专利名称：电池组及使用所述电池组的无绳电动工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于无绳电动工具(power tool)的电池组，更具体地涉及一种存放可充电的或二次锂电池单元(battery cell)的电池组。本发明还涉及一种具有所述电池组的无绳电动工具。
在诸如改锥、钻孔器之类的无绳电动工具和冲击工具(impact tool)中，通过减速机构使电动机的转动减速，被减速的转动被传递至端部工具(end tool)。通常地，商业电源(交流电源)被用作该电动机的电源。然而，近来，诸如镍-镉蓄电池单元和镍氢蓄电池单元之类的可充电碱性蓄电池被用作无绳电动工具的电源。
根据无绳电动工具中所需要的电压的增加，增加了容纳在电池组中的蓄电池单元的数量。例如，由于镍-镉电池单元的额定电压是1.2V，如果需要的电压是14.4V，则在电池组中必需容纳12节电蓄池单元，以及如果需要的电压是24V，则在电池组中必需容纳20节蓄电池单元，并且该电池组必须被连接至无绳电动工具。因此，根据所需电压的增加，增大了该电动工具的整体重量。
另一方面，诸如锂电池单元和锂离子蓄电池单元之类的有机电解质可充电蓄电池提供了较高的额定电压。因此，减少了蓄电池单元的数量。因此，可以提供紧凑型无绳电动工具。
这里，锂电池单元是对钒-锂蓄电池和锰-锂蓄电池的通称，并且具有通过使用有机电解质、由锂-铝合金制造的负电极。另外，锂离子蓄电池单元具有由钴酸锂(cobaltate lithium)形成的正电极和通过使用有机电解质、由石墨形成的负电极。在整个说明书中，诸如锂电池单元和锂离子蓄电池单元之类的有机电解质可充电电池将被简称为“锂电池单元”。
该锂电池单元提供高额定电压，例如等效于三节镍-镉蓄电池单元的3.6V。也就是，通过使用锂电池单元可以减少蓄电池单元的数量。这对于容量增加和尺寸及重量减少的需求是有益的。然而，如果实施过度充电和/或过度放电，或者如果过电流流过锂电池单元，则锂电池单元的性能下降。结果是，将降低锂电池单元的使用寿命。另外，如果实施过度充电，则由于电解质的分解则可能产生气体。此外，由于过度放电，会发生性能下降，由此在随后的充电过程中会引发蓄电池单元的电短路。
为了避免这个问题，日本专利申请公开No.2003-164066公开了一种用于保护蓄电池单元的保护电路和控制过程。该电路包括开关元件，诸如连接在电池组和直流电动机之间的场效应管(FET)。为了进行保护，在过度放电之前关断该开关元件。相关技术还被描述在日本专利申请Kokai Nos.H11-55866、H04-75430、2002-223525和2000-12107中。
发明概述然而，如果将FET设置在蓄电池单元群组和直流电动机之间的电流通路上，通过本发明将发现新的缺陷。也就是，通常地，使用锂电池单元，流过个人计算机和蜂窝电话的电流电平相当得低。相反地，相对较高的电流电平流过无绳电动工具。例如，通常30A的电流电平流过该电动工具的直流电动机。如果诸如FET等开关元件被设置在该电流通路上用于避免过度放电和防止过电流流过，则在FET中将产生热。尤其是，如果在工作中端部工具侵入或插入工件中，电动机会锁住，以致于过负载电流流过该电动机。这种负载电流还被施加至FET，以至于在FET中将发生过热。
如果由于过热而在FET中发生诸如源极和漏极间电短路之类的故障，则FET不再工作，进而由于过度放电或过电流流动而造成锂电池单元的性能严重下降。
因此，本发明的目的是提供一种无绳电动工具，其能够避免对开关元件的过加热，从而避免锂电池单元的性能下降。
本发明的另一目的是提供一种紧凑型电池组，其能够避免存放在其中的具有高处理能力的锂电池单元的性能下降。
本发明的这些和其它目的将通过一种无绳电动工具来实现，该无绳电动工具包括主壳体、手柄部分、直流电动机、风扇、电池组和开关元件。该主壳体具有内部壳体空间。该手柄部分从该主壳体伸出且具有与壳体空间相连通的内手柄空间。该直流电动机放置在壳体空间内。风扇放置在壳体空间内且能够通过直流电动机别驱动旋转。电池组可安装在手柄部分的自由末端部分内。至少一个可重复充电的蓄电池单元可容纳在电池组内。从电池组、经过手柄空间至壳体空间限定了空气通道。在风扇转动的情况下，在空气通道内产生气流。开关元件被连接在至少一个可重复充电的蓄电池单元和直流电动机之间且被定位在空气通道处。
在本发明的另一方面中，提供一种无绳电动工具，其包括主壳体、手柄部分、直流电动机、风扇和电池组。该电池组包括容纳部分、插入部分和开关元件。容纳部分适用于在其中容纳至少一个蓄电池单元且形成有通风孔，该通风孔用于大气和容纳部分的内部空间之间的流体连通。该插入部分从容纳部分伸出且可连接至手柄部分的自由末端部分。该插入部分与该容纳部分之间流体连通，并形成有用于插入部分和手柄空间之间的流体连通的通风孔，以限定电池组内部的空气通道。该开关元件连接在至少一个可重复充电的蓄电池单元和直流电动机之间且被定位在电池组中的空气通道处。
在本发明的另一方面中，提供一种电池组，在其中容纳多个蓄电池单元且被装配在电动工具内，所述电动工具有具有内部空间的部分，该电池组包括插入部分、容纳部分和保护板。该插入部分可插入该内部空间内。将容纳部分连接至插入部分，且当插入部分插入内部空间时被设置在电动工具外面。所有蓄电池单元被容纳在容纳部分内。该保护板具有保护电路。保护板的至少一部分位于插入部分内。
附图中图1是依据本发明第一实施例的电动工具的示意性部分切除侧视图；图2是依据第一实施例的电动工具的手柄部分和主体部分的横截面前视图；图3是依据第一实施例的电动工具中的电池组的横截面图；图4是示出依据第一实施例的电动工具中的电池组和电动机之间的电连接的电路图；图5是示出依据第一实施例的在装配在电动工具中的电池组中的控制过程的流程图；图6(a)是电动工具的侧视图，将依据本发明第二实施例的电池组装配于该电动工具；图6(b)是依据第二实施例的电池组的横截面侧视图；图6(c)是依据第二实施例的电池组的前视图；
图6(d)是依据第二实施例的电池组的平面图；图7是示出依据第二实施例的电池组中电连接的电路图；图8(a)是电动工具的侧视图，将依据相关技术的电池组装配于该电动工具；图8(b)是依据相关技术的电池组的横截面侧视图；图8(c)是依据相关技术的电池组的前视图；图8(d)是依据相关技术的电池组的平面图；图9(a)是电动工具的侧视图，将依据另一相关技术的电池组装配于该电动工具；图9(b)是依据另一相关技术的电池组的横截面侧视图；图9(c)是依据另一相关技术的电池组的前视图；以及图9(d)是依据另一相关技术的电池组的平面图。
具体实施例方式
参考图1至5将描述具有依据本发明第一实施例的电池组的无绳电动工具。便携式紧固改锥、钻孔机、冲击钻孔机和电动扳手均为无绳电动工具的例子。电动工具1包括主圆筒(barrel)部分或壳体10和从那里伸出的手柄部分20。壳体10具有内部壳体空间，以及手柄部分20具有与该壳体空间相连通的内手柄空间。
在其中容纳锂电池单元群组31的电池组30连接至手柄部分20的自由末端部分，所述锂电池单元群组31包括锂电池单元32至35。壳体10如图2所示形成为在其径向相对侧上具有多个通风孔10a。
在壳体10内，具有作为驱动源的直流电动机11。该直流电动机11具有形成为在径向相对侧上具有通风孔12a的电动机壳体12，所述通风孔12a大致与通风孔10a对准。诸如钻头等末端钻头(未显示)设置在壳体10的前末端。此外，在壳体10内容纳用于减慢直流电动机11转速的减速机构13。对于冲击改锥而言，包括锤的冲击机构(未示出)被设置在减速机构13和末端钻头之间。
将风扇14连接至直流电动机11的转轴，从而如图2中箭头所示在壳体10内产生正方向气流以及在电池组30和手柄部分20内产生抽吸流。
将开关40设置在手柄部分20内。开关40被电连接至直流电动机11。形成有通风孔21a的分隔板21位于手柄部分20内。该分隔板21将内部手柄空间分割为开关容纳空间和电池组连接空间。引线端51延伸通过分隔板21，用于将电池组30电连接至开关40。该连接空间具有接合部分(未显示)，以与电池组30相接合。在手柄部分20中，限定了将电池组30的内部流体连接至壳体10内部的空气通道。
该电池组30包括蓄电池单元容纳部分36，用于在其中容纳蓄电池单元群组31；以及圆柱状连接部分或插入部分37，其被插入手柄部分20的连接空间内且可与接合部分接合。多个锂电池单元32-35被容纳在容纳部分36中，每个锂电池单元具有3.6V的额定电压。如果电动工具工作在14.4V的电压下，则将四个蓄电池单元串联连接成为蓄电池单元群组31。
如图3所示，在电池组30中，通过连接件38、39一个接一个地连接蓄电池单元32-35。电动工具的驱动电压是14.4V，使得四个锂电池单元被串联连接。作为一种变型，为了增加电流容量，并联连接两个蓄电池单元群组，每组具有串联连接的四个蓄电池单元。
容纳部分36具有前部(该电动工具的末端工具)，该前部具有由弹簧42提供偏压的工作段41。使用钩43与工作段41设置为一体。在对抗弹簧42的偏压力推动工作段41时，钩43与手柄部分20的接合部分(未显示)相接合。如图2所示，容纳部分36的上部的宽度大于连接部分37的宽度，以使容纳部分36的上部可容易地形成有通风孔36a，以将空气导入容纳部分36。
例如，容纳部分36具有形成有通风孔36a的后壁部分，用于大气和容纳部分36的内部之间的流体连通。为了避免灰尘和外部物体通过通风口36a进入容纳部分36，使用过滤器(未显示)遮盖通风口36a。
连接部分37具有设有末端保持部分44的上端部分，该末端保持部分的表面形成有末端45。来自锂电池单元32-35的直流电通过末端45、引线端51和开关40被供给至直流电动机11。
将在其上安装FET 53A、53B的电路板52安置在连接部分37中。在图4所示电路图中，为了简化起见，单个FET53被示出作为开关元件。然而，在图3所示实施例中，并联连接两个FET53a、53b，以增加电流容量。
如图2所示，将散热器(heat sink)54直接安装在FET 53上，以加速从FET53的热辐射。如图2所示，该连接部分37具有形成有通风口37a的上壁。在容纳部分36中的空气通过通风口37a和21a，进而通过空气通道20a被导入壳体10的内部，该空气通道20a被设置在手柄部分20中。从而，电路板52被定位在空气流动通道中。
如上所述，来自电池组30的直流电压通过开关元件(FET)53、引线端51和开关40被供给至直流电动机11。如果锂电池单元电压变得不超过预定电压，则控制开关元件53使其呈现为OFF，以避免过度放电。类似地，如果过电流流过直流电动机11，则控制开关元件53使其呈现为OFF。依据蓄电池电压对FET53进行ON/OFF控制，可避免蓄电池单元群组31的过度放电。为了这种效果，在电池组30的放电阶段期间，电动机驱动电流必须连续流过FET53。这里，流过直流电动机11的电流电平与30A一样大。如果这样的高电平电流长时间流过该FET 53，则在FET 53中会产生过多热量。因此，在本实施例中，该FET 53被定位在空气流动通道中。
下面，将描述用于避免蓄电池单元群组31的过度放电的电路和控制过程。该电路基本上与日本专利申请公开No.2003-164066中描述的相同。
图4是示出电池组30的电路图，该电池组30连接至电动工具1的手柄部分20。该电池组30具有正极端60和负极端61。正极端60被连接至电动工具1的正极端15，以及负极端61被连接至电动工具1的负极端16。将直流电动机11和开关40串联连接在电动工具1的正极端15和负极端16之间。
电池组30包括蓄电池单元群组31、开关部分65、恒压电源70、蓄电池电压检测器75、蓄电池温度检测器80、微型计算机85、电流检测器93、触发器检测器94和显示器97。在电动工具1的开关40被打开，同时将电池组30连接至电动工具1时，放电电流从蓄电池单元群组31的正极端通过该电动工具1流至蓄电池单元群组31的负极端。将蓄电池电压检测器75、恒压电源70、触发器检测器94和开关部分65连接至放电路径，并且将微型计算机85连接至包括在电池组30中的这些及其他元件。
微型计算机85包括中央处理单元(CPU)86、只读存储器(ROM)87、随机存取器(RAM)88、定时器89、模拟至数字(A/D)转换器90、输出口91和重置输入口92。通过内部总线将该微型计算机85的部件互相连接。
将开关部分65连接在蓄电池单元群组31的负极端和电池组30的负极端61之间，并且包括场效应晶体管(FET)53、二极管66和电阻67、68。将来自微型计算机85的输出口91的控制信号经电阻68施加至FET 53的栅极，以执行对于流过电动工具1的负载电流的开关控制。跨接在FET 53的源极和漏极两端的二极管66用作充电电流通路，在该充电电流通路中充电电流流过，同时使用连接至电池组30的蓄电池充电器(未显示)对蓄电池单元群组31充电。
该电流检测器93用于判断是否正在对蓄电池单元群组31充电、放电或处于其它状况，诸如没有负载被置于蓄电池单元群组31上。将电流检测器93的输入连接至二极管66的阴极和FET 53的漏极。将该电流检测器93的输出连接至微型计算机85的A/D转换器90。
尽管没有显示，但是该电流检测器93包括反相放大器电路和并联连接的非反相放大器，所述放大器有选择地放大施加至该电流检测器93的电压。依赖于电流的方向来确定施加至电流检测器93的电压极性，也就是，充电电流是否流入二极管66或者放电电流流入FET 53。依赖于FET 53的ON电阻和二极管66的ON电压，确定施加至该电流检测器93的电压电平。结果是，通过反相放大器电路或非反相放大器电路，依赖于蓄电池单元群组31是否被充电或放电而产生输出。来自该电流检测器93的输出接受微型计算机85的A/D转换器90的A/D转换。如果希望精确地检测充电和放电期间的电流值，则低阻电流检测电阻器可被设置在该电流的回路中。在这种情况中，依据流过所述电阻器的电流电平产生的电压可由运算放大器放大。A/D转换器90对来自运算放大器的输出执行A/D转换，以及基于得到的数字输出计算电流值。
恒压电源70包括三端调节器(REG.)71、平滑电容器72和73以及重置IC74。从恒压电源70输出的恒压VCC用作蓄电池温度检测器80、微型计算机85、电流检测器93和显示器97的电源。将重置IC74连接至微型计算机85的重置输入口92，以及对重置输入口92输出重置信号，以初始化该微型计算机85的设置。
蓄电池电压检测器75被用于检测蓄电池单元群组31的电压，并且包括电阻器76至78。所述电阻器76、77被串联连接在蓄电池单元群组31的正极端和地之间。微型计算机85的A/D转换器90通过电阻器78被连接至将电阻器76、77连接在一起的连接点，进而输出与被检测的蓄电池电压相对应的数字值。微型计算机80的CPU 86将来自A/D转换器90的数字值与后面描述的第一及第二预定电压值相比较。所述第一及第二预定电压被存储在该微型计算机8的ROM 87中。
毗邻蓄电池单元群组31定位蓄电池温度检测器80，以检测蓄电池单元群组31的温度。由蓄电池温度检测器80检测的温度在严格意义上不是蓄电池单元群组31的温度，而是基本上等于蓄电池单元群组31的温度。蓄电池温度检测器80包括热敏电阻81和电阻器82至84。通过电阻器83，将该热敏电阻81连接至微型计算机85的A/D转换器90。因此，A/D转换器90输出与蓄电池温度检测器80检测到的蓄电池温度相对应的数字值。该微型计算机80的CPU 86将该数字值与预定值相比较，以判断蓄电池温度是否高得异常。
触发器检测器94包括电阻器95、96，并且检测电动工具1的开关40何时被打开ON。在开关40为OFF时，蓄电池单元群组31的电压没有被施加至FET53的漏极。因此，将连接至触发器检测器94的A/D转换器90的输入保持在地电势。另一方面，因为直流电动机11的直流电阻是非常小的，例如，仅仅几个欧姆，因此在FET 53的漏极和源极之间产生基本上与蓄电池电压相同的电压，同时开关40为ON。这个电压在电阻器95、96处被分割，以及在电阻器96两端产生的电压被施加至A/D转换器90，以至于可检测到开关40的ON状态。
显示器97包括发光二极管(LED)98和电阻器99。该LED 98被控制以依据来自微型计算机85的输出口91的输出而发光或转换为OFF。该显示器97被控制，例如以在蓄电池温度检测器80检测到高于预定温度的蓄电池温度时显示蓄电池单元群组31的温度太高的警告。
下面，参考图4的电路图和图5中的流程图，描述用于避免蓄电池单元群组31的过度放电的控制过程。控制程序被存储在微型计算机85的ROM 87中，并且通过CPU 86被执行。
首先，在S101中，该微型计算机85初始化在其输出口91的设置，以及还将过度放电标志初始化为零，进而启动脉冲控制标志。过度放电标志指示蓄电池单元群组31被过度放电。该启动脉冲控制标志指示该蓄电池单元群组31几乎在过度放电。
在S102中，微型计算机85判断过度放电标志是否被设置为一。该过度放电标志指示该蓄电池单元群组31是否被过度放电，以及指示在被设置为一时该蓄电池单元群组31被过度放电，而在被设置为零时该蓄电池单元群组31没有被过度放电。
在S101中，将该过度放电标志初始设置为零。如果在S102中判断为No，也就是，如果该过度放电标志不为一，则程序进入S103，在S103中检测开关部分65的FET 53的漏极和源极之间的电压VDS。接下来，在S104中，基于来自触发器检测器94的输出判断电动工具1的开关40是否处于ON。在开关40被转变为ON时，在FET 53的漏极和源极之间产生基本上等于蓄电池电压的电压。因此，可基于在S103中检测到的电压VDS检测开关40是否被转变为ON。
在开关40没有被转变为ON时(S104NO)，则程序返回到S102。如果开关40被转变为ON(S104YES)，则在S105中，开关部分65的FET 53依据来自输出口91的输出被转变为ON。然后，在S106中，判断启动脉冲控制标志是否被设置为一。如果启动脉冲控制标志被设置为一(S106YES)，则程序跳至步骤S111。
如果启动脉冲控制标志没有被设置为一(S106NO)，则在S107中，基于来自蓄电池电压检测器75的输出，判断蓄电池单元群组31的电压是否到达第二预定值或低于第二预定值。在本实施例中，蓄电池电压是否处于第二预定值或比第二预定值低，是为了知道该蓄电池单元群组31是否接近过度放电状态。指示蓄电池单元群组31处于接近过度放电状态的蓄电池电压根据放电电流的电平而不同。在用于电动工具中的具有3.6V额定电压的锂电池单元的情况中，可以说在蓄电池单元的电压为大约2.5V至2.7V时为接近过度放电状态。
将在下面描述的关于在S111中过程的第一预定电压作为参考电压，用于判断蓄电池单元群组31是否精确达到过度放电状态。因此，第一预定电压低于第二预定电压。用于指示蓄电池单元群组31已经达到过度放电状态的参考电压也是根据放电电流的电平而不同。在用于电动工具中的具有3.6V额定电压的锂电池单元的情况中，可以说在蓄电池单元的电压为大约2.3V至2.5V时为过度放电状态。如果蓄电池电压超过第二预定电压(S107NO)，则放电继续。
如果判断蓄电池单元群组31的电压没有超过第二预定电压(S107YES)，则意味着蓄电池单元群组31几乎处于过度放电状态。因此，在S108中，依据来自输出口91的输出启动脉冲控制，从而以预定频率执行开关部分65的FET 53的开关动作。在控制脉冲被启动时，施加至直流电动机11的平均电压下降，使直流电动机11以低速转动。电动工具1的操作者可以感知该直流电动机11的速度变化，进而明白它表示该蓄电池单元群组31已经几乎达到了过度放电状态。
在S108中已经启动脉冲控制之后，启动脉冲控制标志在S109中被设置为一。然后，在S110中，通过输出口91的输出控制显示器97，以显示蓄电池处于几乎过度放电。电动工具1的操作者可以看显示器97，以确认直流电动机11越来越慢地转动的原因是因为蓄电池单元群组31几乎耗尽。然后，在S111，基于来自蓄电池电压检测器75的输出判断蓄电池单元群组31两端的电压是否达到第一预定值或更少。如果蓄电池单元群组31两端的电压没有处于第一预定值或更少(S111NO)，则程序跳转至S108。
如果蓄电池单元群组31两端的电压处于第一预定电压或更少(S111YES)，则判断该蓄电池单元群组31已经进入过度放电状态。因此，在S112中将蓄电池过度放电标志设置为一，以及依据来自输出口91的输出，在S113中显示器被显示以指示蓄电池过度放电状态。因此，操作者意识到充电的必要。接下来，在S114中，开关部分65的FET 53被转换为OFF，因此，程序返回到S102。
另一方面，在判断过度放电标志被设置为一(S102YES)时，则在S115中基于来自电流检测器93的输出判断是否对蓄电池单元群组31充电。因为如在S102中判断的一样，过度放电标志被设置具有的值“一”，所以在蓄电池单元群组31已经被充电之前，所述蓄电池单元群组31不能被使用。附带地，通过从电动工具1中去除电池组30，以及通过将电池组30连接至蓄电池充电器(未显示)来执行充电。基于流过该蓄电池单元群组31的电流方向判断蓄电池单元群组31是否被充电。也就是，充电电流从蓄电池单元群组31的正极端、通过二极管66流向负极端。因此，依据由电流检测器93检测的电流方向，判断蓄电池单元群组31是否正在被充电。一旦在S115中判断充电已经持续固定时间段(S115YES)，则程序进行至S116。
如果判断蓄电池单元群组31尚未被充分充电(S115NO)，则程序返回S102直到充电完成。一旦判断蓄电池单元群组31已被完全充电(S115YES)，则在S116中将过度放电标志重新置为零，并且在S117中控制显示器97以停止显示蓄电池单元群组31被过度放电，于是程序返回S102。
以这种方式，如果蓄电池电压检测器75的输出变得不大于第一预定电压，以致于检测到蓄电池容量减少，则从蓄电池单元群组31流至电动工具1的电流被切断。因此，通过将蓄电池单元群组31的过度放电电压设置为第一预定电压，可防止蓄电池单元群组31的过充电，从而提供蓄电池单元的被延长的循环寿命。
依据上面描述的控制过程，当在使用电动工具1过程中，蓄电池电压处于第二预定电压或比第二预定电压低时，控制开关部分65以强制减小直流电动机11的速度(第一控制)。另外，当蓄电池电压低于第二预定电压并且还等于或低于第一预定电压时，控制开关部分65以切断供给直流电动机11的负载电流(第二控制)。
然而，上面描述的实施例可能以如下方式被改良去除第一控制，仅实施第二控制。可替换地，该实施例可以如下方式被改良去除第二控制，仅实施第一控制。
使用上面描述的壳体10和手柄部分20内的几何排列，在直流电动机11转动过程中，转动风扇14以使产生的气流经过通气孔12a和10a从壳体10流出。该气流抽吸手柄部分20内空气通道20a中的空气，以产生如图2中箭头所示的手柄部分20和电池组30内的气流。
由于用作开关元件的FET53被放置在空气流动通道，可执行有效的热辐射以避免FET53过热。此外，由于散热器54被安装在FET53上，因此热释放能力进一步提高。结果，可避免由于过热导致的FET53短路，这样可防止蓄电池单元群组31的过度放电。
此外，当电流检测器93检测到过电流时，FET53被断开。以这种连接，只要消除FET53短路的故障，就可避免由于FET53被过热损坏而产生的流过蓄电池单元群组31的过电流。因此，可以避免在FET53中出现过电流放电以及在过电流放电时的过热，从而避免锂电池单元的性能下降。
接下来，参考图6(a)至7描述依据本发明的第二实施例的电池组。
电动工具101包括手柄部分101a和驱动机构安装部分101b，该驱动机构安装部分101b中容纳电动机及连接至该电动机驱动轴的减速机构。手柄部分101a限定组装电池组110的内部空间。该内部空间具有接合区域(未示出)。
电池组组110包括插入部分111和与插入部分111构成一体的容纳部分112。插入部分111将被插入手柄部分101a的内部空间，并且具有与该内部空间的形状相一致的结构。具有保护电路200的保护板114(图7)被容纳在插入部分111内。在使用锂电池单元时在充电和放电时为安全起见保护电路200尤其必要。也就是，因为过充电和过度放电，在锂离子蓄电池单元中可能发生性能下降和点火。为避免这个问题，需要保护电路200。在图示的实施例中，一完整的保护板114被容纳在插入部分111内。尽管，保护板114的一部分可被容纳在该插入部分111内，以及保护板114的剩余部分可被容纳在容纳部分112中。
专用IC电路可用作为保护电路200。可选择地，可通过微型计算机监测过度充电或过度放电。无论如何，如果锂离子蓄电池单元中电压电平降低且低于预定下限或超出预定上限时，通过诸如设置在通路上的FET205(图7)等切断单元，来切断电池组110内的充电或放电通路。
如图6(c)所示，正极端115和负极端116被连接在插入部分111的相对壁上。此外，如图6(d)所示，蓄电池单元信息传输端117在插入部分111的顶面处暴露于空气中。该端117适于将蓄电池单元的状况传递给外部元件。蓄电池单元的状况包括过度充电、过度放电、过电流和蓄电池单元的温度。
当插入部分111以图6(a)中箭头所示方向插入手柄部分101a的内部空间时，容纳部分112凸出在电动工具101之外。所有锂蓄电池单元113(在图示实施例中为四个蓄电池单元)均容纳在容纳部分112内。所有锂电池单元113串联连接，以及前引端蓄电池单元的正极连接至正极端115，尾端(trauling end)蓄电池单元的负极连接至负极端116。
容纳部分112具有可枢轴活动地支撑插销118的上部，当插入部分111完全插入手柄部分101a的内部空间时，该插销118可与内部空间内的接合区域相接合。因此，蓄电池单元群组110被电动工具101保持。
由于锂电池单元113没有容纳在插入部分111内，因此，电动工具101的手柄部分101a的大小可自由确定，与锂电池单元113的直径无关。因此，提高了手柄部分101a的设计自由度，以及可主要关注握持性能。
此外，由于保护板114的全部或一部分被安装在没有容纳蓄电池单元的插入部分111内，因此，在除插入部分111的容纳部分112内可减少用于保护板114的安置空间。因此，电动工具101和电池组110在后者组装至电动工具101内时的整个体积可减少。从而，可改善操作能力。
此外，由于蓄电池单元信息传输端117被设置在电池组110的插入部分111处，因此，多个端子可集中布置在插入部分的远端部分。
比较例在图8(a)至8(d)中示出。图8(a)至8(d)示出第一比较例，其中电池组120如图8(a)中箭头所示以滑动运动安装至电动工具101。
电池组120包括将被连接至电动工具101的手柄部分101a的连接部分121，以及与连接部分121构成整体的容纳部分122。该容纳部分122在其中容纳多个锂电池单元123(四个蓄电池单元)和具有保护电路的保护板124。正极端125、负极端126和信息传输端127埋置在连接部分121内，插销128从连接部分121的上部凸出以防止电池组120从电动工具101脱出。
图9(a)至9(d)示出第二比较例，其中电池组130如图9(a)中箭头所示以插入运动安装至电动工具101。电池组130包括插入至手柄部分101a的插入部分131和与其构成整体的容纳部分132。3个锂电池单元133a容纳在容纳部分132内，而一个锂电池单元133b容纳在插入部分131中。正极端13和负极端136被设置在插入部分131的相对侧上。
依据第一比较例，由于为滑动安装类型，只是电池组120的有限质量被设置于手柄部分101a的内部空间中，因而，电池组120几乎所有部分位于手柄部分101a的外面。因此，当电池组120安装至电动工具101时导致了电动工具101和电池组120的组合形状的庞大。换言之，电池组120不能利用使用紧凑型锂电池单元的优点。
依据第二比较例，与第一比较例比较，电池组130的更大的质量可插入手柄部分101a内。然而，由于这些蓄电池单元的分离设置，在锂电池单元133a和133b中发生温度波动。该温度波动导致蓄电池单元的性能迅速下降。与镍-镉电池单元和氢化镍电池单元相比，由于蓄电池单元中的温度波动导致的性能下降在锂电池单元中更容易发生。
另一方面，依据上述的实施例，锂电池单元仅集中在容纳部分112内，不易产生蓄电池单元间的温度波动，以避免蓄电池单元的性能下降。此外，保护板114的一部分或全部被放置在插入部分111内。由于插入部分111不设置蓄电池单元113，而只是设置保护板114，因此，手柄部分的设计自由度能够被提高。
下面，将参考图7描述电池组110内的电路。该电路包括保护板114、四个锂电池单元113、正极端115、负极端116、蓄电池单元信息传输端117、保护电路200和上述的那些FET205。保护电路200包括蓄电池电压检测器201、连接至正极端115和FET205的过电流确定单元202、连接至蓄电池电压检测器201的过度充电确定单元203、和连接至蓄电池电压检测器201和FET205的过度放电确定单元204。每个蓄电池单元113的终端均连接至蓄电池电压检测器201。每个蓄电池单元113的每个电压均在蓄电池电压检测器201处被监测。
蓄电池单元信息传输端117包括蓄电池温度传输端117a、蓄电池种类传输端117b和过度充电传输端117c。蓄电池温度传输端117a通过诸如热敏电阻之类的温度感知元件208被连接至FET205。热敏电阻208位于蓄电池单元113附近，以检测蓄电池单元113的温度。另外，蓄电池种类传输端117b通过电阻器206连接至FET205。此外，电阻器207被连接在正极端115和蓄电池单元113的前引端蓄电池单元之间。
当该工具101被连续使用时，蓄电池单元113的电压降低。蓄电池电压检测器201监测每个蓄电池单元113的每个电压电平，以使被监测信号被输入至过度放电确定单元204。如果过度放电确定单元204确定蓄电池组113的电压变得不大于可允许的下限，确定单元204向FET205输出切断信号，关闭FET205，以切断放电电流通路。在图7所示的电路图中，两个FET并联连接以抑制FET产生热。作为替代，可仅使用单个FET。
如果该电动工具101变为锁定状态时，则高电平电流流过蓄电池单元113。在电流检测电阻器207处检测这个电流，以使过电流确定单元202向FET 205输出关断信号，以关断该FET 205。
另一方面，当电池组110被连接至蓄电池充电器时，蓄电池电压检测器201监测每个蓄电池单元113的电压电平。指示蓄电池单元113温度的信号通过蓄电池温度传输端117a被输入至蓄电池充电器。
当蓄电池单元113的电压因充电而升高，并且电压电平变得不小于允许的上限时，过度充电确定单元203输出切断信号以切断充电电流通路。顺便提及，除了设置FET205以外，还可以提供用于充电控制的FET。在后者情况中，用于充电控制的FET相对于FET205沿相反方向串联连接。
尽管参考其特定实施例详细描述了本发明，然而，对于本领域熟练技术人员应该清楚的是，在不脱离本发明的宗旨和范围的情况下可进行各种改变和改良。例如，蓄电池单元的数目不限于4个，只要容纳部分的结构被改变就可容纳所需的蓄电池单元数目。
在图3所示的实施例中，在容纳部分36的后壁处形成通风孔36a。然而，通风孔可形成在容纳部分36的任何部分处，例如其在工作段41旁边的前壁。
另外，在上述实施例中，开关元件被设置在电池组内。然而，该开关元件可与电池组分开设置。在后者的例子中，开关元件也可被设置在气流通路中。
权利要求
1.一种无绳电动工具，包括具有内部壳体空间的主壳体；手柄部分，其从主壳体延伸且具有与壳体空间相连通的内手柄空间，该手柄具有自由末端部分；设置在壳体空间内的直流电动机；设置在该壳体空间内且能够被直流电动机驱动转动的风扇；能够安装在自由末端部分内的电池组，至少一个可重复充电的蓄电池单元能够被容纳在所述电池组内，从电池组、通过手柄空间至壳体空间限定空气通道，在风扇转动时在空气通道内产生气流；以及开关元件，其被连接在至少一个可重复充电的蓄电池单元和直流电动机之间且被定位在空气通道处。
2.如权利要求1所述的无绳电动工具，其中，所述开关元件包括场效应晶体管。
3.如权利要求1所述的无绳电动工具，其中，所述电池组包括用于在其中容纳至少一个蓄电池单元的容纳部分和插入部分，所述插入部分从该容纳部分延伸并能够连接至手柄部分的自由末端部分，开关元件设置在所述插入部分内。
4.如权利要求2所述的无绳电动工具，其中，场效应晶体管具有设有散热器的表面。
5.如权利要求3所述的无绳电动工具，其中，所述插入部分具有形成有至少一个通风孔、以使插入部分内部和手柄空间之间能够流体连通的自由末端部分。
6.如权利要求3所述的无绳电动工具，其中，所述壳体形成有空气通风孔，壳体空间内的空气通过该通风孔被排出至大气。
7.一种无绳电动工具，包括具有内部壳体空间的主壳体；手柄部分，其从主壳体延伸且具有与所述壳体空间相连通的内部手柄空间，所述手柄具有自由末端部分；设置在壳体空间内的直流电动机；设置在壳体空间内且能够被直流电动机驱动转动的风扇；电池组，其包括容纳部分，其用于在其中容纳至少一个蓄电池单元且形成有通风孔，所述通风孔用于大气和容纳部分的内部空间之间的流体连通；从容纳部分延伸且能够连接至手柄部分的自由末端的插入部分，所述插入部分与容纳部分之间流体连通且形成有用于插入部分和手柄空间之间流体连通的通风孔，以限定电池组内部的空气通道；以及开关元件，其被连接在至少一个可重复充电的蓄电池单元和直流电动机之间且被定位在空气通道处。
8.如权利要求7所述的无绳电动工具，其中，空气通道通过手柄空间与壳体空间相连通，在风扇转动时在空气通道内产生气流。
9.如权利要求8所述的无绳电动工具，其中，壳体形成有空气通风孔，壳体空间内的空气通过所述空气通风孔被排出至大气。
10.如权利要求7所述的无绳电动工具，其中，开关元件包括FET。
11.如权利要求10所述的无绳电动工具，其中，还包括控制单元，当过电流流过至少一个蓄电池单元时所述控制单元关断FET。
12.如权利要求10所述的无绳电动工具，其中，还包括控制单元，当至少一个蓄电池单元的电压电平变得不高于预定电压电平时，所述控制单元关断FET。
13.一种电池组，在其中容纳多个蓄电池单元，并且被安装在电动工具内，所述电动工提供有具有内部空间的部分，所述电池组包括插入部分，其能够插入所述内部空间内；容纳部分，其被连接至所述插入部分，且当插入部分插入内部空间时被设置在电动工具外面，所有蓄电池单元被容纳在该容纳部分内；以及具有保护电路的保护板，保护板的至少一部分位于该插入部分内。
14.如权利要求13所述的电池组，其中，所述保护板整体位于插入部分内。
15.如权利要求13所述的电池组，其中，插入部分具有尖端部分，并且蓄电池单元还包括信息传输端，所述信息传输端被设置在所述尖端部分处用于传输蓄电池单元的状况。
16.如权利要求13所述的电池组，其中，所述插入部分与容纳部分设置成一个整体。
17.如权利要求13所述的电池组，其中，所述蓄电池单元为二次锂电池单元。
18.如权利要求13所述的电池组，其中，所述电动工具的所述部分是手柄部分。
全文摘要
一种紧凑型电池组，其具有高操纵能力且限制蓄电池单元性能下降。该电池组包括插入部分，其被插入无绳电动工具的手柄部分内；和容纳部分，在其内容纳所有蓄电池单元。在插入部分内安装有具有保护电路的保护板，用于防止蓄电池过度充电和过度放电。开关元件被连接在蓄电池单元和电动工具的驱动电动机之间。在无绳电动工具的手柄和主壳体内部形成与电池组相连通的空气通道。开关元件被设置在空气通道处。
文档编号H01M10/00GK1974140SQ20061007406
公开日2007年6月6日 申请日期2006年4月4日 优先权日2005年4月4日
发明者荒馆卓央, 高野信宏, 西河智雅, 塙浩之, 小仓政幸, 船桥一彦 申请人:日立工机株式会社