专利名称：电动工具与电池包的组合的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电动工具与电池包的组合。
背景技术：
近年来，随着电池材料技术的发展，电池的容量已被大幅度的提升，其应用范围也 已经从一些小功率的电子类电气装置而延伸到一些大功率的动力类电气装置，如电动工具 等。这样，采用了高倍率电池的电动工具可以摆脱线缆的束缚而可随时、随地地使用。为提 高利用率，这些电池通常采用的是可充电电池，如镍镉(Nickel-cadmium，NiCd)电池、镍氢 (Nickel-Metal Hydride, NiMH)电池、锂离子(Lithium-ion, L-ion)电池等。上述类型的电池在和无绳类电气装置配合工作时，是处于一个放电状态，电池放 电时，当电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值(终止电压)时，还继续放电就 可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，从而会使电池的容量产生 明显减少。因此，在这些无绳类电气装置设计时，都会考虑采用硬件或硬件与软件的结合来 对电池包进行过放保护，但通常其本身设计要求以及设计和制造成本都非常高。US7270910B2中描述了一种可再充电的电池单元，可连接到由电池驱动的电动装 置，对该装置提供电能。在电池单元中设置有检测电路及控制电路，检测电路用于检测电池 单元的放电电流及电池包的温度，检测装置将检测到的电流或温度信号传送给控制装置， 控制装置根据此两个电气信号，控制电池包对电动装置电能的提供。在该方案中，电池包内 既包含检测装置，同时包含控制装置，即设置于电池包内的线路板不仅具有检测功能，同时 具有对电池包放电进行控制的功能，因此电池包的设计结构复杂，电池包的设计成本高。CN100340045C中描述了一种电动工具与电池包的组合，其中电池包具有一个检测 装置，该检测装置用于检测电池包的至少一个工作参数，如放电电流、电池包温度、电池电 压等，电动工具具有一个控制装置，该控制装置根据由电池包的检测装置输出的检测信号 控制电池包的放电。在该方案中，具有检测功能的检测装置及具有控制功能的控制装置分 别设置于电池包及电动工具中，电池包中仅具有检测功能的检测装置，相较于检测装置及 控制装置均设置在电池包内的方案，该方案电池包的设计明显简化，电池包的设计成本随 之降低。但该方案中，所有检测装置检测到的信号都需在电池包内进行初步处理，然后再 通过一个统一的信号端口输送给控制装置，由此增加了检测信号在电池包内的信号处理设 计，电池包的设计结构较为复杂，设计成本也较高。在上述方案中，电池包的设计结构均较为复杂，设计成本也相应较高，且在产品销 售过程中，一般为一个电动工具配置两个电池包，若电池包的设计结构复杂、设计成本高， 必然会增加总体成本，因此需要一种设计结构更简单，成本更低廉的电池包。
实用新型内容本实用新型提供一种电动工具和电池包的组合，电池包的设计结构进一步简化， 设计成本进一步降低。[0008]为实现上述目的，本实用新型的技术方案是一种电动工具与电池包的组合，包括电池包，其包括壳体，若干电池，收容在所述壳体内，第一检测装置，与所述电池电性连接，用于检测单节电池的电压，并相应地生成状态信号，第二检测装置，设置在所述壳体内，用于检测所述电池包的温度，并相应地生成温度信号，若干第一导电端子，设置于所述壳体上，电动工具，其包括机壳，电机，设置在所述机壳内， 控制装置，用于接收所述状态信号及温度信号，并根据所述状态或温度信号，控制所述电机的运转，若干第二导电端子，与所述控制装置电性连接，设置于所述机壳上，其中，所述若干第一导电端子包括与所述第一检测装置电性连接的第一状态指示 端子及与所述第二检测装置电性连接的第一温度指示端子，所述若干第二导电端子包括与 所述第一状态指示端子电性连接的第二状态指示端子及与所述第一温度指示端子电性连 接的第二温度指示端子。优选地，所述电池包温度高于预设温度值时，所述控制装置切断所述电池包流向 所述电机的电流。优选地，所述预设温度值为65°C。优选地，所述状态信号包括状态正常信号或状态异常信号，所述控制装置接收到 状态异常信号时，切断所述电池包流向所述电机的电流。优选地，所述电池包内任意一节电池的电压低于预设电压值时，所述第一检测装 置生成状态异常信号。优选地，预设电压值为单节电池额定电压的80 %。优选地，所述第一检测装置包含处理器。优选地，所述控制装置包含开关晶体管， 所述控制装置控制所述开关晶体管断开时，切断所述电池包流向所述电机的电流。与现有技术相比，本实用新型中在电池包和电动工具内均设有电子控制组件，可 分别用来监测电池包状态以及对电池包实行保护控制，且电池包内的检测装置分开设置， 一部分检测装置的检测信号在电池包内进行初步处理，一部分检测装置的检测信号不在电 池包内作任何处理，相对于所有检测均在电池包内初步处理的方案，这种设计的要求相对 而言进一步被简化，同时成本也相应地降低。
以下结合附图和实施方式对本实用新型作进一步说明。
图1是本实用新型具体实施方式
中电池包插接到电动工具后工作的电路框图。图2是本实用新型具体实施方式
中电池包的工作流程框图。图3是本实用新型具体实施方式
中电动工具对电池包实现过放保护的工作流程框图。
具体实施方式本实用新型旨在揭示一种新的电池包过放的保护方式，通过无绳电气装置与电池 包的共同配合来避免电池包过放，以下以锂离子电池包和无绳电动工具为例结合图1至图 3对具体实施方式
进行说明。需要说明的是，锂离子电池包只是一个较佳的实施例，除锂离 子电池包外，也可为镍氢(Ni-MH)或镍镉(Ni-Cd)电池包，同时这里所说的锂离子电池是负 极材料为锂元素的可充电电池的总称，依据正极材料的不同，其可构成许多体系，如“锂锰” 电池，“锂铁”电池等。图1是电池包10插接到电动工具20后工作的电路原理框图。本领域的普通技术 人员易于理解的是，电池包10、电动工具20内都设置有印刷电路板，而图中所示的由若干 电子元器件组成的电子控制组件设置在相应电路板上，并通过电路板上的电路使这些电子 元器件相互电性连接。如图1所示，电池包10包括有电池组11、第一检测装置12、第二检测装置13、以及
若干导电端子。在本实施方式中，电池组11由五节串联的锂离子电池11组成，其中每节电池的额 定电压为3. 6伏(V)。当然，在其他实施方式中，根据不同的工况需求，电池的类型、节数、以 及设置方式也可视具体情况而不同。如电池组11可以由十节额定电压为3. 2伏的锂铁电 池组成，这十节电池分两排并列设置，且每排由五节电池串联而成。此外，由于电池的特性 不同，其对应的放电电压下限VI、放电温度上限Tl都会相应有所不同。第一检测装置12与电池组11的各个电池电性连接，用来检测单节电池的电压 数据，并通过这些数据来判断电池包的工作状态。该第一检测装置12可以是由实现各相 应功能的元器件组成的逻辑电路，也可以是集成有程序、指令的微处理器。在本实施方式 中，第一检测装置12包含处理器，通常该处理器内包括有微处理模块(MCU)、只读存储器 (ROM)模块、随机存储器(RAM)模块、数字/模拟转换单元(A/D converter)模块、计时器 (timer) 221模块、输入/输出端口(I/O port)模块等，由于这些模块的功能及其工作原理 都为本领域的普通技术人员所熟识，所以申请人在此不再予以赘述。需要注意的是，在本实 施方式中，每节电池11的电压都会被第一检测装置12检测到，相比仅检测某一节电池的电 压或某几节电池的电压或整个电池包的总体电压的方案，可有效避免因为电池的一致性差 异而导致某一节电池出现过度放电的情形。在具体实施中，每节电池11的电压模拟信号通 过第一检测装置12的输入端口输入，并且由模拟/数字转换模块转换成数字信号，而后由 微处理模块执行相应的程序来判断每一节电池是否被过放。在本实施方式中，第二检测装置13为热敏电阻，其被粘附在电池的表面，优选的 实施方式，第二检测装置13被设置在电池组11内温度最高的区域，这样可以确保所有电池 不会因为过温而受到损坏，并且，第二检测装置13设置的区域最好与外部气流隔绝，如此 可以确保检测到电池组11的温度值比较准确。通过这种设置，当电池的温度发生变化时， 第二检测装置13的阻值也相应发生变化，并通过导电端子将该温度变化传递给电动工具 20。在本实施方式中，电池包10的导电端子包括与电池组11的正、负极相应电性连接的第一正极端子(B+) 15和第一负极端子(B-) 19，与电池包第一检测装置12的相应输入端 口连接的第一电源端子(Vcc) 16，与电池包第一检测装置12的相应输出端口连接用来输出 表示电池包工作状态指示信号的第一状态指示端子(BH) 17，以及与第二检测装置13电性 连接的第一温度指示端子(NTC) 18。如图1所示，电动工具20包括电机21、电机控制单元22、直流电源转换模块 (DC-DC) 24、电机控制开关201、扳机开关202、以及若干导电端子。其中，电动工具20的导电端子包括与电池包10的第一正极端子(B+) 15电性接 触的第二正极端子(B+) 25，与电池包10的第一负极端子(B-)19电性接触的第二负极端子 (B-)29，与电池包10的第一电源端子(Vcc) 16电性接触的第二电源端子(Vcc)26，与电池包 10的第一状态指示端子(BH) 17电性接触的第二状态指示端子(BH) 27，以及与电池包10的 第一温度指示端子(NTC)IS电性接触的第二温度指示端子(NTC) 28。在本实施方式中，电机控制单元22与第二状态指示端子(BH) 27及第二温度指示 端子(NTC) 28连接，用于控制电机21的运转。电机控制单元22可以是由实现各相应功能 的元器件组成的逻辑电路，也可以是集成有程序、指令的微处理器。在本实 施方式中，电机 控制单元22为逻辑电路。电机控制单元22通过第二状态指示端子27、第一状态指示端子 17获取第一检测装置12检测到的电池包10的状态信号，并且通过第二状态指示端子28、 第一状态指示端子18获取第二检测装置13检测到的电池包10的温度信号。电机控制单 元22通过接收到的电池包状态信号及温度信号控制电机21的运转。在本实施方式中，直流电源转换模块24是DC-DC转换模块，用于将来自电池组11 的高压且不稳定的直流电源转换为供电池包10的第一检测装置12、电动工具20的电机控 制单元22使用的低压且稳定的直流电源。该直流电源转换模块24设置在第二正极端子25 与第二负极端子29之间，且在第二正极端子25与直流电源转换模块24之间设置有一扳机 开关202，该扳机开关202可人手操作地设置在电动工具20上。在电池包10与电动工具20 插接，按下扳机开关202后，电源转换模块24可与电池组11组成电性回路。电源转换模块 24经扳机开关202、第二正极端子25及第一正极端子15从电池组11获得高压且不稳定的 直流电源，经电源转换模块24转换后变为低压稳定的直流电源，该低压稳定的直流电源经 电动工具20内部的电性连接给电机控制装置22提供电力，同时经过第二电源端子26及第 一电源端子16给电池包10内的第一检测装置12提供电力。该在本实施方式中，虽然还是 由电池组为电池包及电动工具内的电子元器件提供电力，但是需要将电池包插接到电动工 具并开始工作(合上扳机开关202)后，该电力才可供应。也就是说，电池包在存储(未插 接)或待机(扳机开关202未闭合)状态下，电池包及电动工具内的电子元器件并不能得 到电力供应，从而有效避免电池包及电动工具内的电子元器件不必要地消耗电力。电动工具20内还设置有一个电机控制开关201，该电机控制开关201与电机21 串联设置，且与电机控制单元22电性连接。电机控制单元22根据电池组11的状态可选 择性地控制电机控制开关201的开通或关断。同样，电机控制开关201也可采用本领域 技术人员所熟知的半导体开关，如采用MOSFET(Metallic Oxide Semiconductor Field Effecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管金属氧化物半导体)，这样可以通过 MOSFET高频通断的特性来有效地控制控制电机21的运行。以下结合图2及图3详细说明，电动工具与电池包的配合实现电池包在放电过程中的过放保护过程。当电池包10插接到电动工具20上并闭合扳机开关202后，电池组11的电流经第 一、第二正极端子(B+)传递到扳机开关202，再经扳机开关202传递给直流恒压电源24，随 后直流恒压电源24开始工作。电池组11的电源经直流恒压电源24转换后依次通过第二 电源端子26、第一电源端子16将电流传递给电池包10内的第一检测装置12，同时经电动 工具20内部的电路传递给电机控制单元22，从而第一检测装置12及电机控制单元22开始 工作。如图2所示，第一检测装置12开始工作(步骤401)后，检测并获得电池组10中 每节电池的电压值Vc (步骤402)。随后，第一检测装置12进一步判断电池的电压Vc是否 处在放电状态下的正常范围内。首先，判断电池电压Vc是否小于等于放电电压下限Vl (步 骤405)。由于电池组11中各电池的一致性可能不是很好，所以各电池电压Vc可能不是完 全相同，因此在本实施方式中，为确保可靠性，取其中最小的电压值进行比较，这样可确保 所有的电池都不会产生过放的情形。一般而言，Vl设置为低于单节电池额定电压的80%， 在本实施方式中，由于采用的是锂锰特性的电池，放电电压下限Vl取低于锂锰电池额定电 压3. 6V的80%，即低于2. 88V，优选地取Vl为2. 5伏(V)。当判断Vc彡2. 5V时，表明电池 包已经达到过放的状态，此时，置位BH端口为低电平(步骤411)，即第一检测装置12输出 到第一状态指示端子(BH) 17的信号为低电平信号，表示目前电池包的工作状态处于异常； 当判断Vc > 2. 5V时，表明电池包还未过放，所以，置位BH端口为高电平信号(步骤407)， 即第一检测装置12输出到第一状态指示端子(BH) 17的信号为高电平信号，表示目前电池 包的工作状态处于正常，而后，再回到步骤405进 行单节电池电压的循环判断。需要说明的 是，也可以用高电平信号表示电池包工作状态异常，低电平信号表示电池包工作状态正常。如图3所示，电机控制单元22开始工作(步骤501)后，检测BH端口信号(步骤 502)，即通过第二状态指示端子(BH) 27、第一状态指示端子(BH) 17获取第一检测装置12输 出的电池包10的状态指示信号。随即转入下一步，判断BH信号是高电平信号还是低电平 信号(步骤503)。如果判断是低电平信号，则转至步骤507断开放电回路，即电机控制单元 22控制电机控制开关201处于断开状态，电机21停止工作。当判断BH端口信号为高电平 信号时，电机控制单元22就进一步检测电池温度Tb (步骤504)，并判断电池组11的工作 温度是否已经过高，一般而言，电池包放电过程中的温度达到65°C即认为电池温度过高，需 要保护，为充分利用电池的能量，在本实施方式中，电池包工作温度上限为75°C。电机控制 单元22根据设定的75°C判断电池包10的温度是否大于75V (步骤505)。当判断Tb > 75°C时，表明电池组11工作温度过高，则转至步骤507断开放电回路，即电机控制单元22 控制电机控制开关201处于断开状态，电机21停止工作；当判断Tb ( 75°C时，表明电池组 11工作温度处于正常范围，则转至步骤506接通放电回路，即电机控制单元22控制电机控 制开关201处于闭合状态，从而，电机21开始正常运转，同时电机控制单元22的工作逻辑 转至步骤502，开始循环检测电池包的状态指示信号及温度指示信号，一旦出现上述任何状 态或温度的异常情况，即通过电机控制装置22控制电机控制开关201处于断开状态，从而 控制电机21停止工作。本实用新型中，电池包10分别通过两个检测装置检测电压及温度，为避免与电动 工具20连接的复杂性，第一检测装置12的检测信号在电池包10内部进行初步的信号处理后，传递给电动工具20 ；而第二检测装置13的信号，考虑到简化电池包结构，降低电池包成 本，未在电池包10内做任何处理，直接将信号传递给电动工具20。电动工具20根据该第 一 检测装置12及第二检测装置13的信号来执行相应的控制。通过这种设置，既可以有效保 护电池，同时降低了电池包和的设计和制造成本。
权利要求一种电动工具与电池包的组合，包括电池包，其包括壳体，若干电池，收容在所述壳体内，第一检测装置，与所述电池电性连接，用于检测单节电池的电压，并相应地生成状态信号，第二检测装置，设置在所述壳体内，用于检测所述电池包的温度，并相应地生成温度信号，若干第一导电端子，设置于所述壳体上，电动工具，其包括机壳，电机，设置在所述机壳内，控制装置，用于接收所述状态信号及温度信号，并根据所述状态或温度信号，控制所述电机的运转，若干第二导电端子，与所述控制装置电性连接，设置于所述机壳上，其特征在于所述若干第一导电端子包括与所述第一检测装置电性连接的第一状态指示端子及与所述第二检测装置电性连接的第一温度指示端子，所述若干第二导电端子包括与所述第一状态指示端子电性连接的第二状态指示端子及与所述第一温度指示端子电性连接的第二温度指示端子。
2.根据权利要求1所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于所述电池包温度高 于预设温度值时，所述控制装置切断所述电池包流向所述电机的电流。
3.根据权利要求2所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于所述预设温度值为 65 °C。
4.根据权利要求1所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于所述状态信号包括 状态正常信号或状态异常信号，所述控制装置接收到状态异常信号时，切断所述电池包流 向所述电机的电流。
5.根据权利要求4所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于所述电池包内任意 一节电池的电压低于预设电压值时，所述第一检测装置生成状态异常信号。
6.根据权利要求5所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于预设电压值为单节 电池额定电压的80%。
7.根据权利要求6所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于所述第一检测装置 包含处理器。
8.根据权利要求3或7所述的电动工具与电池包的组合，其特征在于所述控制装置 包含开关晶体管，所述控制装置控制所述开关晶体管断开时，切断所述电池包流向所述电 机的电流。
专利摘要本实用新型涉及一种电动工具与电池包的组合。该电动工具与电池包的组合包括电动工具及电池包，其电池包内包括第一检测装置及第二检测装置，其电动工具内设置有控制装置，第一检测装置和第二检测装置分别用于检测电池包的单节电池电压及电池包温度，第一检测装置的信号在电池包内做初步处理后，通过导电端子传递给电动工具内的控制装置，第二检测装置的信号，在电池包内不做任何处理，直接通过另一导电端子传递给电动工具内的控制装置，该控制装置根据第一检测装置及第二检测装置的信号对电池包实现过放保护，通过这种设计，可以简化电池包结构，降低电池包设计成本。
文档编号H01M10/48GK201609889SQ20102000297
公开日2010年10月20日 申请日期2010年1月16日 优先权日2010年1月16日
发明者周昶, 田角峰 申请人:苏州宝时得电动工具有限公司