专利名称：具有电池充电功能的直流电源单元的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够有选择地对电池组进行充电的直流(DC)电源单元，被用作无绳电动工具的电源，并通过形状类似电池组的适配器向无绳电动工具提供DC电压。
背景技术：
由于其可以在任何地方使用而不会受到电源线长度的限制，无绳电动工具是方便的。但是，当电池快用完时，需要拆卸电池组，并对其进行充电，或者以已经充过电的另外的电池组来代替。
将交流转换为直流的DC电源单元可以与电池组一起使用。即，当在具有交流电源的单一位置使用无绳电动工具时，可以使用DC电源单元，而在不具有交流电源的几个不同的地点使用无绳电动工具时，可以使用电池组。但是，这种情形的问题在于，无绳电动工具的操作员必须将DC电源单元和电池组充电单元都携带到工作地点。
日本专利申请公开No.2000-184614(A)公开了一种具有电池充电功能的DC电源。当DC电源单元检测到所归属的无绳电动工具正在操作时，其只向无绳电动工具提供电能，而不进行充电。另一方面，当DC电源单元检测到未操作电动工具时，则对电池组进行充电。
在将电池温度梯度用作确定电池组的充满电条件的参数时，可能会导致对充满电条件的不精确的确定，因为在充电中断的时间段，电池温度梯度趋于下降。
如果以相对较大的电流对其进行充电，其中包含了镍镉或镍氢电池的电池组将在较短的时间内达到充满电状态。但是，以大电流对电池组进行充电产生了来自电池的大量的热，因此，导致了电池组使用寿命的缩短。为了抑制电池组产生热量，曾经提出在充电期间，利用冷却风扇对电池进行强制冷却。对电池进行强制冷却允许向电池提供较大的电流。对其应用了强制冷却的电池组和未对其应用强制冷却的电池组在结构上有所不同。前一种电池组形成有空气入口/出口孔，而后一种电池组则没有。因为在不具有空气入口/出口孔的电池组种几乎没有冷却效果，以较小的电流对这种电池组进行充电。按照这种方式，根据电池组是否适合于强制冷却，以不同的充电模式对电池组进行充电。
在将电池温度梯度用作确定电池组类型的参数时，引起了同样的问题，因为在充电中断的时间段，电池温度梯度趋于下降。
发明内容
考虑到前述问题，本发明的一个目的是提供一种具有电池充电功能的DC电源单元，其中即使将对电池组的充电中断一段时间，仍能精确地确定电池组的充满电状态。
本发明的另一目的是提供一种具有电池充电功能的DC电源单元，其中即使将对电池组的充电中断一段时间，仍能根据电池温度梯度精确地确定电池组的类型。
为了实现上述和其他目的，根据本发明的一个方面，提供了一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能。所述DC电源单元包括电池组连接部分，与电池组相连，以便以DC电能进行充电；适配器，向所述工具提供DC电能；电能输出切换电路，在通过所述适配器向所述工具提供DC电能和对所述电池组进行充电之间进行切换；冷却设备，冷却所述电池组；电池温度检测器，每隔预定的定时，检测所述电池组的温度，并输出表示所述电池组的温度的温度信号；第一存储设备，存储从所述电池温度检测器输出的所述温度信号；电池温度梯度计算装置，用于根据当前检测到的温度信号和先前检测到的电池温度信号，周期性地计算电池温度梯度，并每隔预定的定时，输出表示所述电池温度梯度的BTG信号；第二存储设备，存储从所述电池温度梯度计算装置输出的所述BTG信号；以及最小值存储装置，用于存储并更新由所述电池温度梯度计算装置曾经计算的BTG信号中的BTG信号的最小值。从所述电能输出切换电流开始向所述工具提供DC电能时开始，到紧接在结束向所述工具提供DC电能结束之后的电池组的充电恢复起已经过去了预定时间段时为止的预定持续时间，所述最小值存储装置不更新所述BTG信号的所述最小值。
根据本发明的另一方面，提供了一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能。所述DC电源单元包括电池组连接部分；适配器；电能输出切换电路；电池温度检测器；第一存储设备；电池温度梯度计算装置；第二存储设备；最小值存储装置；充满电确定装置，当最新的BTG信号具有比存储在所述最小值存储装置中的所述BTG信号的所述最小值大预定的充满电区别值时，确定所述电池组达到了充满电状态；以及控制装置，用于对所述充满电确定装置进行控制，从而当正在对所述电池组进行充电期间，所述电能输出切换电路向所述工具提供DC电能，并且之后停止向所述工具提供DC电能，而恢复对所述电池组的充电时，在从对所述电池组的充电恢复开始起预定的时间段过去之前，禁用所述充满电确定装置。
根据本发明的另一方面，提供了一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能。所述DC电源单元包括电池组连接部分；适配器；电能输出切换电路；电池温度检测器；第一存储设备；电池温度梯度计算装置；第二存储设备；最小值存储装置；充满电确定装置；以及控制装置。当最新的BTG信号具有比预定的充满电区别BTG值与存储在所述最小值存储装置中的所述BTG信号的所述最小值的和大的数值时，或者当从所述电池温度检测器输出的最新温度信号超过预定的充满电区别电池温度值时，所述充满电确定所述电池组达到了充满电状态。所述控制装置控制所述电池温度梯度计算装置，从而当正在对所述电池组进行充电期间，所述电能输出切换电路向所述工具提供DC电能，并且之后停止向所述工具提供DC电能，而恢复对所述电池组的充电时，如果最新温度信号表示电池温度并未超过比所述预定充满电区别电池温度值低的接近充满电电池温度值，所述电池温度梯度计算装置在预定的时间段内不计算所述电池温度梯度。
根据本发明的另一目的，提供了一种DC电源单元，包括电池组连接部分；适配器；电能输出切换电路；电池电压检测器，每隔预定的定时，对所述电池组的电压进行检测，并输出表示所述电池组的电压的电压信号；第一存储设备，存储从所述电池电压检测器输出的所述电压信号；电池电压梯度计算装置，用于根据当前检测到的电压信号和先前检测到的电池电压信号，周期性地计算电池电压梯度，并每隔预定的定时，输出表示所述电池电压梯度的BVG信号；第二存储设备，存储从所述电池电压梯度计算装置输出的所述BVG信号；充满电确定装置，当最新的BVG信号具有比存储在所述最小值存储装置中的所述BVG信号超过了第一预定值而随后下降到比所述第一预定值小的第二预定值以下时，确定所述电池组达到了充满电状态；以及控制装置，用于对所述电池电压梯度计算装置进行控制，从而当正在对所述电池组进行充电期间，所述电能输出切换电路向所述工具提供DC电能，并且之后停止向所述工具提供DC电能，而恢复对所述电池组的充电时，如果最新的BVG信号表示最新的电池电压梯度并未超过所述第一预定值，所述电池电压梯度计算装置在预定的时间段内不计算所述电池电压梯度。
通过结合附图，阅读以下对实施例的描述，本发明的上述和其他目的、特征和优点将变得更加显而易见，其中图1是示出了根据本发明实施例的具有充电功能的DC电源单元的透视图；图2A是示出了根据本发明第一实施例的DC电源单元的电路结构的方框图；图2B是示出了根据本发明第二实施例的DC电源单元的电路结构的方框图；图3A是示出了根据本发明第一实施例的DC电源单元的操作的流程图的一部分；图3B是示出了根据本发明第一实施例的流程图的剩余部分；图4A是示出了根据本发明第二实施例的DC电源单元的操作的流程图的第一部分；图4B是示出了根据本发明第二实施例的DC电源单元的操作的流程图的第二部分；图4C是示出了根据本发明第二实施例的DC电源单元的操作的流程图的第三部分；图4D是示出了根据本发明第二实施例的DC电源单元的操作的流程图的第四部分；图5A是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，示出了对电池组的冷却效果的确定原理；图5B是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中在确定电池组不具有冷却效果时，降低了CC；图5C是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中因为在检测之前发生了电池组充电中断，而将不具有冷却效果的电池组错误地检测为具有冷却效果的电池组；图5D是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中通过在恢复对电池组的充电之后，提供BTG未更新间隔(NUI)，精确地检测了电池组的充满电状态；图6A是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，示出了在充电期间未使用电动工具时的电池组的充电过程；图6B是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中在被充电到几乎要充满电的状态之后，中断对电池组的充电；图6C是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中在被充电到几乎要充满电的状态之前，中断对电池组的充电；
图6D是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中在被充电到几乎要充满电的状态之后，中断对电池组的充电，并在恢复对电池的充电之后，在设置了BTG未检测间隔(NDI)时，确定充电结束(EOC)；图6E是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池温度梯度(BTG)的图示，其中在被充电到几乎要充满电的状态之前，中断对电池组的充电，并在恢复对电池的充电之后，在设置了BTG未检测间隔(NDI)时，确定充电结束(EOC)；图6F是电池电压(BV)、电池温度(BT)和充电电流(CC)的图示，示出了根据本发明的第二实施例，如何确定充满电的状态；以及图6G是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池电压梯度(BVG)的图示，示出了根据本发明的第二实施例，如何确定充满电的状态。
具体实施例方式
在参照图1、2A、3A-3B和5A-5D的同时，对根据本发明第一实施例的直流(DC)电源单元100进行描述。
如图1所示，无绳电动工具4与DC电源单元100和电池组5中所选择的一个一起使用。无绳电动工具4包括电源开关4b。电池组5包括插入部分5c，可分离地安装在无绳电动工具4的手柄凹陷4a中。
DC电源单元100包括AC电线1、主单元2和适配器3。AC电线1将主单元2与商用交流(AC)电源相连。同样，输出电缆2b将主单元2与适配器3相连。适配器3包括具有与电池组5的插入部分5c相同形状的适配器插头3b。将适配器插头3b插入到无绳电动工具4的手柄凹陷4a中，以便向电动工具4供电。主单元2具有电池组插入凹陷2a，电池组插入凹陷2a具有与电动工具4的手柄凹陷4a相同的形状。将电池组5的插入部分5c插入到电池组插入凹陷2a中，以便按照稍后所描述的方式对电池组5进行充电。
如图2A所示，适配器3还包括输出电压调节器3a，用于指定与附属于适配器3的电动工具4的额定电压相对应的电压。电动工具4包括与电源开关4b串联的DC电动机4a。当接通电源开关4b时，从主单元2通过适配器3向电动工具4提供DC电能。
电池组5还包括可充电电池5a和温度传感器5b。温度传感器5b与电池5a相邻或相接触地设置。例如，将热敏电阻用作温度传感器5b。
如图2A所示，主单元2包括开关电源10、电源输出控制器20、电源输出转换开关30、电源输出检测器40、电池状态检测器50、微型计算机60、显示器70和辅助电源电路80。
开关电源10包括第一整流和平滑电路11、高频变压器12、第二整流和平滑电路13、开关元件14、以及开关控制电路15。开关控制电路15通过改变施加到开关元件14上的脉冲的宽度，调整来自第二整流和平滑电流13的输出电压和输出电流。
电源输出控制器20包括电压/电流控制电路21和电压/电流设置电路22。电压/电流设置电路22设置驱动已连接的电动工具4所需的驱动电压的数值和对已安装的电池组5进行充电所需的电流的数值。根据来自电源输出检测器40的输出电流检测电路41和电压检测电路42的信号，电压/电流控制电流21控制开关电源10，以调整从主单元2输出的电能的电压和电流，从而与设置在电压/电流设置电路22中的数值相匹配。
即，在接通电源开关4b以驱动电动工具4时，电压/电流控制电路21接收来自输出电流检测电路41的电流信号和来自电压检测电路42的电压信号，其分别表示提供给电动工具4的实际电流和电压。电压/电流控制电路21将这些电流和电压信号反馈给开关控制电路15，从而开关控制电路15可以控制开关元件14的开关占空比，以便补偿适配器3的电缆2b两端的电压降，从而将提供给电动工具4的电压保持为设置在电压/电流设置电流22中的电平。
另一方面，在断开电源开关4b并且将电池组5安装在主单元2中进行充电时，电压/电流控制电路21接收来自输出电流检测电路41的电流信号，并反馈给开关控制电路15。开关控制电路15控制开关元件14的开关占空比，以控制提供给电池组5的充电电流。开关控制电路15还根据来自电池状态检测器50的信号，对开关元件14的开关占空比进行控制。
电源输出切换开关30包括电源输出切换电路31和充电输出切换电路32。电源输出切换电路31使其能够在接通电源开关4b时，将电源输出提供给电动工具4。充电输出切换电路32使其能够在未使用电动工具时，对电池组5进行充电。例如，根据这里一并作为参考的美国专利No.6,566,843中所公开的中继电路，来配置充电输出切换电路32。
电源输出检测器40包括输出电流检测电路41、电压检测电路42、触发检测电路43和输出电压设置检测电路44。输出电流检测电路41检测在断开电源开关4b时要提供给电池组5的充电电流，并出于将提供给电池组5的电流调整为由电压/电流设置电路22设置的电平的目的，将电流信号输出给电压/电流控制电路21。电压检测电路42检测从第二整流和平滑电路13输出的电压，并出于将恒定电压提供给适配器3的目的，将信号输出给电压/电流控制电路21。触发检测电路43检测电源开关43是否接通。当触发检测电路43检测到电源开关4b接通时，其立即输出用于禁用充电操作的信号和用于使能向电动工具4的供电的信号。输出电压设置检测电路44检测由适配器3的输出电压调节器3a所设置的电压值。
电池状态检测器50包括电池电压检测电路51和电池温度检测电路52。电池电压检测电路51检测可充电电池5a的电池电压。电池温度检测电路52检测由电池组5中的温度传感器5b所表示的电池温度。
微型计算机60包括中央处理单元(CPU)61、随机存取存储器(RAM)62和只读存储器(ROM)63，并依照存储在ROM63中的程序，执行多种不同的功能。例如，微型计算机60根据来自电源输出检测器40的输出，设置提供给电动工具4的驱动电压，而在未使用电动工具4时，根据来自电池状态检测器50的输出，设置提供给电池组5的充电电流。微型计算机60还根据来自电池状态检测器50的输出和电动工具4是否处于未使用状态，即，电源开关4b是否断开，来确定能否进行电池充电。当微型计算机60确定能够进行电池充电时，微型计算机60通过触发检测电路43，向充电输出切换电路32输出充电禁用信号。此外，微型计算机60计算电池温度梯度(此后，缩写为“BTG”)dT/dt以及电池电压梯度(此后，缩写为“BVG”)dV/dt。如稍后所述，根据最新检测到的电池温度和先前检测到的电池温度，来计算BTG。类似地，根据最新检测到的电池电压和先前检测到的电池电压，来计算BVG。RAM 62具有用于存储与电池温度、电池电压、BTG、BVG和BTG最小值dT/dt(min)有关的数据和用于稍后所描述的多种标志的存储单元。
例如，以LED配置显示电路70，并向操作员显示多种信息，如，正在使用电动工具4或电动工具4处于可用状态，或者正在对电池组5进行充电。辅助电源电路80向微型计算机60的电源以及向电源输出控制器20、电源输出检测器40、电池状态检测器50等提供正供电电压Vcc。
主单元2还包括冷却风扇控制器90和冷却风扇91。冷却风扇控制器91与微型计算机60相连，并依照来自微型计算机60的命令，控制冷却风扇91的开/关切换。冷却风扇91用于在充电期间，对电池组5进行强制冷却，所以，将其设置在主单元2的插入凹陷2a附近。
接下来，将参照图3A和图3B所示的流程图和图5A到图5D所示的说明图，对根据本发明第一实施例的DC电源单元100的操作进行描述。
当AC电线1与商用100V AC电源相连时，利用来自辅助电源电路80的正供电电压Vcc，向微型计算机60和如电源输出控制器20等其他部件供电。
在步骤701中，微型计算机60执行多种初始设置。具体地，复位存储在RAM 62中的多种标志。存储在RAM 62中的标志包括“电池组”标志、“充电完成”标志、“当前正在充电”标志、“电流电平切换”标志、“充电初始设置”标志、以及“冷却效果”标志。“电池组”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，电池组5被插入在主单元2的电池组插入凹陷2a中。“充电完成”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，对电池组5的充电完成。“当前正在充电”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，正在对电池组5进行充电。“电流电平切换”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，对充电电流电平的切换结束。“充电初始设置”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，对充电电池5进行充电所需的初始设置结束。“冷却效果”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，电池组5的类型适合于在充电期间进行冷却。
同样，在初始设置中，复位存储在RAM 62中的电池温度数据Ti-36、Ti-35、…、Ti-01和BTG最小值dT/dt(min)，并断开充电输出切换电路32(步骤701)。应当注意的是，以预定的时间间隔对电池温度进行采样，并且通过如设置在微型计算机60中的8比特A/D转换器(未示出)等，将所采样的电池温度转换为十进制计数法中范围从0到255的数字值。在RAM 62中积累在最近36次采样时间获得的36个数字值Ti-36、Ti-35、…、Ti-01。利用这些初始设置，将36个数字值Ti-36、Ti-35、…、Ti-01中的每一个重写为最大数字值，即，上述示例中的255。每次对电池温度进行采样时，使用新获得的数据Ti-01和最早的数据Ti-36来计算BTG值dT/dt，并且如果其是曾经计算的BTG值中的最小值，则将这样计算出的BTG值存储为BTG最小值dT/dt(min)。如果新计算出的BTG值不是最小值，则不更新存储在RAM 62中的BTG最小值。
除了上述初始设置以外，微型计算机60输出用于断开电源输出切换开关30中的充电输出切换电路32的信号，并复位并入在微型计算机60中的负载电流零(LCZ)计数器(未示出)。
接下来，微型计算机60向开关控制电路15输出信号，从而使开关电源10进行操作(步骤702)。在此条件下，当接通电动工具4的电源开关4b时，电源输出检测器40的触发检测电路43接通电源输出切换开关30的电源输出切换电路31，从而从电源输出切换开关30通过适配器3向电动工具4提供与当前所连接的电动工具4的额定电压相对应的驱动电压。
接下来，微型计算机60根据来自电池状态检测器50的电池电压检测电路51和电池温度检测电路52的输出，判断电池组5是否被插入到主单元2的电池组插入凹陷2a中(步骤703)。如果电池组5被插入到插入凹陷2a中(步骤703是)，则微型计算机60置位“电池组”标志(BP标志＝1步骤706)，并且过程进行到步骤707。另一方面，当电池组5未插入到插入凹陷2a中时(步骤703否)，则微型计算机60停用冷却风扇91(步骤704)，并执行与步骤701中所执行的那些相同的初始设置。
接下来，微型计算机60通过检测来自输出电流检测电路41的输出，判断负载电流是否为零(步骤707)，从而确定是否断开了电源开关4b。当确定负载电流为零时(步骤707是)，进行判断以确定是否置位了“电池组”标志(“BP标志＝1？”步骤708)。当未置位“电池组”标志时(步骤708否)，过程进行到步骤730。另一方面，当置位了“电池组”标志时(步骤708是)，微型计算机60根据“充电完成”标志的指示，来判断电池组5是否处于充电完成状态(“CCOMP标志＝1？”步骤709)当电池组5处于充电完成状态时(步骤709是)，即，当置位了“充电完成”标志时，过程进行到步骤730。
当电池组5未处于充电完成状态时(步骤709否)，即，当未置位“充电完成”标志时，微型计算机60根据“当前正在充电”标志，来判断是否正在对电池组5进行充电(“CC标志＝1？”步骤710)。如果未对电池组5进行充电(步骤710否)，则微型计算机60根据来自触发检测电流43的输出，来判断是否接通了电源开关4b(“TRIG.ON？”步骤711)。当未接通电源开关4b时(步骤711否)，微型计算机60向充电输出切换电路32输出充电使能信号(步骤712)。微型计算机60通过触发检测电路43断开电源输出切换电路31，接通充电输出切换电路32，以启动充电操作，并置位“当前正在充电”标志(“CC标志←1步骤713”)，过程进行到步骤730。
当步骤707中的判断结果表示负载电流不为零时(步骤707否)，微型计算机60清除负载电流零(LCZ)计数器(步骤714)。然后，微型计算机60根据来自触发检测电路43的输出，监视是否接通了电源开关4b(“TRIG.ON？”步骤715)。当接通电源开关4b时(步骤715是)，微型计算机60判断是否置位了“当前正在充电”标志(“CC标志＝1？”步骤716)。当置位了“当前正在充电”标志时(步骤716是)，过程进行到步骤711。另一方面，当未置位“当前正在充电”标志时(步骤716否)，过程进行到步骤708。
当步骤715中的判断结果表示未接通电源开关4b时(步骤715否)，过程进行到步骤717，对是否置位了“充电完成”标志进行判断(“CCOMP标志＝1？”)。当置位了“充电完成”标志时(步骤717是)，过程进行到步骤730。另一方面，当未置位“充电完成”标志时(步骤717否)，微型计算机60通过由电池电压检测电路51检测电池电压来判断电池组5是否已经达到充满电的状态(步骤718)。
可以按照所谓的-ΔV检测方法、二阶差分检测方法或本领域所公知的其他方法来检测电池的充满电状态。在-ΔV检测方法中，当在电池电压达到峰值之后检测到预定的电压降(-ΔV)时，停止对电池的充电，其已经达到了充满电的状态。二阶差分检测方法利用电池电压对时间的二阶差分。当电池电压的二阶差分变为负数时，确定电池电压已经达到峰值，从而停止对电池的充电。
当步骤718中的判断结果表示电池组5已经达到充满电的状态时(步骤718是)，微型计算机60置位“当前正在充电”标志(“CC标志←1”步骤727)，置位“充电完成”标志(“CC标志←1”步骤728)，并断开充电输出切换电路32(步骤729)，过程进行到步骤730。
当步骤718中的判断结果表示电池组5仍未达到充满电的状态时(步骤718否)，微型计算机60判断依据电池组5的温度，能否对电池组5继续进行充电(步骤719)。具体地，当电池温度检测电路52的输出表示电池组5的温度过高而不应继续对电池组5进行充电时(步骤719是)，则微型计算机60执行步骤727、728和729中的处理，过程进行到步骤730。另一方面，当电池温度检测电路52的输出表示电池组5的温度并非高到足以停止充电时(步骤719否)，微型计算机60根据公知的dT/dt检测方法，判断电池组5是否达到了充满电的状态(步骤720)。在dT/dt检测方法中，当BTG已经达到或超过预定值K时，确定电池组已经充满电。
为此，每隔采样时间对电池温度检测电路52的输出进行采样，并将其转换为数字值。如前所述，在微型计算机60的RAM 62中累积了表示在最近36个采样时刻所采样的电池温度的36个数字值Ti-36、Ti-35、…、Ti-01，并在每次重新检测电池温度时，进行更新。通过从最新的数字值Ti-01中减去最早的数字值Ti-36来计算BTG，其中固定了与最早的数字值Ti-36相对应的电池温度的检测和与数字值Ti-01相对应的当前电池温度的检测之间的时间，即，与35个采样间隔相对应的时间。在重新检测电池温度时，计算BTG。
当新计算的BTG低于预定值K时(步骤720否)，过程进行到步骤730。另一方面，当新计算的BTG等于或大于预定值K时(步骤720是)，确定电池组5已经充满电，并执行步骤727、728和729中的处理。
当步骤710中的判断结果表示置位了“当前正在充电”标志时，即，当正在对电池组5进行充电时(步骤710是)，微型计算机60启动负载电流零(LCZ)计数器(步骤721)，并判断负载电流零状态是否已经持续了预定的时间段(步骤722)。应当注意的是，可以在接通电源开关4b之后(步骤715是)，执行步骤721中的处理。在这种情况下，负载电流零计数器在断开电源开关4b之后，开始测量负载电流零状态。因为由于电动工具4的操作而中断了对电池组5的充电，微型计算机60在步骤722中检查电动工具4的未使用状态是否已经持续了预定的时间段。
当步骤722中的判断结果表示已经过去了预定的时间段时(步骤722是)，过程进行到步骤711，以便恢复对电池组5的充电。例如，在步骤722中所检查的预定时间段是一分钟。应当根据电池电压和/或电池温度的采样间隔和使用电动工具4的环境来设置此持续时间。
当步骤722中的判断结果表示负载电流零状态仍未持续比预定时间段更长的时间段时(步骤722否)，微型计算机60向充电输出切换电路32输出充电禁用信号(步骤723)。接下来，微型计算机60判断是否置位了“电池组”标志(“BP标志＝1？”步骤724)。当未置位“电池组”标志时(步骤724否)，过程进行到步骤730，而当置位了“电池组”标志时(步骤724是)，微型计算机60根据来自电池温度检测电路52的输出，判断电池组5的温度是否较高(步骤725)。即使在充电期间曾经接通电源开关4b，从而实际上并未对电池组5进行充电，仍执行对电池组温度的检测以确定电池组5是否已经达到了充满电的状态。当电池组5的温度较高时(步骤725是)，微型计算机60置位“当前正在充电”标志和“充电完成”标志(步骤727和728)，此外，断开充电输出切换电路32(步骤729)。
当步骤725中的判断结果表示电池组5的温度并不高时(步骤725否)，则微型计算机60根据dT/dt检测方法，判断电池组5是否已经达到了充满电的状态(步骤726)。当BTG低于预定值K而表示电池组5仍未达到充满电的状态时，过程进行到步骤730。另一方面，当BTG等于或大于预定值K而表示电池组5已经达到了充满电的状态时，微型计算机60置位“当前正在充电”标志和“充电完成”标志(步骤727和728)，此外，断开充电输出开关电路32(步骤729)。
在步骤730中，在引入最新的数字值(Tin)和排除最早的数字值的同时，逐一移位表示在最近36个采样时刻所检测到的电池组5的温度的曾经存储的36个数字值Ti-36、Ti-35、…、Ti-01，以重新存储在移位后的存储位置中。接下来，微型计算机60判断是否置位了“当前正在充电”标志(“CC标志＝1？”步骤731)。当未置位该标志时(步骤731否)，过程进行到步骤703。另一方面，当置位了“当前正在充电”标志时(步骤731是)，微型计算机60判断是否置位了“充电初始设置”标志(“CIS标志＝1？”步骤732)。如果置位了该标志(步骤732是)，过程进行到步骤737。另一方面，当未置位“充电初始设置”标志时(步骤732否)，则表示针对充电电池组5的初始设置仍未完成。因此，微型计算机60通过冷却风扇控制电路90启动冷却风扇91(步骤733)。此外，为了将充电电流维持在电平T，微型计算机60向电压/电流设置电路22输出信号(步骤734)。这样结束了针对充电电池组5的初始设置。因此，微型计算机60置位“充电初始设置”标志(“CIS标志←1”步骤735)，并启动并入在微型计算机60中的采样定时器(未示出)(步骤736)。
接下来，微型计算机60判断是否已经过去了与采样间隔相对应的持续时间(步骤737)。当达到测量时间时(步骤737是)，重新启动采样定时器以测量相同的持续时间(步骤738)。然后，微型计算机60根据来自电池温度检测电路52的输出，检测当前电池温度Tin(步骤739)，并根据最新检测到的电池温度Tin和最早的电池温度Ti-36，计算BTG dT/dt(in)(步骤740)。微型计算机60判断BTG dT/dt(in)是否为负值(步骤741)。当BTG dT/dt(in)为负值时(步骤741是)，过程跳转到步骤745。在这种情况下，还未经过与36个采样间隔相对应的持续时间。应当注意的是，在步骤701和705中执行初始设置时，为Ti-36设置最大数字值，从而当达到执行最初的36个采样时，所计算的BTG dT/dt(in)导致负值。当步骤741中的判断结果表示BTG并非负值时(步骤741否)，微型计算机60判断存储在RAM 62中的BTG最小值dT/dt(min)是否大于当前的BTG dT/dt(in)(步骤742)。当BTG最小值dT/dt(min)小于当前的BTG dT/dt(in)时(步骤742否)，不更新BTG最小值dT/dt(min)，过程跳转到步骤745。另一方面，当BTG最小值dT/dt(min)大于当前的BTG dT/dt(in)时(步骤742是)，微型计算机60判断负载电流是否为零或者从检测到负载电流的零电平开始是否已经经过了预定的时间段U(步骤743)。如果步骤743中的判断是否定的(步骤743否)，微型计算机60不更新BTG最小值dT/dt(min)，并执行步骤745的处理。这种情况表示由于电动工具4的操作而中断了对电池组5的充电，导致了BTG的下降。如果在此条件下，更新BTG最小值dT/dt(min)，易于将不具有冷却效果的电池组5判断为具有冷却效果的电池组。因此，当步骤743中的判断结果表示负载电流不为零或者从检测到负载电流的零电平开始并未经过预定的时间段U时(步骤743否)，则微型计算机60并不更新BTG最小值dT/dt(min)。另一方面，当步骤743中的判断结果表示负载电流为零并且从检测到负载电流的零电平开始已经过去了预定的时间段U时(步骤743是)，则微型计算机60进行到步骤744，对BTG最小值dT/dt(min)进行更新。
接下来，微型计算机60判断是否置位了“电流电平切换”标志(“CLS标志＝1？”步骤745)。当置位了该标志时(步骤745是)，过程进行到步骤703，而当未置位该标志时(步骤745否)，微型计算机60判断是否置位了“冷却效果”标志(“CE标志＝1？”步骤746)。当置位了该标志时(步骤746是)，过程跳转到步骤750，而当未置位该标志时(步骤746否)，微型计算机60判断当前的电池温度Tin是否等于或高于45摄氏度(步骤747)。在当前的电池温度Tin等于或低于45摄氏度时(步骤747否)，过程返回到步骤703。另一方面，在当前的电池温度Tin高于45摄氏度时(步骤747是)，微型计算机60判断BTG最小值dT/dt(min)是否大于预定值Q(步骤748)。当步骤748中的判断是肯定的时(步骤748是)，判断电池组5不具有冷却效果。在这种情况下，微型计算机60向电压/电流设置电路22输出信号，从而将充电电流设置为比电平T低的电平S(步骤752)。以充电电流S对不具有冷却效果的电池组进行充电导致了在充电期间电池组5产生较少的热量。在步骤752之后，微型计算机60置位“电流电平切换”标志(“CLS标志←1”步骤753)，过程返回到步骤703。
当步骤748中的判断结果表示BTG最小值dT/dt(min)小于临界值Q时(步骤748否)，判断电池组5具有冷却效果。因此，微型计算机60置位“冷却效果”标志(“CE标志←1”步骤749)。接下来，微型计算机60判断当前电池温度Tin是否高于50摄氏度(步骤750)。在当前电池温度Tin高于50摄氏度时(步骤750是)，微型计算机60向电压/电流设置电路22输出信号，从而将充电电流设置为比电平T低但比电平S高的电平R(步骤751)。以充电电流R对具有冷却效果的电池组进行充电导致了在充电期间电池组5产生较少的热量。在步骤751之后，微型计算机60置位“电流电平切换”标志(步骤753)，过程返回到步骤703。
如上所述，当电池温度Tin高于45摄氏度时(步骤747是)，通过将BTG最小值dT/dt(min)与临界值Q进行比较来确定正在进行充电的电池组5是否具有冷却效果。图5A示出了随着充电时间的过去，电池电压(BV)和电池温度(BT)增加。作为模拟到数字转换后的值BTG如图所示地变化。当电池温度达到温度P时(在上述实施例中，将温度P设置为45摄氏度)，对BTG最小值是否超过了临界值Q进行确定。当BTG最小值超过了临界值Q时，则确定电池组5不具有冷却效果。另一方面，当BTG最小值未超过临界值Q时，则确定电池组5具有冷却效果。在前一种情况下，如图5B所示，将充电电流(CC)从电平T降低到电平S。在后一种情况下，如图5A所示，如果电池温度不是异常地高，则并不降低充电电流(CC)，而是以具有电平T的充电电流(CC)对电池组5继续进行充电，直到充电结束(EOC)。
当在对电池组5进行充电期间使用电动工具4时，如图5C所示，在使用工具期间(UOT)，BTG降低并记录最小值。在恢复对电池组5进行充电之后，电池组5将很快达到温度P。此时，BTG(min)仍然低于临界值Q。具有冷却效果和不具有冷却效果的电池组通常表现出如图5C所示的特性。在上述第一实施例中，正如可以从图5D的曲线图所能容易地理解的那样，在检测到工具的使用(UOT)之后，置位BTG最小值的未更新间隔(NUI)。在图3B的流程图中，即使发现计算出的BTG小于曾经记录的最小值dT/dt(min)，仍然不对BTG最小值进行更新，直到从检测到负载电流，即UOT开始已经过去了预定的时间段U(NUI＝U)为止。通过这种控制，当电池温度(BT)已经达到温度P时，在UOT之前所检测到的较早的BTG最小值高于临界值Q，所以，确定电池组5不具有冷却效果(步骤748是)。因此，如图5D和图3B的流程图中的步骤752所示，将充电电流(CC)降低到电平S。
在参照图1、2B、4A-4D和6A-6G的同时，将对根据本发明第二实施例的直流(DC)电源单元100进行描述。根据第二实施例，如图2所示地对如图1所示的DC电源单元100和电池组5进行配置。DC电源单元100和电池组5的电结构基本上与图2A所示的第一实施例相同。在图2B中，以相同的参考数字表示与图2A中相同的电路和相同的部件，并且在这里省略对其的重复描述。
图2B的结构与图2A的不同之处在于在主单元2的电池状态检测器50中设置了单电池数目区别电路53，并且在电池组5中并入了单电池数目标识电阻器5d。电池组5包括由多个串联单电池构成的可充电电池5a。不同类型的电池组包括了不同数目的单电池。电阻器5d具有与单电池数目相对应的特定电阻值。因此，可以通过电阻器5d的电阻值来标识单电池的数目，即电池组5的额定电压。在将电池组5的插入部分5c插入到电池组插入凹陷2a中时，使电阻器5d与单电池数目区别电路53相接触。图2B的结构与图2A的不同之处还在于省去了冷却风扇91及其相关控制电路90。这意味着在第二实施例中，在充电期间，并未对电池组5进行强制冷却。但是，如果要使用可以有效冷却的电池组5，也可以在图2B的结构中设置冷却风扇91和冷却风扇控制电路90。
接下来，将在参照图4A到图4D的流程图和图6F和图6G所示的说明图的同时，对根据第二实施例的DC电源单元100的操作进行描述。图6F是电池电压(BV)、电池温度(BT)和充电电流(CC)的图示，示出了如何使用电池温度参数来确定充满电的状态。图6G是电池电压(BV)、电池温度(BT)、充电电流(CC)和电池电压梯度(BVG)的图示，示出了如何使用BVG参数来确定接近充满电的状态和充满电的状态。
当AC电线1与商用100V AC电源相连时，利用来自辅助电源电路80的正供电电压Vcc，向微型计算机60和如电源输出控制器20等其他部件供电。微型计算机60执行多种初始设置，如复位“充电完成”标志、“当前正在充电”标志、“电池组”标志、“dT/dt连续性”标志、“触发检测”标志以及“ΔV”标志(步骤801)。所有这些标志均存储在微型计算机60的RAM 62中。
除了多种标志的复位以外，微型计算机60输出用于断开电源输出切换开关30的充电输出切换电路32的信号，并复位并入在微型计算机60中的负载电流零(LCZ)计数器(未示出)。“dT/dt连续性”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，在结束无绳电动工具的使用之后，恢复对电池组5的充电时，连续地执行BTG的计算。“触发检测”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，接通电源开关4b。“ΔV”标志表示在将此标志设置或改变为“1”时，根据电池电压，检测电池组5的充满电状态。
接下来，微型计算机60向开关控制电路15输出信号，从而使开关电源10进行操作(步骤802)。在此条件下，当接通电动工具4的电源开关4b时，电源输出检测器40的触发检测电路43接通电源输出切换开关30的电源输出切换电路31，从而从电源输出切换开关30通过适配器3向电动工具4提供与当前所连接的电动工具4的额定电压相对应的驱动电压。
接下来，微型计算机60根据来自电池状态检测器50的电池电压检测电路51和电池温度检测电路52的输出，判断电池组5是否被插入到主单元2的电池组插入凹陷2a中(步骤803)。如果电池组5被插入到插入凹陷2a中(步骤803是)，则微型计算机60还判断是否置位了“电池组(BP)”标志(步骤805)。当未置位“电池组”标志时(步骤805否)，则微型计算机60置位“电池组”标志(步骤806)。接下来，由电压检测电路42检测预充电电池电压V0，从而在执行充电操作以前，检测电池的电压(步骤807)。然后，由单电池数目检测电路53根据来自电阻器5d的输出，检测构成了电池5a的单电池的数目(n)(步骤808)。然后，微型计算机60根据在步骤807中所检测到的预充电电池电压V0和在步骤808中所检测到的单电池数目n，判断每个单电池电压是否超过1.40伏特(步骤809)。如果单电池电压大于1.40伏特(步骤809是)，则电池组5处于几乎充满电的状态，即，在电池组5中仍然剩余大量的电量。因此，置位“dT/dt连续性”标志(步骤810)，以便在结束电动工具4的使用之后，恢复电池组5的充电操作时，连续计算BTG dT/dt。当单电池电压低于1.40伏特时(步骤809否)，在电池组5中未剩余足够量的电量。在这种情况下，过程进行到步骤811。
如果电池组5未插入到插入凹陷2a中(步骤803否)，则微型计算机60复位所有均存储在RAM 62中的“充电完成”标志、“当前正在充电”标志、“电池组”标志、“dT/dt连续性”标志、“触发检测”标志以及“ΔV”标志，并且也复位负载电流零计数器(步骤804)。接下来，微型计算机60根据来自输出电流检测电路41的输出，确定负载电流是否为零(步骤811)。负载电流为零的事实意味着电源开关4b处于断开状态。
当负载电流未流动时(步骤811是)，微型计算机60根据“电池组(BP)”标志，判断电池组5是否插入在电池组插入凹陷2a中(步骤812)。当电池组5未插入在凹陷2a中时(步骤812否)，过程返回到步骤803。另一方面，当“电池组”标志表示电池组5插入在凹陷2a中时(步骤812是)，则微型计算机60根据“充电完成(C COMP)”标志的指示，判断电池组5是否处于充电完成状态(步骤813)。如果“充电完成”标志表示电池组5处于充电完成状态(步骤813是)，过程返回到步骤803。另一方面，当电池组5未处于充电完成状态时(步骤813否)，微型计算机60根据“当前正在充电(CC)”标志的指示，判断电池组是否正处于充电过程中。如果未对电池组5进行充电(步骤814否)，则微型计算机60通过将来自电池温度检测电路52的输出与预定参考值进行比较，判断电池组5的温度是否较高(步骤815)。如果电池组5处于较高的温度(步骤815是)，过程返回到步骤803。
另一方面，当电池组5并未处于较高温度时(步骤815否)，则微型计算机60根据来自触发检测电流43的输出，判断是否接通了电源开关4b(步骤816)。当未接通电源开关4b时(步骤816否)，微型计算机60向电压/电流设置电路22输出信号，以便将充电电流设置为预定电平(步骤817)。接下来，微型计算机60向触发检测电路43和充电输出切换电路32输出充电使能信号(步骤819)，从而使触发检测电路43断开电源输出切换电路31并接通充电输出切换电路32。结果，开始充电操作。然后，微型计算机60置位“当前正在充电”标志(步骤820)，过程返回到步骤803。
当步骤811中的判断结果表示负载电流正在流动时(步骤811否)，微型计算机60清除负载电流零计数器(步骤821)，并根据来自触发检测电路43的输出，判断是否接通电源开关4b(步骤822)。当接通电源开关4b时(步骤822是)，则微型计算机60置位“触发检测(TD)”标志(步骤823)，并判断是否置位了“当前正在充电”标志(步骤824)。当置位了“当前正在充电”标志时(步骤824是)，过程跳转到步骤816，而当未置位“当前正在充电”标志时(步骤824否)，过程返回到步骤812。
当未接通电源开关4b时(步骤822否)，过程进行到步骤830，微型计算机60对用于确定电池组5已经达到几乎充满电的状态和电池已经达到充满电的状态的数据进行处理。为此，微型计算机60根据来自电池温度检测电路52的输出，检测电池组5的当前电池温度Tin，并将检测到的数据存储在RAM 62中(步骤830)。同样，在包括新检测到的电池温度Tin在内的曾经检测到的电池温度中，存储最小电池温度T(min)(步骤831)。然后，微型计算机60检测来自电池电压检测电路51的当前电池电压Vin，并将此数据存储在RAM 62中(步骤832)。
此外，微型计算机60根据由电池电压检测电路51检测到的新检测到的电池电压和先前检测到的电池电压，来计算电池电压梯度(此后，缩写为“BVG”)ΔV(步骤833)。应当注意，用于计算BVG ΔV的先前电池电压是在检测到当前电池电压之前的固定时间段所采样的电池电压，类似于BTG dT/dt的计算。如果与曾经计算出的BVG相比，新计算出的BVG是最小的，则更新BVG最小值ΔV(min)(步骤834)。
接下来，微型计算机60判断是否置位了“dT/dt连续性”标志(步骤835)。当置位了“dT/dt连续性”标志时(步骤835是)，过程跳转到步骤839。另一方面，当未置位“dT/dt连续性”标志时(步骤835否)，微型计算机60判断是否置位了“触发检测(TD)”标志(步骤836)。当未置位“触发检测”标志时(步骤836否)，过程跳转到步骤839。另一方面，当置位了“触发检测”标志时(步骤836是)，微型计算机60判断在恢复充电操作之后，是否已经过去了预定的时间段U(步骤837)。当在恢复充电操作之后，未经过预定的时间段U时(步骤837否)，过程跳转到步骤844，从而并不使用BTG参数来执行电池组5的充满电状态的确认。当在恢复充电操作之后，已经过去了预定的时间段U时(步骤837是)，复位“触发检测”标志(步骤838)。
接下来，根据新检测到的电池温度数据和先前检测到的电池温度数据，计算BTG dT/dt(步骤839)。通过将新计算出的BTG dT/dt与曾经计算出的BTG相比，更新BTG最小值dT/dt(min)(步骤840)。
接下来，微型计算机60判断BTG最小值dT/dt(min)与新计算出的BTG dT/dt之间的差是否等于或大于预定值Q1(步骤841)。即，微型计算机60判断新计算出的BTG dT/dt是否已经超过最小值dT/dt(min)预定值Q1或更多。如果判断的结果是肯定的(步骤841是)，则微型计算机60置位“dT/dt连续性”标志(步骤843)，因为在这种条件下，微型计算机60确定电池组5已经达到几乎充满电的状态，并在几乎充满电的状态之后不久将是充满电的状态。在置位“dT/dt连续性”标志之后，过程进行到步骤842。如果步骤841中的判断结果是否定的(步骤841否)，则过程跳转到步骤844。
在步骤842中，微型计算机60判断新计算出的BTG dT/dt与BTG最小值dT/dt(min)之间的差是否等于或大于预定值Q2(步骤842)，其中预定值Q2大于预定值Q1(Q2＞Q1)。即，微型计算机60判断新计算出的BTG dT/dt是否已经超过最小值dT/dt(min)预定值Q2或更多。如果判断的结果是肯定的(步骤842是)，则微型计算机60确定电池组5已经达到充满电的状态。然后，微型计算机60复位“当前正在充电(CC)”标志(步骤827)，并置位“充电完成(C COMP)”标志(步骤828)。此外，微型计算机60断开充电输出切换电路32(步骤829)，从而停止充电操作，过程再次返回到步骤803。
如果步骤841和842中的判断结果是否定的，则微型计算机60判断BVG的绝对值是否已经达到或超过预定值R1(步骤844)，如图6G所示。如果判断结果是肯定的(步骤844是)，微型计算机60确定电池组5已经达到了几乎充满电的状态，并置位存储在RAM 62中的ΔV标志(步骤846)。应当注意的是，当电池达到充满电的状态时，电池电压相对突然地增加，然后在达到峰值之后下降。由于在几乎充满电的状态之后不久将是充满电的状态，微型计算机60置位“dT/dt连续性”标志(步骤847)，之后，执行步骤848中的处理。
如果步骤844中的判断结果是否定的(步骤844否)，则微型计算机60判断新检测到的电池温度Tin与电池温度最小值T(min)之间的差是否等于或大于预定值P1(步骤845)，如图6F所示。即，微型计算机60判断新检测到的电池温度Tin是否超过了电池温度最小值T(min)预定值P1或更多。如果步骤845中的判断结果是肯定的(步骤845是)，微型计算机60确定电池组5已经达到了几乎充满电的状态。在这种情况下，其后不久将是充满电的状态，所以微型计算机60置位“dT/dt连续性”标志(步骤847)，之后，执行步骤848中的处理。当步骤845中的判断结果是否定的时(步骤845否)，过程跳转到步骤849。
在步骤848，微型计算机60判断新检测到的电池温度Tin和电池温度最小值T(min)之间的差是否等于或大于预定值P2，如图6F所示，其中预定值P2大于值P1(P2＞P1)。即，微型计算机60判断新检测到的电池温度Tin是否超过了电池温度最小值T(min)预定值P2或更多。如果步骤848中的判断结果是肯定的(步骤848是)，微型计算机60确定电池组5已经达到了充满电的状态。微型计算机60还执行步骤827、828和829中的处理，并停止充电操作。如果步骤848中的判断结果是否定的(步骤848否)，则微型计算机60判断是否置位了ΔV标志(步骤849)。当未置位ΔV标志时(步骤849否)，过程返回到步骤803。当步骤849中的判断结果表示置位了ΔV标志时，微型计算机60判断新计算出的BVG ΔV(绝对值)是否等于或小于预定值R2(步骤850)，其中数值R2大于数值R1(R1＞R2)。当步骤850中的判断结果是肯定时(步骤850是)，微型计算机确定电池组5已经达到充满电的状态。于是，微型计算机60执行步骤827、828和829中的处理，并停止充电操作。另一方面，当步骤850中的判断结果是否定的时(步骤850否)，过程返回到步骤803。
当步骤814中的判断结果表示电池组5正处在充电的过程中时，即，当在对电池组5进行充电期间，曾经接通电源开关4b，之后断开时，启动负载电流零计数器(步骤825)。然后，微型计算机60判断负载电流零状态是否持续了预定的时间段(步骤826)。负载电流零状态表示电动工具4保持在断开状态或保持未使用预定的时间段。当步骤826中的判断结果是肯定的时(步骤826是)，过程跳转到步骤816，以便恢复对电池组5的充电。最好在参考电池电压和电池温度的采样时间和电动工具4的实际使用条件的同时，确定负载电流零状态所持续的预定时间段，例如，可以是一分钟。
当步骤826中的判断结果是否定的时(步骤826否)，在置位“触发检测”标志(步骤818)之后，微型计算机60向触发检测电路43和充电输出切换电路32输出充电禁用信号(步骤851)。接下来，微型计算机60根据“电池组”标志的指示，判断电池组5是否插入到电源单元2的插入凹陷2a中(步骤852)。当电池组5未插入到插入凹陷2a中时，过程返回到步骤803。另一方面，当电池组5插入其中时，微型计算机60执行确定几乎充满电状态和充满电状态所需的数据处理。这是因为即使在充电操作期间，曾经接通电源开关4b，然而未对电池组5进行充电，仍然连续地执行充满电状态的确定。
为此，在充电操作期间，由电池温度检测电路52检测新检测到的电池温度Tin，并将检测到的电池温度存储在RAM 62中(步骤853)。而且，通过新检测到的电池温度Tin与先前检测到的电池温度之间的比较，确定电池温度最小值T(min)，并存储在RAM 62中(步骤854)。
还计算最新的BTG dT/dt(步骤855)。通过最新的BTG dT/dt与先前计算出的BTG之间的比较，确定BTG最小值dT/dt(min)，并存储在RAM62中(步骤856)。
接下来，微型计算机60判断最新的BTG dT/dt是否超过了预定值Q1与BTG最小值dT/dt(min)的和(步骤857)。当步骤857中的判断结果是肯定的时(步骤857是)，则微型计算机60确定电池组5已经达到了几乎充满电的状态。在这种情况下，因为在几乎充满电的状态之后不久将是充满电的状态，微型计算机60置位“dT/dt连续性”标志(步骤859)，之后，执行步骤860中的处理。当步骤857中的判断结果是否定的时(步骤857否)，微型计算机60判断新检测到的电池温度Tin是否超过了预定值P1与电池温度最小值T(min)的和(步骤858)。当步骤858中的判断结果是肯定的时，微型计算机60确定电池组5已经达到几乎充满电的状态，所以，将很快结束对电池组5的充电。因此，微型计算机60置位“dT/dt连续性”标志(步骤859)，之后，执行步骤860中的处理。在步骤860中，微型计算机60判断新检测到的电池温度Tin是否已经超过了预定值P2和电池温度最小值T(min)的和。当步骤860中的判断结果是肯定的时(步骤860是)，则微型计算机60确定电池组5已经达到了充满电的状态，并执行步骤827、828和829中的处理，从而结束对电池组5的充电。
当步骤858中的判断结果是否定的时(步骤858否)，并且当步骤860中的判断结果也是否定的时(步骤860否)，微型计算机60判断新计算出的BTG dT/dt是否超过了预定值Q2与BTG最小值dT/dt(min)的和(步骤861)。当步骤861中的判断结果是肯定的时(步骤861是)，则微型计算机60确定电池组5已经达到了充满电的状态，之后执行步骤827、828和829中的处理，从而结束充电操作。当步骤861中的判断结果是否定的时(步骤861否)，过程返回到步骤803。
图6A到图6G是在对电池进行充电时的电池电压(BV)、充电电流(CC)、电池温度(BT)和电池温度梯度(BTG，表示模拟到数字转换值)。图6A示出了对电池连续充电而没有由于工具的使用而中断的情况。当BTG增加到比BTG最小值BTG(min)多预定值Q2时所确定的充电结束(EOC)正确地表示了电池的充满电的状态。
图6B示出了由于工具的使用(UOT)而使对电池组5的充电中断特定时间段的情况。在中断对电池组5的充电之前，电池组5已经被充电到几乎充满电的状态。几乎充满电的状态对应于BTG(min.1)+Q1的电平，其中BTG(min.1)表示在中断之前所记录的BTG最小值。当BTG增加到比BTG(min.2)多预定值Q2时所确定的EOC正确地表示了电池的充满电的状态，其中BTG(min.2)表示在中断之后所记录的BTG最小值。如前所述，预定值Q1接近但小于预定值Q2(Q2＞Q1)。根据图6B所示的情况，应当理解的是，如果在电池组5被充电到几乎充满电的状态时，中断对电池组5的连续充电，通过采用参照图6A所描述的EOC的确定原理，可以正确地确定电池组5的充满电的状态。即，在确定EOC中，使用通过BTG的连续计算所获得的BTG(min.2)是有效的。
图6C示出了在电池组5还未被充电到几乎充满电的状态之前，中断对电池组5的连续充电的情况。在中断充电期间，BT逐渐下降，但在恢复充电操作之后，相对突然地转为增加。如果将如图6A所示的确定EOC的原理应用于图6C，同时即使在中断期间，也连续地计算BTG和更新BTG(min)，电池组5在EOC时处于充电不足的状态。
图6D和图6E也示出了中断对电池组5的充电的情况。在图6D的情况下，在电池组5达到几乎充满电的状态之后立即中断对电池组5的充电，类似于图6B所示的情况。另一方面，在图6E的情况下，在电池组5未达到几乎充满电的状态之前，中断对电池组5的充电，类似于图6C所示的情况。在这两种情况下，在恢复对电池组5的充电之后，立即设置BTG的未计算间隔(NCI)。通过将BTG的NDI设置为紧接在恢复充电操作之后的适当持续时间，在图6E的情况下，当BTG增加到比BTG(min)多预定值Q2时所确定的EOC正确地表示了电池组5的充满电的状态。但是，如果在图6D的情况下类似地设置相同持续时间的NDI，在EOC时，导致了电池组5的过充电状态。通过图4A到图4E所了解到的事实是本发明第二实施例的基础。
尽管参照其特定实施例，对本发明进行了详细的描述，本领域的技术人员应当清楚的是，在不偏离由所附权利要求限定了其范围的本发明的精神的前提下，可以对其进行多种变化和修改。
例如，在上述流程图中，可以省略图4C所示的步骤834。此外，这些实施例描述了DC电源单元100使用相同充电电流的电池进行充电，而与电池电压无关。但是，也可以依照电池电压，对充电电流进行控制。可选地，可以对充电电流进行控制，而依照开关电源10的最大容量，对具有不同电池电压的电池组5进行充电。更为详细地对其进行解释随着单电池数目的增加，依照电池组5中单电池的数目，使平均充电电流较小，以提高使用寿命特性。
权利要求
1.一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能，所述工具具有电源开关，所述DC电源单元包括电池组连接部分，与电池组相连，以便以DC电能进行充电；适配器，向所述工具提供DC电能；电能输出切换电路，在通过所述适配器向所述工具提供DC电能和对所述电池组进行充电之间进行切换；冷却设备，冷却所述电池组；电池温度检测器，每隔预定的定时，检测所述电池组的温度，并输出表示所述电池组的温度的温度信号；第一存储设备，存储从所述电池温度检测器输出的所述温度信号；电池温度梯度计算装置，用于根据当前检测到的温度信号和先前检测到的电池温度信号，周期性地计算电池温度梯度，并每隔预定的定时，输出表示所述电池温度梯度的BTG信号；第二存储设备，存储从所述电池温度梯度计算装置输出的所述BTG信号；以及最小值存储装置，用于存储并更新由所述电池温度梯度计算装置曾经计算的BTG信号中的BTG信号的最小值，其中，从所述电能输出切换电路开始向所述工具提供DC电能时开始，到紧接在结束向所述工具提供DC电能结束之后的电池组的充电恢复起已经过去了预定时间段时为止的预定持续时间，所述最小值存储装置不更新所述BTG信号的所述最小值。
2.根据权利要求1所述的DC电源单元，其特征在于在所述电源输出切换电路正在向所述工具提供DC电能时，所述最小值存储装置不更新所述BTG信号的所述最小值。
3.根据权利要求1所述的DC电源单元，其特征在于还包括电池组区别装置，用于根据在对电池组充电的同时以所述冷却设备冷却时，所述电池组的温度上升，来区分电池组的类型，当存储在所述最小值存储装置中的所述BTG信号的所述最小值小于当从所述电池温度检测器输出的所述温度信号表示预定温度时的临界值时，所述电池组区别装置确定所述电池组具有冷却效果，而当存储在所述最小值存储装置中的所述BTG信号的所述最小值大于当从所述电池温度检测器输出的所述温度信号表示所述预定温度时的所述临界值时，确定所述电池组不具有冷却效果。
4.根据权利要求1所述的DC电源单元，其特征在于还包括充电电流设置装置，用于设置要施加到所述电池组的充电电流，其中当所述电池组区别装置确定所述电池组具有冷却效果时，所述充电电流设置装置设置具有第一电平的充电电流，而当所述电池组区别装置确定所述电池组不具有冷却效果时，所述充电电流设置装置设置具有比所述第一电平低的第二电平的充电电流。
5.根据权利要求4所述的DC电源单元，其特征在于当所述电池组区别装置确定所述电池组具有冷却效果时，而且当从所述电池温度检测器输出的所述温度信号表示所述电池组与预定值相比处于高温时，所述充电电流设置装置设置具有比所述第一电平低但比所述第二电平高的第三电平的充电电流。
6.根据权利要求3所述的DC电源单元，其特征在于设置所述预定温度，低于用作用于确定所述电池组是否处于高温的标准的所述预定值。
7.根据权利要求1所述的DC电源单元，其特征在于还包括触发检测器，检测所述工具的所述电源开关的接通，并向所述电源输出切换电路输出表示所述电源开关接通的接通信号，其中响应所述接通信号，所述电源输出切换电路允许向所述工具提供DC电能，而禁止对所述电池组进行充电。
8.一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能，所述工具具有电源开关，所述DC电源单元包括电池组连接部分，与电池组相连，以便以DC电能进行充电；适配器，向所述工具提供DC电能；电能输出切换电路，在通过所述适配器向所述工具提供DC电能和对所述电池组进行充电之间进行切换；电池温度检测器，每隔预定的定时，检测所述电池组的温度，并输出表示所述电池组的温度的温度信号；第一存储设备，存储从所述电池温度检测器输出的所述温度信号；电池温度梯度计算装置，用于根据当前检测到的温度信号和先前检测到的电池温度信号，周期性地计算电池温度梯度，并每隔预定的定时，输出表示所述电池温度梯度的BTG信号；第二存储设备，存储从所述电池温度梯度计算装置输出的所述BTG信号；最小值存储装置，用于存储并更新由所述电池温度梯度计算装置曾经计算的BTG信号中的BTG信号的最小值；充满电确定装置，当最新的BTG信号具有比存储在所述最小值存储装置中的所述BTG信号的所述最小值大预定的充满电区别值时，确定所述电池组达到了充满电状态；以及控制装置，用于对所述充满电确定装置进行控制，从而当正在对所述电池组进行充电期间，所述电能输出切换电路向所述工具提供DC电能，并且之后停止向所述工具提供DC电能，而恢复对所述电池组的充电时，在从对所述电池组的充电恢复开始起预定的时间段过去之前，禁用所述充满电确定装置。
9.根据权利要求8所述的DC电源单元，其特征在于所述控制装置对所述充满电确定装置进行控制，从而在所述电源输出切换电路中断对所述电池组的充电时，如果所述电池组仍未达到参考充电电平，则禁用所述充满电确定装置。
10.根据权利要求9所述的DC电源单元，其特征在于当在对所述电池组进行充电期间，所述电源输出切换电路向所述工具提供DC电能，之后停止向所述工具提供DC电能，并恢复对所述电池组的充电，所述控制装置对所述充满电确定装置进行控制，从而在所述电源输出切换电路中断对所述电池组的充电时，如果所述电池组达到所述参考充电电平，紧接在恢复对所述电池组的充电之后，所述充满电确定装置进行操作。
11.根据权利要求9所述的DC电源单元，其特征在于还包括电池电压检测器，检测所述电池组的电压，并输出表示所述电池组的所述电压的电压信号；以及剩余电池电量检测装置，用于根据从所述电池电压检测器输出的所述电压信号，检测所述电池组的剩余电量，并输出表示所述电池组的剩余电量的剩余电量信号，其中，当在对所述电池组进行充电期间，所述电源输出切换电路向所述工具提供DC电能，之后停止向所述工具提供DC电能，并恢复对所述电池组的充电时，如果所述剩余电量信号表示所述电池组具有多于预定水平的剩余电量，所述电池温度梯度计算装置继续计算所述电池温度梯度，而无需中断。
12.一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能，所述工具具有电源开关，所述DC电源单元包括电池组连接部分，与电池组相连，以便以DC电能进行充电；适配器，向所述工具提供DC电能；电能输出切换电路，在通过所述适配器向所述工具提供DC电能和对所述电池组进行充电之间进行切换；电池温度检测器，每隔预定的定时，检测所述电池组的温度，并输出表示所述电池组的温度的温度信号；第一存储设备，存储从所述电池温度检测器输出的所述温度信号；电池温度梯度计算装置，用于根据当前检测到的温度信号和先前检测到的电池温度信号，周期性地计算电池温度梯度，并每隔预定的定时，输出表示所述电池温度梯度的BTG信号；第二存储设备，存储从所述电池温度梯度计算装置输出的所述BTG信号；最小值存储装置，用于存储并更新由所述电池温度梯度计算装置曾经计算的BTG信号中的BTG信号的最小值；充满电确定装置，当最新的BTG信号具有比预定的充满电区别BTG值与存储在所述最小值存储装置中的所述BTG信号的所述最小值的和大的数值时，或者当从所述电池温度检测器输出的最新温度信号超过预定的充满电区别电池温度值时，确定所述电池组达到了充满电状态；以及控制装置，控制所述电池温度梯度计算装置，从而当正在对所述电池组进行充电期间，所述电能输出切换电路向所述工具提供DC电能，并且之后停止向所述工具提供DC电能，而恢复对所述电池组的充电时，如果最新温度信号表示电池温度并未超过比所述预定充满电区别电池温度值低的接近充满电电池温度值，所述电池温度梯度计算装置在预定的时间段内不计算所述电池温度梯度。
13.根据权利要求12所述的DC电源单元，其特征在于还包括电池电压检测器，检测所述电池组的电压，并输出表示所述电池组的所述电压的电压信号；以及剩余电池电量检测装置，用于根据从所述电池电压检测器输出的所述电压信号，检测所述电池组的剩余电量，并输出表示所述电池组的剩余电量的剩余电量信号，其中，当在对所述电池组进行充电期间，所述电源输出切换电路向所述工具提供DC电能，之后停止向所述工具提供DC电能，并恢复对所述电池组的充电时，如果所述剩余电量信号表示所述电池组具有多于预定水平的剩余电量，所述电池温度梯度计算装置继续计算所述电池温度梯度，而无需中断。
14.一种DC电源单元，用作工具的电源，并具有对用作该工具的代替电源的电池组进行充电的充电功能，所述工具具有电源开关，所述DC电源单元包括电池组连接部分，与电池组相连，以便以DC电能进行充电；适配器，向所述工具提供DC电能；电能输出切换电路，在通过所述适配器向所述工具提供DC电能和对所述电池组进行充电之间进行切换；电池电压检测器，每隔预定的定时，对所述电池组的电压进行检测，并输出表示所述电池组的电压的电压信号；第一存储设备，存储从所述电池电压检测器输出的所述电压信号；电池电压梯度计算装置，用于根据当前检测到的电压信号和先前检测到的电池电压信号，周期性地计算电池电压梯度，并每隔预定的定时，输出表示所述电池电压梯度的BVG信号；第二存储设备，存储从所述电池电压梯度计算装置输出的所述BVG信号；充满电确定装置，当最新的BVG信号超过了第一预定值而随后下降到比所述第一预定值小的第二预定值以下时，确定所述电池组达到了充满电状态；以及控制装置，用于对所述电池电压梯度计算装置进行控制，从而当正在对所述电池组进行充电期间，所述电能输出切换电路向所述工具提供DC电能，并且之后停止向所述工具提供DC电能，而恢复对所述电池组的充电时，如果最新的BVG信号表示最新的电池电压梯度并未超过所述第一预定值，所述电池电压梯度计算装置在预定的时间段内不计算所述电池电压梯度。
全文摘要
一种DC电源单元，在接通工具的电源开关时，向电动工具提供DC电压，并且在未对电动工具进行操作时，也对用作工具的代替电源的电池组进行充电。将曾经计算出的电池温度梯度中的最小电池温度梯度用于确定在以冷却风扇进行强制冷却时，电池组是否具有冷却效果，或者电池组是否已经达到了充满电的状态。当由于电动工具的操作而中断了对电池组的充电时，将电池温度梯度的计算中止一段时间，或者一段时间内不执行电池组充满电状态的确定，以便防止在中断了对电池组的充电期间，对最小电池温度进行更新。
文档编号H02J7/00GK1574544SQ20041004573
公开日2005年2月2日 申请日期2004年5月24日 优先权日2003年5月23日
发明者荒馆卓央, 武田岳史, 原田秀一, 高野信宏, 石丸健朗, 船桥一彦 申请人:日立工机株式会社