专利名称：用于为留在充电器中的电池组重新开始充电循环的系统的制作方法
技术领域：
本实用新型总体涉及一 电池组，尤其涉及用于为留在电池充电器中的电 池组重新开始充电循环的系统。
背景技术：
近年来，锂离子(Li-ion)电池已在低电压便携电子设备，例如笔记本 型个人电脑中开始取代镍铬(NiCd)、镍-金属-氢化物(NiMH)和铅酸电池。 与镍铬和镍-金属-氢化物电池相比较，锂离子电池更轻，且单位体积具有更 大容量。由于这个原因，锂离子电池适合于低电压设备，这些设备最好较轻， 且需要承受长时间连续使用。
和4臬4各电池组以及镍-金属-氢化物电池组不同，锂离子电池在过放电状 态下很快恶化。由此，锂离子电池组可包括防止过放电的保护功能。例如， 理想的是提供一种在电池组留在电池充电器中 一延长的时间周期的情况下， 用于为该电池组再充电的系统和方法。
本部分的叙述，^叉提供与本实用新型相关的背景信息，并不构成现有4支术。
发明内容
本实用新型的目的，就是提供一种用于为留在充电器中的电池组开始充 电循环的系统。所述电池组包括一电池控制单元，其可^t喿作以在预定的非活 跃状态时期后，将电池组置于休眠模式。反过来，响应于该电池组进入休眠 模式，所述电池充电器可操作以向该电池组传递充电信号。
更多的应用领域从此处提供的描述中变得清晰。应当理解，该描述及特 定示例仅仅用于说明之用，而非用于限制本实用新型的范围。
图1为一典型电动工具系统的图；图2为用于一可操二作连接至电池充电器的电池组的典型配置的方框以及
图3为一流程图，说明了用于为一留在充电器中的电池组开始充电循环 的示例性方法。
在此描述的附图，仅用于说明之用，而非以任何形式用于限制本实用新 型的范围。
具体实施例
本实用新型可涉及一种类型的动力工具系统，其在图1中通过参考数字 IO所指示。所述动力工具系统IO可包括，例如， 一个或多个动力工具12， 一电池组16和一电池组充电器18。每个动力工具12可为任何类型的的动力 工具，包括但不限于钻、钻/起子、锤钻/起子、旋转锤、螺丝起子、冲击起 子、圆形锯、曲线锯、往复锯、带锯、切断工具、切削工具、剪、磨沙机、 真空吸尘器、灯、刳刨机、粘料分配器、混凝土振动器，激光器，骑钉枪和 直钉枪。在所提供的特定示例中，所述动力工具系统10包括第一动力工具 12a和第二动力工具12b。例如，所述第一动力工具12a可以为一钻/起子， 类似于美国专利号6431289中所描述的那种，而第二动力工具12b可以为一 圓形锯，类似于美国专利号6996909中所描述的那样。可选地，所述电池组 16为可移除地连接至第一和第二动力工具12a和12b,从而往那里提供电力。 需要指出的是，本实用新型的更宽的方面适用于其它类型的电池供电设备。
图2示出了可操作地连接至一电池充电器18的一电池组16的例示性配 置。所述电池组16通常包括多个电池单元20、 一电池控制单元22和不同的 电池控制电路。除非是在此以其它方式描述，所述电池组16可以类似于美 国专利申请z^开号2006/0096771所描述的方式配置，在此该申请以参考的方 式并入。然而，该例示性配置仅仅4皮提供作为用于描述在此公开的不同保护 方法和电路的背景。可预期其它配置也落入本实用新型的更宽方面。
所述电池组16可包括多个串if关连接的电池单元20和/或多个串联连4妻的 电池串，其中所述多个串相互并联连接。为了描述例示性实施例，所述电池 组可由具有锂离子化学物质的电池构成。在无缆动力工具领域中，所述电池 组的额定电压通常最少为18伏。然而，可预期其它电压等级可用于不同应 用。另外，例如才艮据电池组的单元电池、电极和电解液的化学组成，所述电池组可以由其它锂基化学物质的电池组成，如锂金属或锂聚合物，或其它化
学物质例如镍铬(NiCd)、镍-金属-氢化物(NiMH)和铅酸。尽管下述的充 电程序特别适合于锂基化学物质，这些程序可用于具有其它类型的化学物质 的电池。
嵌入电池组16中的电池控制单元22用于保护电池和监测任何可能发生 的故障情况。在一例示性实施例中，所述电池控制单元22通过数字微控制 器上的软件来实现。然而，所述电池控制单元22可嵌入硬件或软件中，例 如作为数字微控制器、微处理器或模拟电路、数字信号处理器或通过一个或 多个数字IC例如专用集成电路(ASIC)。在某些设置中，所述电池控制单元 22可由电池持续供电。虽然这样电力消耗可最小化，经过一延长的时间周期 后，所述电池可能会达到过力文电的状态。
来自电池的》文电电流和去往电池的充电电流可通过^f吏用开关23箝位或 中断。所述开关23可与电池串联j殳置。在该例示性实施例中，所述开关i殳 置于电池的低电压侧，但也可设置于其它位置。由此，所述开关23可通过 开关控制单元22控制，以中断通往/来自电池的电流。在一示例性实施例中， 所述开关23为一晶体管(例如一金属氧化物半导体场效应晶体管)。可预期， 本实用新型也可使用其它类型的开关。
配置一电流传感器24以4全测电池纟是供的电流，以及提供一指示通往电 池控制单元22的电流的信号。在一示例性实施例中，所述电流传感器24可 通过利用 一 串联接至电池20的电流分路来实现。优选地，所述电流分路设 置在所述电池电源的低压侧。在一可替代实施例中，所述开关23可作为电 流传感器(见图3)。换句话说，所述电池控制单元22监测通过开关23的电 流。在晶体管的情况下，所述电流通过使用作为电流分路的电阻Ron来测量， 该电流分3各能够将电流转化为可一皮电池控制单元读出的电压。其它类型的电 流传感器(例如霍尔效应电流传感器)也可属于本实用新型的范围之内。
可配置一电压监测电路25以监测单个电池电压和监测电池20的整个电 池组电压。所述电压监测电路可向电池控制单元22提供一表示单个电池或 电池组的电压的信号。可选地，所述电池控制单元22可指示电压监测电^各 以次序方式周期性地监测横跨在电池组每个电池的电池上电压和电池组总 电压。通过将测量到的电池组总电压除以电池组中电池数目可获得平均电池 电压。所述电池控制单元22可进一步连接一电池平衡单元以在充电过程中控制电池电压的平衡。
一例示性电压监测设置在美国专利申请公开号为
2006/0071643中进一步描述，在此以参考的方式并入。
可配置一温度传感器26以测量电池单元的温度。所述温度传感器进一 步将监测的温度传送至电池控制单元22。所述温度传感器可通过负温度系数 (NTC)热敏电阻、正温度系数(PTC)热敏电阻、温度监测集成电路或热 电偶来实现。
在一例示性实施例中，所述电池组包括一休眠模式。在一预定时间周期 之后(例如，45天)，该电池控制单元22可开始一休眠模式，在该休眠模式 中电池组为非活跃状态(亦即电池组既不充电也不放电)。进入休眠模式时， 电池控制单元22开启开关23，由此在电池组端不存在电压。所述电池控制 单元22也可采取其它步骤来减少电池的电力消耗。例如，位于电池组中的 任何微控制器可被置于低电力消耗模式。以这种方式，所述电池组在非活跃 状态期间，可减少或避免电池;故电，包4舌在用户购买之前。可预想所述电池 组可在其它电池条件下开始^木眠才莫式，例如电池组温度、单个电池或电池组 电压等。
所述电池组可通过不同方法^皮唤醒，并恢复至运行状态。例如，当所述 电池组被插入一电池充电器时，所述充电器发送信号以唤醒^f木眠状态中的电 池组。另一示例中，当电池组连接至一工具中，该工具可发送一信号以唤醒 该电池组。在又一示例中，所述电池控制单元22可在进入<木眠#莫式中时开 启一计时器。计时器的长度定义为该^UI民周期。在一例示性实施例中，所述 计时器可通过專欠件实现，虽然可预想其它类型的计时器，例如模拟计时器电 3各。本实用新型也可考虑其它用于唤醒电池组的4支术。当该电池组净皮唤醒时， 所述电池控制单元22将关闭开关23，并采取其它步骤以使电池组返回运行 模式。
为了充电，所述电池组16可一皮选择地连接至电池组充电器18。所述电 池组充电器18通常包括一电源电^各30和一充电控制才莫块32。所述电池组充 电器可包括一端电压检测电路33和一看门狗电路34。可预想，其它监测和/ 或保护电路也可被并入该电池充电器。在此公开的本例示性配置仅仅是提供 作为描述不同保护方法和电路的背景。
所述充电器控制模块32用于为电池充电，并监测可能发生的任何故障 情况。在一例示性实施例中，所述充电器控制模块32通过数字微控制器上的软件来实现。但是，所述充电器控制模块32可嵌入硬件或软件，例如作 为数字微控制器、微处理器或模拟电路、数字信号处理器或通过一个或多个
数字IC例如专用集成电路(ASIC )。
所述电压检测电路33被置于电池充电器18的充电端19-1和充电器控 制模块32之间。该电压检测电路33测量充电端上的电压。虽然可预想到其 它实现方式，但是所述电压检测电路33可通过传统的电压衰减电路来实现， 该传统的电压衰减电路是本领域中公知的，不需要进一步描述。
充电器控制模块32和电池控制单元22可通过非充电(数据)端19-2 来交互数据。该数据端提供介于两个控制单元之间的串行数据链接。在电池 组16中作出的诊断测量可通过电池控制单元22传送至充电器控制模块32。 反过来，控制参数可从充电控制模块32传送至电池控制单元。交换的数据 可包括但不限于充电器和/或电池组的标识、单个或被电池组确定的整个堆的 电压、电池组中的温度条件等。通过本实用新型也可料想到其它类型的通讯。
在一例示性实施例中，所述电池充电器通过^r测通过其端子上的电压来 确定电池组的存在。所述电池充电器利用电压检测电路33持续检测横跨在 其端部上的电压。当该电压超过某些预定阈值时，即认为一电池组连接至一 电池充电器；然而，当电压位于或接近0值时，认为没有电池组连接至电池 充电器。本实用新型也可料想到用于检测电池充电器中电池组存在的其它技 术。
无论何时充电器检测到一电池组的存在，它都可作出是否开始充电循环 的决定。在一例示性实施例中，电池充电器支持一充电周期指示器。例如， 当一电池组从充电器中移除时，所述充电器控制模块32可将非充电端19-2 拉高。当随后一电池组置于充电器中时，如果非充电端19-2位于高电平， 所述充电器控制模块32将开始充电循环。所述充电器控制模块32与电源电 路30共同操作以向电池组提供充电信号。所述充电算法可根据本领域内所 知的电池化学物质的不同类型而有所差异。
当充电完成时，所述充电控制模块32将非充电端19-2拉低，由此指示 充电已完成，且电池组已准备好放电。非充电端19-2保持低电平直至电池 组从充电器中取走。 一旦电池组从充电器中移除，所述非充电端19-2被拉 高。在这种情况下，所述非充电端19-2可被用于提供一充电循环的指示。 然而可料想到，电池充电器可支持其它类型的指示器(例如软件实现的标志)。此外，可料想到，这样的指示器可被保持在电池组中，并且当操作连 接至充电器时，从电池组往充电器通信。
依赖于使用频率，电池组可随着时间过去而放电。然而，当一电池组留 在并可操作地连接至充电器时，所述充电器可重新开始充电循环，如图3所 示，由此重新为该电池组充电。在该例示性实施例中，当留置于充电器中一
预定的时间周期后，所述电池组在42将进入休眠模式。如上所述，该电池
组在休眠模式中停止输出电压至其端子。由于该电池充电器不再检测到端子
电压，所述充电器认为该电池组已被移除，并由此在44中将非充电电阻引 脚重置为高。
为了重新开始充电循环，在46中所述电池充电器尝试在串行数据《连4妄 上发送一准备充电信号，以唤醒电池组。响应于该信号，所述电池控制单元 22将关闭开关23，并采取其它步骤以将电池组返回至运行状态。在一例示 性实施例中，所述电池充电器通过立即发送信号尝试唤醒电池组。在另一实 施例中，所述电池充电器可延迟发送信号，直至一内部计时器超时。在任一 情况下，进入休眠模式的所述电池组触发充电器重新开始充电循环。
当电池组从其休眠模式中被唤醒时，在电池组的端子上再次出现电压。 当电池组连接至电池充电器时，所述充电器利用上述方式检测到横跨在其端 部上的电压的存在。由于非充电端子引脚4皮设置为高，该充电器将会于48 重新开始充电循环。这样，周期性重新开始所述充电循环以维护充好电的电 池组。以此独特的方式，所述电池组实现〗木眠功能，当该电池组留在充电器 中时，该休眠功能与充电器协作运行以重新开始充电循环。
在没有来自电池的输入的情况下，充电器重新开始充电次序也可以是希 望的。这种重新开始可以基于时间、温度和/或其它因素。为了使充电器重新 开始充电，在44中，所述充电器可简单地重设非充电端至高，不管电池端 的电压。这将由此将唤醒电池组，并如前所7>开，重新开始充电循环。
当电池组留在充电器中时，本实用新型也可料想到用于重新开始充电循 环的其它技术。
上述描述实质上仅仅是示例，并非意欲限制本实用新型、申请或使用。 本申请要求于2007年9月5日提交的美国临时申请号为60/967,578的 申请的优先权，上述申请的公开在此以引用的方式并入本文中。
权利要求1.一用于电池组的充电系统，包括一具有一个或多个电池的电池组和其中的一电池控制单元，其中，所述电池控制单元在一预定的非活跃状态周期后，可操作设置电池组进入休眠模式；和一适于容纳电池组的电池充电器，响应电池组进入休眠模式，可操作发送充电信号至电池组。
2. 权利要求1所述的充电系统，其中所述电池组包括两个充电端，使得当电池组进入休眠模式时，所述电池控制单元移除一存在于充电端上的电 压。
3. 权利要求1所述的充电系统，其中所述电池组包括一与电池串接的开 关，使得所述电池控制单元在进入休眠模式时打开该开关。
4. 权利要求1所述的充电系统，其中所述电池充电器具有一充电器控制 单元，当为所述电池组充电时，该充电器控制单元支持一指示器，其中当所 述电池进入休眠模式时，所述充电控制单元设置该指示器为电池组充电。
5. 权利要求4所述的充电系统，其中当所述电池组进入休眠模式时，所 述电池充电器发送一信号以唤醒电池组。
6. 权利要求5所述的充电系统，其中所述电池充电器延迟发送所迷信号 唤醒电池组，直至所述电池充电器内部维持的一计时器超时。
7. 权利要求5所述的充电系统，其中所述电池组具有一与电池串接的开 关，使得当所述电池进入休眠模式时，所述电池控制单元打开该开关，当从 休眠模式唤醒后，关闭该开关。
8. 权利要求5所述的充电系统，其中当所述指示器被设置为电池组充电 时，所述充电控制单元可4喿作向电池组发送充电信号，且所述充电控制单元 检测到可操作地连接至电池充电器的所述电池组。
9. 一用于电池组的充电系统，包^":一具有一个或多个电池的电池组和一位于电池组中的电池控制单元，其 中，当所述电池组处于非活跃状态一段时间后，所述电池控制单元可操作以 从正常放电率减少所述电池单元的放电率；以及一适于容纳电池组的电池充电器，所述电池充电器可操作维持一指示器，指示是否为电池充电，并且当可操作连接到那里的电池组从正常放电率 减少所述电池单元的放电率时，电池充电器可操作设置所述指示器。
10.权利要求9所述的充电系统，其中所述电池组具有两个充电端，使得所述电池控制单元移除一存在于充电端上的电压，以减少放电率。
11 .权利要求9所述的充电系统，其中所述电池组包括一与电池串接的开 关，使得所述电池控制单元打开该开关以减小放电率。
12. 权利要求9所述的充电系统，其中所述电池充电器发送一准备好充电 信号至电池组，响应于该信号，所述电池组恢复正常放电率。
13. 权利要求9所述的充电系统，其中当所述电池组处于非活跃状态一段 时间后，所述电池控制单元开启一计时器，当计时器超时时，恢复正常放电 率。
14. 权利要求9所述的充电系统，其中当所述电池组被充电后，所述电池 充电器设置该指示器为完全充电状态。
15. 权利要求9所述的充电系统，其中当可操作连接到那里的所述电池组 恢复正常放电率时，所述电池充电器可操作以发送充电信号至电池组。
专利摘要提供了一种用于为留在充电器中的电池组开始充电循环的系统。所述电池组包括一电池控制单元，在预定的非活跃状态时期后，其可操作将电池组置于休眠模式。接着，响应于该电池组进入休眠模式，所述电池充电器可操作传递充电信号至该电池组。
文档编号H02J7/04GK201312137SQ20082013709
公开日2009年9月16日 申请日期2008年9月5日 优先权日2007年9月5日
发明者丹尼尔·J·怀特, 安德鲁·E·西曼 申请人:布莱克和戴克公司