專利名稱：電池充電器、電池系統(tǒng)以及電動工具系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本公開涉及電池充電，更具體地來說涉及鋰離子電池中的基于最低點的平衡 (bottom based balancing)。
背景技術(shù)：
現(xiàn)在參見圖1，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池組100的功能框圖。電池組100包括多 個單元106-1、106-2、106-3和106-4，每一個都具有正極和負(fù)極端子。通過將一個單元106 的正極端子連接到下一個單元106的負(fù)極端子，單元106被串聯(lián)連接。在多種應(yīng)用中，單元 106可以是鋰離子(Lilon)電荷存儲單元。 單元106-4的負(fù)極端子被連接到外部觸點，其可與電動工具(power tool)或充電 器相接。單元106-1的正極端子被連接到開關(guān)110。當(dāng)開關(guān)110導(dǎo)通時，單元106-1的正 極端子被連接到外部觸電，其可與電動工具或充電器相接。開關(guān)110由保護(hù)系統(tǒng)114控制。 保護(hù)系統(tǒng)114監(jiān)測每個單元106的正、負(fù)極端子處的電壓。 單元106可能具有不同的電荷存儲容量。電荷存儲容量較低的單元106的電壓會 比存儲容量較高的單元106下降得快。保護(hù)系統(tǒng)114測量單元106的電壓，并且當(dāng)其中一 個單元的電壓變得過低時指示開關(guān)110停止導(dǎo)通。此外，如果流過開關(guān)110的電流超過安 全操作電平，其可停止導(dǎo)通。 現(xiàn)在參見圖2，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池充電的示意圖。在電池充電過程中，每 一個單元被充電到預(yù)定電壓。在圖2中，示出了四個單元，它們每一個均被充電到了 3. 6伏 特。然而，在3.6伏特(V)，單元可能具有不同的容量。例如，前三個單元可能具有1. l安 培-小時(Ah)的滿充電容量，而第四個單元具有1.0Ah的容量。如下一幅圖所示，這種不 平衡在放電過程中會產(chǎn)生問題。 現(xiàn)在參見圖3，示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池放電的示意圖。當(dāng)電池組在放電時，單 元的電壓下降。在從單元中放出l.OAh后，前三個單元還有O. 1Ah剩余，電壓可能近似為 2.5V。然而，第四個單元沒有剩余容量了，電壓可能較低，例如1.8V，或者甚至為負(fù)電壓。 當(dāng)降至低電壓或負(fù)電壓時，電池組單元，尤其Lilon單元，可能會被永久損壞，并 且甚至可能變得不穩(wěn)定。當(dāng)電池組放出1.0Ah后，第四個單元的電壓可能會過低。由于這 個原因，圖l中的保護(hù)系統(tǒng)114監(jiān)測每個單元的電壓。如果沒有此監(jiān)測，用戶可能正巧在一 個或多個單元106容量用光時仍繼續(xù)使用電池組。當(dāng)電流從前三個單元中放出，第四個單 元甚至可能被降至負(fù)電壓，這很可能對第四個單元是有害的。保護(hù)系統(tǒng)114能夠防止這種 情況發(fā)生，但是將其包含在每個電池組中是既昂貴又復(fù)雜的。 這里提供的背景技術(shù)目的在于概括地介紹本實用新型的背景。當(dāng)前署名的發(fā)明人的工作，在此背景技術(shù)部分所描述的程度，以及該描述中在申請日或許不被認(rèn)定為現(xiàn)有技 術(shù)的方面，既沒有明示也沒有暗示其可認(rèn)為是針對于本實用新型的現(xiàn)有技術(shù)。

實用新型內(nèi)容—種方法，包括對電池組中的多個單元的每一個進(jìn)行放電；當(dāng)多個單元中的選 定單元達(dá)到預(yù)定容量時，停止對該選定電池的放電；以及當(dāng)對全部所述多個單元的放電停 止后，對該多個單元進(jìn)行充電。 本實用新型的第一方面提供了一種電池充電器，包括放電設(shè)備、充電設(shè)備和控制 模塊。放電設(shè)備分別連接到電池組中的多個單元的每一個的兩端，對每一個單元進(jìn)行放電。 充電設(shè)備連接到所述電池組的正極端子和負(fù)極端子，對所述多個單元進(jìn)行充電?？刂颇K 分別連接到所述放電設(shè)備、所述充電設(shè)備、以及所述電池組中的所有單元，選擇性地指示放 電設(shè)備對多個單元進(jìn)行放電。當(dāng)多個單元中的選定單元達(dá)到預(yù)定的容量時，控制模塊選擇 性地指示放電設(shè)備停止對該選定單元的放電。在對全部所述多個單元的放電停止后，控制 模塊選擇性地指示充電設(shè)備開始對該多個單元進(jìn)行充電。 本實用新型的第二方面提供了一種電池系統(tǒng)，包括如上述本發(fā)明的第一方面提 供的電池充電器；以及電池，其與所述電池充電器相連接，并具有N個單元和對應(yīng)于所述N 個單元的每一個的外部電觸點。
本實用新型的第三方面提供了一種電動工具系統(tǒng)，包括如上述本發(fā)明的第二方
面提供的電池系統(tǒng)；以及連接到該電池的電動工具。
本實用新型的第四方面提供了一種電池系統(tǒng)，包括 電池，其包括N個串聯(lián)布置的單元，每一個單元具有正極端子和負(fù)極端子；以及 N+1個外部電觸點，其分別對應(yīng)于N個單元的每一個的正極端子和N個單元中的一個的負(fù)極 端子；以及 電池充電器，其包括與電池的N+l個外部電觸點電連接的多個端子；確定N個單
元的每一個的容量的容量確定設(shè)備，連接到所述每一個單元的正極端子和負(fù)極端子；以及
N個放電設(shè)備，其通過所述多個端子分別被選擇性地施加到N個單元的每一個。 通過下文提供的詳細(xì)描述，本公開適用的其他領(lǐng)域?qū)⒆兊蔑@而易見。應(yīng)當(dāng)理解的
是，雖然該詳細(xì)描述和具體實施例顯示了本公開的優(yōu)選實施方式，但是其目的僅在舉例說
明，并不意在限制本公開的范圍。

通過詳細(xì)描述以及附圖，本公開將變得更易完全理解，其中 圖1是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池組的功能框圖； 圖2是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池充電的示意圖； 圖3是根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的電池放電的示意圖； 圖4A-4B是根據(jù)本公開的原理的基于最低點平衡的示意圖； 圖5是從根據(jù)本公開的原理的從最低點平衡狀態(tài)開始的充電示意圖； 圖6是根據(jù)本公開的原理的電池充電器進(jìn)行的示例性步驟的流程圖； 圖7是在根據(jù)本公開的原理的在最低點平衡和充電中進(jìn)行的示例性步驟的流程
5圖； 圖8A-8B是根據(jù)本公開的原理的示例性充電系統(tǒng)的功能框圖； 圖9是根據(jù)本公開的原理的另一個示例性電池充電系統(tǒng)的功能框圖； 圖10是根據(jù)本公開的原理的示例性電池組的功能框圖； 圖11是根據(jù)本公開的原理的另一個示例性電池組的功能框圖； 圖12是根據(jù)本公開的原理的另一個示例性電池組的功能框圖。
具體實施方式下述敘述實質(zhì)上僅僅是示例性的，決不是意圖限制本實用新型、其應(yīng)用或使用。為 清楚起見，在附圖中使用相同的標(biāo)號以便識別相似的元件。如這里所使用的，使用一個非排 他性的邏輯"或"時，短語"A、B和C中的至少一個"應(yīng)當(dāng)被理解為表示邏輯的(A或B或C)。 應(yīng)當(dāng)理解的是，方法中的步驟在不改變本公開的原理的情況下可以不同的順序執(zhí)行。 如這里所使用的，術(shù)語"模塊"指的是特定用途集成電路(ASIC)、電子電路、處理器 (共享的、專用的或成組的)以及執(zhí)行一個或多個軟件或固件程序的存儲器、組合邏輯電路 和/或其他能夠提供所述功能的適宜組件。 在電池充電的現(xiàn)有技術(shù)方法中，不考慮單元中產(chǎn)生的容量，每個單元被充電至預(yù) 定電壓。根據(jù)本公開的原則，每個電池單元被放電至預(yù)定的低容量。 一旦這些單元在低容 量被平衡，等量的容量會被加到所有的單元中。為實現(xiàn)此，這些單元會從預(yù)定的低容量開始 充電直到任一個單元達(dá)到最大電壓。在這一點，可以停止對所有單元的充電。圖4A-B和5 圖示了根據(jù)這些原理的充電。 圖6示出了電池充電器執(zhí)行的示例性步驟，該電池充電器實施根據(jù)本公開的原理 的基于最低點平衡的充電。圖7舉例說明了將單元放電到達(dá)到平衡的低(最低)水平所執(zhí) 行的示例性步驟。圖8A-9示出了實施這些方法的示例性充電系統(tǒng)，而圖10-12示出了能夠 在這些電池充電系統(tǒng)中使用的示例性電池組。 現(xiàn)在參見圖4A，示出了基于最低點平衡的示意圖。盡管根據(jù)本公開的原理的電池 組可以有更多或更少的單元，但示出了示例性電池組中的四個單元。這四個單元的每一個 都被放電至預(yù)定的最低容量。例如，在圖4A中，預(yù)定的最低容量被示為0. 1Ah。 為了在每個單元中達(dá)到這個最低容量，可以測量該單元的電壓，并且根據(jù)已知的 電壓衰減特性可以確定其容量。圖4B示出了兩個單元放電時的示例性電壓曲線。例如，充 滿電的單元的電壓在3V以上，并且隨著單元被放電，其電壓可能最初下降得相當(dāng)緩慢。一 旦單元的容量達(dá)到低水平，電壓將開始快速下降。這種電壓下降速率的變化可以稱作拐點。 電壓拐點可對應(yīng)于特定的容量，該容量對多個單元來說相當(dāng)一致。僅僅舉例來說，電壓拐點 可能對應(yīng)于0. 15Ah。 于是，所有的單元被放電至能夠觀察到它們各自的電壓拐點的點，在此時它們將 具有近似相等的容量。然而，為了精確確定拐點而快速監(jiān)測電壓速率并確定其導(dǎo)數(shù)需要附 加的電路，這增加了實施復(fù)雜性和成本。作為替代，通過監(jiān)測電池何時經(jīng)過低于拐點電壓的 電壓閾值，能夠近似確定拐點的位置。 當(dāng)達(dá)到拐點電壓后，電壓將下降得相當(dāng)快。因此，將在電壓拐點之后很快達(dá)到電壓 閾值，并且在單元電壓通過電壓閾值的這一點是拐點電壓位置的可靠指示。在電壓閾值處的單元容量可能會略低于拐點電壓處。例如，單元容量可能是O. 1Ah。 在圖4A-B中，示出了 2. 5V的閾值電壓。當(dāng)近似確定拐點電壓時，每個單元可以被 放電，直至其達(dá)到2. 5V。 一旦單元達(dá)到2. 5V，使停止對該單元進(jìn)行放電。2. 5V的閾值電壓 僅僅是舉例?？梢赃x擇其他的閾值電壓。此外，閾值電壓可基于單元的化學(xué)原理和結(jié)構(gòu)而 變化?？梢酝ㄟ^跨越每個單元施加負(fù)載來對它們進(jìn)行放電。例如，負(fù)載可以是恒流負(fù)載，比 如晶體管，或者可以是電阻負(fù)載。 為了達(dá)到快速放電、從而快速充電，可以對單元施加大負(fù)載。大負(fù)載可以使單元快 速放電，卻不能允許準(zhǔn)確確定容量。為了結(jié)合大負(fù)載的快速放電和小負(fù)載的準(zhǔn)確性，可以直 至單元達(dá)到第二閾值電壓前施加大負(fù)載。 一旦單元達(dá)到第二閾值電壓，使對單元施加較小 的負(fù)載，直到其達(dá)到閾值電壓為止，例如圖4A-B中的2. 5V。這些單元可以全部同時放電，當(dāng) 各個單元達(dá)到閾值電壓時就停止對該單元放電。 在各種實施方式中，第二閾值電壓可以設(shè)置為近似等于閾值電壓。在這樣的實施 方式中，一旦單元達(dá)到閾值電壓，便能夠?qū)⒋筘?fù)載從單元移除。當(dāng)移除大負(fù)載時，單元電壓 會回彈到高于該閾值的水平。然后用較小的負(fù)載對該單元放電，直到它再一次達(dá)到閾值電 壓。 —旦所有單元都達(dá)到閾值電壓，可選地，平衡電容器可以被依次施加到電池單元 上。電容器能夠使跨越單元的電壓精確地均衡化。 一旦單元都被放電至一個相同的容量， 能夠從這個最低點平衡的情況開始充電。 現(xiàn)在參見圖5，示出了從最低點平衡狀態(tài)開始充電的示意圖。被串聯(lián)布置 (arrange)的四個示例性單元可以用公共的電流充電。隨著單元容量的增加，單元的電壓開 始出現(xiàn)不同。 一旦其中一個單元達(dá)到了預(yù)定的最大電壓，可以停止所有單元的充電。在這 一點，每個單元應(yīng)該近似具有相同的容量。 僅僅作為例子，在圖5中，四個單元被充電直到第四個單元達(dá)到3. 6V。在這一點， 每一個單元都具有大約1. 0Ah的容量。然而，前三個單元在容量為1. 0Ah時電壓才3. 2V。 與圖4B相類似，可以選擇閾值電壓3. 6V，作用在電壓的快速上升期間經(jīng)過的電壓，這指示 最大單元容量?？梢詫﹂撝惦妷哼M(jìn)行選擇。 當(dāng)包括以這種方式充電的單元的電池組被用于工具中時，這些單元的容量會以相 同的速率降低。隨著容量的降低，用戶會注意到工具的功率(power)降低，并在任何單元受 到損害之前給電池充電。這與電池充電的現(xiàn)有技術(shù)方法形成鮮明對比，在該現(xiàn)有技術(shù)方法 中，即使當(dāng)其中一個單元降至低壓時仍然有足夠的功率來運(yùn)轉(zhuǎn)工具。 在用戶不會察覺到功率減少的應(yīng)用中，例如在工作用燈中，一旦電池組的總電壓 降至低水平，電池組或工具中的電子器件可斷開電池電源。由于單元的容量達(dá)到平衡，不會 出現(xiàn)任一單元的明顯下降或甚至負(fù)的電壓。 現(xiàn)在參見圖6，示出了根據(jù)本公開的原理的電池充電器執(zhí)行的示例性步驟的流程 圖?？刂圃诓襟E200開始，此處重置計時器?？刂评^續(xù)到步驟202，此處測量單元電壓。僅 僅作為舉例，可以使用單個測量設(shè)備依次測量單元電壓。僅僅作為舉例，多路復(fù)用器可以將 每個單元的正極和負(fù)極端子輸出到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)。隨后，多路復(fù)用器可以選擇每一個單 元，可使用ADC測量其電壓。 控制繼續(xù)到步驟204，此處控制確定單元電壓是否低于較低的閾值。例如，控制可
7以確定是否任一個單元電壓都小于該較低的閾值，或者是否全部單元的平均單元電壓低于 該較低的閾值?；蛘?，由于單元電壓軌跡應(yīng)彼此接近，控制可以僅僅測量一個單元電壓，以 確定其是否低于該較低的閾值。 如果單元電壓低于該較低的閾值，控制轉(zhuǎn)換為最低點平衡和充電操作。例如，最低 點平衡和充電操作可以是下面圖7中所示的操作。這個操作以后，控制在步驟208中繼續(xù)。 如果在步驟204中的單元電壓不低于較低的閾值，則控制轉(zhuǎn)到步驟212。 在步驟212中，控制確定單元電壓是否大于較高的閾值。如果是，則控制轉(zhuǎn)到步驟 208 ;否則，控制轉(zhuǎn)到步驟216。在步驟216中，單元電壓不低于較低的閾值，意味著它們不 需要進(jìn)行充分放電和再充電。然而，它們低于較高的閾值，因此可以對其逐漸進(jìn)行充電。 在步驟216中，控制開始對全部單元充電。在步驟220中，控制繼續(xù)，此處控制確 定是否任一單元都已經(jīng)達(dá)到滿容量。如果是，則控制轉(zhuǎn)到步驟224 ;否則，控制留在步驟220 中?？刂瓶梢酝ㄟ^確定單元是否達(dá)到預(yù)定最大電壓來確定該單元是否達(dá)到滿容量。在步驟 224中，控制停止對全部單元充電，并且在步驟208中，控制繼續(xù)。 在步驟208中，控制可以確定是否計時器大于閾值。如果是，則控制轉(zhuǎn)到步驟228 ; 否則，控制留在步驟208。計時器可以以天為單位測定時間。在預(yù)定天數(shù)后，例如30天后， 此時電池組仍留在充電器上，可執(zhí)行新的最低點平衡充電程序。同樣地，在步驟228中，控 制重置計時器，然后執(zhí)行最低點平衡和充電，例如根據(jù)圖7所示。 現(xiàn)在參見圖7，示出了根據(jù)本公開的原理的底部平衡和充電中執(zhí)行的示例性步驟 的流程圖?？刂圃诓襟E302開始，此處控制開始對電池組中的所有單元放電?？刂瓶梢栽?電池組被插入到充電器中時開始。 在步驟306中，控制繼續(xù)，此處控制確定是否任何單元都達(dá)到了低容量。如果是， 則控制轉(zhuǎn)到步驟310 ;否則，控制轉(zhuǎn)到步驟314?？刂瓶梢酝ㄟ^確定跨越單元的電壓何時降 低到低于閾值電平，來確定單元已經(jīng)達(dá)到低容量。 在步驟310中，控制確定是否將大負(fù)載施加到已經(jīng)達(dá)到低容量的單元上。如果是， 則控制轉(zhuǎn)到步驟318 ;否則，控制轉(zhuǎn)到步驟322。在步驟318中，從單元移走大負(fù)載，并將小 負(fù)載施加到該單元上。隨后，控制在步驟314中繼續(xù)?？刂瓶梢酝ㄟ^包括多于兩個的負(fù)載 大小來進(jìn)行修改。僅僅作為舉例，當(dāng)對單元進(jìn)行放電時，可以依次施加三個或更多的負(fù)載。 另外，負(fù)載大小可以是可變的，其隨著單元容量降低而增加。 在步驟322中，控制停止對單元放電，并且控制在步驟314中繼續(xù)。步驟310和 318是可選的，當(dāng)大、小負(fù)載均被用于放電時可以使用該步驟。如果單個負(fù)載被施加到單元 上，則步驟306可以直接通過步驟310達(dá)到步驟322。在步驟314中，控制確定是否全部單 元已經(jīng)停止放電。如果是，則控制回到步驟306 ;否則，控制轉(zhuǎn)到步驟326。 步驟306可以很容易地被修改，以確定單元是否在施加大負(fù)載時已經(jīng)過了第一閾 值電壓，或在施加小負(fù)載時已經(jīng)過了第二閾值電壓。在步驟326中，控制開始對全部單元充 電，并且控制在步驟330中繼續(xù)。在步驟330中，控制確定是否有任何單元已經(jīng)達(dá)到滿容量。 如果是，則控制轉(zhuǎn)到步驟334 ;否則，控制繼續(xù)留在步驟330。當(dāng)跨越單元的電壓已經(jīng)達(dá)到預(yù) 定最大電壓時，控制可以確定單元已經(jīng)達(dá)到滿容量。在步驟334中，控制停止對全部單元充 電?？刂齐S后結(jié)束。 現(xiàn)在參見圖8A，示出了示例性充電系統(tǒng)的功能框圖。電池組402包括4個單元404-1 、404-2、404-3以及404_4。僅為了舉例說明，電池組402被示出有四個單元404，但可 以存在更少的單元。電池組402已經(jīng)被簡化，沒有示出短路保護(hù)或任何其他特征。 電池充電器410包括多路復(fù)用器414，其接收來自每個單元404的正極和負(fù)極端子 的電壓。多路復(fù)用器414被控制模塊418控制?；趤碜钥刂颇K418的輸入，多路復(fù)用 器414選擇其中一個單元404-1的正極和負(fù)極端子，并將選定的端子的電壓輸出到模數(shù)轉(zhuǎn) 換器(ADC)422。 ADC 422將跨越選定單元404的模擬電壓轉(zhuǎn)換成輸出到控制模塊418的數(shù)字值。 ADC 422可以周期性地采樣，或當(dāng)控制模塊418使用多路復(fù)用器414選擇一個新的單元404 時被觸發(fā)進(jìn)行采樣。為給單元404充電，控制模塊418控制電流源426。電流源426向電池 組402中的單元404-1的正極端子輸出電流?；蛘撸梢詫㈦娏鬏敵龅絾卧?04-4的負(fù)極 端子。 電流源426的電流可以經(jīng)過過壓保護(hù)模塊430。過壓保護(hù)模塊430提供冗余保護(hù) 以防止電池組402的過充。如果跨越電池組的電壓超過了預(yù)定閾值，則過壓保護(hù)模塊430 可以將電流源426與電池組402斷開。 電流源426可以輸出預(yù)定電流，或者基于來自控制模塊418的值輸出電流。為了 使單元404放電，將負(fù)載電阻434-1 、434-2、434-3和434-4排列為分別跨越單元404-1、 404-2、404-3以及404-4。開關(guān)438-1 、438-2、438-3和438-4分別控制負(fù)載電阻434-1、 434-2、434-3和434-4。 開關(guān)438由來自控制模塊418的各個控制線控制。負(fù)載電阻434將單元404中儲 存的能量消耗掉。當(dāng)放電發(fā)生時，控制模塊418通過多路復(fù)用器414和ADC 422來監(jiān)測單 元404的電壓。當(dāng)每一個單元404達(dá)到預(yù)定的電壓閾值時，控制模塊418指示相關(guān)聯(lián)的開 關(guān)438斷開相關(guān)聯(lián)的負(fù)載電阻454。 —旦控制模塊418斷開全部負(fù)載電阻434，控制模塊418便可以依次對每個單元 404施加電容器442。電容器可以通過第一和第二開關(guān)446和450來通斷。電容器442可以 通過多路復(fù)用器414施加到每個單元404上。電容器442可以被快速施加到每個單元404 上很多次，以精確平衡跨越單元404的電壓?；蛘撸珹DC 422可以監(jiān)測單元電壓，來確定何 時基于電容器的平衡可以結(jié)束。 現(xiàn)在參見圖8B，示出了電池充電系統(tǒng)的功能框圖，其中各種元件被放置在電池組 中。圖8A中的電池充電器410的一個或多個電路組件可以作為替代放置在電池組402中。 例如，可以基于關(guān)于電池組和電池充電器的相對成本的商業(yè)決定，來確定電路組件的位置。 通過將更多的組件的放置在電池組中，與電池組的電觸點數(shù)量可能會減少。另外， 電池組中的組件可以給出統(tǒng)一的外部接口，從而允許單個電池充電器與各種不同的電池組 進(jìn)行操作。 僅僅作為舉例，圖8B示出了結(jié)構(gòu)，其中電池組462中放置有負(fù)載電阻434、開關(guān) 438、446和450、多路復(fù)用器414、ADC 422、電容器442、以及與圖8A中的控制模塊418類似 的控制模塊460。電池充電器470包括電流源426和過壓保護(hù)模塊430。 電池充電器470還可以包括與控制模塊460交換數(shù)據(jù)的充電控制模塊472?？刂?模塊460可以向控制模塊472指示期望的充電電流。此外，控制模塊460可以指出過壓值， 其可由控制模塊472傳送(未示出)到過壓保護(hù)模塊430。過壓保護(hù)模塊430可以使用過
9壓值來確定過壓情況何時發(fā)生。 控制模塊460可以從可由用戶界面(未示出)控制的控制模塊472接收充電指令。 控制模塊472還可以顯示有關(guān)電池組462充電水平信息以及當(dāng)前是否正在充電或放電。電 池組462可以包括穩(wěn)壓器，以基于接收到的充電電壓為控制模塊460的操作提供穩(wěn)定的電 源電壓?；蛘撸刂颇K460可以從控制模塊472連同數(shù)據(jù)一起接收電源。 現(xiàn)在參見圖9，示出了根據(jù)本公開的原理的另一個示例性電池充電系統(tǒng)的功能框 圖。電池充電器502可以包括與圖8A中的電池充電器410的組件相類似的組件。電池充 電器502可以包括用于每一個單元404的第一和第二負(fù)載電阻506和508。 將負(fù)載電阻506和508的一個端子連接到相關(guān)聯(lián)的單元404的正極端子。將負(fù)載 電阻506和508的相反的端子通過開關(guān)510和512分別連接到相關(guān)聯(lián)的單元的負(fù)極端子。 負(fù)載電阻506可以具有低阻抗，為對應(yīng)的單元404提供大負(fù)載。負(fù)載電阻508可以具有較 高阻抗，為單元404提供較低的負(fù)載。在各種實施方式中，負(fù)載電阻506和508可都被施加 到跨越單元404上，以產(chǎn)生較小的并聯(lián)電阻和由此較大的負(fù)載。 控制模塊520感測跨越每一個單元404的電壓?？刂颇K520起初可向單元404 施加大負(fù)載506。當(dāng)單元404達(dá)到預(yù)定電壓閾值時，控制模塊520可斷開大負(fù)載506并連 接小負(fù)載504。在小負(fù)載504已被連接后，一旦單元404達(dá)到第二預(yù)定電壓閾值，控制模塊 520便斷開小負(fù)載504。電池充電器502中的各種組件可以被放置在電池組402內(nèi)，類似于 圖8B的例子。 現(xiàn)在參見圖10，示出了根據(jù)本公開的原理的示例性電池組600的功能框圖。電池 組600包括多個單元602。僅為了舉例說明，電池組600被示為具有4個單元602-1 、602-2、 602-3和602-4，但更多或更少個單元也是可能的。每一個單元602都具有正極和負(fù)極端子。 單元602-1的正極端子連接到與電動工具或電池充電器相接的外部觸點。單元 602-4的負(fù)極端子連接到與電動工具或電池充電器相接的外部觸點。單元602-1、602-2和 602-3的負(fù)極端子連接到與電池充電器相接的外部觸點。由于電池充電器對單元602進(jìn)行 最低點平衡，而后將單元602充電至共同的容量，因此電池組600不需要具有低壓保護(hù)系 統(tǒng)。 現(xiàn)在參見圖11，示出了根據(jù)本公開的原理的另一個示例性電池組620的功能框 圖。電池組620類似于電池組600，但包括了短路保護(hù)622。短路保護(hù)可位于單元的正極端 子和外部觸點之間?；蛘撸搪繁Ｗo(hù)622可位于單元602-4的負(fù)極端子和外部觸點之間。當(dāng) 檢測到超過預(yù)定閾值的電流時短路保護(hù)622可以停止導(dǎo)通。 現(xiàn)在參見圖12，示出了根據(jù)本公開的原理的另一個示例性電池組640的功能框 圖。電池組640包括短路保護(hù)622。短路保護(hù)622可位于單元602-4的負(fù)極端子和與工具 相接的外部觸點之間。單元602-l的正極端子連接到與電動工具或電池充電器相接的外部 觸點。 充電保護(hù)模塊624位于單元602-4的負(fù)極端子和與電池充電器相接的外部觸點之 間。與短路保護(hù)622相比，充電保護(hù)模塊624可以允許更大的電流流過。這樣，在電流電平 對于短路保護(hù)622來說可能是短路的情況下，充電器可以對電池組640的單元602進(jìn)行快 速放電。 電池組640可以還包括溫度傳感器626，其可位于單元602-4的負(fù)極端子和與工具和充電器相接的外部觸點之間。這樣，工具和/或充電器可以確定電池組640的溫度。在 各種實施方式中，溫度傳感器626可以包括熱電偶。 根據(jù)本公開的原理的電池充電可以允許使用非常有限的電子元件制造電池組，如 圖10-12所示。這種充電技術(shù)防止任何一個電池單元過早地用光容量并面臨損害的風(fēng)險。 這樣，在無監(jiān)測電子元件的同時，電池組可以較低成本和較低重量來制造。此外，電池充電 器中的電子元件與插入到無線電動工具中的電池組中的電子元件相比可以更少地遭受振 動和擠壓。無論電池或電池組中是否設(shè)有電子元件，電池壽命和安全性方面的優(yōu)勢也得到 認(rèn)可。 本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠從以上描述中認(rèn)識到，本公開的廣泛啟示可以多種形式實 現(xiàn)。因此，盡管本公開包括特定的實施例，本公開的真正范圍不應(yīng)當(dāng)被限制于此，因為對于 技術(shù)人員來說，在學(xué)習(xí)了附圖、說明書和所附的權(quán)利要求后，其他修改將變得顯而易見。
權(quán)利要求一種電池充電器，其特征在于包括放電設(shè)備，分別連接到電池組中的多個單元的每一個的兩端，對每一個單元進(jìn)行放電；充電設(shè)備，連接到所述電池組的正極端子和負(fù)極端子，對所述多個單元進(jìn)行充電；以及控制模塊，分別連接到所述放電設(shè)備、所述充電設(shè)備、以及所述電池組中的所有單元，選擇性地指示放電設(shè)備對所述多個單元進(jìn)行放電，當(dāng)多個單元中的選定單元達(dá)到預(yù)定容量時，選擇性地指示放電設(shè)備停止對該選定單元放電，以及在對全部所述多個單元的放電停止后，選擇性地指示充電設(shè)備對該多個單元開始充電。
2. 如權(quán)利要求1所述的電池充電器，還包括測量設(shè)備，連接到每一個單元的兩端，測量 所述每一個單元的電壓，當(dāng)所測量到的選定單元的電壓小于閾值電壓時，控制模塊確定該 選定單元已經(jīng)達(dá)到預(yù)定容量。
3. 如權(quán)利要求1所述的電池充電器，還包括測量設(shè)備，連接到每一個單元的兩端，測量 所述每一個單元的電壓，當(dāng)所測量到的多個單元中的一個的電壓大于閾值電壓時，控制模 塊確定該多個單元的所述一個已經(jīng)達(dá)到預(yù)定最大容量。
4. 如權(quán)利要求1所述的電池充電器，其中放電設(shè)備包括被選擇性施加到多個單元上的 第一負(fù)載和被選擇性施加到多個單元上的第二負(fù)載，放電設(shè)備在將第一負(fù)載之一施加到多 個單元的第一單元之后，將第二負(fù)載之一施加到該第一單元上，并且，放電設(shè)備在將第二負(fù) 載之一施加到第一單元之后，停止對第一單元放電。
5. 如權(quán)利要求4所述的電池充電器，還包括測量設(shè)備，連接到每一個單元的兩端，測量 所述每一個單元的電壓，在與測量到的第一單元對應(yīng)的電壓小于第一閾值電壓之后，放電 設(shè)備將第二負(fù)載之一施加到該第一單元上，以及，在與測量到的第一單元對應(yīng)的電壓小于 第二閾值電壓之后，放電設(shè)備停止對第一單元放電。
6. —種電池系統(tǒng)，其特征在于包括 如權(quán)利要求1所述的電池充電器；以及電池，其與所述電池充電器相連接，并具有N個單元和對應(yīng)于所述N個單元的每一個的 外部電觸點。
7. —種電動工具系統(tǒng)，其特征在于包括 如權(quán)利要求6所述的電池系統(tǒng)；以及 連接到該電池的電動工具。
8. —種電池系統(tǒng)，其特征在于包括 電池，其包括N個串聯(lián)布置的單元，每一個單元具有正極端子和負(fù)極端子；以及 N+l個外部電觸點，其分別對應(yīng)于N個單元的每一個的正極端子和N個單元中的一個的 負(fù)極端子；以及電池充電器，其包括與電池的N+l個外部電觸點電連接的多個端子；確定N個單元的每一個的容量的容量確定設(shè)備，連接到所述每一個單元的正極端子和 負(fù)極端子；以及N個放電設(shè)備，其通過所述多個端子分別被選擇性地施加到N個單元的每一個。
9. 如權(quán)利要求8所述的電池系統(tǒng)，其中電池還包括充電保護(hù)設(shè)備，當(dāng)通過充電保護(hù)設(shè) 備的電流超過第一閾值時，該充電保護(hù)設(shè)備停止導(dǎo)通，充電保護(hù)設(shè)備被連接在N+1個外部 電觸點中的一個、與N個單元之一的正極端子和負(fù)極端子之一之間。
10. 如權(quán)利要求9所述的電池系統(tǒng)，其中電池還包括 附加的外部電觸點，用于連接到工具；以及短路保護(hù)設(shè)備，當(dāng)通過短路保護(hù)設(shè)備的電流超出第二閾值時，該短路保護(hù)設(shè)備停止導(dǎo) 通，短路保護(hù)設(shè)備被連接在附加的外部電觸點、與N個單元之一的正極端子和負(fù)極端子之 一之間。
11. 如權(quán)利要求8所述的電池系統(tǒng)，其中電池還包括測量電池溫度的溫度測量設(shè)備，位 于電池組的負(fù)極端子、和與工具和充電器相接的外部觸點之間。
12. 如權(quán)利要求8所述的電池系統(tǒng)，其中N個放電設(shè)備各自包括選擇性地在第一時間施 加的第一負(fù)載和在第二時間施加的第二負(fù)載。
13. 如權(quán)利要求8所述的電池系統(tǒng)，其中容量確定設(shè)備包括 多路復(fù)用器，連接到所述每一個單元的正極端子和負(fù)極端子；以及 連接到多路復(fù)用器的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，其將所述多路復(fù)用器所接收的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字值。
14. 如權(quán)利要求13所述的電池系統(tǒng)，其中電池充電器還包括被選擇性連接到多路復(fù)用器的輸出的平衡電容器。
專利摘要本實用新型涉及一種電池充電器，包括對電池組中的多個單元的每一個進(jìn)行放電的放電設(shè)備；對所述多個單元進(jìn)行充電的充電設(shè)備；以及控制模塊，選擇性地指示放電設(shè)備對所述多個單元進(jìn)行放電，當(dāng)多個單元中的選定單元達(dá)到預(yù)定容量時，選擇性地指示放電設(shè)備停止對該選定單元放電，以及在對全部所述多個單元的放電停止后，選擇性地指示充電設(shè)備對該多個單元開始充電。
文檔編號H01M10/44GK201466159SQ20082017987
公開日2010年5月12日 申請日期2008年10月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月15日
發(fā)明者丹尼爾·J·懷特, 內(nèi)森·克魯斯, 萊爾·馬特森 申請人:布萊克和戴克公司