用于電動(dòng)工具的多電池組的制作方法
【專利說(shuō)明】用于電動(dòng)工具的多電池組
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)要求享有于2014年5月16日提交的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/994，471的優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容以全文引用的方式結(jié)合于此。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及用于電動(dòng)工具的多電池組配置，電動(dòng)工具例如斜切鋸、電鉆/電動(dòng)螺絲刀、筒式吸塵器、割草機(jī)、線式剪草機(jī)、樹籬修剪機(jī)、以及掃葉機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0004]傳統(tǒng)上，草坪和花園電動(dòng)工具由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、120伏特交流(AC)電源、或直流(DC)電池電源提供動(dòng)力。木工、金屬加工、以及建筑電動(dòng)工具也由汽油發(fā)動(dòng)機(jī)、120伏特(V)AC電源、或DC電池電源提供動(dòng)力。
[0005]將多個(gè)電池組連接在一起能夠增加電池系統(tǒng)的容量。例如，并行連接多個(gè)電池組通常增加電池系統(tǒng)的容量(安培-小時(shí))，而組合輸出(例如18V)保持單個(gè)電池組的電壓(例如18V)。然而，如果并行連接的電池組的電壓不近似相等，會(huì)產(chǎn)生問(wèn)題。在此使用的術(shù)語(yǔ)電池組以及電池可以互換使用，以指電池組。
[0006]并行連接電池組的一個(gè)問(wèn)題是交叉充電。如果相對(duì)于另一個(gè)并行連接的電池組的電壓，一個(gè)電池組位于合理的較高電壓或電荷狀態(tài)(state of charge)，則會(huì)發(fā)生交叉充電。如果發(fā)生這種情況，來(lái)自位于較高電壓的電池組的電流將流入位于較低電壓的電池組。該電流可以變得相對(duì)大(例如25安培(A))，并且因此對(duì)電池組有害，特別是在某些操作條件下(例如在低溫下)。當(dāng)并行連接的電池組具有不相等的容量大小時(shí)，也會(huì)發(fā)生交叉充電。
[0007]如果并行連接的電池組中的一者在其它電池組之前完全放電，會(huì)產(chǎn)生并行連接的電池組的另一問(wèn)題。如果發(fā)生這種情況，完全放電但仍然連接的電池組可能永久損壞。
[0008]如果并行連接電池組中的一者變得過(guò)熱，會(huì)產(chǎn)生并行連接的電池組的另一問(wèn)題。如果發(fā)生這種情況，過(guò)熱但仍然連接的電池組可能永久損壞。
[0009]串行連接的電池組也具有類似的問(wèn)題，在下面詳細(xì)描述。
[0010]本發(fā)明的實(shí)施例可以操作用于克服這些問(wèn)題、以及與操作用于接收并由多電池組供電的電動(dòng)工具有關(guān)的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011 ] 在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明提供電動(dòng)工具，該電動(dòng)工具包括電機(jī)、第一電池組、第二電池組、耦合在第一電池組和電機(jī)之間的第一開關(guān)元件、耦合在第二電池組和電機(jī)之間的第二開關(guān)元件、以及耦合至第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件的控制器?？刂破靼詈现恋谝婚_關(guān)元件的第一脈寬調(diào)制(PWM)輸出(output)和選擇性地閉合第一開關(guān)元件的第一PffM信號(hào)?？刂破鬟€包括耦合至第二開關(guān)元件的第二 PWM輸出和選擇性地閉合第二開關(guān)元件的第二 PffM信號(hào)。
[0012]在另一實(shí)施例中，本發(fā)明提供了操作電動(dòng)工具的方法，該電動(dòng)工具具有電機(jī)、第一電池組、第二電池組、耦合在第一電池組和電機(jī)之間的第一開關(guān)元件、耦合在第二電池組和電機(jī)之間的第二開關(guān)元件、以及控制器。該方法包括:由控制器確定第一電池組的電荷狀態(tài)以及第二電池組的電荷狀態(tài)。該方法還包括由控制器生成第一脈寬調(diào)制(PWM)信號(hào)以選擇性地閉合第一開關(guān)元件以從第一電池組向電機(jī)提供功率，第一 PWM信號(hào)基于第一電池的電荷狀態(tài)；以及由控制器生成第二 PWM信號(hào)以選擇性地閉合第二開關(guān)元件以從第二電池組向電機(jī)提供功率，第二 PWM信號(hào)基于第二電池的電荷狀態(tài)。該方法還包括第一電池組和第二電池組異步地驅(qū)動(dòng)電機(jī)。
[0013]本發(fā)明的單獨(dú)方面以及其他方面通過(guò)考慮詳細(xì)說(shuō)明以及附圖將變得明顯。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的串聯(lián)的多電池組配置的框圖。
[0015]圖2示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的并聯(lián)的多電池組配置的框圖。
[0016]圖3示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的按序、并聯(lián)的多電池組配置的框圖。
[0017]圖4示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的按序、并聯(lián)的多電池組配置的另一框圖。
[0018]圖5-7示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的并聯(lián)的多電池組配置的時(shí)序圖。
[0019]圖8示出了根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的按序、并聯(lián)的多電池組配置的示意圖。
[0020]圖9-12示出了圖10中所示電路的擴(kuò)展示意圖。
[0021]圖13示出了根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的按序、多電池組配置的框圖。
[0022]圖14示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的多電池組和雙換向器電機(jī)配置的框圖。
[0023]圖15示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的雙換向器電機(jī)。
[0024]圖16示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電機(jī)的雙電樞繞組的剖面視圖。
[0025]圖17A-圖17D示出了根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例的電機(jī)的定子堆疊。
[0026]圖18示出了根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例的多電池組和分離電刷配置的框圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]在詳細(xì)解釋本發(fā)明的任一實(shí)施例之前，應(yīng)當(dāng)理解的是本發(fā)明不限于其應(yīng)用于如下說(shuō)明書中描述或如下附圖所示部件的構(gòu)造及布置的細(xì)節(jié)。本發(fā)明能夠具有其他實(shí)施例并能夠以各種方式執(zhí)行或?qū)嵺`。
[0028]此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，在此使用的措辭以及術(shù)語(yǔ)用于描述，并且不應(yīng)當(dāng)視為限制。在此使用的“包括”和“包含”以及各種變型意欲囊括其后列舉的條目和等同的條目、以及其他的條目。在此使用的“由……組成”及各種變型意欲僅囊括其后列舉的條目和等同的條目。再者，應(yīng)當(dāng)理解的是，“向前”、“向后”、“左”、“右”、“向上”以及“向下”等是出于方便目的而使用的詞(words of convenience)，不得解釋為限制性術(shù)語(yǔ)。
[0029]應(yīng)當(dāng)注意的是，多個(gè)基于硬件和軟件的設(shè)備、以及多個(gè)不同結(jié)構(gòu)部件可以用于實(shí)施本發(fā)明的各個(gè)方面。此外，在附圖中描述或示出的特定配置目的是為了示例本發(fā)明的獨(dú)立實(shí)施例，并且其他可替換的配置是可能的。術(shù)語(yǔ)“控制器”、“處理器”、“中央處理單元”以及“CPU”除另有說(shuō)明外，可以互換使用。如果術(shù)語(yǔ)“控制器”、“處理器”、“中央處理單元”或“CPU”用于標(biāo)識(shí)執(zhí)行特定功能的單元，應(yīng)當(dāng)理解的是，除另有說(shuō)明外，那些功能可以由單個(gè)處理器或以任何形式布置的多個(gè)處理器(包括并行處理器、串行處理器、串聯(lián)處理器(tandem processor)、或云處理/云計(jì)算配置)執(zhí)行。
[0030]如對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)也是很明顯地，圖中顯示的系統(tǒng)是真實(shí)系統(tǒng)可能與之類似的模型。描述的許多模塊和邏輯結(jié)構(gòu)能夠通過(guò)由微處理器或類似設(shè)備執(zhí)行的軟件而被實(shí)施、或者能夠通過(guò)使用包括例如應(yīng)用特定集成電路(“ASIC”)的各種部件的硬件而被實(shí)施。如“控制器”和“模塊”的術(shù)語(yǔ)可以包括或指硬件和/或軟件二者。此外，在整個(gè)說(shuō)明書中，如果使用大寫術(shù)語(yǔ)，這些術(shù)語(yǔ)用于遵從慣例，并有助于將說(shuō)明書與編碼示例、等式、和/或附圖關(guān)聯(lián)。然而，并不會(huì)簡(jiǎn)單地由于使用大寫而暗示或推導(dǎo)出特定含義。因此，權(quán)利要求并不應(yīng)當(dāng)限于特定示例或術(shù)語(yǔ)、或任何特定硬件或軟件實(shí)施、或硬件或軟件的組合。
[0031]電池組可以用于為電動(dòng)工具上的電機(jī)供電，電動(dòng)工具例如斜切鋸、筒式吸塵器、以及割草機(jī)。電機(jī)啟動(dòng)后，傳動(dòng)系統(tǒng)中的扭矩以及電流會(huì)飆升(surge)，其可能損壞電池組和/或電動(dòng)工具的其他部件，或可以產(chǎn)生電池組和/或電動(dòng)工具上的額外損耗，從而縮短電池組和/或電動(dòng)工具的壽命。
[0032]軟啟動(dòng)機(jī)構(gòu)，例如電機(jī)軟啟動(dòng)器，可以與電機(jī)一同使用以臨時(shí)減少在啟動(dòng)期間傳動(dòng)系統(tǒng)中的扭矩和負(fù)載以及電機(jī)的電流飆升。軟啟動(dòng)機(jī)構(gòu)減少電機(jī)和軸上的機(jī)械壓力，以及附著的電纜和電氣分布網(wǎng)絡(luò)上的電動(dòng)壓力，從而延展了系統(tǒng)的使用期限。
[0033]軟啟動(dòng)機(jī)構(gòu)由機(jī)械或電氣設(shè)備或二者的結(jié)合組成。例如，機(jī)械軟啟動(dòng)器可以包括離合器(clutch)和多種使用流體、磁力、或鋼丸(steel shot)傳送扭矩的親合件，類似于其他形式的轉(zhuǎn)矩限制器。電軟啟動(dòng)器可以是通過(guò)臨時(shí)減少電壓或電流輸入來(lái)減小轉(zhuǎn)矩的任何控制系統(tǒng)，或者臨時(shí)改變電機(jī)在電路中如何連接的設(shè)備。例如，電軟啟動(dòng)器可以使用固態(tài)設(shè)備來(lái)控制電流并從而控制施加到電機(jī)的電壓。電軟啟動(dòng)器可以與施加到電機(jī)的線電壓串行連接。描述的各種實(shí)施例中的每個(gè)實(shí)施例還可以包括電機(jī)的軟啟動(dòng)機(jī)構(gòu)。描述的每個(gè)電機(jī)可以包括有刷或無(wú)刷DC電機(jī)。
[0034]電池組可以被配置成具有各種直流電壓水平(例如12伏特、18伏特、24伏特、或28伏特)。在示出的實(shí)施例中，電池組是18伏特電池組。在其他實(shí)施例中，電池組的容量可以不同。例如，電池組可以是12伏特電池組、28伏特電池組、40伏特電池組、或另一個(gè)電壓的電池組。在示例中，電池組可以包括一個(gè)或多個(gè)鋰離子(L1-1on)