專利名稱：用于電動(dòng)工具的可充電電池組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明目涉及一種用于電動(dòng)工具的可充電電池組件，特別涉及一種帶有過(guò)放電保護(hù)的電池組件。
背景技術(shù)：
可充電電池組件已經(jīng)廣泛地用于電動(dòng)工具。近來(lái)，相對(duì)于傳統(tǒng)的鎳鎘及鎳氫電池，鋰離子電池因?yàn)榫哂懈唠娏Ξa(chǎn)生性能和輕量結(jié)構(gòu)而變得更為流行。為了安全地將鋰離子電池用于電動(dòng)工具，需要保護(hù)電池避免其過(guò)放電，這是因?yàn)殇囯x子電池特別易于過(guò)放電并會(huì)由于過(guò)放電而迅速退化。
為了避免過(guò)放電，日本專利公開(kāi)JP2005-218174和JP2005-1317770提出一種電池組件和電動(dòng)工具的組合裝置。該電池組件具有由串聯(lián)連接的二次電池(secondary cell)組成的電池組，并且結(jié)合了電壓監(jiān)視器，該電壓監(jiān)視器被配置為監(jiān)測(cè)每個(gè)二次電池兩端的電池電壓，以提供表示電池電壓的檢測(cè)信號(hào)至電動(dòng)工具，電動(dòng)工具具有由電池組供電的馬達(dá)。電動(dòng)工具包括控制器，控制器控制從電池組至馬達(dá)的放電電流。控制器被配置為在檢測(cè)信號(hào)指示電池過(guò)放電的情況下停止饋送放電電流。在這種連接中，電池組件需要包括放電檢測(cè)器，該放電檢測(cè)器檢測(cè)在任一個(gè)二次電池過(guò)放電時(shí)輸出放電停止信號(hào)至控制器。盡管放電檢測(cè)器僅需要在電池組件連接至電動(dòng)工具以操作電動(dòng)工具時(shí)工作，但是由于放電檢測(cè)器必須檢查每個(gè)二次電池的電池電壓，所以當(dāng)它與電動(dòng)工具斷開(kāi)連接時(shí)從電池組消耗一定電流。因此，在放電檢測(cè)器與電動(dòng)工具斷開(kāi)連接很長(zhǎng)一段時(shí)間時(shí)，電池組件可能耗盡，從而最終使二次電池退化。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述問(wèn)題，完成了本發(fā)明，以提供一種用于電動(dòng)工具的可充電電池組件，該可充電電池組件能夠在被連接以操作電動(dòng)工具時(shí)避免過(guò)放電，而又被保護(hù)免于在其與充電器斷開(kāi)連接時(shí)受到消耗。根據(jù)本發(fā)明的電池組件包括電池組，由多個(gè)串聯(lián)連接的二次電池組成；一對(duì)電源輸出端子，連接到該電池組的兩端，以提供該電池組的電壓用于操作電動(dòng)工具；以及信號(hào)連接器，被配置為包括充電控制端子、放電控制端子和連接到電路地線的信號(hào)接地端子。該電池組件包括充電檢測(cè)器，該充電檢測(cè)器被配置為監(jiān)測(cè)每個(gè)二次電池兩端的電池電壓，并在所有電池電壓都低于第一閾值(VTH1)時(shí)提供高充電控制信號(hào)以及在任一個(gè)電池電壓變得高于該第一閾值(VTH1)時(shí)提供低充電控制信號(hào)。該高充電控制信號(hào)和該低充電控制信號(hào)通過(guò)該充電控制端子被饋送至電池充電器，用于調(diào)節(jié)使二次電池充電的充電電流。該電池組件還包括放電檢測(cè)器，該放電檢測(cè)器被配置為監(jiān)測(cè)每個(gè)二次電池兩端的電池電壓，并在其中任一個(gè)電池電壓變得低于第二閾值(VTH2)時(shí)提供放電停止信號(hào)，其中該第二閾值(VTH2)低于所述第一閾值(VTH1)。該放電停止信號(hào)通過(guò)該放電控制端子被饋送至電動(dòng)工具，用于使該電動(dòng)工具斷電。放電控制器包括電壓監(jiān)視器和電源控制器。該電壓監(jiān)視器被配置為包括多個(gè)比較器和多個(gè)恒定電壓元件，每個(gè)恒定電壓元件提供限定該第二閾值(VTH2)的恒定電壓。每個(gè)比較器被配置為將每個(gè)電池電壓與該第二閾值進(jìn)行比較，以給出比較結(jié)果。該電壓監(jiān)視器被配置為由該電池組供電，并根據(jù)比較結(jié)果提供放電停止信號(hào)至放電控制端子。該電源控制器被配置為當(dāng)電池組件被連接至電動(dòng)工具時(shí)向該電壓監(jiān)視器供電。因此，該放電檢測(cè)器被保護(hù)以免在與電動(dòng)工具斷開(kāi)連接時(shí)消耗電池組件的能量，從而確保長(zhǎng)的電池壽命，同時(shí)保持了在電動(dòng)工具使用期間保護(hù)電池組件以免過(guò)放電的優(yōu)點(diǎn)。
優(yōu)選地，電源控制器被配置為具有多個(gè)不同的電流提供路徑，上述電流提供路徑分別從電池組的共用電位，通過(guò)每個(gè)恒定電壓元件，提供電流至電池組的不同電位。每個(gè)電流提供路徑包括開(kāi)關(guān)，該開(kāi)關(guān)被配置為僅響應(yīng)在電池組件連接至電動(dòng)工具時(shí)發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)而閉合。因此，在電池組件與電動(dòng)工具斷開(kāi)連接時(shí)沒(méi)有漏電流流過(guò)各每個(gè)二次電池，由此能夠保持電壓監(jiān)視器與電池組完全斷開(kāi)連接，確保了在電池組件保持與電動(dòng)工具斷開(kāi)連接時(shí)，實(shí)質(zhì)上不消耗電池組件的能量。
優(yōu)選地，放電檢測(cè)器包括延遲電路，從檢測(cè)到任一個(gè)電池電壓變得低于第二閾值起，該延遲電路將放電停止信號(hào)延遲預(yù)定時(shí)間。通過(guò)設(shè)置延遲電路，能夠排除噪聲，否則該噪聲會(huì)導(dǎo)致不正確的控制。
電源輸出端子由正輸出端子和接地端子組成，該接地端子優(yōu)選與電路地線電隔離，從而即使電池組件與充電器或電動(dòng)工具之間的電連接失敗時(shí)，也能很好地防止充電電流或放電電流流動(dòng)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例用于電動(dòng)工具的電池組件的電路圖，該電池組件被示出與相關(guān)的充電器連接；圖2是電池組件的電路圖，該電池組件被示出與電動(dòng)工具連接；圖3是結(jié)合在上述電池組件中的放電檢測(cè)器的電路圖；以及圖4是示出上述放電檢測(cè)器中的不同電流流動(dòng)路徑的示意圖。
具體實(shí)施例方式
現(xiàn)參照?qǐng)D1和圖2，其示出了根據(jù)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例用于電動(dòng)工具的電池組件。電池組件10具有外殼，該外殼對(duì)于電動(dòng)工具100和充電器200來(lái)說(shuō)是可拆卸的。外殼中容納由多個(gè)串聯(lián)連接的鋰離子二次電池21至24組成的電池組20，并帶有一對(duì)電源端子31和32、充電端子33以及用于與電動(dòng)工具100和充電器200連接的信號(hào)連接器40。電源端子由正輸出端子31和接地端子32組成，正輸出端子31和接地端子32連接到電池組20兩端以對(duì)電動(dòng)工具100提供放電電流，而充電端子33和接地端子32連接到電池組20兩端以接收來(lái)自充電器200的充電電流。充電端子33是與正輸出端子31分開(kāi)的，因此電池組20不通過(guò)正輸出端子31接收充電電流。
電池組件10包括充電檢測(cè)器50、放電檢測(cè)器60以及過(guò)充電檢測(cè)器90，上述檢測(cè)器被配置為檢測(cè)每個(gè)二次電池21至24的電池電壓，以控制對(duì)來(lái)自充電器的充電電流的調(diào)節(jié)、防止在檢測(cè)到過(guò)放電情況時(shí)從電池組20放電、并保護(hù)電池組20免于過(guò)放電，如以下將要論述的。
除了與檢測(cè)器50、60和90共用的電路地線連接的信號(hào)接地端子41之外，信號(hào)連接器40還包括充電控制輸出端子42、溫度輸出端子43、放電控制輸出端子44、觸發(fā)輸入端子45以及ID輸出端子46。充電控制輸出端子42被設(shè)置用于輸出來(lái)自充電檢測(cè)器50的充電控制信號(hào)。充電控制信號(hào)在充電器200處被接收，用于調(diào)節(jié)由充電器200提供給電池組20的充電電流。溫度傳感元件13連接在溫度輸出端子43和電路地線之間，以給出電池組20的溫度。放電控制輸出端子44被設(shè)置用于在檢測(cè)到過(guò)放電情況時(shí)輸出來(lái)自放電檢測(cè)器60的放電停止信號(hào)。該放電停止信號(hào)被饋送到電動(dòng)工具100，以便將電動(dòng)工具100斷電，即停止將放電電流饋送到電動(dòng)工具100以保護(hù)二次電池。觸發(fā)輸入端子45被設(shè)置用于接收來(lái)自電動(dòng)工具100以及來(lái)自充電器200的觸發(fā)信號(hào)，以開(kāi)始操作放電檢測(cè)器60。ID電阻器16連接在ID輸出端子46和電路地線之間，用于給出表示電動(dòng)工具100和充電器200中電池組件10種類的特定電阻，以識(shí)別電池組件10。電池組件10的種類包括二次電池的數(shù)量及二次電池的單個(gè)容量。
充電器200包括電源210和充電控制器220，電源210將輸入的AC電壓轉(zhuǎn)換成DC電壓以給電池組20提供充電電流，充電控制器220控制充電電流。充電電流是通過(guò)分別與電池組件10的充電端子33和接地端子32接觸的充電端子233和接地端子232來(lái)提供的。充電器200配備有信號(hào)連接器240，信號(hào)連接器240對(duì)電池組件10的信號(hào)連接器40來(lái)說(shuō)是可拆卸的，用于通過(guò)端子241至246從電池組件10接收信號(hào)及向電池組件10發(fā)送信號(hào)。
電動(dòng)工具100包括作為電動(dòng)工具驅(qū)動(dòng)源的電馬達(dá)110、由使用者操作的觸發(fā)開(kāi)關(guān)114以及用于控制馬達(dá)110的馬達(dá)控制器120。通過(guò)電源端子131和接地端子132，馬達(dá)110由電池組20所提供的放電電流來(lái)供電，電源端子131和接地端子132分別與電池組件10的正輸出端子31和接地端子32接觸。電動(dòng)工具100配備有信號(hào)連接器140，信號(hào)連接器140對(duì)電池組件10的信號(hào)連接器40來(lái)說(shuō)是可拆卸的，用于通過(guò)端子141至146從電池組件10接收信號(hào)及向電池組件10發(fā)送信號(hào)。
充電檢測(cè)器50被配置為檢測(cè)每個(gè)二次電池21至24兩端的電池電壓，以在所有電池電壓都低于例如為4.2V的第一閾值(VTH1)時(shí)提供高充電控制信號(hào)，并在其中任一個(gè)電池電壓變得高于第一閾值(VTH1)時(shí)提供低充電控制信號(hào)。充電控制信號(hào)通過(guò)端子42和242被饋送至充電控制器220，充電控制器220進(jìn)行調(diào)節(jié)，以響應(yīng)高充電控制信號(hào)提供高充電電流，以及響應(yīng)低充電控制信號(hào)提供低充電電流。在接收到低充電控制信號(hào)之后，充電控制器220進(jìn)行操作以逐漸減小充電電流，同時(shí)借助充電器200中設(shè)置的由電阻器251和252組成的分壓器來(lái)監(jiān)測(cè)電池組20的總電壓。當(dāng)電池組20的總電壓變得高于預(yù)定極限值，例如17.5V時(shí)，充電控制器220停止提供充電電流。
充電檢測(cè)器50包括第一電壓監(jiān)視器52，第一電壓監(jiān)視器52檢測(cè)每個(gè)二次電池21至24兩端的電池電壓、將每個(gè)電池電壓與第一閾值(VTH1)進(jìn)行比較以及在其中任一個(gè)電池電壓高于第一閾值時(shí)提供高電平(H-level)輸出，否則提供低電平(L-level)輸出。第一電壓監(jiān)視器52的輸出被饋送到由開(kāi)關(guān)晶體管56和齊納二極管58組成的信號(hào)接口54，以響應(yīng)來(lái)自第一檢測(cè)器52的低電平輸出而對(duì)充電控制輸出端子42給出高電平的高充電控制信號(hào)，以及響應(yīng)來(lái)自第一檢測(cè)器52的高電平輸出而給出低電平的低充電控制信號(hào)。第一電壓監(jiān)視器52由集成電路構(gòu)成，并被配置為消耗來(lái)自電池組20的低至1μA的較小電流。同時(shí)另一方面，僅當(dāng)電池組件10連接到充電器200時(shí)，信號(hào)接口54才由獲得的電壓Vd供電。
充電器200的充電控制器220被配置為在識(shí)別出電池組件10連接到充電器200時(shí)開(kāi)始充電電池組20，并在電池組件10拆下時(shí)停止充電。為此目的，充電器200被配置為產(chǎn)生上拉電壓Vp，上拉電壓Vp分別通過(guò)上拉電阻器223和226而被施加到端子243和246。當(dāng)電池組件10的信號(hào)連接器40連接到充電器200的信號(hào)連接器240或與之?dāng)嚅_(kāi)連接時(shí)，由于端子243和246分別通過(guò)端子43和46而與溫度傳感元件13和ID電阻器16連接或斷開(kāi)，所以端子243和246處的電壓發(fā)生變化。根據(jù)電壓的變化，充電控制器120可知曉電池組件10的連接和斷開(kāi)以開(kāi)始和停止充電。此外，充電控制器120被配置為僅當(dāng)溫度傳感元件13檢測(cè)到的溫度低于預(yù)定溫度，例如70℃時(shí)允許充電。而且，充電控制器120被配置為根據(jù)電池組20的種類，選擇其充電電流的大小和/或充電速率，其中電池組20的種類是由來(lái)自ID電阻器146的電壓信號(hào)識(shí)別。
結(jié)合在電池組件10中的放電檢測(cè)器60被配置為檢測(cè)每個(gè)二次電池21至24中兩端的電池電壓，并在其中任一個(gè)電池電壓變得低于第二閾值(VTH2)，例如比第一閾值(VTH1)低的2.0V時(shí)，提供放電停止信號(hào)。表示電池組20過(guò)放電的放電停止信號(hào)通過(guò)端子44和144而被饋送到電動(dòng)工具100的馬達(dá)控制器120，以停止驅(qū)動(dòng)馬達(dá)110，即停止從電池組20獲得放電電流。放電檢測(cè)器60包括第二電壓監(jiān)視器70，第二電壓監(jiān)視器70被配置為檢測(cè)每個(gè)二次電池21至24兩端的電池電壓，以將每個(gè)電池電壓與第二閾值(VTH2)進(jìn)行比較，并在任一個(gè)電池電壓低于第二閾值(VTH2)時(shí)提供低電平輸出，否則提供高電平輸出。第二電壓監(jiān)視器70的輸出通過(guò)延遲電路65被饋送到由開(kāi)關(guān)晶體管66和齊納二極管68組成的信號(hào)接口64，以響應(yīng)電壓監(jiān)視器70的低電平輸出而向放電控制輸出端子44給出高電平的放電停止信號(hào)。延遲電路65由電容器和電阻器組成，用以延遲第二電壓監(jiān)視器70的輸出，從而將信號(hào)接口64的輸出延遲預(yù)定時(shí)間，以消除可能的噪聲而可靠地檢測(cè)過(guò)放電。
在解釋放電檢測(cè)器60的細(xì)節(jié)之前，提及電動(dòng)工具100包括電阻器151和152組成的分壓器，用于監(jiān)測(cè)電池組20提供的總電壓。在閉合觸發(fā)開(kāi)關(guān)114而且電池組件10被連接到電動(dòng)工具100時(shí)，馬達(dá)控制器120提供啟動(dòng)信號(hào)至端子145，該啟動(dòng)信號(hào)作為觸發(fā)信號(hào)通過(guò)觸發(fā)輸入端子45被饋送，從而激活放電檢測(cè)器60。當(dāng)施加到端子143的電壓指示出電池組20的溫度低于預(yù)定極限值時(shí)，馬達(dá)控制器120激活馬達(dá)110并保持其激活，除非接收到來(lái)自放電檢測(cè)器60的放電停止信號(hào)。馬達(dá)控制器120也被配置為當(dāng)由于過(guò)放電而使電池組20的總電壓降低至預(yù)定值以下，例如10V以下時(shí)，停止馬達(dá)110，其中電池組20的總電壓是由位于電動(dòng)工具100側(cè)的分壓器進(jìn)行監(jiān)測(cè)。預(yù)定電壓從端子146處接收到的ID電阻器16的電壓信號(hào)獲知。
放電檢測(cè)器60還包括電源控制器80，電源控制器80僅響應(yīng)在端子45處接收的來(lái)自馬達(dá)控制器120的觸發(fā)信號(hào)，給第二電壓監(jiān)視器70供電。上述觸發(fā)信號(hào)被饋送到電源控制器80的驅(qū)動(dòng)器88，使得電源控制器80被激活以給第二電壓監(jiān)視器70供電，即將第二電壓監(jiān)視器70連接到電池組20。當(dāng)電池組件10連接到充電器200時(shí)，也從充電控制器220饋送類似的啟動(dòng)信號(hào)。
如圖3所示，第二電壓監(jiān)視器70被配置成包括多個(gè)比較器71至74以及多個(gè)齊納二極管ZD1至ZD4，其中每個(gè)齊納二極管產(chǎn)生第二閾值(VTH2)并連接到比較器71至74中各自相關(guān)的一個(gè)比較器的輸入端。比較器71至74均被連接在電路中，用于將每個(gè)二次電池21至24的電池電壓與由每個(gè)齊納二極管ZD1至ZD4給出的第二閾值(VTH2)進(jìn)行比較。電源控制器80包括多個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管81至83，開(kāi)關(guān)晶體管81至83的各自的基極共同連接到驅(qū)動(dòng)器88，以響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)而同時(shí)導(dǎo)通。開(kāi)關(guān)晶體管81至83的各自的集電極共同連接到電池組20正極端，以給出不同的電流提供路徑，即通過(guò)第一晶體管81和齊納二極管ZD1延伸至地的第一路徑、通過(guò)第二晶體管82和齊納二極管ZD2延伸至二次電池21與二次電池22之間節(jié)點(diǎn)的第二路徑、通過(guò)第三晶體管83和齊納二極管ZD3延伸至二次電池22與二次電池23之間節(jié)點(diǎn)的第三路徑以及通過(guò)第一晶體管81和齊納二極管ZD4延伸至電路地線的第四路徑。第一晶體管81也被連接以為集成在四重比較器內(nèi)的比較器71至74提供工作電壓。因此，電源控制器80給電壓監(jiān)視器70供電，即僅響應(yīng)觸發(fā)信號(hào)而從電池組20提供電流，從而在每個(gè)齊納二極管ZD1至ZD4的兩端產(chǎn)生第二閾值(VTH2)。這就意味著，當(dāng)電池組件10被從電動(dòng)工具100或充電器200拆下時(shí)，電壓監(jiān)視器70不消耗電流。關(guān)于這一點(diǎn)應(yīng)注意的是，由于放電檢測(cè)器60的電壓監(jiān)視器70因使用四重比較器和各自的齊納二極管的電路設(shè)計(jì)而消耗大約1.0mA電流，這在一定程度上高于通常在充電檢測(cè)器50的第一電壓監(jiān)視器52處消耗的電流，因此需要用電源控制器80來(lái)減小在電池組件10為與電動(dòng)工具或充電器斷開(kāi)連接時(shí)的空載電流量。然而，也可在充電檢測(cè)器50內(nèi)結(jié)合類似的電源控制器80，從而將空載電流減至最小。
第一比較器71的非反相輸入端連接到二次電池21與二次電池22之間的節(jié)點(diǎn)，其反相輸入端連接到齊納二極管ZD1，以在二次電池21的電池電壓低于齊納二極管ZD1給出的第二閾值(VTH2)時(shí)提供低電平輸出。第二比較器72的非反相輸入端連接到二次電池22與二次電池23之間的節(jié)點(diǎn)，其反相輸入端通過(guò)齊納二極管ZD2連接到二次電池21與二次電池22之間的節(jié)點(diǎn)，以在二次電池22的電池電壓低于第二閾值(VTH2)時(shí)提供低電平輸出。類似地，第三比較器73的非反相輸入端連接到二次電池23與二次電池24之間的節(jié)點(diǎn)，其反相輸入端通過(guò)齊納二極管ZD3連接到二次電池22與二次電池23之間的節(jié)點(diǎn)，以在二次電池23的電池電壓低于第二閾值(VTH2)時(shí)提供低電平輸出。第四比較器74的非反相輸入端通過(guò)齊納二極管ZD4連接到電池組20正極，并且其反相輸入端連接到二次電池23與二次電池24之間的節(jié)點(diǎn)，以在二次電池24的電池電壓低于齊納二極管ZD4給出的第二閾值(VTH2)時(shí)提供低電平輸出。上述比較器71至74彼此并聯(lián)，以使當(dāng)其中任一個(gè)比較器提供低電平輸出時(shí)，信號(hào)接口64接收低電平輸出并提供高電平放電停止信號(hào)。同樣，信號(hào)接口64接收高電平輸出并依次提供低電平輸出，從而使電池組20放電以使電動(dòng)工具100持續(xù)操作。
如圖4示意性示出的，因?yàn)殚_(kāi)關(guān)晶體管81至83給出從電池組20的正極端子分別延伸至地、至不同的相鄰二次電池對(duì)之間的不同節(jié)點(diǎn)或電位的不同電流路徑，并且還因?yàn)楦鼾R納二極管被分別插在不同的電流路徑內(nèi)為相關(guān)的比較器提供第二閾值(VTH2)，沒(méi)有漏電流流過(guò)各二次電池21至24，從而避免了電池組20的無(wú)必要放電。此外，由于每個(gè)齊納二極管ZD1至ZD4被提供二次電池21至24中至少兩個(gè)電池的組合電壓，因此即使在其中任一個(gè)二次電池的電池電壓下降時(shí)，仍能在每個(gè)齊納二極管兩端施加足夠電壓，從而確保了每個(gè)電池電壓的可靠檢測(cè)。在這方面，將在各個(gè)電流路徑中分別與齊納二極管ZD1至ZD4串聯(lián)連接的電阻器R1至R4調(diào)整成，使得恒定電流流到齊納二極管ZD1至ZD4，以對(duì)每個(gè)二次電池21至24的電池電壓進(jìn)行穩(wěn)定和可靠的檢測(cè)。
當(dāng)電池組件10連接到充電器200時(shí)，充電控制器220產(chǎn)生觸發(fā)信號(hào)并饋送觸發(fā)信號(hào)至電源控制器80的驅(qū)動(dòng)器88，以給第二電壓監(jiān)視器70供電。即使在電池組20的總電壓變得高于預(yù)定值(表示電池組20被充分充電)的條件下，通過(guò)端子44和144獲得放電停止信號(hào)時(shí)，充電控制器220停止充電，并發(fā)出表示在充電期間發(fā)生異常放電的報(bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)被處理以借助適當(dāng)?shù)娘@示或聲音來(lái)通知這個(gè)事件。在充電完成或停止時(shí)，充電控制器220不提供觸發(fā)信號(hào)，從而通過(guò)電源控制器80使第一電壓監(jiān)視器70不激活，以將電池組件10側(cè)的電流消耗減至最小。
返回到圖1，電池組件10還包括過(guò)充電檢測(cè)器90，過(guò)充電檢測(cè)器90被配置為在二次電池21至24中任一個(gè)的電池電壓變得高于第三閾值(VTH3)，例如比第一閾值(VTH1)高的4.5V時(shí)，停止充電電流流入，以在充電控制器220未能停止提供充電電流的事件中保護(hù)電池組20。過(guò)充電檢測(cè)器90包括第三電壓監(jiān)視器92，第三電壓監(jiān)視器92由電池組20恒定地供電，以將每個(gè)二次電池21至24的電池電壓與第三閾值(VTH3)比較，并在二次電池21至24中任一個(gè)的電池電壓變得高于第三閾值(VTH3)時(shí)提供高電平輸出，從而借助驅(qū)動(dòng)器98激活斷路器93，由此斷開(kāi)從充電器200到電池組20的充電電流路徑。斷路器93包括熔斷電阻器形式的不可復(fù)位元件95以及加熱器97，加熱器97由驅(qū)動(dòng)器88來(lái)激活，以在任一個(gè)電池過(guò)放電超過(guò)第三閾值(VTH3)時(shí)熔化不可復(fù)位元件95，從而斷開(kāi)充電電流路徑。因?yàn)閿嗦菲?3被插在充電端子33與電池組20的正極之間的充電電流路徑內(nèi)，該充電電流路徑與放電電流路徑(其形成于電池組20的正極與電源端子31之間，用以流動(dòng)高于充電電流的放電電流)分開(kāi)，因此斷路器93僅需流過(guò)相對(duì)較小的充電電流，從而能夠密集地且以較低的成本制造斷路器93，以實(shí)現(xiàn)對(duì)電池組件10的成本有效和密集設(shè)計(jì)。第三電壓監(jiān)視器92被設(shè)計(jì)為消耗低至1μA的電流。
電池組件10的接地端子32與電路地線、即信號(hào)連接器40的信號(hào)接地端子41分開(kāi)，從而在接地端子32未能建立與電動(dòng)工具100的接地端子132或充電器200的接地端子232的電連接時(shí)，避免使放電電流或充電電流流入充電檢測(cè)器50、放電檢測(cè)器60以及過(guò)充電檢測(cè)器90中。
以上實(shí)施例揭示了鋰離子類型的二次電池作為本發(fā)明最優(yōu)選的應(yīng)用，其中考慮到鋰離子電池在電壓降低至Fe沉淀(precipitation)電壓(1.0V)或Cu沉淀電壓(0.5V)以下時(shí)退化，而將第二閾值(VTH2)選擇為2.0V。然而，本發(fā)明不限于特定類型的二次電池，并且能夠等同地使用其它類型的二次電池。在這方面，可依據(jù)二次電池的類型來(lái)適當(dāng)?shù)剡x擇第一、第二及第三閾值。
權(quán)利要求
1.一種用于電動(dòng)工具(100)的可充電電池組件(10)，所述電池組件包括電池組(20)，由多個(gè)串聯(lián)連接的二次電池(21-24)組成；一對(duì)電源輸出端子(31，32)，連接到所述電池組兩端，以從所述電池組為所述電動(dòng)工具的工作提供電流；信號(hào)連接器(40)，配置為包括充電控制端子(42)、放電控制端子(44)以及連接到電路地線的信號(hào)接地端子(41)；充電檢測(cè)器(50)，配置為監(jiān)測(cè)每個(gè)所述二次電池兩端的電池電壓，并在所有的電池電壓都低于第一閾值(VTH1)時(shí)提供高充電控制信號(hào)，而在任一個(gè)電池電壓高于所述第一閾值(VTH1)時(shí)提供低充電控制信號(hào)，所述高充電控制信號(hào)和所述低充電控制信號(hào)通過(guò)所述充電控制端子被饋送至充電器，調(diào)節(jié)為所述二次電池充電的充電電流；放電檢測(cè)器(60)，配置為監(jiān)測(cè)每個(gè)所述二次電池兩端的所述電池電壓，并在任一個(gè)所述電池電壓變得低于第二閾值(VTH2)時(shí)提供放電停止信號(hào)，所述第二閾值(VTH2)低于所述第一閾值(VTH1)，所述放電停止信號(hào)通過(guò)所述放電控制端子被饋送至所述電動(dòng)工具，使所述電動(dòng)工具斷電；所述放電檢測(cè)器包括電壓監(jiān)視器(70)和電源控制器(80)；所述電壓監(jiān)視器包括多個(gè)比較器(71-74)和多個(gè)恒定電壓元件(ZD1-ZD4)，每個(gè)所述恒定電壓元件提供限定所述第二閾值(VTH2)的恒定電壓，每個(gè)所述比較器被配置為將每個(gè)所述電池電壓與所述第二閾值進(jìn)行比較，以給出比較結(jié)果；所述電壓監(jiān)視器配置為由所述電池組(20)供電并根據(jù)所述比較結(jié)果提供所述放電停止信號(hào)至所述放電控制端子；以及所述電源控制器被配置為在所述電池組件(10)連接到所述電動(dòng)工具(100)時(shí)向所述電壓監(jiān)視器供電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可充電電池組件，其中所述電源控制器(80)配置為具有多個(gè)不同的電流提供路徑，所述電流提供路徑將電流分別從所述電池組的共用電位，通過(guò)所述電壓檢測(cè)器的每個(gè)所述恒定電壓元件，提供至所述電池組的不同電位；所述電源控制器具有多個(gè)開(kāi)關(guān)(81-83)，每個(gè)所述開(kāi)關(guān)接入在每個(gè)所述不同電流提供路徑內(nèi)并配置為僅響應(yīng)在所述電池組件連接到所述電動(dòng)工具時(shí)發(fā)出的檢測(cè)信號(hào)而閉合。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的可充電電池組件，其中所述第二控制電路包括延遲電路(65)，從檢測(cè)到任一個(gè)所述電池電壓低于所述第二閾值起，該延遲電路將所述放電停止信號(hào)延遲預(yù)定時(shí)間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可充電電池組件，其中所述電源輸出端子由正輸出端子(31)和接地端子(32)組成，所述接地端子與所述信號(hào)接地端子(41)電隔離。
全文摘要
一種用于電動(dòng)工具的電池組件，具有耗電少的過(guò)放電保護(hù)。該電池組件包括電池組，由多個(gè)串聯(lián)連接的二次電池組成；以及放電檢測(cè)器，配置為監(jiān)測(cè)每個(gè)二次電池兩端的電池電壓并在任一個(gè)電池電壓低于預(yù)定閾值時(shí)提供放電停止信號(hào)。放電停止信號(hào)被反饋以將電動(dòng)工具斷電。該放電檢測(cè)器由電壓監(jiān)視器和電源控制器組成。電壓監(jiān)視器包括多個(gè)比較器和多個(gè)恒定電壓元件，每個(gè)恒定電壓元件提供確定閾值的恒定電壓。每個(gè)比較器配置將每個(gè)電池電壓與閾值比較以給出比較結(jié)果。電壓監(jiān)視器根據(jù)比較結(jié)果由電池組供電提供放電停止信號(hào)。電源控制器配置為當(dāng)電池組件連接到電動(dòng)工具時(shí)給電壓監(jiān)視器供電。因此，保護(hù)放電檢測(cè)器避免在從電動(dòng)工具斷開(kāi)連接時(shí)消耗電池組件能量。
文檔編號(hào)H02H7/18GK1967966SQ20061014936
公開(kāi)日2007年5月23日 申請(qǐng)日期2006年11月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年11月17日
發(fā)明者才之本良典, 大橋敏治, 宮崎博 申請(qǐng)人:松下電工株式會(huì)社