TWI292647B - Cordless power tool with a protected weak link element,the battery pack thereof and the method thereof - Google Patents

Description

1292647 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 a#本發明涉及無線電動工具，且更具體的是擁有受保護薄弱 環節元件之無線電動工具、其電池組及其方法。 【先前技術】 無線電動工具已被廣泛地應用，例如建築應用、火災和營 ΐί用?等：—些無線電動工具的例子包括料受限於··無線 if二‘、、、線圓鑛、無線往復鋸、無線砂輪機、無線螺絲起子和 包同。無線電動工具使用一可充電電池組提供能量使工具工 作。該可充電電池組可從無線電動工具移除並將其連接至二 接電池充電器以達到充電之目的。 筒雷、包ί—或多個電池。該電池可為魏或鎳金屬 i雷“ #2^、他類型的電池’例如轉子電池。當鐘離 ，化或甚至變得危險，因此電池組通;寸=一 壓值。該監測電路也監測流人或流出電 ϊ。該感測電阻增加了製造成本和功率損耗。 二^貝/著電流值的增加而加劇，特別是高電流益線電 動工具，例如電鑽或圓鋸。 …、、、 口此’在然線電動工具之技術領域 阻，並且提供-薄弱環節保護=貝域而要去除銷測電 【發明内容】 本發明之一特點， 至少一電池之電池組、 在於提供一種無線電動工具，包括：一 一用以驅動該無線電動工具一元件之一 5 j292647 馬達，該馬達由該電池組提供带At —受保護薄弱環節元件，兮5亥热、線_工具亦可包括 池和該馬達其中之—過^4元件係驗在該至少-電 工具亦可包m丨電路過載失效。該無線電動 弱環節元件的電力狀態。該監測該受保護薄 -電池和該馬達免於:切讀免於過載’㈣保護該至少 電動ίϋί【統多$於1供-，法，包括:於-無線 環節元件；設定該受伊料f擇其—作騎保護薄弱 薄弱環節元叙電力狀i 献效；監_受保護 於過載，從而保護該剩;元爾弱環節元件免 树=又-特點’在於提供—種電池組，包括：至少一 二池:#接至歧少-電池的開關和監測電路， 电路監測該開關的電壓降，若該電壓 =該_，朗健侧崎 【實施方式】 I f實施例’本發明的特徵和優點將更顯著，其中 構件皆以相狀件符號標註。儘管下文的詳 式參考所示實關進行，但許多元件之置換、修改和 殳：、、、領域具通常知識者所能輕易完成，故本發明請求伴護 之權利保護細不應為下述各實_所限。M h 圖1為無線電動工具100之立體圖。無線電動工具⑽ 係為-無線電鑽，本發明相關實施例也將以此為例，以利說 明。然而無線電動工具100可以是任何類型的無線電動工具， 1292647 n為本I明無線電動工具電源系統·—實施例之方塊 3二” 200包括：電池組1〇2、速度控制電路2〇6、板 ，104、馬達240和元件142，該元件142可由馬達24〇透過 妾的齒輪組（未示出）所驅動。元件142可為電鑽中用來 :制電鑽鑽頭的夾頭。本文相關實施例所使用的“電路，，可 ^雷Z電Ϊ、可編程式電路、狀態機電路及/或儲存由可編 私電路執4令之幢’這些電路可單敏用或任意組合。 組102包括一或多個電池2G3,提供電源供應系統200 而:力。電池203在-實施例中可為鋰離子電池。電池組 1ϋ2亦可提供電力給馬達240和電源系統200的其他負載。電 池組102也包括一監測電路2〇8。監測電路2〇8可測量一或多 ^池組之電流、溫度、每—電池的電池電壓值以及元件的電 壓降。 ^^測電路2〇8將監測值和相關的門檀(廿jreshold)值作比 =，若監測值其中之-大於料於該相關門檀值，監測電路 208就將其視為一過載(overload)狀態。過載狀態可以是放電 電流大於或等於一代表最大放電電流的門檻值。在另一例子 中^過載狀態可以是對電池203的充電電流值大於或等於一代 表隶大充電電流的門植值。在又一例子中，過載狀能 池的電壓值大於或等於-錢《值。在另 1292647 於:戈等於-溫度門檻值。當監測 電源系統的元會提供—輸出控制訊號來保護 其4=:為 提供至位於電池謂外部 中，弱包以元件209。在-實施例 該保險絲可包ΐ，g ^節元件209可為一保險絲。 (fast or slo-blo a + 、；· ·熔、、泉、快速或慢速之車用保險絲 gauge wire)。U 耐176 fuse) ’ 或小規格金屬絲(small 組弱If 此實施例中，雖整合為電池 载失效前，先行過電f、系統20时的其他元件過 it# 209 匕，稭由保護該受保護薄弱環節 :即 件失效 1τ二ΐΐ=Γ ί件也會在電源系統=元 險絲（final fuse) 為—提供額外保護機制的最終保 内的件209可為一開關’例如在電池組1〇2 節元件 恶’亚於監測到過載狀態時提供制‘ ，:過載狀 =電謂可監_絲兩 ;或大於門櫪值時，該監測電路208丨立 牛 i», 208 Ϊ292647 ，減y，因此％動工具的元件142的速度也減小。在一實施例 ，PWM訊號的工作週期可以從大約1〇%(慢速）變 速L如果扳機1〇4的位置表示全速，FET速度控制開關^ 可稭由V通旁路開關230而被機械性地旁路，同時斷開速度控 制開關2版以防止其溫度升高，並使科通⑽1〇n)電阻減 小。 圖4為與本發明監測電路2〇8 一實施例之電路圖。該監測 電路2G8a監測受賴薄弱環節元件的電力㈣（例如監測一 =開關2G9a的電壓降），並提供—控制訊號至紐電開關 2〇9a，使其在監剩過餘態嗔開，從聽護電源系統的其 件免於過載狀態。在—實施例中，過載狀態可為放電電流 值大於或等於一最大放電電流。藉此可去除電池組1〇2中的習 用之感測電阻。如S受保護薄弱環節元件2〇9 $一保險絲，於 1電路208柯監測該保險絲的電壓降，並提供一控制訊號^ 3開關期a或電源其他關，使其在監剩過載狀 糾斷開，從而保護該受保護薄弱環節耕免於過載。 放電開關209a可為-FET電晶體，為方便轉，本發明 $文所述之放電開關皆指自FET電晶體構成之放電開關。fet 放電開關’的源極和汲極输至感測放大器他，以放大 汲極至源極之電壓。接著感測放大器4〇2 較，較器4G4在另—輸人端接收— 自感測放大益402的訊號大於或等於該門檻值，比較哭綱就 f-輸出訊號至鷄器獅，驅動器概根據該來^比較哭 404的訊號而斷開放電開關2〇9a。 ™ 因此’監測電路208a言史定為，在受保護薄弱環節元 效之前_(Shut—n)該受保護_環節元件，例如斷開放 電開關209a。故藉由保護該放電開關施 元件也得到保護。即使監測電路咖a沒能成功 1292647 電開關209a，FET放電開關209a也會燒毀，就如一最終保險 絲。在一實施例中，可把FET放電開關2〇9a與電池組1〇2& 的其他元件隔離（例如，電池2〇3—丨、2〇3—2···2〇3—(η—1)和 203-n)，使它們可以得到保護，避免受該FET放電開關2〇如 燒毀之影響。而藉由封裝或塑膠密封該FET放電開關2〇此可 達成隔離之目的，例如封裝445。

右乂 fbi彳乍為受保護薄弱環節元件，例如：^^阢放電開關 209a或FET速度控制開關218a，則需選擇一具有相對高没極 至源極電阻Rds(on)的FET。在-實施例中，fET可為接面、、θ 度（junction temperature)約為攝氏30度時，具有約3. 〇 g ^(milliohms)的Rds(on)。亦可使用接面溫度約為攝氏3〇 度呀，具有更高Rds(〇n)(約為5_7毫歐姆 f 較便宜。為保證FET在電源系統的其他元件= ί。貝^ ^ίίί而失效’亦可蓄意限制該雕巾的散熱效 果FET的v通电阻值Rds會隨著溫度升高而變大，該 電阻值可一定程度的放大了 FET的電壓降。 在一例子中，FET可為由國際整流器公司（interaatiQna1 IRL14〇4Z ^ FET\( :二接票準值係在接面溫度為攝氏3〇度時測^ 的Z 5供酿二增加為攝&120度時，其電阻值可驟增至標準 能，、則掠甘即FET越熱’監測電路208越快監測到過載狀 :的界配閉。FET、FET驅動電路和散熱器都需要適 i才會f好地在電源系統的任何其他元件失 &用此種以用最便宜的FET與散熱器）。簡言之，係 t最薄❼，在FET失效前即使其卿，以保護電源鏈 卩’從而賴了所有其他元件。 w 源季3護^環節元件209的設計，保護了無線電動工具電 源系、、克之几件免於過載狀態。以下針對無線電動工具各元件之 1292647 當保險絲的溫度接近炼點時，其=^巧測標的， 劇地增加，可更容易監測電屋降=^咖的導通電阻更急 圖5為本發明一實施例之操 :之㈣=以線電‘具電 :ΐ薄弱包括··設定該受 效。步驟506包括：監測該受伴失效前，先行過載失 最後，步謂包括··賴電力狀態。 態，從而保護其他元件免於過载1=衣即70件免於過餘 的感技:以::=電池組102中習用 動工具而言，此電力指電流驅動之無線電 節元件，無線電動工且電^ 由保護該受保護薄弱環 護薄弱環節元件可設於他轉也得到保護。受保 '系統的其他=宜=== 如，在過載狀態引發超額ΐ流時% 護薄弱環節元件時Ϊ該受保測3沒能保護該受保 以提供一類似最終保險絲件仍可自行燒燦，藉 性，用使這 語f措辭±是描，的術語而沒有局限 (或部分特徵）除其他與本發明 物範圍内，本發明可 13 1292647 445 封裝 500 操作流程 502 步驟 504 步驟 506 步驟 508 步驟

Claims (1)

1292647 十、申凊專利範園·· L 一種無線電動工具，包括·· 二電池組，其包括至少一電池； 馬達’用以驅動該無線電動工具的 >少一電池提供電能； 牛’销達由該至 一文保護_環節元件，奴為在該電池和 一 ;以過載失效’從而保護該;池:該ΐ; 一監測電路’用來監測該受保護薄弱環節元件的 =測電路進-步被設定為依據該監測之 ^ 濩錢保護薄弱環節元件免於過載。 力狀心保 2. 如申請專利範圍第i狀無線電動 J節元件包括-保臉絲，且該電力狀態包括 3. ^申請專概圍第丨項之無_紅具，該電池組進一步包 灿Γ搞，至•電池的放電關’且其中該受保護薄弱環節元 件包括該放電開關。 4·如申請專利範圍第3項之無線電動玉具，其中該電力狀態包 括一該放電開關的電壓降，且該監測電路設定為若該電壓降 大於或等於一門檻值，則藉由斷開（〇pen)該放電開關而保護 該放電開關以防其失效（failure)，且該門檻值，係使該監測 電路在該放電開關失效前即斷開該放電開關。 5·如申請專利範圍第4項之無線電動工具，其中該放電開關包 括一場效電晶體(FET)，該電壓降為該場效電晶體源極和汲極 間的電壓降。 6·如申請專利範圍弟5項之無線電動工具，其中該没極至源極 電阻隨著該接面溫度增加而增加。 1292647 源極電阻。 又卞/、有一約為3· 0毫歐姆的汲極至 圍具，其中該放電開關 響。 ^，也組不魏放電關失效的影 9· 一種無線絲工具f路賴之枝，包括·· 選擇電源系統的多個元件之-作為-受保護 輸蝴_槪細失效前先 薄弱環節元件的電力狀態;及 弱環節元件免於過載，從而保護該其他元件 10件方法’其中該受保護薄弱環節元 ’、戏4，且该龟力狀態包括該保險絲的電壓降。 9項之方法，其中該受保㈣弱環節元 ί'組的放電開關’該放電開關與該電池組的至少 一笔池祸接。 12. =ΐ=|細第11項之方法，其找電力雜包括該放 電開關的電壓降’且該監職作包括將該電壓降和_門植值 1比車Γ 其中該保護操作包括若該電壓降大於或等於該門 檻值N·則，開（open)該放電開關，並設定該門植值以使該放 電開關在遠放電開關失效前斷開。 13. 如申請專利範圍第12項之方法，其中該放電開關包括一場 =晶體(FET)’該電壓降為該場效電晶體源極和汲極間的電 1292647 14·#如申响專利範圍第η項之方法，其中該没極至源極電阻隨 著該接面溫度的增加而增加。 15\w如申請專利範圍第14項之方法，其中該場效電晶體在接面 溫度約為攝氏30度時具有一約為3 0毫歐姆的汲極至源極電 阻。 16·如申請專利範圍第n項之方法，進一步包括： 將該放電開關與該電池組隔離，以使該電池組不受該放電開 關失效的影響。 馨 1了· 一種電池組，包括： 至少一電池； 一開關，其與該電池連接；及 一監測電路，、以監測該開關的電壓降，並且如果該電壓降大 於或等於一門檻值時則斷開該開關，該門檻值係用來 保遵该電池免於一過載狀態。 18.如申請專利範圍帛17項之電池組，其中該開關包括一放電 開關，且該過載狀態包括一該電池的最大放電電流。 19· β如申請專利範圍第18項之電池組，其中該放電開關包括― • =電晶體⑽）’該電壓降為該場效電晶體源極和汲極間的 電壓降。 20 ^申請專利翻第19項之電池組，其中該祕至源極電阻 丨現耆该接面溫度增加而增加。 21 ft如Λΐΐϋ細第20項之電池組，其巾該場效電晶體在接 g度約摘氏30度時財-約為統姆秘極至源極 其中該放電開關與該電 電開關失效的影響。 22·如申請專利範圍第18項的電池組， 池組隔離’以使該電池組免於受該放