专利名称：充电设备以及电驱动的可再充电工具组的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于对多种类型的二次电池进行充电的充电设备，并且还涉及一种设置有这种充电设备的电驱动可再充电工具组。
背景技术：
常规地，诸如镍氢电池等的二次电池已经被用作例如电驱动的可再充电工具组(或可再充电电源工具组)的电源。通过增加充电电流可以在缩短的时间段内对二次电池进行再充电。然而在此过程中，产生了大量的热，由此升高了电池的温度。这一点是存在问题的，因为这可能使得二次电池的循环寿命缩短。
因此，常规已知的用于对这种二次电池充电的充电设备设置有冷却风扇，该风扇使得该二次电池冷却，由此抑制其出现任何温度升高(例如，参见日本专利特开平公报No.2001-136676以及No.2000-312440)。
同时，不仅在以升高的温度进行充电的时候，而且在超过合适充电温度范围的超冷却条件下执行充电任务的时候，二次电池都有表现出循环寿命降低的趋向。适于电池充电的温度范围取决于二次电池的类型。而且，在执行充电操作的时候，取决于其类型，二次电池展现出不同的特性。例如，镍氢电池就经历随充电操作产生热的发热反应，而锂离子或镍镉二次电池则经受随充电操作吸收热的吸热反应。
对于真正的原因，在设置有用于对前述二次电池进行冷却的冷却风扇的充电设备中，如果不管二次电池的类型而对其进行冷却，例如，如果以与应用于充电时吸收热的锂离子二次电池的相同的方式通过冷却风扇对在充电时产生热的镍氢电池进行冷却，就可能出现这样一种情况，即，二次电池被超冷却(super-cooled)到了不适合对其进行充电的温度。这就可能导致一种出现问题的情形，即，充电操作会降低二次电池的循环寿命。
发明内容
考虑到上述问题，本发明的目的是提供一种充电设备，其可以不管二次电池的类型而降低在超冷却条件下对二次电池充电的可能性，本发明的目的还在于提供一种包括该充电设备的可再充电电源工具组。
依照本发明，提供了一种用于对多种类型的二次电池进行充电的充电设备，其包括电源单元，用于对目标二次电池提供充电电流；吹风单元，用于将空气吹向该目标二次电池；电池类型信号接收单元，用于接收表示目标二次电池类型的电池类型信号；电池温度信号接收单元，用于接收表示目标二次电池温度的电池温度信号；存储单元，用于以与二次电池的类型相匹配的关系来存储用于确定多种类型二次电池的充电不协调温度的基准判断温度；以及控制单元，如果电池温度信号接收单元接收的电池温度信号表示的目标二次电池温度超过存储单元中存储的基准判断温度，就用于使得吹风单元执行吹风操作，否则就使吹风单元停止吹风操作，其中以与电池类型信号接收单元接收的电池类型信号表示的目标二次电池类型相匹配的关系来存储该基准判断温度。
附图简述通过以下结合附图对于优选实施例的说明，本发明的上述和其他目的与特征将变得显而易见，其中
图1A和图1B是示出依照本发明第一优选实施例的可再充电电源工具组的外部配置的总体图，以及依照本发明第一优选实施例的充电设备的透视图；图2是示出图1A所示工具组中使用的电池组的外部配置的透视图；图3A到3C是示出图1A所示工具组中使用的充电设备的外部配置的图，其中图3A是该充电设备的顶视图，图3B是该充电设备的底视图，而图3C是安装有电池组的充电设备的顶视图；图4是示出依照本发明第一优选实施例的电池组和充电设备的一种示例性配置的框图；图5是示出电池组和充电设备结合在一起时的一种示例性充电操作的流程图；图6是示出电池组和充电设备结合在一起时另一种示例性充电操作的流程图；图7A和7B是示出依照本发明第二优选实施例的充电设备3a的一种示例性配置的剖面图，其中图7A示出沿着图1B中的线7A-7A截取的充电设备的剖面，而图7B示出沿着图1B中的线7B-7B截取的充电设备的剖面；图8是示出图7B中所示充电设备的一种示例性配置的框图；以及图9是示出图8所示充电设备的一种示例性充电操作的流程图。
发明详述下文将参照附图详细说明本发明的优选实施例。在附图中，类似的部件或组件使用相同的附图标记，鉴于此就不再给出重复的说明。
第一优选实施例通过例子的方式，关于其中应用了本发明的发明思想的电源工具的实施例来描述本发明，尽管对于设置有具有负载的装置主体，且具有用于对装置主体的负载供电的电池的电池组的这种类型已知有多种电气装置。这种电气设备的例子包括笔记本个人电脑、具有内置摄像机的录像机、数码相机、电剃刀以及电动牙刷。
图1A和图1B是示出依照本发明第一优选实施例的可再充电电源工具组的外部配置的总体图，以及依照本发明第一优选实施例的充电设备的透视图。图2是示出图1A所示工具组中使用的电池组的外部配置的透视图。图3A到3C是示出图1A所示工具组中使用的充电设备的外部配置的图，其中图3A是该充电设备的顶视图，图3B是该充电设备的底视图，而图3C是安装有电池组的充电设备的顶视图。
参照图1A，可再充电电源工具组10包括形成作为电驱动工具的一个例子的可再充电的钻机驱动器的电源工具主体2、安装在电源工具主体2上的电池组1、以及对电池组1充电的充电设备3。
电源工具主体2包括壳体18；在壳体18的把手部分的内部形成的安装部件20，用于可拆除地容纳电池组1，同时电动机22设置在壳体18内，并且由电池组1提供的电流驱动；触发开关24，设置在壳体18的把手部分上，用于导通/断开控制供给电动机22的电流；以及设置在壳体18末端的旋转部分26，用于保持钻头等。在安装部分20最里面的端部，安装有一对电极28，该对电极轮流与电动机22连接。
如图2所示，电池组1包括壳体11，其中容纳二次电池34或类似物，和从壳体11的一个表面突出的连接器部分9，用于与电源工具主体2的安装部分20接合。设置在连接器部分9的侧面的是保持暴露于外部的电极15、17、19和21。在这些电极中，电极15和17连接到二次电池34，并且在连接器部分9与电源工具主体2的安装部分20接合的时候，与安装部分20的电极对28按压接触。此外，图1A还示出电池组1安装到电源工具主体2的安装部分20的情况。
图1B中示出的充电设备3包括通常为盒子状的壳体30、连接到例如AC 100V的商用电源的电源线7、以及在通常为盒子状的壳体30的顶面上形成的凹进连接器部分13，电池组1的连接器部分9可以插入该凹进连接器部分中。参照图3A，设置在凹进连接器部分13的内侧表面上的是电极25、27、29和31，这些电极与连接器部分9的电极15、17、19和21接触并形成电连接。在电池组1安装在充电设备3上面的时候，电极15、17、19和21适于与电极25、27、29和31按压接触。并且，例如，电极17和31是正充电电极，电极15和25是负充电电极(对于电路的地)，电极19和29是用于传送表示二次电池34的温度的电池温度信号St的电极，并且电极21和27是用于传送表示二次电池34的类型的电池类型信号Sb的电极。在此情况下，电极27作为电池类型信号接收单元的一个例子，且电极29作为电池温度信号接收单元的一个例子。
如果电池组1没有安装在充电设备3上，充电设备3不能执行充电操作，但是一旦电池组1安装在充电设备3上就可以执行充电操作。电池组1和充电设备3分别在其表面上设置有例如狭口形状的通风孔23和33，这些表面在电池组1和充电设备3结合在一起的时候将彼此相对。此外，如图3C所示，通风孔36设置在与电池组1的壳体11面对充电设备3一侧的相对侧上。此外，如图3B所示，在面对充电设备3的壳体30中的通风孔33的底部表面上形成狭口形状的通风孔32。再参照图1B，狭口形状的通风孔35设置在壳体30的侧面上，并用于将充电设备3中产生的热驱散到外部。
充电设备3中包含将在后面描述的风扇43，其中风扇43适于抽取空气并在充电时将其依次通过通风孔32、33和23供给到电池组1内的二次电池34。然后通过通风孔36将空气排放到外部。
图4是示出电池组1和充电设备3结合在一起时的一种示例性的电结构的框图。图4所示的电池组1包括二次电池34、温度传感器51(电池温度探测单元)以及电池类型信号产生单元52。充电设备3包括电源单元37、控制单元38、恒流电路39、恒压电路41、空气温度探测单元42、风扇(吹风单元)43、用于旋转风扇43的电动机44、以及用于响应于控制单元38的控制信号来控制电动机44旋转的风扇驱动电路45。
二次电池34可以是例如镍氢电池、锂离子二次电池、镍镉二次电池或其他二次电池。二次电池34的阳极与电极17连接且其阴极与电极15连接。电极17通过电极31与恒压电路41连接，且电极15通过电极25与恒流电路39连接。
例如，温度传感器51可以是诸如热电偶或热敏电阻的温度传感器，并且适于感应二次电池34的温度，并经过电极19和29将表示所感应温度的电池温度信号St馈送到控制单元38。
电池类型信号产生单元52是将表示二次电池34类型的电池类型信号Sb通过电极21和27供给控制单元38的电路单元。例如，电池类型信号产生单元52包括设置在电极15和21之间的电阻Rb。电阻Rb根据二次电池34的类型而展示出可变的电阻值，例如在锂离子二次电池的时候是10KΩ，在镍镉二次电池的时候是20KΩ，而在镍氢电池的时候是30KΩ。
并且，电极27通过例如10KΩ的电阻R1连接到具有5V电压的电路操作电源。根据电阻R1和电阻Rb的分压比，电池类型信号Sb在锂离子二次电池的时候具有2.5V电压，在镍镉二次电池的时候具有3.3V电压，而在镍氢电池的时候具有3.75V电压。
例如，电源单元37可以是包括AC-DC转换器的电源电路，并用于将通过电源线7从连接其上的商用电源提供的交流电压转换成直流电压。响应于来自控制单元38的控制信号，恒流电路39用于调节从电源单元37供给电池组1的对二次电池34的充电电流。响应于来自控制单元38的控制信号，恒压电路41用于调节从电源单元37供给电池组1的对二次电池34的充电电压。
空气温度探测单元42是温度传感器，用于探测通过风扇43吹到二次电池34的空气的温度，并将该温度馈送到控制单元38。空气温度探测单元42例如可以是设置在风扇43附近的热电偶或热敏电阻。
例如，控制单元38包括CPU(中央处理单元)，用于执行预定操作处理；ROM(只读存储器)，作为其中存储有预定控制程序的非易失性存储元件；RAM(随机访问存储器)，作为临时存储数据的易失性存储元件；以及A/D转换器，用于将电池温度信号St或电池类型信号Sb转换为数字信号。通过执行存储在ROM中的控制程序，控制单元38向恒流电路39和恒压电路41发出控制信号，由此控制二次电池的充电操作，或是将控制信号供给风扇驱动电路45以由此控制风扇43的吹风操作。
现在，将对于电池组1和充电设备3结合在一起时的充电操作进行说明。图5是示出电池组1和充电设备3结合在一起时的一种示例性充电操作的流程图。最初，在电池组1和充电设备3没有结合的时候，电极27保持断开，使得电池类型信号Sb被电阻R1上拉到5V，并输入到控制单元38。
如果电池组1和充电设备3结合在一起，电极27就与电极21按压接触，由此使得电阻R1和电阻Rb形成串联电路。因此，电池类型信号Sb具有被电阻R1和电阻Rb所分压的电压，这意味着电池类型信号Sb经历电压降。随后，控制单元38探测到该电池类型信号Sb的电压降，并识别出电池组1已经与充电设备3结合(步骤S11中的是)，由此将流程移到步骤S12。
随后，基于电池类型信号Sb的电压，控制单元38就识别出二次电池34的类型(步骤S12)。例如，控制单元38以这样一种方式识别二次电池34的类型，即，2.5V的电池类型信号Sb被认为是锂离子二次电池，3.3V就被认为是镍镉二次电池，而3.75V就被认为是镍氢电池。
随后，基于在步骤S12识别的二次电池34的类型，控制单元38设置基准判断温度TL，用于确定各个类型二次电池的充电不协调(incongruent)温度(步骤S13)。例如，基准判断温度TL可以是各个类型的二次电池的电解溶液冻结的温度。在锂离子二次电池的情况下，基准判断温度TL被设置为在0℃～+10℃的范围内，例如，为0℃。在镍镉二次电池的情况下，基准判断温度TL被设置为在-10℃～0℃的范围内，例如，为-10℃。在镍氢电池的情况下，基准判断温度TL被设置为在-20℃～-10℃的范围内，例如，为-20℃。
在此例子中，存储控制程序的控制单元38的ROM作为存储单元的一个例子。此外，除了控制程序，ROM可以预先存储LUT(查找表)，该查找表是通过将多种二次电池与各类二次电池的基准判断温度TL相匹配而得到的。
随后，由温度传感器51探测二次电池34的温度，且将表示所探测温度的电池温度信号St通过电极19和29馈送到控制单元38。基于电池温度信号St，控制单元38就获得了二次电池34的电池温度Tb(步骤S14)。
此后，空气温度探测单元42测量风的温度Ta，即，风扇43附近的空气的温度。将表示风的温度Ta的信号馈送到控制单元38，使得控制单元38可以获得风的温度Ta(步骤S15)。
并且，控制单元38比较电池温度Tb和基准判断温度TL(步骤S16)。如果电池温度Tb超过基准判断温度TL(步骤S16中的否)，则流程就前进至步骤S18，其中将空气吹向二次电池34。相反，如果电池温度Tb等于或小于基准判断温度TL(步骤S16中的是)，就将风的温度Ta与电池温度Tb进行比较(步骤S17)。如果风的温度Ta超过电池温度Tb(步骤S17中的是)，流程就前进至步骤S18，其中使二次电池34变热。相反，如果风的温度Ta等于或小于电池温度Tb(步骤S17中的否)，则控制单元38就输出用于停止风扇43旋转的控制信号到风扇驱动电路，以便避免二次电池34的超冷却。因此，风扇驱动电路45停止电动机44的旋转从而使得风扇43停止，这样就不会发生二次电池34的超冷却(步骤S19)。随后，流程前进至步骤S20，在那里开始充电操作。
随后，在步骤S18，控制单元38向风扇驱动电路45提供使得风扇43旋转的控制信号，响应于该控制信号，风扇驱动电路45使得电动机44旋转，由此将从通风孔32抽取的空气经过通风孔33和通风孔23吹到二次电池34(步骤S18)。
关于这一点，在步骤S19的风扇43的停止条件应该解释为包括风扇43以低速旋转的情形，其中该速度足够低使得不会造成二次电池34的超冷却，例如，以产生的风量为步骤S18中风扇43产生风量的约十分之一的速度来旋转。可能存在这样一种情形，其中二次电池34在充电过程中放出气体。例如，镍氢电池在被过充电的时候将产生氢气。在这种情况下，通过以低速旋转风扇43以向二次电池34吹出轻柔的风，同时保持降低的冷却效果，就可以通过电池组1的通风孔36将从二次电池34发出的气体排到外部。
随后，在步骤S20，响应于来自控制单元38的控制信号，电源单元37提供电流以对二次电池34充电，由此开始充电操作。从电源单元37输出的充电电压由恒压电路41进行调节，且从电源单元37输出的充电电流由恒流电路39进行调节，由此控制充电操作(步骤S21)。即使在二次电池34正在进行的充电过程中，重复执行步骤S11到S21的操作，由此减少超冷却二次电池34的可能性。
通过上述步骤S11到S21的处理，根据二次电池34的类型设置基准判断温度TL。如果电池温度Tb超过基准判断温度TL，风扇43就执行吹风操作以冷却二次电池34。如果电池温度Tb等于或小于基准判断温度TL，且如果风的温度Ta等于或小于电池温度Tb，风扇43就停止旋转，以避免二次电池34的任何超冷却。同时，如果电池温度Tb等于或小于基准判断温度TL，且如果风的温度Ta超过电池温度Tb，风扇43就吹动空气以加热二次电池34。这就可以不管二次电池的类型，而减少在超冷却的条件下对二次电池充电的可能性。
此外，由于如果电池温度Tb等于或小于基准判断温度TL且如果风的温度Ta超过电池温度Tb则风扇43吹动空气以加热二次电池34这一情况，就可以缩短将电池温度Tb升高到适合充电操作的温度，即高于基准判断温度TL的温度所需的时间。
并不罕见地，携带电池组1的电源工具主体2用于户外区域，诸如建筑现场、工作场地等，或置于室外。暴露于室外空气并以此方式冷却到低温的电池组1将在温暖的室内空气中安装在充电设备3上并由其充电。在这种情况下，充电设备3附近的空气温度，即风的温度Ta高于电池组1中二次电池34的电池温度Tb。因此，二次电池34可以通过由风扇43执行吹风操作而变暖。
或者，如图6所示，可以将比较风的温度Ta和电池温度Tb的步骤S17省略。在此情况下，如果电池温度Tb超过基准判断温度TL(步骤S16中的否)，则流程就前进至步骤S18，在该步骤中将二次电池34冷却。然而，如果电池温度Tb等于或小于基准判断温度TL(步骤S16中的是)，则流程就前进至步骤S19，在该步骤中风扇43停止旋转以避免二次电池34的任何超冷却。
第二优选实施例现在将对依照本发明第二优选实施例的可再充电电源工具组中使用的充电设备进行说明。图7A和7B是示出依照本发明第二优选实施例的充电设备3a的一种示例性配置的剖面图。具体而言，图7A示出沿图1B中的线7A-7A截取的充电设备3a的剖面，而图7B示出沿图1B中的线7B-7B截取的充电设备3a的剖面。图8是示出图7A或7B中所示充电设备3a的一种示例性配置的框图。
图7A和7B中所示充电设备3a与依照本发明第一优选实施例的充电设备3的不同之处在于以下方面。具体而言，图7所示的充电设备3a除了风扇43之外还设置有风扇46。以及，在风扇43和风扇46之间形成隔离壁47。
因此，在风扇43旋转的时候，通过通风孔32导入的空气将通过通风孔33沿着虚线示出的气流路线A吹到电池组1。如果风扇46开始旋转，则通过通风孔35导入的空气将通过电源单元37的内部空间以及随后的通风孔33，沿着虚线示出的气流路线B吹到电池组1。在这个方面，风扇43和风扇46合作以形成吹风单元的一个例子，且电源单元37起到空气加热单元的作用。
此外，除了如后面所述控制单元38a的操作不同之外，图8所示的充电设备3a具有与图4所示充电设备3相同的配置。因此，对于相同的配置就不再给出说明。现在将详细说明依照第二优选实施例的充电设备3a的操作。图9示出的流程图与图6所示流程的不同之处在于，在步骤S22，操作风扇46而不是停止风扇43。
除此之外的其他操作与之前相对于图6所示流程图所述的操作一样，并且不需要重复的说明。步骤S22的操作如下。最初，在步骤S16，如果电池温度Tb被确定为超过基准判断温度TL(步骤S16的否)，流程就前进至步骤S18，在该步骤中将空气吹向二次电池34。然而，如果电池温度Tb等于或小于基准判断温度TL(步骤S16的是)，则控制单元38a将使得风扇46旋转并加热二次电池34的信号馈送到风扇驱动电路45。响应于此，风扇驱动电路45以这样一种方式旋转电动机48，使得通过通风孔35导入的空气被风扇46通过电源单元37的内部空间、通风孔33以及随后电池组1的通风孔23，吹到二次电池34(步骤S22)。
考虑到电源单元37通过在将交流电压转换成直流电压的过程中损失的电能而产生热量，通过通风孔35导入的空气在其穿过电源单元37的内部空间时就被加热。风扇46将加热的空气通过通风孔33和通风孔23吹到二次电池34。以此方式，不仅可以加热二次电池34，还可以缩短将电池温度Tb升高到适于充电操作的温度，即高于基准判断温度TL的温度所需的时间。
或者，可以设置分离的加热器以加热吹到二次电池34中的空气，而不必使用电源单元37作为空气加热单元。
如前面所述，依照本发明的充电设备和可再充电电源工具组，如果电池温度探测单元探测的目标二次电池的温度超过以与电池类型探测单元探测的二次电池的类型相匹配的关系存储在存储单元中的基准判断温度，就使得吹风单元适于执行吹风操作，但是如果相反，就停止吹风操作。由于这些特征，吹风单元可以基于基准判断温度而操作，其中基准判断温度依赖于二次电池的类型。换句话说，如果电池温度超过基准判断温度，吹风单元就执行吹风操作以冷却目标二次电池，然而如果电池温度等于或小于基准判断温度，吹风单元就停止吹风操作以避免目标二次电池的任何超冷却。这就可以不管二次电池的类型而降低在超冷却条件下对二次电池进行充电的可能性。
尽管针对优选实施例已经示出并介绍了本发明，但是本领域技术人员可以理解，在不脱离以下权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，可以做出各种改变和变形。
权利要求
1.一种充电设备，用于对多种类型的二次电池进行充电，该充电设备包括电源单元，用于向目标二次电池提供充电电流；吹风单元，用于将空气吹向该目标二次电池；电池类型信号接收单元，用于接收表示该目标二次电池的类型的电池类型信号；电池温度信号接收单元，用于接收表示该目标二次电池的温度的电池温度信号；存储单元，用于以与所述二次电池的类型相匹配的关系来存储基准判断温度，该基准判断温度用于确定所述多种类型的二次电池的充电不协调温度；以及控制单元，如果由该电池温度信号接收单元接收的电池温度信号表示的该目标二次电池的温度超过该存储单元中存储的基准判断温度，就使得该吹风单元执行吹风操作，并且，如果在相反的情况下就使该吹风单元停止吹风操作，其中该基准判断温度是以与该电池类型信号接收单元接收的该电池类型信号所表示的该目标二次电池的类型相匹配的关系存储在该存储单元中的。
2.根据权利要求1的充电设备，还包括空气温度探测单元，用于探测该吹风单元所吹动的空气的温度，其中，如果该空气温度探测单元探测的空气温度高于该电池温度信号接收单元接收的电池温度信号表示的该目标二次电池的温度，即使在该电池温度信号接收单元接收的电池温度信号表示的该目标二次电池温度等于或小于该存储单元中存储的该基准判断温度时，该控制单元也使得该吹风单元执行吹风操作，其中该基准判断温度是以与该电池类型信号接收单元接收的该电池类型信号所表示的该目标二次电池的类型相匹配的关系存储在该存储单元中的。
3.根据权利要求1的充电设备，还包括用于将空气吹到该目标二次电池的另一个吹风单元，以及用于加热所述另一吹风单元所吹动的空气的空气加热单元，其中，如果该电池温度信号接收单元接收的电池温度信号表示的该目标二次电池的温度超过该存储单元中存储的该基准判断温度，则该控制单元使得所述另一吹风单元吹入外部空气，但是，如果在相反的情况下，就使得所述另一吹风单元吹动通过该空气加热单元的经过加热的空气，其中该基准判断温度是以与该电池类型信号接收单元接收的该电池类型信号所表示的该目标二次电池的类型相匹配的关系存储在该存储单元中的。
4.根据权利要求3的充电设备，其中将该电源单元用作该空气加热单元。
5.一种可再充电电源工具组，包括如权利要求1到4中任一项所述的充电设备。
6.根据权利要求5的可再充电电源工具组，还包括具有电动机的电源工具主体；以及电池组，其包括安装在该电源工具主体上的二次电池，用于向该电动机提供电流；电池类型信号产生单元，用于产生表示该二次电池类型的电池类型信号；以及电池温度探测单元，用于探测该二次电池的温度，以产生表示所探测电池温度的电池温度信号，其中该充电设备对该电池组执行充电操作。
全文摘要
一种用于对多种类型的二次电池进行充电的充电设备，包括电源单元，用于向目标二次电池提供充电电流；电池类型信号接收单元，用于接收电池类型信号；电池温度信号接收单元，用于接收电池温度信号；吹风单元，用于将空气吹向二次电池；存储单元，用于以与该二次电池的类型相匹配的关系来存储用于确定所述多种类型的二次电池的充电不协调温度的基准判断温度；以及控制单元。如果二次电池的温度超过基准判断温度，控制单元使得该吹风单元执行吹风操作，并且，如果在相反的情况下就停止吹风操作。
文档编号H01M10/48GK1841837SQ20061007162
公开日2006年10月4日 申请日期2006年3月28日 优先权日2005年3月28日
发明者宫崎博, 大桥敏治, 伊藤正俊 申请人:松下电工株式会社