專利名稱：用于為留在充電器中的電池組重新開始充電循環(huán)的系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型總體涉及一 電池組，尤其涉及用于為留在電池充電器中的電 池組重新開始充電循環(huán)的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，鋰離子(Li-ion)電池已在低電壓便攜電子設(shè)備，例如筆記本 型個人電腦中開始取代鎳鉻(NiCd)、鎳-金屬-氫化物(NiMH)和鉛酸電池。 與鎳鉻和鎳-金屬-氫化物電池相比較，鋰離子電池更輕，且單位體積具有更 大容量。由于這個原因，鋰離子電池適合于低電壓設(shè)備，這些設(shè)備最好較輕， 且需要承受長時間連續(xù)使用。
和4臬4各電池組以及鎳-金屬-氫化物電池組不同，鋰離子電池在過放電狀 態(tài)下很快惡化。由此，鋰離子電池組可包括防止過放電的保護(hù)功能。例如， 理想的是提供一種在電池組留在電池充電器中 一延長的時間周期的情況下， 用于為該電池組再充電的系統(tǒng)和方法。
本部分的敘述，^叉提供與本實(shí)用新型相關(guān)的背景信息，并不構(gòu)成現(xiàn)有4支術(shù)。
發(fā)明內(nèi)容
本實(shí)用新型的目的，就是提供一種用于為留在充電器中的電池組開始充 電循環(huán)的系統(tǒng)。所述電池組包括一電池控制單元，其可^t喿作以在預(yù)定的非活 躍狀態(tài)時期后，將電池組置于休眠模式。反過來，響應(yīng)于該電池組進(jìn)入休眠 模式，所述電池充電器可操作以向該電池組傳遞充電信號。
更多的應(yīng)用領(lǐng)域從此處提供的描述中變得清晰。應(yīng)當(dāng)理解，該描述及特 定示例僅僅用于說明之用，而非用于限制本實(shí)用新型的范圍。


圖1為一典型電動工具系統(tǒng)的圖；圖2為用于一可操二作連接至電池充電器的電池組的典型配置的方框以及
圖3為一流程圖，說明了用于為一留在充電器中的電池組開始充電循環(huán) 的示例性方法。
在此描述的附圖，僅用于說明之用，而非以任何形式用于限制本實(shí)用新 型的范圍。
具體實(shí)施例
本實(shí)用新型可涉及一種類型的動力工具系統(tǒng)，其在圖1中通過參考數(shù)字 IO所指示。所述動力工具系統(tǒng)IO可包括，例如， 一個或多個動力工具12， 一電池組16和一電池組充電器18。每個動力工具12可為任何類型的的動力 工具，包括但不限于鉆、鉆/起子、錘鉆/起子、旋轉(zhuǎn)錘、螺絲起子、沖擊起 子、圓形鋸、曲線鋸、往復(fù)鋸、帶鋸、切斷工具、切削工具、剪、磨沙機(jī)、 真空吸塵器、燈、刳刨機(jī)、粘料分配器、混凝土振動器，激光器，騎釘槍和 直釘槍。在所提供的特定示例中，所述動力工具系統(tǒng)10包括第一動力工具 12a和第二動力工具12b。例如，所述第一動力工具12a可以為一鉆/起子， 類似于美國專利號6431289中所描述的那種，而第二動力工具12b可以為一 圓形鋸，類似于美國專利號6996909中所描述的那樣。可選地，所述電池組 16為可移除地連接至第一和第二動力工具12a和12b,從而往那里提供電力。 需要指出的是，本實(shí)用新型的更寬的方面適用于其它類型的電池供電設(shè)備。
圖2示出了可操作地連接至一電池充電器18的一電池組16的例示性配 置。所述電池組16通常包括多個電池單元20、 一電池控制單元22和不同的 電池控制電路。除非是在此以其它方式描述，所述電池組16可以類似于美 國專利申請z^開號2006/0096771所描述的方式配置，在此該申請以參考的方 式并入。然而，該例示性配置僅僅4皮提供作為用于描述在此公開的不同保護(hù) 方法和電路的背景?？深A(yù)期其它配置也落入本實(shí)用新型的更寬方面。
所述電池組16可包括多個串if關(guān)連接的電池單元20和/或多個串聯(lián)連4妻的 電池串，其中所述多個串相互并聯(lián)連接。為了描述例示性實(shí)施例，所述電池 組可由具有鋰離子化學(xué)物質(zhì)的電池構(gòu)成。在無纜動力工具領(lǐng)域中，所述電池 組的額定電壓通常最少為18伏。然而，可預(yù)期其它電壓等級可用于不同應(yīng) 用。另外，例如才艮據(jù)電池組的單元電池、電極和電解液的化學(xué)組成，所述電池組可以由其它鋰基化學(xué)物質(zhì)的電池組成，如鋰金屬或鋰聚合物，或其它化
學(xué)物質(zhì)例如鎳鉻(NiCd)、鎳-金屬-氫化物(NiMH)和鉛酸。盡管下述的充 電程序特別適合于鋰基化學(xué)物質(zhì)，這些程序可用于具有其它類型的化學(xué)物質(zhì) 的電池。
嵌入電池組16中的電池控制單元22用于保護(hù)電池和監(jiān)測任何可能發(fā)生 的故障情況。在一例示性實(shí)施例中，所述電池控制單元22通過數(shù)字微控制 器上的軟件來實(shí)現(xiàn)。然而，所述電池控制單元22可嵌入硬件或軟件中，例 如作為數(shù)字微控制器、微處理器或模擬電路、數(shù)字信號處理器或通過一個或 多個數(shù)字IC例如專用集成電路(ASIC)。在某些設(shè)置中，所述電池控制單元 22可由電池持續(xù)供電。雖然這樣電力消耗可最小化，經(jīng)過一延長的時間周期 后，所述電池可能會達(dá)到過力文電的狀態(tài)。
來自電池的》文電電流和去往電池的充電電流可通過^f吏用開關(guān)23箝位或 中斷。所述開關(guān)23可與電池串聯(lián)j殳置。在該例示性實(shí)施例中，所述開關(guān)i殳 置于電池的低電壓側(cè)，但也可設(shè)置于其它位置。由此，所述開關(guān)23可通過 開關(guān)控制單元22控制，以中斷通往/來自電池的電流。在一示例性實(shí)施例中， 所述開關(guān)23為一晶體管(例如一金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管)?？深A(yù)期， 本實(shí)用新型也可使用其它類型的開關(guān)。
配置一電流傳感器24以4全測電池纟是供的電流，以及提供一指示通往電 池控制單元22的電流的信號。在一示例性實(shí)施例中，所述電流傳感器24可 通過利用 一 串聯(lián)接至電池20的電流分路來實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，所述電流分路設(shè) 置在所述電池電源的低壓側(cè)。在一可替代實(shí)施例中，所述開關(guān)23可作為電 流傳感器(見圖3)。換句話說，所述電池控制單元22監(jiān)測通過開關(guān)23的電 流。在晶體管的情況下，所述電流通過使用作為電流分路的電阻Ron來測量， 該電流分3各能夠?qū)㈦娏鬓D(zhuǎn)化為可一皮電池控制單元讀出的電壓。其它類型的電 流傳感器(例如霍爾效應(yīng)電流傳感器)也可屬于本實(shí)用新型的范圍之內(nèi)。
可配置一電壓監(jiān)測電路25以監(jiān)測單個電池電壓和監(jiān)測電池20的整個電 池組電壓。所述電壓監(jiān)測電路可向電池控制單元22提供一表示單個電池或 電池組的電壓的信號?？蛇x地，所述電池控制單元22可指示電壓監(jiān)測電^各 以次序方式周期性地監(jiān)測橫跨在電池組每個電池的電池上電壓和電池組總 電壓。通過將測量到的電池組總電壓除以電池組中電池數(shù)目可獲得平均電池 電壓。所述電池控制單元22可進(jìn)一步連接一電池平衡單元以在充電過程中控制電池電壓的平衡。
一例示性電壓監(jiān)測設(shè)置在美國專利申請公開號為
2006/0071643中進(jìn)一步描述，在此以參考的方式并入。
可配置一溫度傳感器26以測量電池單元的溫度。所述溫度傳感器進(jìn)一 步將監(jiān)測的溫度傳送至電池控制單元22。所述溫度傳感器可通過負(fù)溫度系數(shù) (NTC)熱敏電阻、正溫度系數(shù)(PTC)熱敏電阻、溫度監(jiān)測集成電路或熱 電偶來實(shí)現(xiàn)。
在一例示性實(shí)施例中，所述電池組包括一休眠模式。在一預(yù)定時間周期 之后(例如，45天)，該電池控制單元22可開始一休眠模式，在該休眠模式 中電池組為非活躍狀態(tài)(亦即電池組既不充電也不放電)。進(jìn)入休眠模式時， 電池控制單元22開啟開關(guān)23，由此在電池組端不存在電壓。所述電池控制 單元22也可采取其它步驟來減少電池的電力消耗。例如，位于電池組中的 任何微控制器可被置于低電力消耗模式。以這種方式，所述電池組在非活躍 狀態(tài)期間，可減少或避免電池;故電，包4舌在用戶購買之前。可預(yù)想所述電池 組可在其它電池條件下開始^木眠才莫式，例如電池組溫度、單個電池或電池組 電壓等。
所述電池組可通過不同方法^皮喚醒，并恢復(fù)至運(yùn)行狀態(tài)。例如，當(dāng)所述 電池組被插入一電池充電器時，所述充電器發(fā)送信號以喚醒^f木眠狀態(tài)中的電 池組。另一示例中，當(dāng)電池組連接至一工具中，該工具可發(fā)送一信號以喚醒 該電池組。在又一示例中，所述電池控制單元22可在進(jìn)入<木眠#莫式中時開 啟一計時器。計時器的長度定義為該^UI民周期。在一例示性實(shí)施例中，所述 計時器可通過專欠件實(shí)現(xiàn)，雖然可預(yù)想其它類型的計時器，例如模擬計時器電 3各。本實(shí)用新型也可考慮其它用于喚醒電池組的4支術(shù)。當(dāng)該電池組凈皮喚醒時， 所述電池控制單元22將關(guān)閉開關(guān)23，并采取其它步驟以使電池組返回運(yùn)行 模式。
為了充電，所述電池組16可一皮選擇地連接至電池組充電器18。所述電 池組充電器18通常包括一電源電^各30和一充電控制才莫塊32。所述電池組充 電器可包括一端電壓檢測電路33和一看門狗電路34?？深A(yù)想，其它監(jiān)測和/ 或保護(hù)電路也可被并入該電池充電器。在此公開的本例示性配置僅僅是提供 作為描述不同保護(hù)方法和電路的背景。
所述充電器控制模塊32用于為電池充電，并監(jiān)測可能發(fā)生的任何故障 情況。在一例示性實(shí)施例中，所述充電器控制模塊32通過數(shù)字微控制器上的軟件來實(shí)現(xiàn)。但是，所述充電器控制模塊32可嵌入硬件或軟件，例如作 為數(shù)字微控制器、微處理器或模擬電路、數(shù)字信號處理器或通過一個或多個
數(shù)字IC例如專用集成電路(ASIC )。
所述電壓檢測電路33被置于電池充電器18的充電端19-1和充電器控 制模塊32之間。該電壓檢測電路33測量充電端上的電壓。雖然可預(yù)想到其 它實(shí)現(xiàn)方式，但是所述電壓檢測電路33可通過傳統(tǒng)的電壓衰減電路來實(shí)現(xiàn)， 該傳統(tǒng)的電壓衰減電路是本領(lǐng)域中公知的，不需要進(jìn)一步描述。
充電器控制模塊32和電池控制單元22可通過非充電(數(shù)據(jù))端19-2 來交互數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)端提供介于兩個控制單元之間的串行數(shù)據(jù)鏈接。在電池 組16中作出的診斷測量可通過電池控制單元22傳送至充電器控制模塊32。 反過來，控制參數(shù)可從充電控制模塊32傳送至電池控制單元。交換的數(shù)據(jù) 可包括但不限于充電器和/或電池組的標(biāo)識、單個或被電池組確定的整個堆的 電壓、電池組中的溫度條件等。通過本實(shí)用新型也可料想到其它類型的通訊。
在一例示性實(shí)施例中，所述電池充電器通過^r測通過其端子上的電壓來 確定電池組的存在。所述電池充電器利用電壓檢測電路33持續(xù)檢測橫跨在 其端部上的電壓。當(dāng)該電壓超過某些預(yù)定閾值時，即認(rèn)為一電池組連接至一 電池充電器；然而，當(dāng)電壓位于或接近0值時，認(rèn)為沒有電池組連接至電池 充電器。本實(shí)用新型也可料想到用于檢測電池充電器中電池組存在的其它技 術(shù)。
無論何時充電器檢測到一電池組的存在，它都可作出是否開始充電循環(huán) 的決定。在一例示性實(shí)施例中，電池充電器支持一充電周期指示器。例如， 當(dāng)一電池組從充電器中移除時，所述充電器控制模塊32可將非充電端19-2 拉高。當(dāng)隨后一電池組置于充電器中時，如果非充電端19-2位于高電平， 所述充電器控制模塊32將開始充電循環(huán)。所述充電器控制模塊32與電源電 路30共同操作以向電池組提供充電信號。所述充電算法可根據(jù)本領(lǐng)域內(nèi)所 知的電池化學(xué)物質(zhì)的不同類型而有所差異。
當(dāng)充電完成時，所述充電控制模塊32將非充電端19-2拉低，由此指示 充電已完成，且電池組已準(zhǔn)備好放電。非充電端19-2保持低電平直至電池 組從充電器中取走。 一旦電池組從充電器中移除，所述非充電端19-2被拉 高。在這種情況下，所述非充電端19-2可被用于提供一充電循環(huán)的指示。 然而可料想到，電池充電器可支持其它類型的指示器(例如軟件實(shí)現(xiàn)的標(biāo)志)。此外，可料想到，這樣的指示器可被保持在電池組中，并且當(dāng)操作連 接至充電器時，從電池組往充電器通信。
依賴于使用頻率，電池組可隨著時間過去而放電。然而，當(dāng)一電池組留 在并可操作地連接至充電器時，所述充電器可重新開始充電循環(huán)，如圖3所 示，由此重新為該電池組充電。在該例示性實(shí)施例中，當(dāng)留置于充電器中一
預(yù)定的時間周期后，所述電池組在42將進(jìn)入休眠模式。如上所述，該電池
組在休眠模式中停止輸出電壓至其端子。由于該電池充電器不再檢測到端子
電壓，所述充電器認(rèn)為該電池組已被移除，并由此在44中將非充電電阻引 腳重置為高。
為了重新開始充電循環(huán)，在46中所述電池充電器嘗試在串行數(shù)據(jù)《連4妄 上發(fā)送一準(zhǔn)備充電信號，以喚醒電池組。響應(yīng)于該信號，所述電池控制單元 22將關(guān)閉開關(guān)23，并采取其它步驟以將電池組返回至運(yùn)行狀態(tài)。在一例示 性實(shí)施例中，所述電池充電器通過立即發(fā)送信號嘗試喚醒電池組。在另一實(shí) 施例中，所述電池充電器可延遲發(fā)送信號，直至一內(nèi)部計時器超時。在任一 情況下，進(jìn)入休眠模式的所述電池組觸發(fā)充電器重新開始充電循環(huán)。
當(dāng)電池組從其休眠模式中被喚醒時，在電池組的端子上再次出現(xiàn)電壓。 當(dāng)電池組連接至電池充電器時，所述充電器利用上述方式檢測到橫跨在其端 部上的電壓的存在。由于非充電端子引腳4皮設(shè)置為高，該充電器將會于48 重新開始充電循環(huán)。這樣，周期性重新開始所述充電循環(huán)以維護(hù)充好電的電 池組。以此獨(dú)特的方式，所述電池組實(shí)現(xiàn)〗木眠功能，當(dāng)該電池組留在充電器 中時，該休眠功能與充電器協(xié)作運(yùn)行以重新開始充電循環(huán)。
在沒有來自電池的輸入的情況下，充電器重新開始充電次序也可以是希 望的。這種重新開始可以基于時間、溫度和/或其它因素。為了使充電器重新 開始充電，在44中，所述充電器可簡單地重設(shè)非充電端至高，不管電池端 的電壓。這將由此將喚醒電池組，并如前所7>開，重新開始充電循環(huán)。
當(dāng)電池組留在充電器中時，本實(shí)用新型也可料想到用于重新開始充電循 環(huán)的其它技術(shù)。
上述描述實(shí)質(zhì)上僅僅是示例，并非意欲限制本實(shí)用新型、申請或使用。 本申請要求于2007年9月5日提交的美國臨時申請?zhí)枮?0/967,578的 申請的優(yōu)先權(quán)，上述申請的公開在此以引用的方式并入本文中。
權(quán)利要求1.一用于電池組的充電系統(tǒng)，包括一具有一個或多個電池的電池組和其中的一電池控制單元，其中，所述電池控制單元在一預(yù)定的非活躍狀態(tài)周期后，可操作設(shè)置電池組進(jìn)入休眠模式；和一適于容納電池組的電池充電器，響應(yīng)電池組進(jìn)入休眠模式，可操作發(fā)送充電信號至電池組。
2. 權(quán)利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池組包括兩個充電端，使得當(dāng)電池組進(jìn)入休眠模式時，所述電池控制單元移除一存在于充電端上的電 壓。
3. 權(quán)利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池組包括一與電池串接的開 關(guān)，使得所述電池控制單元在進(jìn)入休眠模式時打開該開關(guān)。
4. 權(quán)利要求1所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池充電器具有一充電器控制 單元，當(dāng)為所述電池組充電時，該充電器控制單元支持一指示器，其中當(dāng)所 述電池進(jìn)入休眠模式時，所述充電控制單元設(shè)置該指示器為電池組充電。
5. 權(quán)利要求4所述的充電系統(tǒng)，其中當(dāng)所述電池組進(jìn)入休眠模式時，所 述電池充電器發(fā)送一信號以喚醒電池組。
6. 權(quán)利要求5所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池充電器延遲發(fā)送所迷信號 喚醒電池組，直至所述電池充電器內(nèi)部維持的一計時器超時。
7. 權(quán)利要求5所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池組具有一與電池串接的開 關(guān)，使得當(dāng)所述電池進(jìn)入休眠模式時，所述電池控制單元打開該開關(guān)，當(dāng)從 休眠模式喚醒后，關(guān)閉該開關(guān)。
8. 權(quán)利要求5所述的充電系統(tǒng)，其中當(dāng)所述指示器被設(shè)置為電池組充電 時，所述充電控制單元可4喿作向電池組發(fā)送充電信號，且所述充電控制單元 檢測到可操作地連接至電池充電器的所述電池組。
9. 一用于電池組的充電系統(tǒng)，包^":一具有一個或多個電池的電池組和一位于電池組中的電池控制單元，其 中，當(dāng)所述電池組處于非活躍狀態(tài)一段時間后，所述電池控制單元可操作以 從正常放電率減少所述電池單元的放電率；以及一適于容納電池組的電池充電器，所述電池充電器可操作維持一指示器，指示是否為電池充電，并且當(dāng)可操作連接到那里的電池組從正常放電率 減少所述電池單元的放電率時，電池充電器可操作設(shè)置所述指示器。
10.權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池組具有兩個充電端，使得所述電池控制單元移除一存在于充電端上的電壓，以減少放電率。
11 .權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池組包括一與電池串接的開 關(guān)，使得所述電池控制單元打開該開關(guān)以減小放電率。
12. 權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)，其中所述電池充電器發(fā)送一準(zhǔn)備好充電 信號至電池組，響應(yīng)于該信號，所述電池組恢復(fù)正常放電率。
13. 權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)，其中當(dāng)所述電池組處于非活躍狀態(tài)一段 時間后，所述電池控制單元開啟一計時器，當(dāng)計時器超時時，恢復(fù)正常放電 率。
14. 權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)，其中當(dāng)所述電池組被充電后，所述電池 充電器設(shè)置該指示器為完全充電狀態(tài)。
15. 權(quán)利要求9所述的充電系統(tǒng)，其中當(dāng)可操作連接到那里的所述電池組 恢復(fù)正常放電率時，所述電池充電器可操作以發(fā)送充電信號至電池組。
專利摘要提供了一種用于為留在充電器中的電池組開始充電循環(huán)的系統(tǒng)。所述電池組包括一電池控制單元，在預(yù)定的非活躍狀態(tài)時期后，其可操作將電池組置于休眠模式。接著，響應(yīng)于該電池組進(jìn)入休眠模式，所述電池充電器可操作傳遞充電信號至該電池組。
文檔編號H02J7/04GK201312137SQ20082013709
公開日2009年9月16日 申請日期2008年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2007年9月5日
發(fā)明者丹尼爾·J·懷特, 安德魯·E·西曼 申請人:布萊克和戴克公司