die den FET ausschaltet, wenn ein Spannungsniveau der zumindest einen Batteriezelle nicht mehr als ein vorbestimmtes Spannungsniveau ist.
Batteriepack, das darin eine Mehrzahl von Batteriezellen aufnimmt und das mit einem Elektrowerkzeug zusammengesetzt werden soll, das mit einem Abschnitt versehen ist, der einen Innenraum aufweist, wobei das Batteriepack umfasst: einen Einsetzungsabschnitt, der in den Innenraum einsetzbar ist; einen Aufnahmeabschnitt, der mit dem Einsetzungsabschnitt verbunden ist und der außerhalb des Elektrowerkzeugs angeordnet ist, wenn der Einsetzungsabschnitt in den Innenraum eingesetzt ist, wobei alle Batteriezellen in dem Aufnahmeabschnitt aufnehmbar sind; und eine Schutzplatine, die einen Schutzschaltkreis aufweist, wobei zumindest ein Teil der Schutzplatine in dem Einsetzungsabschnitt angeordnet ist.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, wobei die Schutzplatine in ihrer Gesamtheit in dem Einsetzungsabschnitt angeordnet ist.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, wobei der Einsetzungsabschnitt einen spitzen Endabschnitt aufweist und die Batteriezelle weiterhin einen Informationsübertragungsanschluss aufweist, der an dem spitzen Endabschnitt angeordnet ist zum Übertragen einer Bedingung der Batteriezellen.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, wobei der Einsetzungsabschnitt integral mit dem Aufnahmeabschnitt vorgesehen ist.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, wobei die Batteriezellen Lithiumakkumulatorbatteriezellen sind.
Batteriepack gemäß Anspruch 13, wobei der Abschnitt des Elektrowerkzeugs ein Griffabschnitt ist.