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CN201266841Y - 电池组 - Google Patents

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CN201266841Y
CN201266841Y CNU2008201370203U CN200820137020U CN201266841Y CN 201266841 Y CN201266841 Y CN 201266841Y CN U2008201370203 U CNU2008201370203 U CN U2008201370203U CN 200820137020 U CN200820137020 U CN 200820137020U CN 201266841 Y CN201266841 Y CN 201266841Y
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丹尼尔·J·怀特
丹尼尔·C·布罗托
内森·克鲁斯
小安德鲁·E·西曼
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Black and Decker Inc
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Abstract

一种电池组，可包括：多个电池单元；放电开关，其与电池单元串联；温度传感器，其配置为感应电池组中的温度；以及电池控制部件，其适配为接收来自温度传感器的温度的信号指示，并且当温度超过过温阈值时，其可操作地控制开关以中断来自电池单元的电流。电池控制部件可适配为接收复位信号，一旦接收到复位信号并且温度低于工作温度阈值时，其可操作地控制开关以恢复电流。

Description

电池组
相关申请的交叉引用
本申请要求2007年7月13日提交的美国临时申请号60/959583的权益。上述申请的公开通过引用合并于此。
技术领域
本公开涉及电池组，尤其涉及用于电池组的复位装置。
背景技术
在过去几年里，在诸如笔记本类型的个人计算机及无绳动力工具(powertool)之类的低压便携式电子设备中，锂离子(Li-ion)电池已开始取代镍镉(NiCd)、镍-金属-氢(NiMH)和铅酸电池。与NiCd和NiMH电池相比，锂离子电池更轻，并且单位体积具有更大的容量。基于此原因，锂离子电池适合于更适宜轻便且要求承受长时间的连续使用的低压设备。
当遇到过充电、过放电、过热或过冷的情况时，锂离子电池可能会迅速地恶化。锂离子电池组可包括保护防御电池组的内外故障情况的功能性。本公开提供了一种配置为当遇到不利情况时切断或减小电流的电池组。进一步，提供了一种复位装置来预防在切断事件后由电池组给设备供电而引起的设备的意外启动。复位装置可能需要用户交互作用以确保在切断事件之后有意地完成复位电池组。
在这部分中的陈述仅仅提供涉及本公开的背景信息，而不构成现有技术。
实用新型内容
在一种形态中，本公开提供一种电池组，其可包括：多个电池单元；放电开关，其与电池单元串联；温度传感器，其配置为感应电池组中的温度；以及电池控制部件，其适配为接收来自温度传感器的温度的信号指示，并且当温度超过过温阈值时，其可操作地控制开关以中断来自电池单元的电流。电池控制部件可适配为接收复位信号，并且一旦接收复位信号及温度低于工作温度阈值时，其可操作地控制开关以恢复电流。
在另一种形态中，本公开提供一种系统，其可包括：工具；具有多个电池单元的电池组，该电池组适配为与所述工具相接合，并向所述工具提供电流；以及电池控制部件，用于一旦接收禁止信号时，阻止来自电池单元的电流。电池控制部件可响应于复位信号的接收以及至少一部分电池组在预定温度范围之内以允许来自电池单元的电流。
适用范围的更多领域将从这里所提供的描述而变得显而易见。应该明白，该描述和具体例子意图仅仅是为了图解的目的，而不是意图限制本公开的范围。
附图说明
图1是根据本公开的原理的示例性动力工具、电池组及充电器的透视图；
图2是根据本公开的原理的过流保护装置的电路图；
图3是根据本公开的原理的电池组和充电器的电路图；
图4是根据本公开的原理而图解切断装置或复位装置的逻辑的流程图；
图5是根据本公开的原理的电池组和动力工具的电路图；
图6是根据本公开的原理的包括复位按钮的电池组的电路图；以及
图7是根据本公开的原理的包括闩锁(latch)和闩锁致动传感器(latchactuation sensor)的电池组的电路图。
这里所描述的附图仅仅是为了图解目的，而不是意图以任何方式来限制本公开的范围。
具体实施方式
本质上，以下描述仅仅是示例性的，而不是意图限制本公开、应用或使用。应该明白，贯穿附图，对应的标号指示相同或对应的组成部分及特征。
本公开涉及通常由附图1中的标号10所指示的这种类型的动力工具(power tool)的系统。例如，动力工具10的系统可包括：一个或多个动力工具12，电池组16，以及电池组充电器18。每个动力工具12可以是任何类型的动力工具，包括但不限于：钻机、钻机/起子、冲击式钻机/起子、电锤、螺丝起子、冲击起子、圆锯、细锯、往复式锯、带锯、切割工具、裁剪工具、剪床、打磨机、真空部件、照明器、刳刨机、粘合分配器、混泥土振动器、激光器、订书机和自动敲钉机。在所提供的特定例子中，动力工具10的系统包括第一动力工具12a和第二动力工具12b。例如，第一动力工具12a可以是类似于美国专利号6431289中所描述的钻机/起子，而第二动力工具12b可以是类似于美国专利号6996909中所描述的圆锯。
电池组16可选择性地可移动地耦合至第一、第二动力工具12a、12b以向该处提供电能。除非另有描述，电池组16可以以类似于美国专利申请公开号2006/0096771中所描述的方式来配置。电池组16还选择性地电气耦合至电池组充电器18以给电池组16充电。值得注意的是，本公开的更广泛方面适用于其它类型的电池供电设备。
图2图解用于电池组16中所集成的过流保护装置20的示例性电路配置。过流保护装置20通常包含：电池单元22、用于控制电池单元的放电的开关24、电流传感器25以及电池控制部件26。过流保护装置20还可包括与电池单元串联放置的保险丝28。这些组件中的每个都优选地集成在电池组16中。然而，可以想象的是，不包括电池单元在内的一个或多个这些组件可位于电池充电器、动力工具或可操作地耦合至电池组16的一些其它外部设备之中。
电池组16可包括以串联方式连接的多个电池单元22，和/或多个串联连接的单元串，在该单元串中，各个串相互并联。为了描述本示例性实施例，电池组16可由具有锂离子化学电池的单元组成。在无绳动力工具的情况下，电池组的标称额定电压典型地是18伏。然而，对于不同的应用，可考虑其它的额定电压。此外，电池组16还可由不同的锂基(lithium-based)化学单元构成，诸如锂金属或锂聚合物，或者例如根据电池组的各个单元、电极和电解液的化学组成的诸如镍镉(NiCd)、镍金属氢(NiMH)及铅酸之类的其它化学。虽然此处不局限于，但电池组优选地可重复充电。
电池组16中所嵌入的电池控制部件26负责保护电池单元，并监控可能产生的任何故障情况。在一示例性实施例中，电池控制部件26实施在数字微控制器上的软件中。然而，电池控制部件26可作为数字微控制器、微处理器或模拟电路、数字信号处理器而体现在硬件或软件中，或是例如通过一个或多个诸如专用集成电路(ASIC)之类的数字IC来体现。
来自电池单元的放电电流与电池单元的充电电流可通过开关24的使用而被箝位(clamp)或间断。开关24可在电池单元的低压侧与电池单元串联放置。然后，可通过电池控制部件26控制开关24来中断来自/至电池单元的电流。在一示例性实施例中，开关24是晶体管(例如MOSFET)。本公开也可考虑其它类型的开关。
参考图1、3和4，动力工具12和/或电池组16可包括温度切断装置90。温度切断装置90限制一旦电池组16或动力工具12变得过热时而从电池组16所汲取的电流。在一实施例配置中，温度切断装置90可通过紧靠着电池单元22而布置的温度传感器100及驻于电池组16中的电池控制部件26来实施。可以考虑，在动力工具12中可实施类似的温度切断装置。
温度传感器100可操作地测量紧靠电池单元22的温度，并将所测量温度的信号指示传递给电池控制部件26。温度传感器100可使用负温度系数(NTC)的热敏电阻、正温度系数(PTC)的热敏电阻、温度敏感集成电路或热电偶来实施。
在其它的功能中，电池控制部件26可操作地监控相对于预定阈值的被测温度。当温度超过阈值时，电池控制部件26打开开关24，从而中断了至/来自电池单元22的电流。一旦电池组16由于过热而切断，通常需花费一段时间用于电池组16冷却。虽然以下描述是参考热切断事件的情况，可以考虑，结合其它类型的切断情况，下面所描述的复位特征以及本公开的其它方面也有效。
系统10可包括一种复位特征来保护最终用户在热切断事件之后避免意外启动动力工具12，在一示例性实施例中，电池控制部件26保持热切断事件的指示。当热切断事件发生时，电池控制部件26将指示器设置为禁止状态。电池控制部件26还可接收工具中发生的热切断事件的消息指示，并响应于该消息来设置指示器。在来自电池的电流重新开始之前必须将指示器复位到工作状态。本公开考虑了用于复位指示器的各种技术。
在一个示例性实施例中，在容许来自电池的电流重新开始之前，电池组16必须从动力工具12处断开，并被放置在电池充电器18中。充电器18中的充电器控制部件101与电池组16中的电池控制部件26通信以复位指示器。为了提供电池控制部件26与充电器控制部件101之间的通信，可提供分别形成于电池组16和充电器18之上的接线端103和105。一旦电池组16放置在电池充电器18中，那么充电器控制部件101与电池控制部件26通信来将指示器复位至工作状态。然后，最终用户可自由地使电池组16从充电器18处断开，并可操作地将电池组16耦合至动力工具12。然后，可恢复动力工具12的使用。
进一步，在允许将指示器复位之前，电池控制部件26需要电池单元的温度返回至安全的工作范围。换句话说，一旦温度返回至可接受的范围，并且电池组已放置在充电器18中，那么电池控制部件26将复位指示器。因此，在电池单元的温度返回至工作范围之前，防止了最终用户仅仅复位电池组16来试图再次使用动力工具12。
为了通知最终用户，可使用指示电池组16已返回至工作状态的指示器设备104来配置电池组16或电池充电器18。指示器设备104可以是可听指示器或可视指示器。例如，可听指示器可发射蜂鸣声或铃声，可视指示器可以是LED。一旦可听指示器或可视指示器用信号表示电池组16已返回至工作温度，那么最终用户可将电池组16从充电器18处移除，并可操作地将电池组16耦合至动力工具12。由于电池组16已足够冷却并已被复位，所以动力工具12可立刻恢复动力。
电池组16、动力工具12和/或充电器18也可包括分离传感器106(图1和3)。分离传感器106可配置为感应电池组16从动力工具12处和/或从充电器18处被断开。一旦电池组16已返回至工作温度，那么最终用户可从动力工具12或充电器18处移除电池组16以导致分离传感器106向电池控制部件26发送复位信号。然后，电池组16可与动力工具12再次连接，并且动力工具12的使用可重新开始。分离传感器106可以是诸如光学传感器、磁性传感器(例如，霍尔传感器)、机械开关之类的任何适当的传感器，或例如感应电池组16的端子103上的电压、电阻或电容的电传感器。
现在参考图1和5，动力工具12可包括触发开关108，该触发开关108布置在或紧靠动力工具12的手柄110上。触发开关108可与工具电机及工具控制部件111进行电通信。最终用户可循环(cycle)动力工具12的触发开关108以导致工具控制部件111向电池控制部件26发送复位信号。例如，倘若电池组16已首先返回至工作温度，那么最终用户可在预定数量的时间之中重复致动(或循环)触发开关108预定的次数以导致将复位信号发送至电池控制部件26。使用另一种方式来说明，一旦电池组16达到工作温度，那么最终用户可通过循环触发开关108来复位指示器，然后，如所期望重新开始动力工具12的正常使用。
另外地或可替换地，动力工具12可包括压力传感器112。压力传感器112可布置在手柄110上，并可与工具控制部件111进行电通信。压力传感器112可配置为检测动力工具112的操作。压力传感器112可感应最终用户是否在预定数量的时间之内已操作动力工具12。例如，预定数量的时间可介于5～10分钟，或是足够的用于电池组16冷却的任何其它长度的时间。当电池组16返回至工作温度，最终用户可响应于热切断事件来容许动力工具12保持空转。如果压力传感器112确定对于预定数量的时间没有操作动力工具12，那么电池控制部件26可接收复位信号，并且动力工具12的使用可重新开始。
另外地或可替代地，动力工具12和/或电池组16可包括与工具控制部件111进行电通信的运动传感器(motion sensor)114(图1和5)。运动传感器114可检测动力工具12或电池组16是否被移动或保持空转。例如，运动传感器114可以是诸如光学传感器或机械传感器之类的任何适当的传感器。在热切断事件之后，如果运动传感器114确定动力工具12和/或电池组16在容许电池组16返回至工作温度的预定数量的时间内保持静止，那么电池控制部件26可接收复位信号，并且动力工具112的使用可重新开始。
现在参考图1和6，复位按钮116可布置在电池组16的外壳上。复位按钮116可与电池控制部件26进行电通信。在热切断事件之后，一旦电池组16已返回至工作温度，那么最终用户可压下复位按钮16来向电池控制部件发送26发送复位信号。然后，电池控制部件26可复位指示器，动力工具12的使用可重新开始。应该理解，在电池组16与动力工具12或充电器18相接合或脱离时，可以压下复位按钮116来复位指示器。
电池组16还可包括可操作地接合复位按钮116的锁定设备118。如图1中图解，锁定设备118可布置在紧靠复位按钮的电池组16的外壳中。锁定设备118可以是适配为防止复位按钮116被压下的任何适当的电机装置。锁定设备118可以与电池控制部件26进行电通信。电池控制部件26可响应于热切断事件来导致锁定设备118与复位按钮116接合，从而当电池组16在工作温度范围之外时防止复位按钮116被压下。一旦电池组16返回至工作温度，那么电池控制部件26可导致锁定设备118与复位按钮16脱离，以容许最终用户压下复位按钮116来复位指示器。可以想象，复位按钮116和锁定设备118可布置在动力工具12和/或充电器18上。
现在参考图1和7，电池组16可包括闩锁(latch)120，其适配为将电池组16可拆卸地绑定至动力工具12。闩锁致动传感器122可以是光学传感器、磁性传感器(例如，霍尔传感器)、机械传感器、电传感器或任何其它适当的传感器。闩锁致动传感器122可与电池控制部件26进行电通信。
系统10可配置为这样：闩锁120从动力工具12处的脱离导致电池控制部件26接收复位信号。例如，在热切断事件之后，一旦电池组16返回至工作温度，那么最终用户可通过开动闩锁120来将电池组16从动力工具12处脱离。闩锁致动传感器122可感应闩锁120脱离动力工具12，并将复位信号发送至电池控制部件26。然后，电池控制部件26可闭合开关24来允许至/来自电池组16的电流。
应该理解，热切断事件包括电池组16升高超过或下降低于工作温度范围的情况。因而，温度切断装置90可响应于电池组16过冷来导致热切断事件。在电池组16预热至温度处于电池组16的工作温度范围内之后，随后，这里所描述的各种复位装置可应用于允许或恢复至/来自电池组16的电流。
本质上，本公开的描述仅仅是示例性的，因此，不脱离本公开的要旨的各种变化意图都是在本公开的范围之内的。这些变化不应被视作对于本公开的精神和范围的脱离。

Claims (20)

1.一种电池组，其特征在于，该电池组包含：
多个电池单元；
放电开关，其与所述电池单元串联；
温度传感器，其配置为感应所述电池组中的温度；以及
电池控制部件，其适配为接收来自温度传感器的温度的信号指示，并且当温度超过过温阈值时，其可操作性地控制开关以中断来自电池单元的电流，该电池控制部件可适配为接收复位信号，一旦接收到复位信号并且温度低于工作温度阈值时，其可操作地控制开关以恢复电流。
2.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，其中所述电池控制部件接收来自可操作地耦合至所述电池组的电池充电器的复位信号。
3.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，进一步包含所述电池组的外部上可达的用户致动复位装置，用于产生所述复位信号。
4.如权利要求3所述的电池组，其特征在于，其中所述复位装置进一步包含按钮和锁定装置，当温度超过第一工作温度阈值时，该锁定装置防止所述按钮的压下。
5.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，进一步包含：闩锁装置，其配置为将所述电池组耦合至动力工具；以及闩锁感应装置，其配置为确定所述闩锁装置何时被致动，并当所述闩锁装置被解开时，产生所述复位信号。
6.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，其中所述电池控制部件接收来自可操作地耦合至所述电池组的动力工具的复位信号。
7.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，其中当已循环所述动力工具的触发开关时，所述电池控制部件接收来自所述动力工具的复位信号。
8.如权利要求1所述的电池组，其特征在于，其中当所述温度高于第二工作温度阈值，并且所述电池控制部件已接收到所述复位信号时，所述电池控制部件控制所述开关恢复电流。
9.一种系统，其特征在于，该系统包含：
工具；
电池组，其具有多个电池单元，该电池组适配为与所述工具接合，并向其提供电流；以及
电池控制部件，其一旦接收到禁止信号，那么阻止来自所述单元的电流，该电池控制部件响应于复位信号的接收以及至少一部分所述电池组在预定温度范围之内以允许来自电池单元的电流。
10.如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包含电池充电器，其具有适配为与所述电池控制部件进行通信的充电器控制部件。
11.如权利要求10所述的系统，其特征在于，其中所述充电器控制部件响应于所述充电器和所述电池组之间的接合来将所述复位信号发送至所述电池控制部件。
12.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中电池充电器和所述电池组之间的接合导致所述充电器控制部件接收所述复位信号。
13.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中所述电池控制部件响应于所述电池组从电池充电器分离来接收所述复位信号。
14.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中所述工具将所述复位信号发送至所述电池控制部件。
15.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中响应于循环所述工具的触发，所述复位信号被发送至所述电池控制部件。
16.如权利要求9所述的系统，其特征在于，进一步包含复位按钮，其中，该复位按钮的致动导致所述复位信号被发送至所述电池控制部件。
17.如权利要求16所述的系统，其特征在于，进一步包含锁定装置，用于响应于所述电池组的预定温度来防止所述复位按钮的致动。
18.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中响应于所述电池组从所述工具分离，所述复位信号被发送至所述电池控制部件。
19.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中响应于所述电池组与所述工具结合，所述复位信号被发送至所述电池控制部件。
20.如权利要求9所述的系统，其特征在于，其中传感器导致所述复位信号响应于所述工具在预定长度的时间内保持空转而被发送。
CNU2008201370203U 2007-07-13 2008-07-14 电池组 Expired - Fee Related CN201266841Y (zh)

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