電動工具和用在電動工具中的電池組的製作方法

2023-07-23 14:31:41

專利名稱：電動工具和用在電動工具中的電池組的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種使用鋰離子電池的無繩電動工具，更具體地，涉及一種具有如下保護電路的無繩電動工具以及用在電動工具中的電池組，該保護電路防止相對大的電流持續數秒至數分鐘的過電流狀態。
背景技術：
諸如電動螺絲刀、電鑽或衝擊工具之類的電動 工具通常在減速機構使來自電動機的轉動功率減速之後將電動機的功率傳送至頂端工具(tip tool)。作為電動機的電源，到目前為止使用了商用交流電源。然而，近年來，每一個均使用由鎳氫電池或鋰離子電池表示的二次電池作為電源的無繩動力工具已得到頻繁使用。特別地，由於標稱電壓大，因此由鋰離子電池和鋰離子聚合物電池表示的鋰離子二次電池可以減少所需的電池單元的數量，從而得到可以減小電動工具的重量和尺寸這樣的優點。在本說明書中，鋰離子二次電池是指如下的二次電池，該二次電池是電解液中的鋰離子承擔導電的一種類型的非水電解質二次電池。鋰離子電池一般將鋰鈷氧化物用於正電極，將石墨用於負電極，以及將有機電解液用作電解液。鋰離子二次電池的標稱電壓高(例如，為3. 6V)，並且從鋰離子二次電池獲得與三個鎳氫電池相對應的電壓。因此，鋰離子二次電池的優點在於，在將鋰離子二次電池用作電動工具的電源時，與鎳氫電池相比，電池單元的數量可以顯著減少。另一方面，存在如下風險當鋰離子二次電池過度充電或過度放電、或者使得過電流流入鋰離子二次電池時，循環壽命顯著降低。為了防止過電流，本申請人在JP-A-2006-281404中已提出了具有如下保護電路的電池組，該保護電路可以在啟動電動機時允許瞬時過電流流動，並且在電動機搖擺期間中斷過電流，其中電動機搖擺在使用電動工具時發生。此外，本申請人在JP-A-2010-131749中已提出了將用於在過電流或過放電發生時中斷電流的流動所需數量的中斷單元布置在電動工具側。

發明內容
在電動工具中，保護電動機不遭受過電流是非常重要的。另一方面，已發現，防止電池劣化也是非常重要的，電池劣化是由於允許給定的大電流(或中等電流)持續流動給定時間段以上而引起的。例如，在圖15所示的包括電動機和電池的電路中，當將DC電壓通過開關S從作為DC電源的電池V施加至DC電動機M時，開關S —閉合，S卩，在啟動時，由以下表達式(I)表示的電流Ia就在DC電動機和開關S中流動。Ia= (V-E) /Ra …(I)其中，V是DC電源V的電壓，Ra是DC電動機M的電樞繞組的電阻值，以及E是DC電動機的反電動勢。由於轉子在啟動DC電動機M時靜止，因此反電動勢E變為0，從而在非常短的時間段內難以防止過電流流動。另一方面，在諸如電驅動裝置或電鑽的電動工具中，頂端工具可能被切斷或被咬入工件中。在這種情況下，可暫時鎖定DC電動機M。當鎖定電動機時，DC電動機M的反電動勢E變為O，因此，過電流在電路中流動。此外，在諸如圓鋸、錘鑽或豎鋸的無繩電動工具中，儘管很難鎖定電動機，但是根據操作者按壓電動工具的程度來將高負載施加於電動機，並且電動機的rpm減小以使反電動勢E減小。結果,存在相當大的電流繼續在電動機中流動的風險。當相當大的電流這樣繼續在電動機中流動時，大功率繼續從電池放出，從而導致循環壽命由於電池的過放電和 大電流持續長時間段而降低的風險。鑑於上述情況而作出了本發明，因此，本發明的目的是提供一種使用二次電池(諸如，鋰離子電池)作為電源的電動工具，該電動工具包括過電流保護電路，該過電流保護電路中斷在給定時間段或更長的時間段中流動的大電流的持續放電。本發明的另一目的是將用於電池組的過電流保護電路安裝在可拆卸地附接到電動工具的電池組中。本發明的又一目的是提供一種電動工具，該電動工具允許操作者在過電流狀態持續之前識別過電流狀態以中斷電流供給。以下將描述本發明中所公開的本發明的典型特徵。(I) 一種電動工具，包括電池單元組，包括多個二次電池單元；開關元件；觸發開關；電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元組向所述電動機供給電功率；電流檢測器，被配置成檢測在經過所述電池單元組、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及控制器，被配置成從所述電流檢測器接收檢測信號，並且控制所述開關元件的接通/關斷操作；其中，如果所述電流檢測器檢測到在所述電池單元組中流動的電流值在第一時間段內持續地超過給定值，則所述控制器進行報警顯示和報警控制之一以使得操作者認識到高負載操作持續，以及其中，如果所述電流值在第二時間段內持續地超過所述給定值，則所述控制器關斷所述開關元件以中斷所述電流路徑，所述第二時間段比所述第一時間段長。(2)根據(I)所述的電動工具，其中所述控制器包括具有定時器的微型計算機，以及所述微型計算機通過使用來自所述電流檢測器和所述定時器的信號來對所檢測到的電流值超過所述給定值的狀態的持續時間進行計數。(3)根據(I)所述的電動工具，其中所述控制器包括具有內置或外部定時器的專用集成電路，以及所述集成電路通過使用來自所述電流檢測器和所述定時器的信號來對所檢測到的電流值超過所述給定值的狀態的持續時間進行計數。
(4)根據(2)或(3)所述的電動工具，其中，所述電池單元組作為容納在殼體內的電池組可拆卸地附接至所述電動工具的主體。(5)根據(4)所述的電動工具，其中，所述控制器和所述開關元件布置在所述電池組內。(6)根據(4)所述的電動工具，其中，所述控制器和所述開關元件布置在布置有所述觸發開關和所述電動機的主體上。(7)根據(6)所述的電動工具，其中所述控制器布置在所述電池組內，
所述開關元件布置在所述主體側，以及所述電池組包括將所述開關元件的控制信號輸出至所述主體的連接端子。(8)根據(I)至(7)中任一項所述的電動工具，其中所述開關元件包括場效應電晶體，以及在所述報警控制下，當經過了所述第一時間段時，所述控制器以短時間間隔多次重複所述開關元件的接通/關斷操作。(9) 一種電動工具，包括電池單元組，包括多個二次電池單元；開關元件；觸發開關；電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元組向所述電動機供給電功率；電流檢測器，被配置成檢測在經過所述電池單元組、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及控制器，被配置成在所述電流檢測器在給定時間段以內或更長時間段以內檢測到過電流的情況下，關斷所述開關元件；其中，在關斷所述開關元件之前，所述控制器執行用於向操作者通知關斷所述開關元件的通知控制。(10)根據(9)所述的電動工具，其中，如果自從執行所述通知控制以後直到經過了所述給定時間段才消除所述過電流，則所述控制器關斷所述開關元件。(11)根據(9)所述的電動工具，其中，所述通知控制以短時間間隔多次重複所述開關元件的接通/關斷操作。(12) 一種電池組，包括電池單元組，包括多個二次電池單元；控制電路，被配置成監視來自所述電池單元組的放電電流；連接端子，被配置成連接至電池驅動裝置；以及開關元件，被配置成中斷從所述二次電池單元到所述連接端子的放電路徑，其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流超過容許放電最大值，則所述控制電路中斷所述開關元件，以及其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流持續地超過基準電流值並在第一時間段內降至所述容許放電最大值以下，則所述控制電路中斷所述開關元件，其中所述基準電流值小於所述容許放電最大值。(13)根據(12)所述的電池組，其中所述開關元件包括半導體開關元件，以及所述控制電路包括具有定時器的微型計算機。(14)根據(13)所述的電池組，其中所述開關元件包括半導體開關元件，以及 所述控制電路包括具有內置或外部定時器的專用集成電路。·
(15) 一種電動工具，包括至少一個二次電池單元；開關元件；觸發開關；電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元向所述電動機供給電功率；電流檢測器，被配置成檢測在經過所述電池單元、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及控制器，被配置成接收來自所述電流檢測器的檢測信號並控制所述開關元件的接通/關斷操作，其中，如果所述電流檢測器檢測到在所述電池單元中流動的電流值在第一時間段內持續地超過給定值，則所述控制器進行報警顯示和報警控制之一以使得操作者認識到高負載操作持續，以及其中，如果所述電流值在第二時間段內持續地超過所述給定值，則所述控制器關斷所述開關元件以中斷所述電流路徑，所述第二時間段比所述第一時間段長。(16)—種電動工具，包括至少一個二次電池單元；開關元件；觸發開關；電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元向所述電動機供給電功率；電流檢測器，被配置成檢測在經過所述電池單元、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及控制器，被配置成在所述電流檢測器在給定時間段以內或更長時間段以內檢測到過電流的情況下，關斷所述開關元件，其中，在關斷所述開關元件之前，所述控制器執行用於向操作者通知關斷所述開關元件的通知控制。(17) 一種電池組，包括至少一個二次電池單元；控制電路，被配置成監視來自所述電池單元的放電電流；連接端子，被配置成連接至電池驅動裝置；以及開關元件，被配置成中斷從所述二次電池單元到所述連接端子的放電路徑，
其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流超過容許放電最大值，則所述控制電路中斷所述開關元件，以及其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流持續地超過基準電流值並在第一時間段內降至所述容許放電最大值以下，則所述控制電路中斷所述開關元件，其中所述基準電流值小於所述容許放電最大值。根據本發明的第一方面，當經過了第二時間段、同時在電池單元組中流動的電流值保持給定值以上時，強制關斷開關元件。因此，即使未僅因電流值的幅度而中斷的大電流或中等電流持續了給定時間段以上，也可以有效地中斷電流路徑。另外，當在電池單元組中流動的電流值在第一時間段內持續為給定值以上時，進行報警顯示或報警控制以允許操作者認識到高負載操作持續。結果，由於避免了操作者不期望的電流中斷，因此，可以實現便利的電動工具。
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根據本發明的第二方面，由於微型計算機對所檢測到的電流值超過給定值的狀態的持續時間進行計數，因此，可以容易地通過執行程序來檢測大電流的持續放電狀態。根據本發明的第三方面，由於控制器由具有內置或外部定時器的專用集成電路來實現，因此，可以通過使用集成電路來檢測大電流的連續放電狀態。根據本發明的第四方面，由於電池單元組作為容納在殼體內的電池組而可拆卸地附接到電動工具的主體，因此，電池組可以容易地以另一個替代，並且設置在專用充電器上以容易地進行充電。根據本發明的第五方面，由於控制器和開關元件布置在電池組內，則無論電動工具側的配置如何,都可以僅通過電池組有效地防止大電流的連續放電狀態。根據本發明的第六方面，由於控制器和開關元件布置在電動工具的主體側，因此，即使任何類型的電池組裝載在電動工具中，也可以防止大電流的連續放電狀態。根據本發明的第七方面，由於控制器布置在電池組內，並且開關元件布置在電動工具的主體側，因此，可以簡化電池組側的配置，並且可以降低電池組的成本。此外，由於電池組設置有將開關元件的控制信號輸出至電動工具的主體側的連接端子，因此，可以從電池組側中斷電流路徑。根據本發明的第八方面，由於開關元件由場效應電晶體構成，並且在報警控制下，當經過了第一時間段時，控制器以短時間間隔多次重複開關元件的接通/關斷操作，因此，可以通過使用中斷電流路徑的元件來容易地實現報警操作。根據本發明的第九方面，提供了檢測在電流路徑中流動的電流值的電流檢測器以及在電流檢測器在給定時間段以上檢測到過電流時關斷開關元件的控制器，並且控制器在關斷開關元件之前執行用於向操作者通知關斷開關元件的通知控制。利用上述配置，可以實現防止電動機在沒有任何通知的情況下停止的有用的電動工具。根據本發明的第十方面，當自從執行通知控制以後直到經過了給定時間段才消除過電流時，控制器關斷開關元件。利用上述配置，如果消除了過電流，則仍可以照常繼續操作。此外，如果存在通知控制，則操作者可以改變電動工具的操作狀態，例如，實現通過減輕推力來避免大電流放電狀態的對策。根據本發明的第十一方面，由於通知控制以短時間間隔多次重複開關元件的接通/關斷操作，因此，可以通過使用現有元件而不添加新的電子元件或部件來容易地實現通知控制，並且可以使製造成本的增加最小化。根據本發明的第十二方面，由於控制電路布置在電池組中，因此，可以在來自電池組的放電電流超過容許放電最大值時立即中斷放電路徑。此外，在來自二次電池單元的放電電流超過容許放電最大值時，中斷開關元件，並且在來自二次電池單元的放電電流在第一時間段內保持為容許放電最大值的基準電流值以下時，中斷開關元件。因此，可以在僅通過電池組而放電電流在給定時間段內或更長時間段內保持為給定值以上時強制地中斷放電狀態。根據本發明的第十三方面，由於開關元件由半導體開關元件構成，並且控制電路由具有定時器的微型計算機構成，因此，可以利用簡單的電路配置實現過電流的保護電路。根據本發明的第十四方面，由於開關元件由半導體開關元件構成，並且控制電路由具有內置或外部定時器的專用集成電路，因此，即使不使用微型計算機，也 可以僅利用集成電路來容易地實現過電流的保護電路。根據本說明書和附圖的以下描述，本發明的上述和其他目的以及新穎特徵將變得顯而易見。


圖I是示出根據本發明的實施例的無繩電動工具的外部的透視圖。圖2是示出根據本發明的實施例的從另一角度看到的無繩電動工具的外部的透視圖，在無繩電動工具中，移除了電池組10。圖3是示出根據本發明的實施例的電池組10的外部的透視圖。圖4是示出對圖3所示的電池組10充電的狀態的透視圖。圖5是圖3所示的電池組10的分解透視圖。圖6是在移除了上部殼體21的狀態下的電池組10的平面圖。圖7是根據本發明的實施例的過電流保護電路的電路圖。圖8是示出圖7的過電流保護電路的操作的流程圖。圖9是在圖7的過電路保護電路的操作期間的電流波形圖。圖10是在根據本發明的第二實施例的過電流保護電路的操作期間的電流波形圖。圖11是示出根據本發明的第二實施例的過電流保護電路的操作的流程圖。圖12是根據本發明的第三實施例的電池組的截面圖。圖13是根據本發明的第三實施例的過電流保護電路的電路圖。圖14是根據本發明的第四實施例的過電流保護電路的電路圖。圖15是示出DC電動機的操作的示意圖。圖16是示出根據電動工具的示例的無繩圓鋸的透視圖。圖17是在圖16中所示的無繩圓鋸的正面截面圖。圖18是示出根據電動工具的示例的無繩錘鑽的透視圖。圖19是示出根據電動工具的示例的無繩豎鋸的透視圖。
具體實施方式
第一實施例下文中，將參照附圖描述本發明的實施例。在以下描述中，垂直方向、水平方向和前後方向表示所參照的圖中所示的方向。圖I示出根據本發明的安裝有電池組的電動工具的示例。圖I示出將無繩鑽用作電動工具I的示例。電動工具I包括作為裝置主體的主體部2以及可拆卸地附接至主體部2的電池組10。電池組10在沿著主體部2的前後方向的延伸方向上可拆卸地附接至柄部3的一端(下端)。操作部23布置在電池組10上，並且操作部23在安裝電池組時用作鎖定機構，並且在移除電池組10時還用作釋放按鈕。如圖I所示，當在沿著主體部2的前後方向的由箭頭A表示的安裝方向上將電池組10安裝在柄部時，電池組10安裝在電動工具I內。另一方面，當在推動操作部23的同時電池組10在與由箭頭A表示的方向相對的方向上移動時，可以從柄部3移除電池組10。主體部2包括未示出的電動機以及未示出的控制其中的電動機的驅動的控制部，·並且具有使得諸如鑽頭的頂端工具6能夠裝載在頂端部分中的工具保持部2A。柄部3從圓柱形主體部2向下延伸，並且觸發器8A布置在延伸部分的基本部分上。觸發器8A用作向未示出的電動機供給電功率的開關(觸發開關)，並且在操作者觸發觸發器8A時電動機開始轉動。圖2是示出在移除了電池組10並且無繩電動工具I從下面觀看時倒置的狀態下根據本發明的實施例的從另一角度觀看的無繩電動工具I的外部的透視圖。多個板狀端子4 (4A、4B、4C)在延伸方向上布置在柄部3的端部(下端)上以向前和向下突出。在多個端子當中，正極端子4A和負極端子4B布置為其中流動著用於驅動電動機的電流的電源端子。另外，設置了用於在過電流或過放電發生時向電動工具側傳送用於在電動工具側中斷電流流動的中斷控制信號的信號傳送端子4C。圖3是示出圖I所示的電池組10的外部的透視圖。電池組10裝載在由圖中的箭頭A表示的方向上。電池組10將多個電池單元以及控制充電和放電操作的控制板包括在殼體20內部。殼體20被分為上部殼體21和下部殼體22。操作部23布置在上部殼體21的正面的側表面上。端子插入部24基本上形成在上部殼體21的上表面的中心，並且電池組10在被滑動的同時從正面移向端子4，從而主體部2的端子4適配到端子插入部24中以將電池組10電連接至電動工具I。八個用於將端子插入其中的縫隙24A形成在上部殼體21的端子插入部24中。然而，不需要為所有這些縫隙24A提供連接端子。僅為這些縫隙24A提供所需數量的連接端子。圖4是示出對圖3所示的電池組10充電的狀態的透視圖。當對電池組10充電，如圖4所示，電池組10被從電動工具I移除，並且裝載到充電器99中。充電器99利用諸如AC100V的商用電源來生成用於充電的給定DC電壓和給定DC電流，並且對容納於所設置的電池組10中的電池單元進行充電。充電器99可以由投放市場的已知充電器構成，並且與本發明不直接相關，因此，將省略其描述。圖5是圖3所示的電池組10的分解透視圖。電池組10包括由不導電部件形成的殼體20，並且外殼30容納於殼體20中。從強度和重量的觀點而言，優選地利用諸如塑料之類的聚合樹脂將殼體20成型為一體。殼體20主要由上部殼體21和下部殼體22形成，並且這些上部殼體21和下部殼體22通過凸出部21A和22B彼此嚙合。在殼體20中，外殼30、板40和端子蓋49按從下面開始的順序容納於下部殼體22中，並且被上部殼體21覆蓋。一對用於將殼體20與柄部3嚙合的操作部23附接至殼體20的正面的兩側。端子插入部24被端子蓋49覆蓋以不使板40暴露於外部。外殼30包括保存多個電池單元32的單元框31、在多個電池單元32的各個電極之間進行電連接的電極部(未示出)和至所連接的電池單元32的兩個連接端子(未示出)作為多個電池單元容納部。連接端子連接至板40。每個電池單元32均是諸如鋰離子電池的二次電池，並且可以多次充電和放電。在該實施例中，每一組均具有3. 6V的標稱電壓的四組成對的鋰離子電池串聯連接以獲得14. 4V的電壓。板40固定於外殼30的上部以位於上部殼體21內部。用於控制對電池單兀32充電和放電的操作的控制電路安裝在板40上。多個端子42布置在板40的上表面上。在該實施例中，七個端子42以適當距離來布置，並且插入穿過端子插入部24的主體部2的端子4A至4C與相對應的端子嚙合。考慮到裝載有各種電動工具的情況，電池組10的端子42是 為若干個電動工具(在本實施例中為七個)而準備的。然而，當裝載電動工具時不使用所有那些端子42，並且僅連接所需的端子42。圖6是在移除了上部殼體21的狀態下電池組10的平面圖。七個端子42 (42A至42G)按從板40的一端開始的順序由用於充電的正極端子42A、用於放電的正極端子42B、信號傳送端子42C、42D、42E、用於充電和放電的負極端子42F以及信號傳送端子42G組成。正極端子42A和42B連接至殼體30的一個(正側)電極部，並且負極端子42F連接至電池單元32的另一(負側)電極部。相應地，當對電池單元32充電時，與充電電壓相對應的電流在正極端子42A和負極端子42F中流動。當電池單元32放電時，與電動工具I的負載相對應的電流從正極端子42B和負極端子42F放電。因此，正極端子42A、42B和負極端子42F用於允許與電池單元32的充電和放電操作對應的電流在電池組10與電動工具I或充電器99之間流動。信號傳送端子42C至42E和42G用於區別所容納的電池單元的類型和數量，以分別檢測過充電、傳送來自熱敏電阻器的輸出以及防止過放電或過電流。用於控制電池組10的充電和放電操作的控制信號通過信號傳送端子42C至42E和42G來傳送。正極端子42A和42B安排在通過利用穿過板40的寬度L的中心且平行於插入方A向延伸的虛擬中心線K-K劃分板40而獲得的兩個區域中的一個區域40A中。另一方面，負極端子42F安排在利用中心線K-K劃分的另一區域40B中。S卩，中心線K-K位於負極端子42F與正極端子42A、42B中的任一個之間。信號傳送端子42C至42E和42G以距布置有正極端子42A、42B和負極端子42F的位置的適當距離安排在板40上。在該實施例中，板40由構成將稍後描述的控制電路的各種電子元件安裝在板40的上表面和下表面上的雙面板形成。隨後，將參照圖7描述過電流保護電路的具體示例。在根據本發明的電動工具中，提出了三種方法，作為用於防止過電流影響鋰離子二次電池的電路，包括過電流保護電路安裝在電池組10內的板40上的方法、過電流保護電路安裝在電動工具I內的方法以及過電流保護電路安裝在電池組10和電動工具I中的每一個內的方法。在圖7所示的示例中，過電流保護電路安裝在電池組10內的板40上。在本說明書中，「過電流」是指兩種狀態，即，(I)放電峰值電流超過最大容許電流值(峰值容許電流)的情況和(2 )放電電流值小於最大容許電流值、但這樣的大電流持續流動了給定的容許時間段以上(例如，約十幾秒到幾十秒)(大電流容許持續時間)的情況。在該實施例中，主要關注(2)大電流容許持續時間，並且根據該實施例的過電流保護電路在例如20A以上的電流持續了約30至50秒時被激勵。圖7是根據本發明的實施例的過電流保護電路的電路圖。用於使電池組10放電的正極端子42B和負極端子42F分別連接至布置在電動工具I中的正極端子4A和負極端子4B。DC電動機5和觸發開關8串聯連接在電動工具I的正極端子4A與負極端子4B之間。一些控制電路經常插入實際電動工具I的電路中。然而，在該實施例中，為了簡化描述，電動工具I內的電路配置僅包括電動機5和觸發開關8。電池組10包括容納多個電池單元的外殼30，在該外殼30中，電池單元組32A至32D通過其中的連接板串聯連接。電池單元組32A至32D中的每一個由並聯連接的兩個電池單元構成。然而，電池單元組32A至32D中的每一個可以由一個電池單元構成，或者可以由並聯連接的三個以上電池單元構成。當電池組10和電動工具I彼此連接並且電動 工具I的觸發開關8接通時，形成了放電電流從外殼30的正極端子向外殼30的負極端子流過電動工具I的路徑。用於調整電動機5的轉動速度的電阻器電路或調速電路通常包括在電動工具I側的路徑中。然而，在該實施例中，從圖示和描述中省略這樣的電路。在所形成的放電電流路徑中，開關部50、恆壓電源55、電池電壓檢測器70和觸發檢測器83連接在電池組10側的路徑中。這些各個部分連接至作為控制單元的微型計算機60。電池組10還包括也連接至微型計算機60的電池溫度檢測器75和顯示部86。微型計算機60包括通過內部總線相互連接的中央處理單元(CPU)61、只讀存儲器(ROM) 62、隨機存取存儲器(RAM) 63、定時器64、A/D轉換器65、輸出埠 66和重置輸入端Π 67。開關部50連接至外殼30的負極端子側與電池組10的負極端子42F之間，並且在微型計算機60的控制下切換在電動工具I中流動的負載電流。開關部50包括場效應電晶體(FET)51、二極體52和電阻器53、54，並且控制信號通過電阻器54被從微型計算機60的輸出埠 66供給至FET51的柵極。二極體52連接至FET51的源極與漏極之間，以在對電池單元組32A至32D充電期間構成充電電流路徑。電流檢測器80檢測在FET51中流動的電流，並且具有連接至在二極體52的陰極與FET51的漏極之間的連接點的輸入側以及連接至微型計算機60的A/D轉換器65的輸出偵U。電流檢測器80具有反相放大器電路和非反相放大器電路，並且基於FET51的導通電阻和二極體52的導通電壓，對由於在其中流動的電流的方向而產生的電勢進行反相放大和非反相放大。從反相放大器電路或非反相放大器電路根據充電或放電操作產生輸出，並且微型計算機60的A/D轉換器65基於該輸出進行A/D轉換。恆壓電源55包括三端穩壓器56、平滑電容器57、58以及重置IC59，並且從恆壓電源55輸出的恆壓VCC用作電池溫度檢測器75、微型計算機60、電流檢測器80和顯示部86的電源。重置I C59連接至微型計算機60的重置輸入埠 67，並且輸出用於初始化微型計算機60的重置信號。電池電壓檢測器70檢測外殼30的電池電壓，並且包括三個電阻器71至73。串聯連接在外殼30的正極端子與地面之間的電阻器71和72的連接點通過電阻器73連接至微型計算機60的A/D轉換器65。從A/D轉換器65輸出與所檢測到的電池電壓相對應的數字值，並且微型計算機60的CPU61將轉換的數字值與第一給定電壓和第二給定電壓進行比較。第一給定電壓和第二給定電壓預先存儲在微型計算機60的ROM62中。第一給定電壓是被認為是過充電的電壓值，而第二給定電壓是被認為是過放電的電壓值。電池溫度檢測器75布置在外殼30附近，並檢測電池單元32A至32D的溫度。電池溫度檢測器75包括熱傳感器元件的熱敏電阻76和電阻器77至79。熱敏電阻76通過電阻器78連接至微型計算機60的A/D轉換器65。從A/D轉換器65輸出與所檢測到的電池溫度相對應的數字值，並且微型計算機60的CPU61將所輸出的數字值與給定值進行比較，並確定電池溫度是否異常高。觸發檢測器83包括電阻器84和85，並且檢測電動工具I中的觸發開關8的接通操作。當觸發開關8接通時，由於DC電動機5的DC電阻非常小(約幾歐姆)，因此電池電壓充足地施加在EFT51的漏極與源極之間，而且該電壓被電阻器84和85分壓、然後輸入至A/D轉換器65。結果，CPU61可以檢測觸發開關8的接通操作。 顯示部86包括發光二極體(LED)87和電阻器88，並且根據微型計算機60的輸出埠 66的輸出將LED87接通或者使其閃爍。例如，當電池溫度檢測器75檢測到的電池溫度高於給定溫度時，顯示部86顯示異常的電池溫度。儘管圖3中未示出，但是LED87可以例如布置在電池組10的前表面的任意位置處，或者可以布置在操作者能夠觀察到的另一任意位置處。隨後，將給出對保護根據本發明的電動工具中所使用的鋰離子二次電池免受過電流影響的控制過程的描述。可以通過藉助於微型計算機60中的CPU61執行程序來以軟體方式執行圖8的流程圖中所示的控制。當電池組10裝載在電動工具I中，並且壓下觸發器8A時，觸發開關8接通。CPU61首先檢測觸發開關8是否接通，並且等待直到觸發開關8接通為止(步驟401)。在接通觸發開關8時，CPU61將給定電壓從輸出埠 66輸出至FET51的柵極，從而接通FET51 (使得源極和漏極導電)(步驟402)。結果，DC功率被供給至DC電動機5以啟動DC電動機5。然後，CPU61開始利用定時器64測量時間間隔(步驟403)。
在該實施例中，CPU61設置T1定時器、T2定時器和T3定時器來測量三個時間間隔。T1定時器利用電流檢測器80的輸出對用於檢測電流的採樣間隔(10毫秒)進行計數。1~2定時器對用於確定給定的大電流或中等電流(例如，平均為20Α以上)是否在給定時間段(例如，50秒)內持續地流動的持續時間進行計數。T3定時器對是否自從由T2定時器計數的給定電流值降至給定電流以下以後經過了給定時間段(例如，5秒)進行計數。即，1~3定時器對從過電流監視狀態到正常狀態的恢復時間段進行計數。當FET51導通以啟動DC電動機5時，CPU61開始以對T1定時器進行計數(步驟403)。然後，CPU61更新T1定時器的計數(步驟404)，並且確定T1定時器的計數值是否達到10毫秒(mS)(步驟405)。如果T1定時器的計數值沒有達到10毫秒，則處理返回至步驟404。如果T1定時器的計數值達到10毫秒，則CPU61藉助於電流檢測器80的輸出檢測電流(步驟406 )，並且將所檢測到的電流值存儲在RAM63中，從而順序地累積放電電流值以計算平均電流(步驟407)。然後，CPU61檢測T1定時器的計數值是否達到時間段Ta (步驟408)。時間段Ta是所謂的「空載時間段」，並且在Ta或更短的時間間隔內，不計算電流的平均值。如果沒有經過時間段Ta，則處理返回至步驟404，而如果經過時間段Ta，則CPU61利用存儲在RAM63中的放電電流值來計算放電電流的平均值(步驟409)。可以通過在存儲在RAM63中的放電電流值當中提取最新時間段Ta的數據來計算放電電流的平均值，並且獲得平均值。相應地，在該實施例中，滿足Ta>10毫秒是重要的。此外，將作為空載時間段的時間段1\設置為足夠大於DC電動機5的擊穿電流流動的時段，以將其設置為使得即使在每個時間段Ta內計算放電電流的平均值，擊穿電流的平均值也不超過給定電流(例如，20Α)的時間間隔。在這種情況下，由於在隨後的步驟中未檢測DC電動機5的擊穿電流，因此，基本上防止擊穿電流被檢測為過電流。然後，CPU61確定所算出的放電電流平均值是否超過作為給定電流的20Α (步驟410)。該給定電流可以由電動工具或電池組的設計者任意設置，並且可以根據二次電池的放電特性或者DC電動機5的特性來設置。在該實施例中，將給定電流設置為20Α來作為一個基準，但不限於該值。不僅可以設置允許連續放電的基準放電電流，而且可以設置即使瞬間放電發生也允許立即中斷瞬間放電的最大容許電流值(在該實施例中未描述)。因此，優選地將允許連續放電的基準放電電流設置為最大容許電流值的20%至90%。·隨後，在步驟411中，CPU61更新T2定時器(步驟411)，並且將T3定時器清零(步驟412)。然後，CPU61確定T2定時器的總值是否達到30秒(步驟413)。如果T2定時器的總值未達到30秒，則處理返回至步驟404。在步驟410中，如果所算出的放電電流平均值為作為給定電流的20Α以下，則CPU61更新T3定時器的計數(步驟419)，並且確定T3定時器的計數值是否持續了 5秒以上，即，所算出的放電電流平均值為20Α以下的狀態是否持續了 5秒以上(步驟420)。如果該狀態持續了 5秒以上，則CPU61確定大電流的連續放電狀態停止，將T2定時器清零，並且返回至步驟404 (步驟421)。如果在步驟420中所算出的放電電流平均值為20Α以下的狀態沒有持續5秒，則CPU61返回至步驟404。如果在步驟413中所算出的為20Α以上的放電電流平均值持續了 30秒以上，則CPU61發布用於向操作者通知大電流的連續放電狀態(過電流狀態)持續的報警。已不相同地提出了如何發布報警。在該實施例中，CPU61進行脈衝驅動以使得要供給至FET51的電流值僅在5秒中的I秒內減小。圖9中示出在脈衝驅動期間的驅動狀態。圖9是在圖7的過電流保護電路的操作期間的電流波形圖。橫軸是經過時間段(秒)，以及縱軸是來自電池組10的放電電流值(單位Α)。放電電流與經過時間段的示例由放電曲線90表示。當在時間tQ壓下觸發器8A時，相當大的擊穿電流在DC電動機5中流動，並且其電流值遠遠超過20A，如在時間A處由箭頭91表示。根據DC電動機5的類型，擊穿電流可以超過100A。然而，擊穿電流流動的時間短，並且電流值變為20A以上的Te最大不超過100毫秒。在該示例中，優選的是空載時間段1\大約為Te的兩倍到四倍。如果空載時間段Ta因而被設置為更長，則可以將擊穿電流和持續流動的大電流彼此區別開。當擊穿電流在DC電動機5中流動以在時間h開始使DC電動機5加速時，在DC電動機5中流動的電流減小，並且電流在由箭頭92表示的點處再次開始增大。此後，電流值根據DC電動機5的rpm和負載的大小而變化。然而，電流超過給定電流，在該實施例中，在由箭頭93表示的時間點處為放電電流20A，並且在該時間點處，T2定時器開始對大電流的持續時間進行計數。當在實際電動工具I中所測量出的放電電流按原樣用曲線圖表示時，電流波動，從而未獲得圖9所示的平滑放電曲線。然而，在該實施例中，利用在最近的Ta時間段內的平均放電電流值來用曲線圖表示放電電流，因此，可以降低電流波動的影響。由於20A以上的放電電流在時間點t3 (由箭頭94表示的時間點)處持續了 30秒，因此，作為如圖8的步驟414中所示的報警操作，在僅一秒內切換放電電流。切換操作是電動工具的輸出隨著放電電流的平均值在僅I秒的短時間內的減小而減小，並且允許操作者識別過電流狀態。在微型計算機60控制FET51時，執行切換操作。在圖9的下側的放電曲線90在切換操作期間放大電流波形。圖9示出在從時間t3秒到時間(t3+l)秒的一秒內的放電曲線90。CPU61 (參照圖7)控制FET51 (參照圖7)以在切換操作期間在每10毫秒(mS)內定期地重複FET51的導通或截止操作。結果，FET51的50個導通狀態和50個截止狀態在從時間t3秒到時間(t3+l)秒的一秒內交替地存在。以此方式，在該實施例中，在每5秒間隔的僅第一秒內進行FET51的切換操作，從而使得在切換操 作期間的平均放電電流能夠基本上減半。利用切換操作，操作者可以感覺到輸出稍微減小，並且切換操作起到對於操作者的報警功能的作用。由於操作者因而可以在電動工具的操作狀態下感到不舒服，因此，操作者可以容易地知道來自電池組10的大電流(或中等電流)放電狀態持續，並且DC電動機5在觸發器8A持續地按原樣壓下之後不久被強制停止。例示了在該實施例中描述的、進行報警操作的起始時間點(在t2之後的30秒)、報警操作的執行間隔(在每5秒內)以及切換操作時間(I秒)，並且可以任意設置這些時間。此夕卜，也類似地例示了用於使FET51導通或截止的時間間隔(導通狀態為10毫秒，且截止狀態為10毫秒)，並且可以以任意間隔或任意時間比進行導通/截止操作。將併入電池組10中的電池單元32的特性、電動工具I中的DC電動機5的特性以及電動工具I的可想到的使用條件納入考慮，可以適當地設置這些時間。在該實施例中，當操作者持續觸發觸發器8A以即使進行報警操作也繼續該操作時，CPU61控制FET51以使其截止，從而在經過了給定時間段(從t2開始50秒)的時間t4(由箭頭95表示的時間點)處強制停止DC電動機5。再次返回到圖8，如果在步驟415中所算出的放電電流平均值為20A以上的狀態持續了 50秒以上，則CPU61使FET51截止(步驟416)。然後，CPU61等待直到操作者關斷觸發開關8為止(步驟417)，並且當觸發開關8關斷時，CPU61再次使FET51導通，然後，返回至步驟403 (步驟418)。如上所述，根據該實施例，即使在過多峰值放電電流時通過中斷功能不能中斷的、大電流或中等電流的長時間放電中，也可以強制地停止電動工具的電動機。因此,可以避免電池組的過電流狀態(具體地，大電流持續放電狀態)，從而可以有效地防止電池組劣化。順便提及，在上述實施例中，放電電流的基準值被設置為20A，並且說明了放電電流為20A以上的情況。然而，其並不限於此。可以以與在放電電流大於20A (例如，40A以上)的情況下的上述方式相同的方式控制電池組。第二實施例隨後，將參照圖10和圖11描述根據本發明的第二實施例的過電流保護電路。類似於第一實施例，在第二實施例中，利用安裝在電池組10的板40上的微型計算機60來在電池組10內檢測過電流狀態。然而，微型計算機60執行的程序不同於第一實施例中的程序，並且與在第一實施例中相比，進行高級過電流保護。
圖10是根據第二實施例的在過電流保護電路的操作期間的電流波形圖。橫軸是經過時間段(秒),而縱軸是來自電池組10的放電電流值(單位A)。放電電流值由放電曲線450表示。圖10示出表示放電的放電曲線450從箭頭452或453被分成曲線A至F這六個放電模式(pattern)。當在時間點h第一次壓下觸發器8A時，相當大的電流在DC電機5中流動，並且其電流值在時間h處如 箭頭451所示那樣超過80A。根據DC電動機5的類型，擊穿電流可以超過100A。然而，擊穿電流流動的持續時間段，並且電流值變為IOA以上的T1最大為O. 5毫秒。在該示例中，如果在該實施例中將Ttl至T1設置為過電流保護電路的空載時間段，則可以將DC電動機5的擊穿電流和要監視的過電流彼此區別開。當擊穿電流在DC電動機5中流動以在時間h開始使DC電動機5加速時，在DC電動機5中流動的電流減小，並且電流再次開始在由箭頭452表示的點處增大。當在電動工具I是圖I所示的無繩鑽的這種情況下負載小並且頂端工具是木鑽時，放電電流如曲線A所示那樣在t2至t3處稍微增大，此後，繼續該狀態(在木鑽中，操作正常地在10秒內停止)。在該情況下，由於在該實施例中放電電流值沒有達到用於進行過電流保護的最低閾值(20A)，因此微型計算機60不進行過電流保護操作。曲線C是在與第一實施例中所述的狀態下的控制相同的控制下的放電電流模式。當擊穿電流在DC電動機5中流動以在時間h處使DC電動機5加速時，在DC電動機5中流動的電流減小，電流再次開始在由箭頭452表示的點處增大,並且放電電流值在箭頭453的點處超過20A。然後，微型計算機60將過電流的中斷時間段T2tl (是指過電流為20A的中斷時間段T)設置為50秒(=t8-t3)。在該情況下，在諸如曲線C的放電模式的情況下，微型計算機60在一秒內進行用於在每10毫秒內控制FET51的導通/截止操作的報警操作。在第二實施例中，微型計算機60將用於進行報警操作的時間段設置為40秒而不是30秒。另一方面，在曲線B中，微型計算機60在時間t3設置過電流的中斷時間段T2(l。然而，由於在經過了 T2tl之前(緊接在t7之後)電流值如箭頭454表示那樣再次減小至20A以下，因此，放電電流偏離大電流狀態，並且該偏離狀態持續了 Tj#(>5秒)。因此，將從時間t3開始的中斷時間段T2tl的計數清零。然而，由於電流值在由箭頭455表示的時間t9處再次超過20A，因此，再次設置從時間t9開始的過電流的中斷時間段T2tl,並且重複相同控制直到釋放觸發器8A為止。隨後，在曲線D中，電流值再次開始在箭頭452的點處增大，而放電電流值在箭頭453的點處超過20A，並且T2tl被設置為過電流的中斷時間段。此後，放電電流值進一步增大，並且在箭頭456的點處超過40A。在這些情況下，微型計算機60以T4tl替代過電流的中斷時間段T2(l。T40是連續放電電流值超過40Α的中斷時間段，並且在該實施例中將T4tl設置為比T2tl短且為30秒。優選地，T4tl的測量基點不是箭頭456的時間點(時間t6)，而仍然是時間t3。當過電流的中斷時間段T2tl以T4tl替代時，不需要加快實現用於在10毫秒內控制接通和關斷操作的報警操作的定時。例如，當T4tl被設置為40秒時，可以在t3之後將實現報警操作的定時設置為30秒。可以將實現報警操作的間隔設置為5秒，並且可以僅在第一秒內每10毫秒重複FET51的導通或截止操作。在曲線E中，放電電流值在箭頭453的點處超過20A，並且T2tl被設置為過電流的中斷時間段。由於放電電流值在箭頭457的點處超過40A，因此中斷時間段T2tl以T4tl替代，並且由於放電電流值在箭頭458的點處超過60A，因此，中斷時間段T4tl以T6tl替代。在該實施例中，T6tl被設置為比T4tl短且為10秒。T6tl的測量基點保持為t3而無需改變。如果基點因而沒有從時間t3改變，則由於可以按原樣使用通過T2定時器得到的計數值，因此容易進行時間管理。即使在設置中斷時間段T6tl時，在經過了中斷時間段T6tl之前，在中斷之前，作為報警操作，僅在一秒內切換放電電流。當將中斷時間段T6tl設置為10秒時，可以將報警操作的起始時間設置為5秒。在曲線F中，放電電流值在箭頭453的點處超過20A，並且T2tl被設置為過電流的中斷時間段。由於放電電流值在箭頭459的點處超過40A，因此中斷時間段T2tl以T4tl替代。由於放電電流值在箭頭460的點處超過60A，因此中斷時間段T4tl以T6tl替代。由於放電電流值在箭頭461的點處超過80A，因此中斷時間段T6tl以T8tl替代。放電電流值在箭頭461的時間點處超過80A意味著放電電流是幾乎瞬時中斷的過電流。因此，T8tl被設置為充分短的時間段，例如，O. 5秒。此外，藉助於中斷時間段T8tl中斷放電電流，由於在中斷放電電流之前沒有時間進行報警操作，因此，CPU61突然使用報警操作來中斷放電電流而不進行通知。由 於T8tl的基本基點按原樣保持為t3，因此，如果在箭頭461的時間點處從t3經過了 T8tl秒以上，則CPU61立即使FET51截止以中斷放電電流。如上所述，根據第二實施例，由於在基於放電電流的大小的控制下改變容許持續時間，因此，可以基於放電電流的大小以高精度進行過電流保護。在上述實施例中，當按T2Q、T40和T6tl的所述順序改變中斷時間段時，按原樣保持改變之後的時間計數的起始點(在圖中為t3)。替選地，每次按T2(l、T40和T6tl的所述順序改變中斷時間段而不保持起始點時，T2定時器進行的計數可以開始。此外，如果在按T2(l、T4tl和T6tl的所述順序改變的中斷時間段之前在給定時間段內電流值在所設置的中斷時間段內下降至基準電流值以下，則可以在控制下按T6(l、T40和T2tl的所述順序再次重置中斷時間段。隨後，將參照圖11的流程圖描述根據本發明的第二實施例的過電流保護電路的操作。如圖8所示的流程圖那樣，可以通過藉助於微型計算機60執行程序來以軟體的方式執行圖11的流程圖中所示的控制。在第二實施例中，微型計算機60使用T1定時器、T2定時器和T3定時器這三個定時器。儘管T2定時器和T3定時器用於與第一實施例的目的相同的預期目的，但是T1定時器不同於第一實施例的T1定時器。T1定時器在壓下觸發器之後檢測在給定時間段內沒有進行電流檢測的空載時間段，以便不檢測擊穿電流。T2定時器對給定電流以上持續流動的時間段進行計數。T3定時器對在給定流動電流以上降至給定值以下之後是否經過了給定時間段進行計數，即，對恢復時間段進行計數。當電池組10裝載在電動工具I中並且觸發器8Α被壓下以接通觸發開關8 (步驟501)時，CPU61將來自輸出埠 66的給定電壓輸出至FET51的柵極，從而使FET51導通(實現源極與漏極之間的導通)(步驟502)。結果，DC功率被從電池組10供給至DC電動機5以啟動DC電動機5。然後，CPU61開始對空載時間段的經過進行計數的T1定時器的計數，以便允許由擊穿電流引起的峰值電流(步驟503)。在該實施例中，將空載時間段設置為O. 5秒。如果在步驟504中T1定時器沒有達到O. 5秒，則處理進行至步驟521，在步驟521中，確定觸發開關8的操作是否已改變。如果觸發開關8仍然接通，則處理進行至步驟503，而如果觸發開關8關斷，則處理返回至步驟501 (步驟521)。如果在步驟504中T1定時器達到O. 5秒，則將T1定時器清零(步驟505)，並且CPU61計算放電電流平均值I1 (步驟506)。針對每個給定採樣間隔(例如，10毫秒的間隔)測量放電電流，並且將所測量出的值順序地存儲在RAM63中(參照圖7)。放電電流平均值I1為在所獲取的多個測量值當中在最近的50毫秒內所測量出的電流值的平均值。類似地，CPU61根據在所獲取的多個當前值當中在最近的3秒內所測量出的當前值來計算放電電流平均值I2 (步驟507)。如果沒有經過用於計算放電電流平均值I1的50毫秒或者用於計算放電電流平均值I2的3秒，則平均值可以保持為O而無需計算放電電流平均值I1和I2，或者可以對少量測量值求平均。然後，CPU61確定放電電流平均值I1是否為80A以上(步驟508)。如果平均值I1為80A以上，則CPU61將在進行報警操作(脈衝驅動)之前的時間段Tp設置為O. 5秒，並且將用於中斷FET51的時間段Ts設置為O. 5秒(步驟509)，然後，進行至步驟516。在該示例中，滿足Tp=Ts的原因是因為在I1彡80A的情況 FET51瞬時截止而不進行報警操作。如果在步驟508中滿足I1WOAJU CPU61確定放電電流平均值I2是否為60A以上(步驟510)。如果滿足I2 ^ 60A，則CPU61將在進行報警操作(脈衝驅動)之前的時間段Tp設置為5秒，並且將用於中斷FET51的時間段Ts設置為10秒(步驟511)，然後，進行至步驟516。利用該設置，在放電電流平均值I2超過20A之後的一秒、五秒內執行報警操作(脈衝驅動)，並且FET51在完成報警操作之後截止四秒(在I2超過20A之後的10秒)。如果在步驟510中滿足I2〈60A，則CPU61確定放電電流平均值I2是否為40A以上(步驟512)。如果滿足I2 ^ 40A，則CPU61將進行報警操作(脈衝驅動)之前的時間段Tp設置為20秒，並且將用於中斷FET51的時間段Ts設置為30秒，然後，進行至步驟516。同樣地，如果在步驟512中滿足I2〈40A，則CPU61確定放電電流平均值I2是否為20A以上(步驟514)。如果滿足I2 ^ 20A，則CPU61將在進行報警操作(脈衝驅動)之前的時間段Tp設置為40秒，並且將用於中斷FET51的時間段Ts設置為50秒(步驟515)，然後，進行至步驟516。如果在步驟514中放電電流平均值I2降至20A以下，則CPU61在平均放電電流變小時開始T3定時器的計數以將T2定時器清零(步驟523)。如果T3定時器超過5秒，則CPU61將T2定時器清零，並進行至步驟522 (步驟524和525)。如果在步驟524中T3定時器低於5秒，則CPU61進行至步驟522。在步驟522中，CPU61確定觸發開關8是否仍然接通，並且如果觸發開關8仍然接通，則CPU61進行至步驟506，而如果觸發開關8關斷，則CPU61進行至步驟501。在步驟516中將T3定時器清零(步驟516)之後，CPU61更新T2定時器的計數值(步驟517)。然後，CPU61確定T2定時器的計數值是否是用於進行報警操作的設置值Ts以上(步驟518)。如果計數值達到用於中斷FET51的時間段!；，則CPU61使FET51截止，以中斷供給至DC電動機5的DC功率(步驟519)。然後，CPU61等待直到操作者釋放觸發器8A為止，以關斷觸發開關8 (步驟520)，並且在關斷觸發開關8時返回至步驟501。如果在步驟518中T2定時器的計數值小於設置值Ts，則CPU61確定T2定時器的值是否為Tp以上。如果值為Tp以上，則CPU61使得FET51進行脈衝操作以發布用於向操作者通知大電流的連續放電狀態持續(過電流狀態)的報警(步驟527)。脈衝驅動狀態是用於進行切換操作以在每五秒間隔的頭I秒內每隔10毫秒使FET51導通或截止的控制，如在圖9的下側的圖中。如上所述，根據第二實施例，由於可以根據來自電池組10的放電電流的大小來可變地設置容許放電時間段，因此，如果諸如鎖定電流的過電流流動，則FET51立即截止，從而可以穩妥地保護電池組10和電動工具I。此外，由於提供了用於中斷來自電池組10的放電的多個閾值，因此可以根據電動工具的特性和使用狀態來很好地保護電池組10和電動工具I免於遭受大電流連續放電狀態。此外，可以防止電池組10劣化，並且可以防止DC電動機5損壞。另外，由於根據第二實施例的控制通過包括在電池組10中的微型計算機60執行程序來實現，因此，可以僅通過改變程序來實現各種過電流保護控制。順便提及，在上述實施例中，將放電電流的基準值設置為20A，並且說明放電電流為20A以上的情況。然而，其不限於此。可以以與在放電電流大於20A (例如，為40A以上)的情況下的方式相同的方式控制電池組。第三實施例隨後，將參照圖12和圖13描述根據本發明的第三實施例的過電流保護電路。在第一實施例中，微型計算機60安裝在電池組10的板40上，並且利用微型計算機60來檢測電池組10內的過電流狀態。第三實施例與第一實施例相同之處在於，過電流保護電路安裝在電池組210的板240上，但是通過使用專用電池保護IC253而不是使用微型計算機的電 路來實現。此外，用於中斷過電流的FET不是布置在電池組210內而是布置在電動工具101偵牝並且可以從外部控制FET，而從電池組210側控制FET的導通和截止操作。與在第二實施例中的部件相同的部件由相同的附圖標記表示。圖12是根據本發明的第三實施例的電池組210的截面圖。除了容納在電池組210中的電池單元250的數量外，電池組210的配置基本上與圖5中所示的電池組10的配置相同。所容納的電池單元250是通過串聯連接每一個均具有3. 6V的標稱電壓的四個鋰離子電池來配置的。四個電池單元250在外殼225內對齊，並且布置在上部殼體221和下部殼體222之間。板240布置在外殼225的上側與上部殼體221之間，並且正極端子147和負極端子143布置在板240上。圖13是根據本發明的第三實施例的過電流保護電路的電路圖。在圖13中，電動工具101和電池組210通過正極端子147、負極端子143和過電流過放電輸出端子156可拆卸地彼此連接。電池組210也設置有過電流輸出端子157，並且過電流輸出端子157連接至充電器99而不連接至電動工具101。電池組101包括通過從電池組210提供的功率驅動的電動機105、具有可手動切換的觸發開關108的開關單元103以及停止電動機105的轉動的控制器104。電池組210連接至已預先充電至給定電壓的電動工具101，以將給定電壓施加在正極端子147和負極端子143之間。當觸發開關108閉合且FET121導通時，形成經過正極端子147與負極端子143之間的電動機105的閉合電路，並且在接收到給定功率時驅動電動機105。電池組210包括具有串聯連接的多個電池單元250的電池單元組251、連接在正極端子147與電池單元組251之間的電阻器252以及檢測每個電池單元250的過放電、過電流和過電壓以將與檢測結果對應的信號輸出至電動工具101或充電器的電池保護IC253。電池保護IC253和電阻器252安裝在圖11所示的板240上。電阻器252和電池單元組251串聯連接在正極端子147與負極端子143之間。構成電池單元組251的電池單元250是諸如鋰離子電池的二次電池。電池保護IC253監視各個電池單元250的過放電和過電流，並且在檢測到電池單元250的過放電或過電流時，通過過電流過放電輸出端子156將用於中斷對電動機105的功率供給的信號輸出至控制器104。此外，在檢測到電池單元250過充電時，電池保護IC253通過過充電保護端子157將用於停止充電操作的信號輸出至充電器。在該實施例中，鋰離子電池的額定值是每個電池單元250為3. 6V，最大充電電壓為4. 2V，並且在最大充電電壓變為4. 35V以上時，確定進行過放電。此外，過電流針對在負載中流動的電流超過給定值的狀態。在該實施例中，被認為是過電流的電流包括20A以上的放電電流持續了給定時間段(例如，十幾秒到幾十秒)。過充電針對各個電池單元250的剩餘電壓下降至給定值，並且在該實施例中，假設被認為過放電的一個電池單元250的電壓為2V。電池保護IC253包括單位電池單元(unit-cell)電壓檢測器230、過電壓檢測器235、過放電檢測器234、過電流檢測器233和開關238。單位電池單元電壓檢測器230檢測各個電池單元250的各電壓，並且將檢測結果輸出至過電壓檢測器235和過放電檢測器234。過電壓檢測器235從單位電池單元電壓檢測器230接收各個電池單元250的電·壓，並且在任何電池單元250的電壓為給定值以上時，確定過電壓發生。過放電檢測器234從單位電池單元電壓檢測器230接收各個電池單元250的電壓，並且在任何電池單元250的電壓為給定值以下時確定過放電發生，並輸出用於閉合(接通)開關238的信號。過電流檢測器233檢測在電阻器252中流動的電流值，在所檢測到的電流超過容許最大電流值時確定過電流發生，並且輸出用於閉合開關238的信號。當響應於來自過放電檢測器234或過電流檢測器233的信號來閉合開關238時,過電流過放電輸出端子156和接地線彼此連接。相應地，在該情況下，電池保護IC253將O伏(Lo信號)輸出至電動工具101的控制器104。大電流檢測器電路241檢測在電阻器252中流動的電流是否為20A以上，並且如果電流為20A以上，則將信號輸出至定時器計數器242。當接收到該信號時，定時器計數器242開始定時器的計數，並且在經過50秒的情況下將用於閉合(接通)開關238的信號輸出至開關238。如上所述，當閉合開關238時，電池保護IC253通過過電流過放電輸出端子156將O伏(Lo信號)輸出至電動工具101的控制器104。如果大電流檢測器電路241檢測到的電流降至20A以下，則大電流檢測器電路241將信號輸出至恢復電路243。當接收到該信號時，恢復電路243開始與上述定時器不同的定時器的計數，並且在經過了五秒的情況下將用於重置定時器的信號輸出至定時器計數器242。當電流為20A以上的狀態這樣持續了 50秒時，電池保護IC253將O伏(Lo信號)輸出至電動工具101的控制器104。當電流在電流為20A以上的狀態持續了 50秒之前降至20A以下時，暫停定時器計數器242中的定時器的計數。當電流降至20以下的狀態持續了五秒時，恢復電路243重置定時器計數器242中的定時器的計數。結果，即使電流再次達到20A以上，也不將O伏(Lo信號)輸出至電動工具101的控制器104，而不進一步使該狀態持續50秒。電動工具101的電動機105通過開關單元103和控制器104連接至正極端子147和負極端子143。開關單元103連接至電動機105，並且包括觸發開關108和正反向開關(forward reverse switch)109。觸發開關108串聯連接至電動機105,並且由操作者操作以接通或關斷電動機105。正反向開關109將連接至正極端子147和負極端子143的電動機105的極性反轉以改變轉動方向。在從電池保護IC253接收到用於中斷功率供給的信號時，控制器104使FET121截止以中斷用於將功率供給至電動機105的閉合電路，並且停止電動工具101。控制器104包括主電流開關電路120、主電流切斷保持電路130和顯示部140。主電流開關電路120包括FET121、電阻器122和電容器123。FET121分別具有連接至電動機105的漏極、連接至過電流過放電輸出端子156的柵極以及連接至負極端子143的源極。電阻器122連接在正極端子147與FET121的柵極之間。電容器123連接在FET121的柵極與源極之間。FET121的柵極、電阻器122和電容器123連接在接觸點124處。在電功率正常地從電池組210供給至電動機105時，FET121導通。S卩，當電動工具101和電池組210彼此連接時，通過電阻器122向接觸點124 (FET121的柵極)施加電池電壓。因此，FET121導通。另一方面，當電池保護IC253檢測到過放電或過電流，並且O伏(Lo信號)從過電流過放電輸出端子156輸入至FET121的柵極時，FET121截止以中斷向電·動機105的功率供給。主電流切斷保持電路130包括FET132、電阻器131和132以及電容器134。FET132具有連接至FET121的柵極和過電流過放電輸出端子156的漏極，以及連接至負極端子143的源極。此外，FET132具有通過電阻器131連接至電動機105和FET121的漏極、並且還通過彼此並聯連接的電阻器133和電容器134連接至負極端子143的柵極。當電壓在FET132的柵極側的接觸點135中變大時，FET132導通，並且連接至FET132的漏極的接觸點124連接至負極端子(接地線)143。由於接觸點124連接至FET121的柵極，因此FET121的柵極也連接至負極端子143，並且在FET132導通時，FET121截止。顯示部140包括電阻器141和LED142，並且並聯連接在FET121的漏極與源極之間。當觸發開關108關斷或者FET121導通，並且觸發開關108接通以向電動機105供給電功率時，由於在顯示部140的兩端之間不存在電勢差，因此LED142沒有接通。另一方面，當檢測到過放電或過電流以使FET121截止時，在漏極與源極之間出現電勢差。因此，電流流過電阻器141以導通LED142，從而表示檢測到過放電或過電流的狀態。結果，操作者可以容易地識別由於過放電而不能操作電動工具101的狀態。如上所述，根據第三實施例，布置在電池組210內的電池保護IC253可以指示電動工具中斷在使用電動工具時所產生的過電流持續給定時間段以上。結果，可以防止電池組210的異常溫度升高以延長壽命。在第三實施例中，電池組210僅具有串聯連接的四個電池單元250，並且與第一實施例中具有並聯連接的電池單元的電池組10相比，具有使從各個電池單元250放電的電流量增加得更多的趨勢。因此，如果如該實施例中一樣利用布置在電池組210中的電池保護IC253來調節放電電流，則可以顯著地延長電池單元250的壽命。第四實施例將參照圖14描述根據本發明的第四實施例的過電流保護電路。在描述第四實施例之前，首先參照圖16至圖19描述電動工具的另一示例。在第一實施例中，將無繩鑽例示作為電動工具。無繩鑽正常幾乎在約幾秒內完成諸如鑽孔工作的工作，並且實際上幾乎不需要在第一至第三實施例中所述的過電流保護電路。因此，具有過電流保護電路的電池組實際上對於諸如無繩鑽的電動工具而言是足夠的。然而，優選的是一些電動工具具有過電流保護電路。
圖16是示出需要過電流保護電路的無繩電動工具的圖，其中，無繩圓鋸601被示為電動工具。圖16是從正面傾斜地觀看的無繩圓鋸601的透視圖。無繩圓鋸601藉助於電池組10通過電動機轉動而轉動圓鋸片612。無繩圓鋸601利用電動機的轉動來轉動圓鋸片612，其中電動機藉助於電池組10而轉動。無繩圓鋸601具有作為外框的殼體602，並且電池組10裝載在殼體602後面。除了控制電路部以外，電池組10可以具有與圖3至圖6或圖12中所述的結構相同的結構。在圓鋸片612的外側，布置有作為形狀基本上覆蓋圓鋸片612的前半側的外框的鋸罩606、保護成形為基本上覆蓋圓鋸片612的外周的下半部的圓鋸片612的防護罩607、以及具有使得圓鋸片612能夠從其底部向下突出的開口的基部608。具有部分地容納於其中的觸發器613的柄部604形成在圓鋸片612之上，並且電池組10裝載在柄部604的下端附近。圖17是圖16中所示的無繩圓鋸601的正面截面圖。電動機609容納於殼體602 內部，並且通過減速機構610以給定比率使電動機609的轉動力減速，然後將其傳送至輸出軸611。圓鋸片612附接至輸出軸611的前端，並且被電動機609轉動地驅動。在無繩圓鋸601中，如果要切割的對象的切割距離較長，則電動機609可以持續地轉動10秒以上。此外，在圓鋸中，根據操作者將柄部604按向木材等所利用的力的大小來改變電動機609上的負載的大小。具體地，當要切割的木材很硬或者具有大量筋(string)，並且操作者在向柄部604施加強力的同時切割木材時，在電動機609中流動的電流(即，來自電池組10的放電電流)變大，並且大電流可以持續長時間段。圖18是示出需要過電流保護電路的另一電動工具(S卩，無繩錘鑽701)的圖以及從背面傾斜地得到的透視圖。參照圖18，無繩錘鑽701具有在殼體702的背面的柄部704。觸發器713布置在柄部704的一部分中。電池附接部714布置在殼體702的正面之下，並且電池組10附接至電池附接部714。無繩錘鑽701用於諸如混凝土的鑽孔、錨的打超前孔、取芯鑽頭工作、破碎和挖溝的工作，並且一次工作所需的時間段可以超過十秒。因此，在無繩錘鑽701中，不僅從保護電池組10的觀點，而且從電動機保護的觀點，使用根據本發明的過電流保護電路都是優選的。圖19是示出從正面傾斜地得到的、需要過電流保護電路的另一電動工具(S卩，無繩豎鋸801)的透視圖。參照圖19，無繩豎鋸801包括在殼體802之上的柄部804，並且觸發器813布置在柄部804中。電池組10裝載在柄部804的背面。具有使得鋸片(未示出)能夠從其底部向下突出的開口的基部808布置在殼體802之下。電池組10附接至電池附接部814。無繩豎鋸801用於木材的曲線切割工作，並且一次工作所需的時間段可以超過十幾秒至幾十秒。此外，當操作者在進行曲線切割時以強力通過柄部804推木材時，施加於電動機上的負載增大，從而導致增大流動的電流的趨勢。因此，在無繩豎鋸801中，不僅從保護電池組10的觀點而且從電動機保護的觀點，使用根據本發明的過電流保護電路都是優選的。如上所述，在圖16至圖19所示的電動工具中，使用具有過電流保護電路的電池組在防止劣化和使電池組10的壽命變長方面極其有效。然而，存在如下若干種電池組即使電池組具有相同電壓，也可以根據容量差和電池單元的差別將電池組裝載在電動工具中；並且還存在其中不具有過電流保護電路的電池組。在這些情況下，在第四實施例中，過電流保護電路布置在電動工具內。圖14是根據本發明的第四實施例的過電流保護電路的電路圖。在圖14中，與圖13中的電路元件相同的電路元件由相同的附圖標記表示，並且將省略重複描述。在第四實施例中，在電池組260側未檢測到在給定時間段內流動的給定過電流，但微型計算機360布置在電動工具301內，並且微型計算機360控制過電流狀態的檢測和對電動機105的電流中斷。微型計算機360包括中央處理單元(CPU)361、R0M362、RAM363、定時器364、A/D轉換器365、輸出埠 366和重置輸入埠 367。這些部件通過內部總線彼此連接。電流檢測器350檢測在FET121中流動的電流，並且具有連接至FET121的漏極的連接點的輸入側以及連接至微型計算機360的A/D轉換器365的輸出側。電流檢測器350包括放大器電路，並且基於FET121的導通電阻來放大在流動電流的方向上產生的電勢。因而，根據放電在放大器電路中生成輸出，並且微型計算機360的A/D轉換器365將放大器電 路的輸出轉換成數位訊號。電源電路部370包括三端穩壓器，並且產生要施加至微型計算機360的恆定電壓Vcc。電源電路部370並列連接至平滑電容器371和372。另外，電源電路部370連接至微型計算機360的重置輸入埠 367，並且將重置信號輸出至重置輸入埠 367以初始化微型計算機360。利用上述電路配置，當微型計算機360檢測到壓下觸發開關108時，電流檢測器350獲取電流值，根據圖8所示的過程監視在電動機105中流動的大電流的持續狀態，並且當持續時間段達到給定時間段以上時，為操作者進行報警操作。當大電流進一步持續時，微型計算機360通過輸出埠 366將高信號輸出至FET132的柵極，從而FET132導通以將FET132的源極與柵極之間的電壓設置為O伏。結果，FET121的柵極信號變為O伏(Lo信號)，FET121的柵極信號截止，中斷要供給至電動機105的電流的路徑以停止電動機105的轉動。如上所述，在第四實施例中，由於微型計算機360布置在電動工具301側以保護免受過電流，因此不需要提供用於檢測持續了給定時間段以上的過電流的裝置。因此，電池保護IC283不包括大電流檢測器電路241、定時器計數器242以及圖13所示的恢復電路243。包括在圖14的電池組260中的電池保護IC283可以由投放市場的通用IC構成，包括用於保護免受過多峰值電流的電路以及用於在充電操作期間保護免受過充電的電路，並且不需要在電池組處設置專用電路以監視大電流持續了十幾秒至幾十秒。以上已基於實施例描述本發明。然而，本發明不限於上述實施例，而可以在不背離本發明的主題的情況下進行各種改變。例如，圖14所示的電動工具301可以按原樣與圖13所示的電池組210連接。在這種情況下，設置在電動工具301側的過電流保護電路和設置在電池組210上的過電流保護電路兩者都進行操作。電動機105由於首先進行操作的任何過電流保護電路而停止，從而可以以過電流保護電路的高冗餘和更高可靠性實現電動工具。上述電池組不僅可以用於電動工具，還可以用於無繩清潔器、無繩工作燈、無繩噴射器、其他無繩電裝置和無繩工作裝置。此外，用於保護免受大電流連續放電的控制條件(中斷時間段、報警操作時間段)不限於上述示例，並且可以根據要使用的電動工具和工作特性來任意設置。另外，在上述實施例中通過在一秒內進行高速切換操作(脈衝驅動)來實現報警操作。然而，本發明不限於該配置，而可通過其他任意方法向操 作者發布報警。
權利要求
1.一種電動工具，包括 電池單元組，其包括多個二次電池單元； 開關元件； 觸發開關； 電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元組向所述電動機供給電功率; 電流檢測器，其被配置成檢測在經過所述電池單元組、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及 控制器，其被配置成從所述電流檢測器接收檢測信號，並且控制所述開關元件的接通/關斷操作； 其中，如果所述電流檢測器檢測到在所述電池單元組中流動的電流值在第一時間段內持續地超過給定值，則所述控制器進行報警顯示和報警控制之一以使得操作者認識到在持續高負載操作，以及 其中，如果所述電流值在第二時間段內持續地超過所述給定值，則所述控制器關斷所述開關元件以中斷所述電流路徑，所述第二時間段比所述第一時間段長。
2.根據權利要求I所述的電動工具，其中 所述控制器包括具有定時器的微型計算機，以及 所述微型計算機通過使用來自所述電流檢測器和所述定時器的信號來對所檢測到的電流值超過所述給定值的狀態的持續時間進行計數。
3.根據權利要求I所述的電動工具，其中 所述控制器包括具有內置或外部定時器的專用集成電路，以及所述集成電路通過使用來自所述電流檢測器和所述定時器的信號來對所檢測到的電流值超過所述給定值的狀態的持續時間進行計數。
4.根據權利要求2或3所述的電動工具，其中，所述電池單元組作為容納在殼體內的電池組可拆卸地附接至所述電動工具的主體。
5.根據權利要求4所述的電動工具，其中，所述控制器和所述開關元件布置在所述電池組內。
6.根據權利要求4所述的電動工具，其中，所述控制器和所述開關元件布置在布置有所述觸發開關和所述電動機的主體上。
7.根據權利要求6所述的電動工具，其中 所述控制器布置在所述電池組內， 所述開關元件布置在所述主體側，以及 所述電池組包括將所述開關元件的控制信號輸出至所述主體的連接端子。
8.根據權利要求I至7中任一項所述的電動工具，其中 所述開關元件包括場效應電晶體，以及 在所述報警控制下，當經過了所述第一時間段時，所述控制器以短時間間隔多次重複所述開關元件的接通/關斷操作。
9.一種電動工具，包括 電池單元組，包括多個二次電池單元；開關元件； 觸發開關； 電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元組向所述電動機供給電功率; 電流檢測器，其被配置成檢測在經過所述電池單元組、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及 控制器，其被配置成在所述電流檢測器在給定時間段以內或更長時間段以內檢測到過電流的情況下，關斷所述開關元件； 其中，在關斷所述開關元件之前，所述控制器執行用於向操作者通知關斷所述開關元件的通知控制。
10.根據權利要求9所述的電動工具，其中，如果自從執行所述通知控制以後直到經過了所述給定時間段才消除所述過電流，則所述控制器關斷所述開關元件。
11.根據權利要求9所述的電動工具，其中，所述通知控制以短時間間隔多次重複所述開關元件的接通/關斷操作。
12.—種電池組，包括 電池單元組，其包括多個二次電池單元； 控制電路，其被配置成監視來自所述電池單元組的放電電流； 連接端子，其被配置成連接至電池驅動裝置；以及 開關元件，其被配置成中斷從所述二次電池單元到所述連接端子的放電路徑， 其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流超過容許放電最大值，則所述控制電路中斷所述開關元件，以及 其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流持續地超過基準電流值並在第一時間段內降至所述容許放電最大值以下，則所述控制電路中斷所述開關元件，其中所述基準電流值小於所述容許放電最大值。
13.根據權利要求12所述的電池組，其中 所述開關元件包括半導體開關元件，以及 所述控制電路包括具有定時器的微型計算機。
14.根據權利要求13所述的電池組，其中 所述開關元件包括半導體開關元件，以及 所述控制電路包括具有內置或外部定時器的專用集成電路。
15.一種電動工具，包括 至少一個二次電池單元； 開關元件； 觸發開關； 電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元向所述電動機供給電功率； 電流檢測器，其被配置成檢測在經過所述電池單元、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及 控制器，其被配置成接收來自所述電流檢測器的檢測信號並控制所述開關元件的接通/關斷操作， 其中，如果所述電流檢測器檢測到在所述電池單元中流動的電流值在第一時間段內持續地超過給定值，則所述控制器進行報警顯示和報警控制之一以使得操作者認識到正持續高負載操作，以及 其中，如果所述電流值在第二時間段內持續地超過所述給定值，則所述控制器關斷所述開關元件以中斷所述電流路徑，所述第二時間段比所述第一時間段長。
16.一種電動工具，包括 至少一個二次電池單元； 開關元件； 觸發開關； 電動機，通過所述開關元件和所述觸發開關而從所述電池單元向所述電動機供給電功率； 電流檢測器，其被配置成檢測在經過所述電池單元、所述開關元件和所述電動機的電流路徑中流動的電流值；以及 控制器，其被配置成在所述電流檢測器在給定時間段以內或更長時間段以內檢測到過電流的情況下，關斷所述開關元件， 其中，在關斷所述開關元件之前，所述控制器執行用於向操作者通知關斷所述開關元件的通知控制。
17.一種電池組，包括 至少一個二次電池單元； 控制電路，其被配置成監視來自所述電池單元的放電電流； 連接端子，其被配置成連接至電池驅動裝置；以及 開關元件，被配置成中斷從所述二次電池單元到所述連接端子的放電路徑， 其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流超過容許放電最大值，則所述控制電路中斷所述開關元件，以及 其中，如果來自所述二次電池單元的放電電流持續地超過基準電流值並在第一時間段內降至所述容許放電最大值以下，則所述控制電路中斷所述開關元件，其中所述基準電流值小於所述容許放電最大值。
全文摘要
一種電動工具包括電池單元組，包括多個二次電池單元；電動機，通過開關元件和觸發開關而從電池單元組向電動機供給電功率；電流檢測器，檢測在電流路徑中流動的電流值；以及控制器，被配置為從電流檢測器接收檢測信號，並且控制開關元件的接通/關斷操作。如果電流檢測器檢測到在電池單元組中流動的電流值在第一時間段內持續地超過給定值，則控制器進行報警顯示和報警控制之一以使得操作者認識到高負載操作持續。如果電流值在第二時間段內持續地超過給定值，則控制器關斷開關元件以中斷電流路徑，其中第二時間段比第一時間段長。
文檔編號H02J7/00GK102959826SQ20118003288
公開日2013年3月6日 申請日期2011年8月31日 優先權日2010年8月31日
發明者船橋一彥, 高野信宏, 島敏洋 申請人:日立工機株式會社