CN101656415A

CN101656415A - 电动工具

Info

Publication number: CN101656415A
Application number: CN200910167287A
Authority: CN
Inventors: 船桥一彦; 渡部伸二; 中山荣二
Original assignee: Hitachi Koki Co Ltd
Current assignee: Machine holding company
Priority date: 2006-09-07
Filing date: 2007-09-07
Publication date: 2010-02-24
Anticipated expiration: 2027-09-07
Also published as: EP1897661A3; EP1897661B1; JP5067722B2; US20110037435A1; US7932697B2; EP1897661A2; CN101145686B; CN101145686A; CN101656415B; US20110242717A1; JP2010131749A; JP4556929B2; US20080061742A1; US7932701B2; US20110000689A1; JP2008062343A

Abstract

本发明公开了一种与电池组(5)连接的电动工具(1)，该电池组包括过电流检测器(533)和过放电检测器(532)，其中过电流检测器检测电池模块(51)的过电流并输出检测信号，过放电检测器检测电池模块(51)的过放电并输出检测信号。电动工具(1)包括电动机(2)、触发开关(31)和FET(410)，其中电动机由电池组(5)提供的电力驱动，触发开关将电池组(5)向电动机(2)的供电设置为导通或关断状态，FET(410)根据来自过电流检测器(533)或过放电检测器(532)的检测信号将向电动机(2)的供电设置为导通或关断状态。

Description

电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具，具体涉及防止电池组过电流和过放电的电动工具。

背景技术

此前，已知一种用电池作为电源的电动工具(以下称为电动工具)，例如螺丝刀或圆锯，该电动工具可以通过电池组供应的电力来操作。操作这种电动工具需要大的电力。因此，除了镍镉电池和镍氢电池以外，近来还广泛地使用锂离子电池作为电池组的充电电池。锂离子电池的优点是可以提供大的电力，并且可以使得电动工具的尺寸/重量减小。另一方面，锂离子电池必须严格应对下述问题：电池着火，以及因过充电、过电流和过放电而引起的电池寿命缩短。例如，在锂离子电池中，普遍认为，当产生过放电或者当过电流流经负载时，电池温度升高，从而造成电池寿命缩短或者造成电动工具的电动机损坏；或者当产生过充电时，会造成电池着火。就上述问题而言，已知一种电池组，这种电池组包括断路装置，该断路装置可以中断向电动工具的电力供给(例如，参考日本专利No.3,222,951)。日本专利No.3,222,951公开了作为断路装置的场效应晶体管(FET)。

发明内容

有一种电池组，在该电池组中提供多个FET作为断路装置，以便防止过电流和过放电。其中，在大于FET的可允许最大电流的电流流入电动工具的情况下，多个FET也可以确保中断向电动工具供电。此外，还有一种电池组，该电池组不专门用于特定的电动工具，而是可以用于各种常用的电动工具。因此，由于所用电动工具的不同，电池组中包括的FET的数量不能使过电流中断。也就是说，在电池组中包括的FET的数量很少，并且流入与电池组连接的电动工具的电流很大的情况下，电流过多地流入FET，从而使FET损坏。相反，在电池组中包括的FET的数量很多，并且流入与电池组连接的电动工具的电流很小的情况下，FET变得无用。

因此，本发明的目的是提供一种电动工具，该电动工具包括所需数量的断路装置，在产生过电流或过放电时，该断路装置可以中断电流的流动。

为了解决上述问题，根据本发明的第一方面，提供了一种与电池组连接的电动工具，所述电池组包括电池和电池状态监视装置，所述电池状态监视装置检测电池的过电流或过放电并且输出检测信号，所述电动工具包括：驱动件，其由电池提供的电力驱动；第一开关单元，其用于将从电池向驱动件的供电任意设置为ON/OFF状态(导通或关断状态)；以及第二开关单元，其用于根据检测信号将向驱动件的供电设置为ON/OFF状态。

此外，根据本发明的第二方面，电动工具包括保持装置，在所述第一开关单元处于ON状态并且由所述第二开关单元中断向驱动件供电的情况下，所述保持装置保持在所述第一开关单元处于ON状态下所述第二开关单元产生的中断向驱动件供电的状态。

根据本发明的第三方面，电动工具包括：第一信号输出装置，其输出用于接通所述第二开关单元的第一信号；以及第二信号输出装置，其输出用于断开所述第二开关单元的第二信号。这里，如果在所述第一开关单元接通的状态下，所述电池与所述驱动件连接，则所述第二信号输入所述第二开关单元。

根据本发明的第四方面，在电动工具中，所述第一信号输出装置包括电阻器和电容器，所述第二信号输出装置至少包括电阻器和电容器，并且在所述第二信号输出装置中的电阻器和电容器的时间常数大于在所述第一信号输出装置中的电阻器和电容器的时间常数。

根据本发明的第五方面，电动工具还包括通知装置，该通知装置向使用者通知所述第二开关单元的状态。

根据本发明的第六方面，提供了一种与具有电池的电池组连接的电动工具，包括：驱动件，其由电池提供的电力驱动；第一开关单元，其用于将从电池向驱动件的供电任意设置为ON/OFF状态；第二开关单元，其基于根据电池组状态的检测信号将向驱动件的供电设置为ON/OFF状态；第一信号输出装置，其向所述第二开关单元输出用于允许从电池向驱动件供电的第一检测信号；以及第二信号输出装置，其向所述第二开关单元输出用于中断从电池向驱动件供电的第二检测信号。这里，如果在所述第一开关单元接通的状态下，所述电池与所述驱动件连接，则所述第二检测信号输入所述第二开关单元。

根据本发明第一方面中的电动工具，没有为电池组提供第二开关单元，而是为电动工具提供第二开关单元，该第二开关单元可以将向驱动件的供电设置为ON/OFF状态。当向驱动件的供电设置为ON状态时，电流流入第二开关单元。然而，在大电流流入电动工具的情况下，必须并联设置多个第二开关单元以分散电流。根据本发明第一方面中的电动工具，因为为电动工具提供第二开关单元，所以可以根据其电动工具所需的电流提供需要数量的第二开关单元。由此可以防止因第二开关单元的数量少而使每个第二开关单元的电流量过大，以致损坏第二开关单元。此外，因为不必提供多余数量的第二开关单元，所以降低了成本。

此外，根据本发明第二方面中的电动工具，提供了一种保持装置，当在第一开关单元接通的状态下，第二开关单元中断向驱动件供电时，该保持装置保持在第一开关单元处于接通状态所述第二开关单元产生的中断向驱动件供电的状态。因此，可以防止在短时间内反复出现供电和供电中断。也就是说，虽然第二开关单元的OFF状态(关断状态)解决了过电流状态的问题，但此后第二开关单元的ON状态(导通状态)重新开始供电，很快会再次产生过电流状态，以致第二开关单元再次断开。保持装置可以防止反复出现第二开关单元的ON/OFF状态。而且，当第一开关单元处于ON状态时，在第二开关中断的情况下保持中断状态，以防止当通过从物体上移开电动工具来消除过电流时，电动工具重新被驱动。因此，提高了安全性。

根据本发明第三方面中的电动工具，提供第一信号输出装置和第二信号输出装置，其中，第一信号输出装置输出用于接通第二开关单元的第一信号，第二信号输出装置输出用于断开第二开关单元的第二信号。这里，当在所述第一开关单元接通的状态下，电池与驱动件连接时，所述第二信号输入所述第二开关单元。因此，在第一开关单元接通时，一旦第二开关单元断开，就可以防止再次向驱动件提供电力。

根据本发明第四方面中的电动工具，第一信号输出装置包括电阻器和电容器，第二信号输出装置至少包括电阻器和电容器，并且在所述第二信号输出装置中的电阻器和电容器的时间常数大于在所述第一信号输出装置中的电阻器和电容器的时间常数。因此，在第一开关单元接通时，一旦第二开关单元断开，就可以通过简单结构防止再次向驱动件提供电力。

根据本发明第五方面中的电动工具，提供了一种通知装置，该通知装置向使用者通知第二开关单元的状态。因此，使用者会发现第二开关单元断开并且电动工具不能操作。

根据本发明第六方面中的电动工具，提供了第一信号输出装置和第二信号输出装置，其中，第一信号输出装置向第二开关单元输出用于允许从电池向驱动件供电的第一检测信号，第二信号输出装置向第二开关单元输出用于中断从电池向驱动件供电的第二检测信号。这里，当在所述第一开关单元接通的状态下，电池与驱动件连接时，所述第二检测信号输入所述第二开关单元。因此，在第一开关单元接通时，一旦第二开关单元断开，就可以防止再次向驱动件提供电力。

附图说明

在附图中：

图1是根据本发明一个实施例的电动工具和电池组构造的电路图；

图2A、图2B和图2C是说明当检测到本实施例的电动工具和电池组中的过电流或过放电时的操作的曲线图；以及

图3A和图3B是说明当在本实施例的电动工具的触发开关处于ON状态下，电池组已经连接到电动工具上时的操作的曲线图。

具体实施方式

下面，参考图1-图3B描述根据本发明一个实施例的电动工具。如图1所示，本实施例的电动工具1与电池组5一起使用。电动工具1与电池组5通过正极端子54、负极端子55和过电流/过放电输出端子56可拆卸地连接。

电动工具1包括：电动机2，其由电池组5供应的电力驱动；开关单元3，其具有可手动开关的触发开关31；以及控制器4，其控制电动机2的旋转。

在电池组5已经预先充电到预定电压或更高电压的状态下，电池组5与电动工具1连接，从而在正极端子54与负极端子55之间提供预定电压。当触发开关31闭合时，在正极端子54与负极端子55之间形成经过电动机2的闭合电路。电动机2接收预定电力，从而被驱动。

电池组5包括：电池模块51，在该电池模块中串联多个蓄电池510；电阻器52，其连接在正极端子54与电池模块51之间，用于检测流入电池模块51中的电流；以及电池保护IC 53，其检测每个蓄电池510的过放电、过电流和过电压(或过充电)，并将根据检测结果的信号输出给电动工具1或充电器。

在正极端子54与负极端子55之间，电阻器52和电池模块51相互串联。组成电池模块51的蓄电池510是充电电池，例如锂离子电池。当电池保护IC 53监视每个蓄电池510的过放电和过电流，并检测到任何蓄电池510中的过放电或过电流时，该电池保护IC 53通过过电流/过放电输出端子56向控制器4输出用于中断向电动机2供电的信号。此外，当电池保护IC 53检测到蓄电池510处于过充电状态时(例如在蓄电池510的电压达到4.35V或更高的情况下，电池保护IC 53判定蓄电池510处于过充电状态，这是因为锂离子电池的额定值是3.6V/蓄电池，并且最大充电电压是4.2V)，电池保护IC 53通过过充电输出端子57向充电器输出用于停止充电的信号。“过电流”是指流入负载的电流超过预定值的状态，“过放电”是指每个蓄电池的剩余电压都低于预定值的状态。在本实施例中，过电流的电流值是70A，单个蓄电池510的过放电的电压值是2V。

电池保护IC 53包括蓄电池电压检测器530、过电压检测器531、过放电检测器532、过电流检测器533和开关58。蓄电池电压检测器530检测每个蓄电池510的电压，并且向过电压检测器531和过放电检测器532输出检测结果。

每个蓄电池510的电压从蓄电池电压检测器530输入到过电压检测器531。在任何蓄电池510的电压为预定值或更高的情况下，过电压检测器531判定产生过电压。

每个蓄电池510的电压从蓄电池电压检测器530输入到过放电检测器532。在任何蓄电池510的电压为预定值或更低的情况下，过放电检测器532判定产生过放电，并且输出用于闭合(接通)开关58的信号。

过电流检测器533检测流入电阻器52的电流值，并在检测到的电流超过预定值的情况下判定产生过电流，并且输出用于闭合开关58的信号。

当通过来自过放电检测器532或过电流检测器533的信号闭合开关58时，过电流/过充电输出端子56与地线连接。因此，在这种情况下，电池保护IC 53向电动工具1的控制器4输出零伏电压(L₀信号)。

电动工具1的电动机2经过开关单元3和控制器4连接在正极端子54和负极端子55上。开关单元3连接在电动机2上，并且包括触发开关31和反相开关32。触发开关31与电动机2串联，并且通过用户操作来接通/断开。反相开关32是用于转换连接在正极端子54和负极端子55上的电动机2的极性、从而改变电动机2的旋转方向的开关。

在收到来自电池保护IC 53的用于中断供电的信号之后，控制器4断开用于向电动机2供电的闭合电路并且停止驱动。控制器4包括主电流开关电路41、主电流切断保持电路42和显示部件43。

主电流开关电路41由场效应晶体管(FET)410、电阻器411和电容器412组成。在FET 410中，漏极与电动机2连接，门极与过电流/过放电输出端子56连接，源极与负极端子55连接。电阻器411连接在正极端子54与FET 410的门极之间。电容器412连接在FET410的门极与源极之间。FET 410的门极、电阻器411与电容器412之间的接点由触点A表示。

当电池组5正常向电动机2供电时，FET 410处于ON状态。也就是说，当电动工具1与电池组5连接时，电池电压经过电阻器411施加在触点A(FET 410的门极)上，所以FET进入ON状态。另一方面，当电池保护IC 53检测到过放电或过电流并且将0V电压(L₀信号)从过电流/过充电输出端子56输入FET 410的门极时，FET 410进入OFF状态，并中断向电动机2供电。

主电流切断保持电路42由FET 420、电阻器421、电阻器422和电容器423组成。在FET 420中，漏极与FET 410的门极和过电流/过放电输出端子56连接，源极与负极端子55连接。此外，门极经过电阻器421与电动机2和FET 410的漏极连接，并且经过相互并联的电阻器422和电容器433与负极端子55连接。当在FET 420门极侧触点B上施加电压时，FET 420导通，并且与FET 420的漏极连接的触点A与负极端子55(地线)连接。因为触点A与FET 410的门极连接，所以FET 410的门极也就与负极端子55连接，所以FET410关断。

显示部件43由电阻器430和显示器(在本实施例中为LED)431组成，并且并联在FET 410的漏极与源极之间。在触发开关31处于OFF状态的情况下，或者在FET 410导通、触发开关31接通并且向电动机2供电的情况下，因为在显示部件43两端之间不存在电位差，所以显示器431不会发光。另一方面，在检测到过充电或过电流并且FET 410进入OFF状态的情况下，在漏极与源极之间产生电位差。也就是说，因为电流流经电阻器430，所以显示器431发光并显示检测到过放电或过电流。由此，使用者会发现电动工具1因过放电或过电流而不能操作。

下面，描述这样构成的电动工具1和电池组5的操作。首先参考图1和图2A-2C，描述在电动工具1与电池组5连接的状态下，接通触发开关31时的操作。

图2A是显示触发开关31的ON/OFF定时的曲线图。图2B是在图1的触点A、触点B和触点C处的电压VA、电压VB和电压VC的时间图，其中，竖轴表示电压VA、电压VB和电压VC，横轴表示表示时间。图2C是由电池组5的过电流检测器533检测的电流的时间图，其中，竖轴表示电流I，横轴表示时间。

时间t0表示在接通触发开关31后、当电池组5正常向电动机2提供电力时的任意时间。这里，从时间t0到时间t3，触发开关31处于ON状态，并且在时间t3时断开。此外，如图2C所示，虽然在时间t0时的电流I为I 1，但是电流I随着时间的流逝而增加(在时间t1时的过电流值为I2)。

当电池组5的过电流检测器533检测到流经电阻器52的电流达到I2，即在时间t1时的过电流值时，该过电流检测器接通开关58。通过把开关58设为ON，0V电压(L₀信号)从过电流/过放电输出端子56输出，并输入FET 410的门极。由此，如图2B所示，保持恒定数值的电压VA从时间t1起降低；然后当电压VA低于导通电压V1时，FET 410关断。因此中断向电动机2供电。

当FET 410处于OFF状态时，电流通路变为经过电阻器421、电阻器422和电容器423的通路，即经过主电流切断保持电路42的通路，结果在触点C处的电压VC增加。同时，电压VB也增加，并且FET 420在时间t2处，即电压VB超过导通电压V1处导通。然后，触点A，即FET 410的门极与负极端子55连接。

在没有提供主电流切断保持电路42的情况下，将FET 410设为OFF解决了过电流状态的问题，此后，FET 410再次导通以开始供电。然而，在这种情况下，很快会再次产生过电流状态，并且FET 410再次关断。也就是说，重复进行FET 410的导通和关断。然而，在本实施例中提供了主电流切断保持电路42。因此，即使在解决过电流问题并且断开开关58的情况下，也因为主电流切断保持电路42的FET 420处于ON状态，所以保持向FET 410的门极提供0V电压，以便FET 410保持OFF状态。于是，保持中断向电动机2供电。

当在时间t3处断开触发开关31时，电压VB降低并且在时间t4处低于导通电压V1，以便关断FET 420。一旦关断FET 420，电池电压经过电阻器411再次施加在FET 410的门极上。也就是说，电压VA平滑上升，此后，在电压VA超过导通电压V1的时间t8处导通FET 410。当在此状态下断开触发开关31时，允许向电动机2供电。同样，在过放电的情况下进行相似的操作。

如上所述，根据本实施例的电动工具1，没有为电池组5提供FET 410，而是为电动工具1提供FET 410，该FET将向电动机2供电设置为ON/OFF状态。当向电动机2供电处于ON状态时，电流流入FET 410。在大电流流入电动工具的情况下，必须并联设置多个FET 410以分散电流，或者必须选择具有大额定容量的电池组以适应可用的电动工具。然而，根据本实施例的电动工具1，因为为电动工具1提供FET 410以适应电动工具1所需的电流，所以可以选择使用FET 410或者提供需要数量的FET 410。因此，可以防止因FET的数量少而使每个FET 410的电流量过大，以致损坏FET 410。此外，因为不必提供多余数量的FET，更进一步地说，因为可以选择适合电动工具1的FET，所以降低了成本。

此外，提供了主电流切断保持电路42，当在触发开关31接通的状态下，FET 410中断向电动机2供电时，该主电流切断保持电路保持触发开关31接通时由FET 410产生的向电动机2供电的中断状态。因此，可以防止在短时间内反复出现供电和供电中断。也就是说，尽管将FET 410设为OFF可以解决过电流状态的问题，但此后将FET410设为ON可以重新供电，很快会再次产生过电流状态，以致FET410再次关断。可以防止反复将FET 410设为ON/OFF。同样，在过放电的情况下进行相似的操作。

下面，参考图1和图3A～3B，描述当在触发开关31处于ON状态的状态下，电动工具1与充电到指定电压的电池组5连接时的操作。

图3A是触发开关31的ON/OFF定时的曲线图。图3B是在触点A和触点B处的电压VA和电压VB的时间图，其中，竖轴表示电压VA和电压VB，横轴表示表示时间。

在时间t0处，在触发开关31接通的状态下，电池组5与电动工具1连接。这里，在时间t6以前，触发开关31一直处于ON状态；在时间t6时，触发开关31断开。如图3B所示，一旦电池组5与电动工具1连接，电压VA和电压VB就都会增加。

在本实施例中，设置由电阻器411与电容器412组成的电路的时间常数和由电阻器421与电容器423组成的电路的时间常数，以便使电压VB的上升早于电压VA。在本实施例中，电阻器411、电容器412、电阻器421以及电容器423分别具有电阻值1MΩ、电容量1μF、电阻值1KΩ以及电容量1μF。因此，电压VB的上升早于电压VA，在时间t5时超过导通电压V1，并且FET 420导通。当FET 420导通时，在触点A处电压VA变为0V。因此，0V电压(L₀信号)输入FET 410的门极，并且不导通FET 410。在触发开关31断开之前，保持FET 410的OFF状态。

当在时间t6处断开触发开关31时，因为通过电阻器422对电容器423的电荷进行放电，所以电压VB降低。当电压VB低于导通电压V1时，FET 420断开。通过将FET 420设为OFF，在电动工具1中形成经过正极端子54、电阻器411和电容器412通向负极端子55的闭合电路，并且电压VA增加。

因此，根据本实施例的电动工具1，当在触发开关31处于ON状态下，电动工具1与电池组5连接时，可以防止向电动机2提供电力并使其开始操作，从而可以提高安全性。为了获得这种效果，不需要过电流检测器533和过放电检测器532，也不需要用于通知控制器4的过电流或过放电的开关58。

在本实施例中，电动机2是本发明的驱动件，触发开关31是本发明的第一开关单元，FET 410是本发明的中断装置，主电流切断保持电路42是本发明的保持装置，显示部件43是本发明的通知装置，电池保护IC 53是本发明的电池状态监视装置，电阻器411和电容器412构成本发明的第一信号输出装置，以及FET 420、电阻器421和电容器423构成本发明的第二信号输出装置。

根据本发明的电动工具1不限于上述实施例，而是在所附权利要求书范围内可以进行各种修改和改进。

本申请基于2006年9月7日提交的在先日本专利申请No.2006-243168并要求其优先权，在此通过引用的方式将该专利申请的全部内容并入本文中。

Claims

1.一种与电池组连接的电动工具，所述电池组包括电池和电池状态监视装置，所述电池状态监视装置检测所述电池的过电流或过放电，并且输出检测信号，所述电动工具包括：

驱动件，其由所述电池提供的电力驱动；

第一开关单元，其用于将从电池向驱动件的供电设置为导通或关断状态；

第二开关单元，其用于根据所述检测信号将向驱动件的供电设置为导通或关断状态，以及

第一信号输出装置，其输出用于接通所述第二开关单元的第一信号；以及

第二信号输出装置，其输出用于断开所述第二开关单元的第二信号，其中，当在所述第一开关单元接通的状态下，所述电池与所述驱动件连接时，所述第二信号输入所述第二开关单元。

2.根据权利要求1所述的电动工具，还包括：

保持装置，在所述第一开关单元处于导通状态并且由所述第二开关单元中断向驱动件供电的情况下，所述保持装置保持所述第一开关单元处于导通状态时由所述第二开关单元产生的向驱动件供电的中断状态。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其中：

所述第一信号输出装置包括电阻器和电容器，所述第二信号输出装置至少包括电阻器和电容器；并且

在所述第二信号输出装置中的电阻器和电容器的时间常数大于在所述第一信号输出装置中的电阻器和电容器的时间常数。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的电动工具，还包括：

通知装置，其向使用者通知所述第二开关单元的状态。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其中：

所述第二开关单元容纳在所述电动工具中；

所述第二开关单元由FET组成；

当在所述驱动件中流动的电流超过预定值时，所述电池状态监视装置判定发生所述电池的过电流。

6.一种与具有电池的电池组连接的电动工具，包括：

驱动件，其由所述电池提供的电力驱动；

第一开关单元，其用于将从电池向驱动件的供电任意设置为导通或关断状态；

第二开关单元，其基于根据电池组状态的检测信号将向驱动件的供电设置为导通或关断状态；

第一信号输出装置，其向所述第二开关单元输出用于允许从电池向驱动件供电的第一检测信号；以及

第二信号输出装置，其向所述第二开关单元输出用于中断从电池向驱动件供电的第二检测信号，

其中，当在所述第一开关单元接通的状态下，所述电池与所述驱动件连接时，所述第二检测信号输入所述第二开关单元。

7.根据权利要求6所述的电动工具，其中：

所述第二开关单元容纳在所述电动工具中；

所述第二开关单元由FET组成。