專利名稱：電動工具和電池包的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動工具和電池包，能夠防止過電流在蓄電池(secondary battery)中流動。
背景技術：
傳統地，鋰離子蓄電池被廣泛地用作驅動無繩電動工具(下面稱為“電動工具”)的蓄電池，該電動工具需要大量電能。然而，如果過電流在蓄電池中流動，則鋰離子蓄電池的、電池壽命變得特別短。針對這一影響，提出了如下電池包其基于在電動工具的蓄電池中流動的電流檢測過電流的發生，并且當檢測到過電流的發生時禁止向電動工具提供電能(參見例如公開的日本專利申請公開號)。

發明內容
技術問題本發明的目的在于提供一種電動工具和電池包，其能夠防止過電流在蓄電池中流動而不用檢測電流。技術方案為了實現上述和其他目的，本發明提供了一種電動工具，可連接至包括蓄電池的電池包。該電動工具包括馬達，由從蓄電池提供的電能驅動；和禁止單元，基于蓄電池的電壓的下降量禁止向馬達提供電能。通過該配置，可以在不檢測電流的情況下防止過電流在蓄電池中流動。優選地，當下降量超過第一閾值時，禁止單元禁止向馬達提供電能。優選地，第一閾值依賴于蓄電池的溫度和蓄電池的容量中的至少一個。通過該配置，可以更恰當地防止過電流在蓄電池中流動。優選地，電動工具還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能。一旦禁止向馬達提供電能，則禁止單元持續禁止向馬達提供電能直到打開觸發器開關。通過該配置，可以防止在短的時間周期內重復地允許和禁止對馬達提供電能。優選地，電動工具還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能。禁止單元在自從觸發器開關已經被閉合的每個預定周期時檢測下降量，所述預定周期被設置為使得禁止單元沒有檢測到由于起始電流發生的下降量的值。通過該配置，可以防止在馬達的開始時間禁止對馬達提供電能。優選地，通過斷開在蓄電池和馬達之間的電流路徑上布置的開關單元，禁止單元禁止向馬達提供電能。通過該配置，可以可靠地切斷對馬達提供電能。優選地，蓄電池是鋰離子蓄電池。通過該配置，對于鋰離子蓄電池，可以更有效地防止過電流。優選地，當下降量超過第一閾值和當蓄電池的容量降低到過放電的第二閾值之下的至少一個的時候，禁止單元禁止向馬達提供電能。通過該配置，可以更有效地抑制蓄電池的電池壽命的減少。本發明的另一個方面提供了一種電池包，可連接至包括馬達的電動工具。該電池包包括蓄電池，向馬達提供電能以驅動馬達；和禁止單元，基于蓄電池的電壓的下降量禁止向馬達提供電能。 通過該配置，可以在不檢測電流的情況下防止過電流在蓄電池中流動。優選地，當下降量超過第一閾值時，禁止單元禁止向馬達提供電能。優選地，第一閾值依賴于蓄電池的溫度和蓄電池的容量中的至少一個。通過該配置，可以更恰當地防止過電流在蓄電池中流動。優選地，電動工具還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能。一旦禁止向馬達提供電能，禁止單元持續禁止向馬達提供電能直到打開觸發器開關。通過該配置，可以防止在短的時間周期內重復地允許和禁止對馬達提供電能。優選地，電動工具還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能。禁止單元在自從觸發器開關已經被閉合的每個預定周期時檢測下降量，所述預定周期被設置為使得禁止單元沒有檢測到由于起始電流發生的下降量的值。通過該配置，可以防止在馬達的開始時間禁止對馬達提供電能。優選地，通過斷開在蓄電池和馬達之間的電流路徑上布置的開關單元，禁止單元禁止向馬達提供電能。通過該配置，可以可靠地切斷對馬達提供電能。優選地，蓄電池是鋰離子蓄電池。通過該配置，對于鋰離子蓄電池，可以更有效地防止過電流。優選地，當下降量超過第一閾值和當蓄電池的容量降低到過放電的第二閾值之下的至少一個的時候，禁止單元禁止向馬達提供電能。通過該配置，可以更有效地抑制蓄電池的電池壽命的減少。有益效果根據本發明的電動工具和電池包，可以防止過電流在蓄電池中流動而不用檢測電流，由此抑制蓄電池壽命的減少。


圖I是根據本發明的第一實施例的電動工具和電池包的總體概況；圖2是根據第一實施例的電動工具和電池包的示意性電路圖；圖3是說明根據第一實施例的禁止供電確定的流程圖；圖4是說明當執行根據第一實施例的禁止供電確定時每個電池芯中的電壓和電流的變化的視圖；圖5是示出在根據第一實施例的禁止供電單元中存儲的表的例子的視圖；圖6 (a)是示出當觸發器開關在電池包連接至電動工具的閉合狀態時觸發器開關打開和閉合的定時的時間圖；圖6 (b)是示出與圖6 Ca)相一致的圖2的節點A、B和C處的電壓VA、VB和VC中的變化的時間圖6 (c)是示出與圖6 Ca)相一致的每個電池芯中流過的電流的時間圖；圖7 Ca)是示出觸發器開關打開和閉合的定時的時間圖；圖7 (b)是示出與圖7 (a)相一致的當在觸發器開關閉合的狀態下電池包連接至電動工具時，圖2的節點A和B處電壓VA和VB中的變化的時間圖；圖8是說明根據本發明的第二實施例的禁止供電確定的流程圖；圖9是說明當執行根據第二實施例的禁止供電確定時在每個電池芯中的電壓和電流的變化的視圖；圖10是說明根據第一實施例的變形在禁止供電確定時電壓和電流的變化的視圖；和圖11是說明根據第一實施例的變形的禁止供電確定的流程圖。 附圖標記的說明I電動工具2 馬達31觸發器開關41主電流開關電路41OFET42主電流關閉維持電路5電池包51 電池533禁止供電部
具體實施例方式下面參考附圖1-7描述根據本發明的第一實施例的電動工具I和電池包5。圖I是根據第一實施例的電動工具I和電池包5的概況圖。圖2是根據第一實施例的電動工具I和電池包5的示意性電路圖。如圖2所示，電動工具I和電池包5通過正端子54、負端子55和禁止信號輸出端子56可拆卸地彼此連接。注意當電池包5被充電時，電池包5通過正端子54、負端子55和過充電輸出端子57連接至充電器(未顯示)。首先將描述電動工具I的電氣配置。電動工具I (例如驅動器鉆機)包括馬達2、開關單元3和控制器4，如圖2所示。馬達2通過開關單元3和控制器4連接至正端子54和負端子55之間。開關單元3包括觸發器開關31和前向反轉開關32。觸發器開關31連接至馬達2和正端子54之間。觸發器開關31根據用戶的操作而打開/閉合。前向反轉開關32用于改變馬達2的旋轉方向。當電池包5 (例如完全充電的電池包5)連接至電動工具1，電壓被施加到正端子54和負端子55之間。當觸發器開關31閉合時，通過控制器4在電池包5和馬達2之間形成閉合電路，由此電壓可以施加至馬達2。由此，馬達2被驅動以操作連接至馬達2的鉆頭(未顯示)。當從電池包5的禁止信號輸出端子56接收到指示禁止供電的信號時，控制器4切斷閉合電路以停止驅動馬達2。下面將描述控制器4的具體配置。
下面將描述電池包5的配置。如圖2所示，電池包5包括蓄電池51、電熱調節器52、電池保護IC 53和剩余容量檢測單元59。電池保護IC 53可以是微計算機。電池51配置有四個電池芯510 (蓄電池)，各個電池芯510在正端子54和負端子55之間串行連接。在本實施例中，每個電池芯510是具有3. 6V的額定電壓的鋰離子蓄電池。由于電池51具有串行連接的3. 6V的四個電池芯510，因此電池51具有14. 4V的電池電壓。電熱調節器52被布置為與電池51鄰近，從而輸出指示電池51的溫度(電池溫度T)的信號。作為變形，并行連接的兩個電池51可以在正端子54和負端子55之間連接，從而獲得較大的容量。可選地，作為電池51，可以連接比四個電池芯510更多或更少的電池芯。電池保護IC 53包括電壓檢測部530、過充電檢測部531、過放電檢測部532、禁止供電部533和開關58。在電池保護IC 53是微計算機的情況下，微計算機的CPU用作電壓檢測部530、過充電檢測部531、過放電檢測部532和禁止供電部533。電壓檢測部530檢測各個電池芯510的電壓并且將檢測到的電壓輸出給過充電檢測部531、過放電檢測部532和禁止供電部533。如果電池芯510的電壓中的任一個電壓在 電池芯510充電期間超過預定值(過充電閾值)，則過充電檢測部531確定發生了過電壓，并且通過過充電輸出端子57輸出指示充電結束的信號給充電器。如果電池芯510的電壓中的任一個電壓降至規定值(在圖4中的過放電閾值Vth)以下，則過放電檢測部532確定發生了過放電，并且輸出閉合信號來閉合開關58 (使得開關58為0N)。禁止供電部533基于電壓檢測部530檢測的每個電池芯510的電壓來計算每個采樣時間T2 (稍后描述)的每個電池芯510的電壓降數量AV。禁止供電部533基于計算的電壓降數量AV來確定是否禁止對馬達2的供電。更具體地，禁止供電部533存儲表533a(見圖5)，該表示出了與電熱調節器52檢測的電池溫度T和剩余電池容量C (稍后描述)相對應的參考電壓(閾值α )。禁止供電部533通過比較電壓降數量AV和與電池溫度T和剩余電池容量C相對應的參考電壓(閾值α )來確定是否禁止供電。如果禁止供電部533確定不應該將電能供應給馬達2，則禁止供電部533輸出閉合信號來閉合開關58 (使得開關58為0Ν)。下面將詳細描述禁止供電的確定。表533a不能被存儲在禁止供電部533，而應該存儲在存儲單元(未顯示)，例如存儲器中。此外，參考電壓(閾值α )可以對應于電池溫度T和剩余電池容量C中的至少一個。當響應于來自過放電檢測部532或禁止供電部533的閉合信號而閉合開關58時，禁止信號輸出端子56連接至地線。由此，用于禁止供電的OV (Lo信號)通過禁止信號輸出端子56被輸出給控制器4 (稍后描述)的FET 410的柵極。如圖I所示,剩余容量檢測單元59包括剩余容量確認按鈕59a和剩余容量顯示部59b。剩余容量顯示部59b通過點亮LED在用戶按下剩余容量確認按鈕59a的時候顯示電池51的剩余容量。這本實施例中，當剩余電池容量是大的時候，點亮三個LED，當剩余電池容量是中等的時候，點亮兩個LED，并且當剩余電池容量是小的時候，點亮一個LED。當按壓剩余容量確認按鈕59a時，剩余容量檢測單元59存儲電池51的剩余容量(剩余電池容量C)，并且當禁止供電部533執行禁止供電確定時向禁止供電部533輸出指示剩余電池容量C的信號。剩余電池容量C可以替代地存儲在存儲單元(未顯示)，例如存儲器中。下面將參考圖3和4具體描述根據第一實施例進行禁止供電確定的處理。圖3是說明禁止供電確定的流程圖。圖4是說明當執行禁止供電確定時每個電池芯510中電壓和電流的變化的視圖。當用戶按下(閉合)觸發器開關31時，開始圖3的流程圖。當閉合觸發器開關31時，在SlOl中，禁止供電部533將原來的電池電壓Vin-I設置為OV作為初始設置。當經過預定采樣時間Tl時(S102:是)，在S103中，禁止供電部533從電壓檢測部530獲得每個電池芯510的當前電池電壓Vin (tl)。如圖4所示，當閉合觸發器開關31時，大的起始電流瞬態地流入每個電池芯510中，這引起了每個電池芯510的巨大的電壓降(在圖4中的區域B)。在本實施例中，采樣時間Tl被設置為使得下降了巨大的電壓降之后經過采樣時間Tl以便忽略該巨大的電壓降的值。隨后，在S104中，禁止供電部533確定當前電池電壓Vin (tl)是否小于原來的電池電壓Vin-I，S卩，當前的電池電壓Vin (tl)是否已經從原來的電池電壓Vin-I被減小。當當前的電池電壓Vin (tl)大于或等于原來的電池電壓Vin-I時，這意味著電
池電壓沒有減小(S104:否)，假設鉆頭對于工件不工作(即，未加載(空閑)狀態)。由此，在S105中，禁止供電部533將原來的電池電壓Vin-I復位到當前的電池電壓Vin (tl)，并且返回S102。注意，因為原來的電池電壓Vin-I在SlOl被設置為0V，禁止供電部533總是在第一次執行S104時在S104中做出否(NO)的確定。當當前的電池電壓Vin (tl)小于原來的電池電壓Vin-I時，這意味著電池電壓已經被減小(S104:是)，假設鉆頭對于該工件工作(B卩，加載的狀態)(在圖4中的區域C)。由此，禁止供電部533隨后確定是否正在發生過負載(過電流)。當自從在S104中確定為“是(YES)”后已經經過預定采樣時間T2時(S106:是)，在S107中，禁止供電部533從電壓檢測部530獲得每個電池芯510的當前電池電壓Vin(t2)，從電熱調節器52獲得電池溫度Tin，并且從剩余容量檢測單元59獲得剩余電池容量C。采樣時間T2被設置為比采樣時間Tl更短的值，從而準確地檢測電池電壓。在S108中，禁止供電部533從表533a獲得與獲得的電池溫度Tin和獲得的剩余電池容量C相對應的參考電壓(閾值α (Τ))。在S109中，禁止供電部533確定在采樣時間Τ2過程中電壓降的數量M (原來的電池電壓Vin-I和當前的電池電壓Vin (t2)之間的電勢差)是否大于閾值a (T)0當電壓降的數量AV小于或等于閾值a (T)時(S109:否)，禁止供電部533確定鉆頭對于工件工作(加載狀態)，但是沒有發生過負載(過電流)(在圖4中的區域C)。在Slll中，禁止供電部533將原來的電池電壓Vin-I復位到當前的電池電壓Vin (t2)，并且返回到S106。另一方面，當電壓降數量AV大于閾值a (T)時(S109 :是)，假設正在發生過負載(過電流)(在圖4中的區域D)。由此，在SllO中，禁止供電部533輸出閉合信號以閉合開關58。作為響應，OV (Lo信號)通過禁止信號輸出端子56被輸出給FET 410的柵極。作為結果，FET 410變為關(0FF)，停止對馬達2供電。如上所述，本實施例的電動工具I和電池包5能夠通過檢測每個電池芯510的電壓降數量Λ V，從而防止過電流在每個電池芯510中流動，而無需檢測在每個電池芯510中流動的電流。由此，可以抑制每個電池芯510的使用壽命的減少。這里，假設電動工具I被體現為用于將螺絲緊固到工件上的驅動器鉆機。將參考圖4作為本實施例的示例例子來描述這個例子中每個電池芯510的電池電壓和每個電池芯510中流動的電流之間的關系。當沒有閉合觸發器開關31時，電池電壓不減小并且電流不流動(在圖4中的區域A)。在觸發器開關31閉合的時刻(馬達2—開始就閉合觸發器開關31)，大的電流在閉合電路流動(圖4中的時間tO)，這引起電池電壓顯著下降。在當前實施例中，因為采樣時間Tl是使得下降了巨大的電壓降之后經過采樣時間Tl的值，這防止馬達2在起始時間停止旋轉(在圖4中的區域B)。以這種方式，在區域B中，執行圖3的流程圖中從SlOl到S105的處理。當電動工具I (驅動器工具)開始緊固螺絲時，產生負載。只要在恒定的負載下繼續緊固，則由于負載，在每個電池芯510中流動的電流逐漸增加并且電池電壓逐漸降低(在圖4中的區域C)。禁止供電部533繼續比較當前(最新)的電池電壓和原來的(最后一次檢測的)電池電壓(在圖4中的區域C)。以這種方式，在區域C中，執行圖3的流程圖中從S106到S109和Slll的處理。當完成螺絲的緊固時(在圖4中的時間ta)，負載顯著增大(在圖4中的區域D)。結果，電流快速地增大同時電池電壓顯著降低。如果在采樣時間T2的過程中電壓降數量AV 大于與時間tb的電池溫度Tin和剩余電池容量C對應的閾值a (T),則立即終止放電(在圖4中的時間tb)。以這種方式，在區域D中，執行圖3的流程圖中SllO的處理。當打開觸發器開關31時，圖3的流程圖也在這個時候結束。此外，電壓檢測部530總是監測電池電壓(每個電池芯510的電壓)。如果檢測到電池芯510中的任一個的電池電壓變得小于規定的過放電閾值Vth，則假設當前正在發生過放電。由此，過放電檢測部532輸出閉合信號以在圖3的流程圖過程中的任意時刻閉合開關58，從而停止放電。該配置有助于抑制由于過放電引起的每個電池芯510的使用壽命的減少。基于電池51作為整體的電壓而不是每個電池芯510的電壓,或者基于每個電池芯510的電壓和電池51的電壓二者來進行關于禁止供電和過放電的確定。圖5是示出禁止供電部533中存儲的表533a的例子的視圖。在本實施例中，基于未加載(空閑)狀態下原來的電池電壓Vin-I和當前的電池電壓Vin (t2)之間的電壓降數量ΛV來做出禁止供電的決定。然而，通常在恒定電池溫度下，剩余電池容量C越大，電壓降數量AV越小。由此，根據本實施例的表533a，用于“大的”剩余電池容量C的數量的閾值α被設置為比“中間”和“小的”剩余電池容量C的數量較小的值，如圖5所示。此外，通常溫度越低，電池芯的內阻越大，由此電壓降數量AV也越大。由此，在本實施例的表533a中，閾值α被設置使得電池溫度Tin越低，閾值α越大的值。根據本實施例，從四種閾值α I到α 4中選擇閾值α。然而，替代地還可以從增加的種類數的閾值中選擇閾值α，用于實現禁止供電的更加準確地執行。可選地，可以排他地基于電池溫度Tin來設置閾值α，因為電壓降數量AV比剩余電池容量C更傾向于依賴于電池溫度Tin。下面參考圖2描述根據第一實施例的電動工具I的控制器4的具體配置。如圖2所示，控制器4包括主電流開關電路41、主電流切斷維持電路42和顯示部43。主電流開關電路41包括場效應晶體管(FET) 410、電阻器411和電容器412。FET410具有連接至馬達2的漏極，連接至禁止信號輸出端子56的柵極和連接至負端子55的源極。電阻器411連接至正端子54和FET 410的柵極之間。電容器412連接在FET 410的柵極和源極之間。FET 410的柵極、電阻器411和電容器412的節點被稱為“節點A”。
當電池包5連接至電動工具I時，電池51的電池電壓通過電阻器411施加到節點A (FET 410的柵極)。由此，當通常將電能從電池包5提供至馬達2時，FET 410變成開(ON)0另一方面，當OV (Lo信號)經過禁止信號輸出端子56被輸入到FET 410的柵極時，FET 410變成關(0FF)，切斷對馬達2的供電。即使當開關58打開(OFF)的時候，主電流切斷保持電路42用于保持FET 410變為關(OFF)。主電流切斷保持電路42包括FET 420、電阻器421、422和電容器423。FET 420具有連接至FET 410的柵極和禁止信號輸出端子56的漏極，以及連接至負端子55的源極。FET 420的柵極通過電阻器421連接至FET 410的漏極，并且還通過并行連接的電阻器422或電容器423連接至負端子55。FET 420的柵極、電阻器422和電容器423的節點被稱為“節點B”。通過電阻器421連接FET 410的漏極和FET 420的柵極的 節點被稱為“節點C”。當在節點B處生成電壓時，FET 420變為開(0N)。當FET 420變為開(ON)時，連接至FET 420的漏極的節點A被連接至負端子55 (地線)。結果，連接至節點A的FET 410的柵極也連接至負端子55，由此FET 410變為關(OFF)。顯示部43包括電阻器430和顯示設備431 (在本實施例中的LED)，電阻器430和顯示設備431在FET 410的漏極和源極之間并行連接。當FET 410變為開(ON)時，即使觸發器開關31閉合，在FET 410的漏極和源極之間也不產生電勢差。由此，連接至FET 410的漏極和源極之間的顯示部43沒有被照明。另一方面，當FET 410在觸發器31閉合的狀態下變成關(0FF)，在FET 410的漏極和源極之間產生電勢差，這使得電流通過電阻器430在顯示設備431中流動，從而照明顯示設備431。通過顯示設備431的照明，用戶可以識別由于過放電或過電流造成電動工具I不能工作。此外，顯示部43還用作剩余容量檢測單元59的剩余容量顯示部59b(圖I)。如果是這種情況，則顯示部43可以選擇性地照明并且使得LED發光(flush)從而通知用戶剩余電池容量C和過放電或過電流的發生。下面將描述具有上述配置的電動工具I和電池包5的操作。首先，參考圖2和圖
6(a)到6 (C)，將描述在電池包5連接至電動工具I的情況下當觸發器開關31閉合時電動工具I和電池包5的操作。圖6 Ca)是示出觸發器開關31閉合和打開的定時的時序圖。圖6 (b)是示出與圖6 Ca)相一致的圖2的節點A、B和C處電壓VA、AB和VC中的每一個的變化的時序圖。圖6 (c)是示出與圖6 (a)相一致的每個電池芯510中流動的電流的時序圖。在圖6 (a)、6 (b)和6 (C)中，時間t0是在觸發器開關31閉合的狀態下通常從電池包5向馬達2供電時的任意時間。如圖6 (c)所示，電流I在時間t0具有值II，但是電流I隨后逐漸增大以在時間tla達到12的過電流值。電池包5的禁止供電部533確定當電壓降數量Λ V超過閾值α時(在圖6 (C)中的時間tl處)應該禁止供電，并且輸出閉合信號以閉合開關58。當開關58閉合時，OV (Lo信號)通過禁止信號輸出端子56被輸入到FET 410的柵極。結果，如圖6 (b)所示，電壓VA (在節點A處的電壓)開始下降(在圖6 (b)中在時間tla)。當電壓VA下降到FET 410的開電壓Vl時(在圖6 (b)中的時間tlb)，FED 410變為關(OFF)。由此停止對馬達2的供電。注意開電壓Vl對于FET 410和FET 420是共同的。當FET 410變為關(OFF)時，電壓VC (在節點C處的電壓)開始增大。在相同的時候，電壓VB (在節點B處的電壓)也開始增大。當電壓VB超過FET 420的開電壓Vl時(在圖6 (b)中的t2)，FET 420變為開(ON)。結果，節點A，即FET 410的柵極連接至負端子55。這里假設電動工具I不具有主電流切斷保持電路42。當自從FET 410變為關(OFF)開始經過了預定時間周期時，解決了過電流狀態。當過電流狀態被解決時，FET 410變為開(ON)以重新開始供電。然而，一旦再次開始供電，將產生另一個過電流狀態，這導致FET 410再次變為關(OFF)。相反地，在具有主電流切斷維持電路42的根據本實施例的電動工具I中，FET 420在FET 410變為關(OFF)的時候變為開(0N)。因為FET 420的漏極連接至FET 410的柵極，因此即使開關58打開，只要觸發器開關31閉合，則OV將被持續地施加到FET 410的柵極。由此，即使在解決了過電流之后FET410也可以保持為變為關(OFF)。結果，繼續停止對馬達2的供電。 當觸發器開關31打開時(在圖6 (a)和6 (b)中的時間t3)，電壓VB開始減小。由于電壓VB開始減小稍后的電容器和電阻器的時間常數，因此電壓VC也開始減小。注意當電壓VB開始減小時的定時和當電壓VC開始減小的定時之差非常小。由此，這些定時可以被看作實質上是相同的。當電壓VB減小到開電壓Vl之下時(在圖6 (b)中的時間t4)，FET 420變為關(OFF)0 一旦FET 420變為關(0FF)，電池電壓就通過電阻器411施加到FET 410的柵極，這引起了電壓VA的增大。當電壓VA超過開電壓Vl時(在圖6 (b)中的時間t8)，FET 410變為開(0N)。當觸發器開關31在這種狀態下閉合時，實現對馬達2的供電。在過放電的情況下，執行與過電流中操作相同的操作。如上所述，根據本實施例的電動工具1，當在觸發器開關31閉合的狀態下FET 410斷開對馬達2的供電時，只要觸發器開關31是閉合的，主電流切斷維持電路42就維持禁止向馬達2供電的狀態。該配置可以防止供電的允許和禁止在短的時間周期內交替重復。在過放電的情況下，主電流切斷維持電路42與在過電流的情況下類似的方式工作。下面參考圖2、7 Ca)和7 (b)來描述當在觸發器開關31閉合的狀態下電池包5連接至電動工具I時電動工具I和電池包5的操作。圖7 (a)是示出在觸發器開關31閉合和打開的定時的時序圖。圖7 (b)是示出與圖7 Ca)相一致的圖2的節點A和B的電壓VA和VB中的每一個的變化的時序圖。在圖7 (a)和7 (b)中，時間to是在觸發器開關31閉合的狀態下將電池包5連接至電動工具I的時間。當電池包5在時間t0連接至電動工具I時，電壓VA開始增大，如圖
7(b)所示。此外，電壓VB也開始增加，如圖7 (b)所示，這是因為FET 410變為關(OFF)。在本實施例中，用于由電阻器411和電容器412配置的電路的時間常數和用于由電阻器421和電容器423配置的電路的時間常數被設置為使得電壓VB增加得比電壓VA更快的值。更具體地，在本實施例中，電阻器411、電容器412、電阻器421和電容器423被分別設置為1ΜΩ、lyF、lkQ和lyF。當電壓VB超過開電壓Vl時(在圖7 (b)中的時間t5)，FET 420變為開(0N)，這使得電壓VA變為0V。由此，OV (Lo信號)被輸入到FET 410的柵極以防止FET 410變為開(ON)。FET 410的關(OFF)狀態被維持直到觸發器開關31打開。當觸發器開關31打開時(在圖7 Ca)中的時間t6)，電容器423的電荷通過電阻422放電。由此，電池電壓不應用于節點B(FET 420的柵極)，這使得電壓VB減小。當電壓VB減小到開電壓Vl之下時(在圖7 (b)中的時間t7)，FET 420變為關(OFF)。當FET 420變為關(OFF)時，電壓VA開始增大。通過該配置，即使電池包5在觸發器開關31閉合的狀態下連接至電動工具1，也可防止對馬達2的供電。由此，防止電池包5 —連接至電動工具1，電動工具I就開始操作。根據本實施例的電動工具I和電池包5,基于每個電池芯510的電壓降的數量來確定是否禁止供電。由此，在不用檢測電流的情況下可防止過電流在電池51中流動，由此抑制了電池51的壽命的減少。此外，根據電池51的電池溫度T和剩余電池容量C來確定閾值α。由此，可以更適當地防止過電流在電池51中流動。此外，即使在觸發器開關31閉合的狀態下由FET 410切斷對馬達2的供電，也可以通過主電流切斷維持電路42來維持對馬達2禁止供電。由此，可以防止在短的時間周期 內重復對供電的允許和禁止。此外，由于鋰離子電池被用作電池芯510，因此可以實現更有效的防止過電流。此外，因為在檢測到過電流的時候立即停止馬達2 (放電)，因此可以抑制蓄電池的電池壽命的減小。此外，在本實施例中，在啟動馬達2的時候(即，當觸發器開關31閉合的時候)巨大的電壓降沒有被確定為過電流。由此，防止在開始操作電動工具I之后立即停止馬達2，這實現了可使用性的增強。下面將參考圖8和9描述根據本發明的第二實施例的做出禁止供電規定確定的處理。在下面的描述中，使用與第一實施例相同的附圖標記表示與第一實施例中類似的部分和部件，從而避免重復的描述。在第一實施例中，當當前的電池電壓Vin (tl)小于原來的電池電壓Vin-I時(圖3的S104:是)，禁止供電部533確定正發生加載的狀態。然而，微小的噪聲通常引起電池電壓下降。在這種情況下，第一實施例的禁止供電部533也確定正在發生加載的狀態。由此，在第二實施例中，當原來的電池電壓Vin和當前的電池電壓Vin-I之間的電勢差大于閾值Va時，禁止供電部533確定正在發生加載的狀態。此外，在第一實施例中，當采樣時間T2過程中的電壓降的數量AV(在原來的電池電壓Vin-I和當前的電池電壓Vin (t2)之間的電勢差)大于閾值a (T)時(圖3的S109 :是)，禁止供電部533確定正在發生過載(過電流)。然而，電壓降數量AV可以根據負載的逐漸增大而逐漸增大。在這種情況下，即使正在發生過載(過電流)，第一實施例的禁止供電部533也不能確定正在發生過載(過電流)。由此，在第二實施例中，當電壓持續下降時，禁止供電部533確定正在發生加載的狀態。圖8是說明根據第二實施例的禁止供電確定的流程圖。圖9是說明當執行根據第二實施例的禁止供電確定時在每個電池芯510中的電壓和電流的變化的視圖。在第一實施例中，與采樣時間Tl不同的時間被用作采樣時間Τ2 (tl>t2)。然而，在第二實施例中，使用單個采樣時間T。更具體地，采樣時間T被設置為如下值由于啟動馬達2的時候(S卩，當觸發器開關31閉合時)的巨大電壓降造成降低的電池電壓恢復到閾值α以上之后經過采樣時間Τ。在圖8的流程圖中，從S201到S203的處理與圖3的流程圖中從SlOl到S103的
處理相同。
在S204’中，禁止供電部533確定當前的電池電壓Vin (t)是否小于原來的電池電壓Vin-1，即當前的電池電壓Vin (t)是否已經從原來的電池電壓Vin-I減小。當當前的電池電壓Vin (t)大于或等于原來的電池電壓Vin-I時，這意味著當前的電池電壓Vin(t)沒有從原來的電池電壓Vin-I減小(S204’ 否)，在S205中，禁止供電部533將原來的電池電壓Vin-I復位到當前的電池電壓Vin (t)，并且返回到S201。因為原來的電池電壓Vin-I在S201被設置為OV (在圖9中的時間t0)，因此當第一次執行S204’時，禁止供電部533總是在S204’中做出否的確定(在圖9中的時間tl)。由此，當第一次執行S204’時，在S205中，當時間t0之后經過了采樣時間T時，禁止供電部 533將原來的電池電壓Vin-I復位到在時間tl檢測的當前的電池電壓Vin (tl)。當第二次執行S204’時，當時間tl之后經過了采樣時間T時，在時間t2檢測的當前的電池電壓Vin (t2)變得大于在時間tl檢測的電池電壓Vin (tl)(即原來的電池電壓Vin-1)，如圖9中的區域B所示。因為當前的電池電壓Vin (t2)不小于原來的電池電壓Vin-I (S204’ 否)，因此在S205中，禁止供電部533再次將原來的電池電壓Vin-I復位為在時間t2檢測的當前的電池電壓Vin (t2)。以這種方式，在第二實施例中，禁止供電部533直到由于啟動馬達2的時候的巨大電壓降造成降低的電池電壓完全恢復，才在S204’中做出是的確定(圖9中的區域B)。另一方面，當當前的電池電壓Vin (t)變得小于原來的電池電壓Vin-I時(在圖9中的時間t3) (S204’ 是)，假設正在發生加載的狀態。由此，禁止供電部533確定在下面的步驟中是否正發生過載(過電流)。然而，微小的噪聲通常會引起電池電壓的下降。由此，在第二實施例中，在S204中，禁止供電部533確定原來的電池電壓Vin和當前的電池電壓Vin-I之間的電勢差是否大于閾值Va (絕對值)。閾值Va被設置為可以忽略由于微小的噪聲引起的電池電壓的變化的值。由此，即使電池電壓由于微小的噪聲而變化，禁止供電部533在S204中也不做出是的確定。此外，在加載狀態下以慢的步調減小電池電壓。在這種情況下，原來的電池電壓Vin-I和當前的電池電壓Vin (t)之間的電勢差不超過閾值Va。由此，重復步驟204和205直到圖9中的時間tn。另一方面，當電池電壓Vin-I (在圖9中的時間tn)和電池電壓Vin (t)(在圖9中的時間tn+1)之間的電勢差大于閾值Va時(S204 :是),假設施加了大的負載。由此,禁止供電部533執行處理來確定是否已經發生了過載(過電流)狀態。這個確定是在圖9的區域D中做出的。在圖9的例子中，在時間t+1，電池電壓Vin-I和電池電壓Vin (t)之間的電壓降數量AV (電勢差)變得大于閾值Va。由此，在時間tn+1時，做出在S204中的是的確定。在S206中，禁止供電部533從電熱調節器52獲得電池溫度Tin，并且在S207獲得與所獲得的電池溫度Tin相對應的閾值a (T)0在S208中，禁止供電部533確定電池電壓Vin-I和Vin (t)之間的電壓降的數量A V是否大于閾值a (T)0當電池電壓Vin-I和Vin (t)之間的電壓降數量AV大于閾值a (T)時(S208 :是)，假設發生了巨大的電壓降。由此，禁止供電部533確定發生了過載(過電流)狀態，在S218中輸出用于閉合開關58的信號，并且結束從電池芯510放電。
另一方面，當電池電壓Vin-I和Vin (t)之間的電壓降數量A V小于或等于閾值a (T)時(S208 :否)，在經過了下一個采樣時間T之后(S209 :是)，在S210中，禁止供電部533從電壓檢測部530獲得每個電池芯510的最新的電池電壓Vin (t) (S卩，在圖9中時間tn+2的電池電壓Vtn+2 )，并且在S211中，確定最新的電池電壓Vin( t)(即電池電壓Vtn+2 )和電池電壓Vin-I (即，在時間tn的電池電壓Vtn)之間的電壓降數量AVl是否大于閾值a (T)0當電壓降數量AVl大于閾值a (T)時(S211 :是)，盡管電池電壓Vin-I和電池電壓Vin (t)之間的電壓降數量AV沒有超過閾值a (T) (S208 :否)，禁止供電部533也確定已經發生了過載狀態并且在S218中輸出用于閉合開關58的信號，從而結束放電。
另一方面，當電壓降數量AVl小于或等于閾值a (T)時(S211 :否)，還沒有發生過載狀態，但是依然有電池電壓逐漸降低(電流可以增大)以引起過電流的可能性。在S212’中，禁止供電部533存儲電池電壓Vin (tn+1) (S卩，在時間tn+2時的電池電壓Vtn+2)作為電池電壓Vin (tl)。隨后在經過了另一個采樣時間T之后(S212 :是)，在S213中，禁止供電部533從電壓檢測部530獲得最新的電池電壓Vin (t) (S卩，在時間tn+3的電池電壓Vtn+3)。在S214中，禁止供電部533確定獲得的電池電壓Vin (t)是否小于上次檢測的電池電壓Vin (t)(即在時間tn+2的電池電壓Vtn+2)，S卩，最新的電池電壓Vin (t)(電池電壓Vtn+3)是否已經從原來的電池電壓Vin (t)(電池電壓Vtn+2)減小。當最新的電池電壓Vin (t)(電池電壓Vtn+3)大于或等于原來的電池電壓Vin(t)(電池電壓Vtn+2)時(S214 :否)，這意味著不再發生電壓降，在S215中，禁止供電部533使用最新的電池電壓Vin (t)(電池電壓Vtn+3)來更新電池電壓Vin-I的值，并且返回到S202。然而，還有一種可能性，即電池電壓僅臨時地停止下降，并且還可以再次開始下降。由此，作為替代，禁止供電部533可以在S204中的否的確定之后比較下一個采樣的電池電壓和原來的電池電壓，并且如果存在電壓降，則可以繼續檢測過電流的發生。當電池電壓Vin (t)(電池電壓Vtn+3)小于電池電壓Vin (t)(電池電壓Vn+2)時(S214 :是)，這意味著電池電壓繼續下降，禁止供電部533然后在S216中確定當電池電壓開始下降時在時間tn的電池電壓Vtn (在S205中存儲的電池電壓Vin-I)和在時間tn+3時最新的電池電壓Vin (t )(電池電壓Vtn+3)之間的電勢差A V2是否大于閾值a (T)0當電勢差AV2大于閾值a (T)時(S216 :是)，禁止供電部533確定正在發生過載狀態，并且在S218中輸出用于閉合開關58的信號,從而結束過放電。另一方面，當電勢差AV2等于或小于閾值a (T)時(S216:否)，在S217中，禁止供電部533使用最新的電池電壓Vin (t)的值來更新原來的電池電壓Vin (t)的值，S卩，在時間tn+2上次檢測的電池電壓Vn+2被在時間tn+3的最新的電池電壓Vtn+3替代，并且返回到S212。只要電池電壓保持下降(只要在S214中確定為是)，就重復從S212到S217的處理直到圖9中的時間tn+x。在時間tn+x,當發生電壓降時在時間tn的電池電壓Vtn (對應于Vin — I)和在時間tn+x時電池電壓Vtn+x之間的電勢差A V2變得大于閾值a (T)0禁止供電部533由此在S216中確定為是并且結束放電。在第二實施例中，在S217中僅基于電池溫度T設置閾值a (T)。然而，如第一實施例，閾值a (T)可以根據電池溫度T和剩余電池容量C兩者來設置。此外，由于電池溫度T和剩余電池容量C在放電過程中改變，因此可以基于電池溫度T和剩余電池容量C從S212到S217的處理過程中適當地設置閾值a (T)0該配置使能過電流能夠被更精確地檢測，這進一步導致更可靠地抑制在蓄電池中的降低。根據第二實施例的上述配置，可以做出禁止供電的確定而不管由微小噪聲或負載引起的小的電壓降的影響。另外，甚至在根據負載逐漸增大而逐漸增大電壓降(電流)數量的情況下，仍可以可靠地做出禁止供電確定。根據本發明的電動工具I和電池包5不局限于上述實施例，本領域普通技術人員可理解到可以進行各種改變和變形而不偏離本發明的范圍。例如，在上述實施例中，電池包5中提供有禁止供電部533和開關58，而在電動工具I中提供有FET 410。然而，在電池包5和電動工具I中可以以任意組合方式提供禁止供電部533、開關58和FET 410。此外，只要響應于從禁止供電部533的輸出信號可以切斷對馬達2的供電，開關58和FET 410就可以與第一和第二實施例中的配置不同。此外，在前述實施例中，基于每個電池芯510的電壓降數量來做出禁止供電確定， 而不檢測流過電池芯510 (馬達2)的電流。然而，也可以檢測電流。在后一種情況下，基于電池芯510的電壓降數量確定是否禁止供電，并且基于檢測的電流確定是否已經發生了過電流。通過該配置，可以更可靠地防止過電流。此外，在上述實施例中，過電流被確定為當電壓降數量AV超過閾值a時立即發生，并且由此斷開FET 410。然而，如圖10和11所示，當電壓降數量AV繼續超過閾值a預定的時間周期Tth時才斷開FET 410。參考圖10，采樣時間T被設置為常數，并且電壓降數量AV已經超過了閾值a預定時間周期Tth。然后在時間tc結束放電(斷開FET 410)。除了采樣時間T是常數，禁止供電部533確定在S109中是的確定之后是否經過了預定時間周期Tth，并且禁止供電部533檢查是否設置旗標之外，圖11的流程圖與圖3的流程圖是相同的。更具體地，參考圖11，在S109中確定為是之后，禁止供電部533在S112’中設置旗標并且在S112中確定過電流狀態是否持續超過預定時間周期Tth。當過電流持續超過預定時間周期Tth時(S112 :是)，結束放電。另一方面，當過電流持續少于預定時間周期Tth時(S112 :否)，禁止供電部533返回S102并且在S104’確定是否已經設置了旗標。當已經設置了旗標時(S104’ 是)，禁止供電部533重復S109的確定。假定在打開觸發器開關31的時候初始巨大電壓降(過電流)的周期非常短(很小)，則預定時間周期Tth可以被設置為比初始電壓降的周期更長(例如，是初始巨大電壓降超過閾值a的持續周期的兩倍長)。在這種情況下，假設采樣時間T是很小的，則禁止供電部533可以在觸發器開關31變為開(ON)的時候在S104中確定為是，并且也可以在S109中確定為是。然而，在啟動馬達2的時候發生的巨大電壓降僅持續短的時間周期，S卩，小于預定時間周期Tth。由此，禁止供電部533在SI 12中確定為否，并且在啟動馬達2的時候不停止放電。時間周期Tth可以基于電池溫度T和剩余電池容量C可選地被適當設置。此外，在第一實施例中，在啟動馬達2的時候的采樣時間Tl和已經啟動馬達曾經使用的采樣時間T2被設置為彼此不同。然而，該采樣時間的差異也可以應用到第二實施例。可選地，恒定的采樣時間可以應用到第一實施例。換句話說，采樣時間可以被設置為使得可以忽略(容忍)初始電壓降，在啟動馬達2的時候不斷開FET 410，并且明確地檢測電池電壓的降低。
此外在上述實施例中，當用戶按壓剩余容量確認按鈕59a時，剩余容量檢測單元59檢測并存儲電池51的剩余電池容量C。然而，替代地，當觸發器開關31斷開時，或者當電池包5從電動工具I卸下時，剩余容量檢測單元59可以檢測并存儲電池51的剩余電池容量C。可選地，剩余容量檢測單元59可以檢測并存儲每個電池芯510的剩余電池容量C。另外可選地，僅當按下剩余容量確認按鈕59a時，基于剩余電池容量C和電池溫度T設置閾值a。除非按下了剩余容量確認按鈕59a，否則閾值a僅基于電池溫度T設置，或者閾值a可以被設置為固定值而不管電池溫度T和剩余電池容量C。當僅使用電池溫度T來確定閾值a時，閾值a應該被設置為隨著電池容量T越低，閾值a越大。此外，盡管禁止供電部533在上述實施例中根據電池溫度Tin和剩余電池容量C獲得閾值a (T)，電池溫度Tin和剩余電池容量C中的任一個可以被用于獲得閾值a (T)0此外，在上述實施例中鋰離子電池被用于電池芯510，但是電池芯510不局限于鋰 離子電池。
權利要求
1.一種電動工具,其可連接至包括蓄電池的電池包,所述電動工具包括 馬達，由從蓄電池提供的電能驅動；和 禁止単元，基于蓄電池的電壓的下降量禁止向馬達提供電能。
2.根據權利要求I所述的電動工具，其中，當下降量超過第一閾值時，禁止単元禁止向馬達提供電能。
3.根據權利要求I所述的電動工具，其中，第一閾值依賴于蓄電池的溫度和蓄電池的容量中的至少ー個。
4.根據權利要求I所述的電動工具，還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能， 其中，一旦禁止向馬達提供電能，則禁止単元持續禁止向馬達提供電能直到打開觸發器開關。
5.根據權利要求I所述的電動工具，還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能， 其中，禁止単元在自從觸發器開關已經被閉合的每個預定周期時檢測下降量，所述預定周期被設置為使得禁止単元沒有檢測到由于起始電流發生的下降量的值。
6.根據權利要求I所述的電動工具，其中，通過斷開在蓄電池和馬達之間的電流路徑上布置的開關單元，禁止単元禁止向馬達提供電能。
7.根據權利要求I所述的電動工具，其中，蓄電池是鋰離子蓄電池。
8.根據權利要求2所述的電動工具，其中，當下降量超過第一閾值和當蓄電池的容量降低到過放電的第二閾值之下的至少ー個的時候，禁止單元禁止向馬達提供電能。
9.一種電池包，可連接至包括馬達的電動工具，所述電池包包括 蓄電池，用于向馬達提供電能以驅動馬達；和 禁止単元，基于蓄電池的電壓的下降量禁止向馬達提供電能。
10.根據權利要求9所述的電池包，其中，當下降量超過第一閾值時，禁止単元禁止向馬達提供電能。
11.根據權利要求9所述的電池包，其中，第一閾值依賴于蓄電池的溫度和蓄電池的容量中的至少ー個。
12.根據權利要求9所述的電池包，還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能， 其中，一旦禁止向馬達提供電能，則禁止単元持續禁止向馬達提供電能直到打開觸發器開關。
13.根據權利要求9所述的電池包，還包括觸發器開關，手動地閉合觸發器開關以向馬達提供電能， 其中，禁止単元在自從觸發器開關已經被閉合的每個預定周期時檢測下降量，所述預定周期被設置為使得禁止単元沒有檢測到由于起始電流發生的下降量的值。
14.根據權利要求9所述的電池包，其中，通過斷開在蓄電池和馬達之間的電流路徑上布置的開關單元，禁止単元禁止向馬達提供電能。
15.根據權利要求9所述的電池包，其中，蓄電池是鋰離子蓄電池。
16.根據權利要求10所述的電池包，其中，當下降量超過第一閾值和當蓄電池的容量降低到過放電的第二閾值之下的至少ー個的 時候，禁止單元禁止向馬達提供電能。
全文摘要
電動工具可連接至包括蓄電池的電池包。電動工具包括馬達和禁止單元。使用從蓄電池提供的電能驅動馬達。禁止單元基于蓄電池的電壓的下降量來禁止向馬達提供電能。
文檔編號H01M10/48GK102712087SQ201180006042
公開日2012年10月3日 申請日期2011年1月21日 優先權日2010年1月22日
發明者中山榮二, 島敏洋, 船橋一彥, 高野信宏 申請人:日立工機株式會社