CN101758488B - 电动工具以及电动工具和电池包的组合 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电动工具和电池包的组合。其中电池包包括若干电池、与电池连接的电路板、和设置在电路板上的电子控制组件；电动工具也包括电路板和设置在电路板上的电子控制组件。电池包和电动工具内的电子控制组件可分别用来监测电池包状态以及对电池包实行保护控制，通过这种设计，可以使得电池包和电动工具整体的设计要求被大大简化，设计成本也相应地降低。

Description

电动工具以及电动工具和电池包的组合

技术领域

本发明涉及一种电动工具，尤其涉及一种采用电池包供电的电动工具。

本发明还涉及一种电动工具和电池包的组合。

背景技术

近年来，随着电池材料技术的发展，电池的容量已被大幅度的提升，其应用范围也已经从一些小功率的电子类电气装置而延伸到一些大功率的动力类电气装置，如电动工具等。这样，采用了高倍率电池的电动工具可以摆脱线缆的束缚而可随时、随地地使用。为提高利用率，这些电池通常采用的是可充电电池，如镍镉(Nickel-cadmium，NiCd)电池、镍氢(Nickel-Metal Hydride，NiMH)电池、锂离子(Lithium-ion，L-ion)电池等。

上述类型的电池在和无绳类电气装置配合工作时，是处于一个放电状态，电池放电时，当电压下降到电池不宜再继续放电的最低工作电压值(终止电压)时，还继续放电就可能会造成电池内压升高，正、负极活性物质的可逆性遭到损坏，从而会使电池的容量产生明显减少。同样，电池插接到充电器上充电时，在达到充满状态后，若还继续充电，可能导致电池内压升高、电池变形、漏液等情况发生，使得电池的性能也会显著降低和损坏。因此，在这些无绳类电气装置或充电装置的设计时，都会考虑采用硬件或硬件与软件的结合来对电池包进行过充或过放的保护。

对上述类型的电池的过充或过放保护主要考虑电池的电压和温度。例如，电池在放电时，电池电压会下降，电池温度会上升，当电压下降到终止电压或温度上升到放电温度上限的时候，需要采取相关的措施，如断开放电回路，来避免损害电池。又如，电池在充电时，电池电压会上升，电池温度也会上升，同样当电压上升到充电电压上限或温度上升到充电温度上限的时候，需要采取相关的措施来避免电池因过充而受到损伤。

有些设计通过在电池包内设置电压和温度检测元件来实时检测电池电压和温度，然后将检测到的数据分别通过相应的端口反馈给无绳类电气装置或充电装置，随后这些电气装置对接收到的数据进行判断，并在电池包过充或过放时采取相应的措施以避免电池受损。不过，这种设计对无绳类电气装置或充电装置的要求比较高，因为它们不仅需要实现自身的功能，还需要对电池包的状态进行判断，并对可能发生的异常情况进行控制。此外，从成本上考虑，很多厂家开始考虑采用统一标准的通用的电池包，如以电动工具为例，同一厂家的不同的无绳类电动工具可以采用通用的可互换的电池包，即几种不同种类但具有相同电池包端口的无绳工具，如电钻、电圆锯、打草机等，都可采用同一个电池包来进行工作。如此，如果采用上述设计的电池包，那么与这些电池包配合的不同种类的电动工具内部都需要设置电池包电压、温度判断并控制的元器件，显然会大大增加设计与制造的成本。

也有的电池包设计是在电池包内集成处理器，这些处理器不仅可以对电池进行电压、温度等的检测，还会根据检测到的数据进行判断是否有过充或过放，并在过充或过放时主动对电池包进行控制来避免电池受损。然而，这种电池包虽然能够解决上述设计的问题，但其本身设计要求以及设计和制造成本都非常高。

发明内容

本发明提供一种电动工具，其内设置有电子控制组件，可对与其配合的电池包实行过放保护，从而可简化相应电池包的设计，并降低成本。

本发明提供一种电动工具和电池包的组合，其电动工具内设置有电子控制组件，可对与其配合的电池包实行过放保护，从而可简化相应电池包的设计，并降低成本。

为实现上述目的之一，本发明的技术方案是：

一种电动工具，包括：

机身，沿纵长方向延伸；

电机，设置在机身内并具有旋转速度；

输出轴，输出所述电机的转速；

齿轮减速机构，设置在电机和输出轴之间并以一定的减速比将电机的转速传递给输出轴；

手柄，自机身底部向下延伸而出；

扳机开关，设置在手柄内并与电机电性连接，所述电机的转速与扳机开关的按压程度成比例；

底座，自手柄底部延伸出；

电路板，设置在底座内并与扳机开关电性连接；

电子控制组件，设置在所述电路板上；

端子组件，与所述电路板电性连接，其具有延伸凸露于底座外的若干导电端子。

为实现上述目的之一，本发明的技术方案还可以是：

一种电动工具和电池包的组合，包括：

电池包，其包括

壳体，

若干电池，收容在所述壳体内，

第一电路板，与所述电池电性连接，

第一电子控制组件，设置在所述第一电路板上，和

若干第一导电端子，与所述第一电路板电性连接；

电动工具，其包括

机壳，

电机，设置在机壳内，其具有一旋转速度，

输出轴，输出所述电机的转速，

夹头，与输出轴的输出端连接用于夹持工作头，

第二电路板，与所述电机电性连接，

第二电子控制组件，设置在所述第二电路板上，和

若干第二导电端子，与第二电路板电性连接，并在电池包与电动工具对接后与所述第一导电端子相应电性接触。

与现有技术相比，本发明中在电池包和电动工具内均设有电子控制组件，可分别用来监测电池包状态以及对电池包实行保护控制，相对于单独在电池包内实现监测和控制的功能，这种设计的要求相对而言被大大简化，同时成本也相应地降低。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明作进一步说明。

图1是本发明具体实施方式中电池包插接到电动工具后工作的电路框图。

图2是本发明具体实施方式中电池包插接到充电器上后充电的电路框图。

图3是本发明具体实施方式中电池包的工作流程框图。

图4是本发明具体实施方式中电动工具对电池包实施过放保护的工作流程框图。

图5是本发明具体实施方式中充电器对电池包实施过充保护的工作流程框图。

图6是本发明具体实施方式中电动工具和电池包插接后的平面视图。

图7是图6所示电动工具和电池包插接前的立体视图，其中电动工具的半边机壳和电池包的上壳体被移除以显示其内部构造。

图8是图6中所示电动工具部分构件的立体分解图。

图9是图6中所示电池包的立体分解图。

具体实施方式

本发明旨在揭示了一种新的电池包过充与过放的保护方式，通过无绳电气装置与电池包的共同配合来避免电池包过放，或通过充电装置与电池包的配合来避免电池包的过充，以下具有锂离子电池和无绳电动工具为例结合图1至图5的具体实施方式进行说明。需要说明的是，这儿所说的锂离子电池是负极材料为锂元素的可充电电池的总称，依据正极材料的不同，其可构成许多体系，如“锂锰”电池，“锂铁”电池等

图1是电池包10插接到电动工具20后工作的电路原理框图，图2是电池包10插接到充电器30上后充电的电路原理框图。本领域的普通技术人员易于理解的是，电池包10、电动工具20、充电器30内都设置有印刷电路板，而图中所示的由若干电子元器件组成的电子控制组件设置在相应电路板上，并通过电路板上的电路使这些电子元器件相互电性连接。

如图1所示，电池包10包括有电池组11、电池包控制单元12、温度检测元件(Temperature Sensor，TS)13、识别电阻(R1)14、以及若干导电端子。

在本实施方式中，电池组11由五节串联的锂锰电池11组成，其中每节电池的额定电压为3.8伏(V)。当然，在其他实施方式中，根据不同的工况需求，电池的类型、节数、以及设置方式也可视具体情况而不同。如电池组11可以由十节额定电压为3.2伏的锂铁电池组成，这十节电池分两排并列设置，且每排由五节电池串联而成。此外，由于电池的特性不同，其对应的放电电压下限V1、充电电压上限V2、充电电压下限、放电温度上限T1、充电温度上限T2都会相应有所不同。

电池包控制单元12与电池组11的各电池电性连接，用来检测每节电池的电压以及电池包的温度等数据，并通过这些数据来判断电池包的工作状态。该控制单元12可以是由实现各相应功能的元器件组成的逻辑电路，也可以是集成有程序、指令的微处理器。在本实施方式中，电池包控制单元12为处理器，通常该处理器内包括有微处理模块(MCU)、只读存储器(ROM)模块、随机存储器(RAM)模块、数字/模拟转换单元(A/D converter)模块、计时器(timer)221模块、输入/输出端口(I/O port)模块等，由于这些模块的功能及其工作原理都为本领域的普通技术人员所熟识，所以申请人在此不再予以赘述。需要注意的是，在本实施方式中，每节电池11的电压都会被电池包控制单元12检测到，相比仅检测某一节电池，可有效避免因为电池的一致性差而无法反映每节电池的过充或过放的情形。在具体实施中，每节电池11的电压模拟信号通过电池包控制单元12的输入端口输入，并且由数字/模拟转换模块转换成数字信号，而后由微处理模块执行相应的程序来判断每节电池的电压是否被过充或过放。

在本实施方式中，温度传感器13为热敏电阻，其被粘附在电池的表面，并通过电性导线与电池包控制单元12连接。通过这种设置，当电池的温度发生变化时，热敏电阻的阻值也相应发生变化，并被电池包控制单元12检测到，检测到的温度被用来表示整个电池包的工作温度。作为优选的实施方式，热敏电阻13最好被设置在电池组11内温度最高的区域，这样可以确保所有电池不会因为过温而受到损坏，并且，热敏电阻13设置的区域最好与外部气流隔绝，如此可以确保检测到电池组11的温度值比较准确。

识别电阻14的阻值可用于表示电池包10内电池的特性、电池的容量、电池的额定电压等。当电池包10插接到电动工具20或充电器30上后，电动工具20或充电器30会辨别识别电阻14对应的阻值所产生的压降，从而识别出电池包中电池对应的特性、容量、额定电压等，在本实施方式中，该识别电阻14的阻值用来表征相应的额定电压。后续会结合充电器做详细的说明。

在本实施方式中，电池包10的导电端子包括与电池组11的正、负极相应电性连接的第一正极端子(B+)15和第一负极端子(B-)19，与电池包控制单元12的相应输入端口连接的第一电源端子(Vcc)16，与电池包控制单元12的相应输出端口连接用来输出表示电池包工作状态指示信号的第一状态指示端子(BH)17，以及与识别电阻14电性连接的第一识别端子(BS)18。

参照图1所示，电动工具20包括电机21、电机控制单元22、用于检测电机21温度的温度传感器(Temperature Sensor，TS)23、直流电源转换模块(DC-DC)24、若干导电端子、和用于检测电机21电流的电流传感器28。

其中，电动工具20的导电端子包括可与电池包的第一正、负极端子15、19电性接触的第二正极端子(B+)25和第二负极端子(B-)29，与电池包10的第一电源端子16电性接触的第二电源端子(Vcc)26，以及与电池包的第一状态指示端子17电性接触的第二状态指示端子(BH)27。需要说明的是，上述电动工具的导电端子中并无相应端子与电池包的第一识别端子18电性接触，这是因为在本实施方式中，电动工具20通过机械防误插来识别相应额定电压的电池包，也就是说，电动工具20和电池包10的对接面上设有可相互配合的防误插结构，如凸键与键槽的配合结构，如此，额定电压与电动工具不匹配的电池包就无法顺利插接到电动工具上。当然，在其他实施方式中，电动工具内也可以通过设置相应的识别端子、比较器、放大器等电子元器件来实现电子识别额定电压，只不过相比机械防误插形式，成本会因为元件的增加而相应提高。由于这些防误插设计对于本领域的技术人员而言是可轻易想到的，所以申请人在此不再做进一步的描述。

在本实施方式中，电机控制单元22是由逻辑电路构成，其与第二状态指示端子27连接。电池包工作状态指示信号由电池包控制单元12的相应输出端口(未标示)输出，并依次通过第一、二状态指示端子17、27的传递而为电机控制单元接收。温度检测元件23为热敏电阻，其粘附在电机21表面来感测电机温度，并与电机控制单元22连接以将表示温度的电信号传递给控制单元。

在本实施方式中，直流电源转换模块24是用来充当一个直流恒压电源，用于供给电池包的控制单元12、温度检测元件13等电力。该直流电源转换模块24设置在正、负极端子之间，从而在电池包10与电动工具20插接后可与电池组11组成电性回路，并且，可与电池包控制单元12组成电性回路。在上述回路中，电动工具20内还设置有一扳机开关202，当扳机开关202闭合后，在与电池组11组成的电性回路中，直流电源转换模块24将电池组11的额定电压转换成与电池包控制单元12工作能够匹配的一个较低的电压，而在与电池包控制单元12组成的电性回路中，该直流电源转换模块24充当一个直流恒压电源来为电池包控制单元12提供电力。同时，该直流电源转换模块24还与电机控制单元22连接来为其提供电力。该在本实施方式中，虽然还是由电池组为电池包内的电子元器件提供电力，但是需要插接到电动工具并开始工作(合上扳机开关202)后，也就是说，电池包在存储(未插接)或待机(扳机开关202未闭合)状态下，其内的电子元器件并不工作，从而有效避免电池包内的电力不必要地消耗。

电机电流检测元件28与电机21串联设置，其间还设置有一电机控制开关201，用来控制电机的运行。电流检测元件28可采用本领域技术人员所熟知的方式，如用于获取电流值的检测电阻、将获取的电流值与预定电流阈值进行比较的比较器等，申请人不再做详细的描述。同样，电机控制开关201也可采用本领域技术人员所熟知的半导体开关，如采用MOSFET(Metallic OxideSemiconductor Field Effecttransistor，金属氧化物半导体场效应晶体管金属氧化物半导体)，这样可以通过MOSFET高频通断的特性来有效地控制控制电机的运行。此外，电机控制开关201也可采用传统的继电器开关。

参照图2所示，其中电池包10部分与图1中的电池包10部分完全相同，申请人不再赘述。充电器30包括充电控制单元31、用于充当直流恒压电源Vcc的直流电源转换模块(DC-DC)32、交直流电源转换模块(AC-DC)33、若干导电端子、用于检测充电回路电流的电流检测元件302、和用于控制充电回路导通与断开的充电开关301。

充电器30的导电端子大部分与电动工具20的相似，包括可与电池包10的第一正、负极端子15、19电性接触的第三正极端子(B+)35和第三负极端子(B-)39，与电池包10的第一电源端子16电性接触的第三电源端子(Vcc)36，以及与电池包的第一状态指示端子17电性接触的第三状态指示端子(BH)37。不过，与电动工具20不同的是，充电器30还包括与电池包10的第一识别端子18电性接触的第三识别端子38，并且，在第三识别端子38和直流恒压电源Vcc间还串联有第二识别电阻(R2)34，通过这种布置，在直流恒压电源Vcc和地(B-端子)之间形成由第一识别电阻(R1)14和第二识别电阻(R2)24串联设置的分压电路。对于充电器30而言，直流恒压电源Vcc的电压值和第二识别电阻34的阻值是已知的，如此，只要通过检测BS端口处的电压值Vbs，充电控制单元31就可以得知第一识别电阻14的阻值，从而可以根据其内存储的阻值与电压的对应关系而获知所待充电的电池包10的额定电压。对于电池包10而言，电池包控制单元12通过检测BS端口是否产生压降就可以判断目前是充电状态还是放电状态。参照图1所示，当电池包10与电动工具20对接时，BS端口为空，即检测到Vbs＝0，就表明此时电池包为放电状态。再参照1所示，当电池包10与充电器30对接时，BS端口处有压降产生，即检测到Vbs≠0，就表明此时电池包为充电状态。通过在电池包内设置一个上拉电阻R2，就能让电池包判断出是充电状态还是放电状态，而不需要在电池包内设置额外的电子元器件，从而大大降低了制造的成本。当然，对于本领域普通技术人员可轻易想到的是，在电动工具内的BS端口设置上拉电阻R2，而在电池包内取消设置，同样可以让电池包实现充、放电的判断。

在本实施方式中，充电控制单元31为集成有程序、指令的处理器，与电池包控制单元12类似，该处理器同样包括有计时器311、微处理模块、只读存储器模块、随机存储器模块、数字/模拟转换单元模块等功能模块。充电控制单元31与第三状态指示端子37连接来获得指示电池包工作状态的信号，与第三识别端子38连接来获取BS端口的电压信号，并且与连接在正、负极端子之间由两个电阻303组成的分压电路连接来检测电池包的电压。

充电器30内还设置有交直流电源转换模块(AC-DC)33，用于将通过插头流入的交流电流转换成可给电池包充电的直流电流。交直流电源转换模块33与直流电源转换模块32组成电性回路，且直流电源转换模块32与电池包控制单元12组成电性回路，从而直流电源转换模块32可将交直流电源转换模块33输出的直流电流转换成一个电压较低的直流电流，并且直流电源转换模块33可充当一个直流恒压电源Vcc来给电池包10内的控制单元12等电子器件提供电力。同时，该直流电源转换模块32还与充电控制单元31连接来为其提供电力。如前所述，通过这种设置，电池包在存储(未插接)或待机(扳机开关202未闭合)状态下，其内的电子元器件并不工作，从而有效避免电池包内的电力不必要地消耗。与电动工具20类似，设置在充电回路内的电流检测元件302可以是本领域技术人员所熟知的检测电阻、比较器、放大器等；充电开关301也可采用本领域技术人员所熟知的MOSFET或继电器开关。

以下结合图3至图5对电池包在放电和充电时，通过电动工具的配合来实现过放保护，和通过与充电器的配合来实现过充保护。

图3所示的是电池包10的工作流程框图。

当电池包10插接到电动工具20上并闭合扳机开关202后，或电池包10插接到充电器30上并且充电器与交流电源连接后，电池包控制单元12开始工作(步骤401)。随后，电池包控制单元12检测并获得电池组10中每节电池的电压值Vc(步骤402)。电池包控制单元12通过BS端口获取该端口(即第一识别端子18)处的电压值Vbs(步骤403)，并判断该电压值Vbs是否为零(步骤404)。在本实施方式中，由于上述两步骤是为了获知目前电池包是充电状态还是放电状态，即电池包10是插接到充电器30上还是插接到电动工具20上，所以电池包控制单元12并不需要获取具体的Vbs值，其只需要知道BS端口上是否有电压，如获得一个高电平信号就表明该端口上有电压，而相反，当获得一个低电平信号就表明该端口上没有电压。当然，本领域技术人员可轻易想到的是，电池包控制单元12只需要获得一个高、低电平的电信号，所以其获取的可以是电压信号，也可以是如电流等其他形式的电信号。

如前所述，当Vbs＝0时，表明电池包处于放电状态，电池包控制单元12接下来就会进一步判断电池的电压Vc和电池包温度Tb是否都处在放电状态下的正常范围内。首先，会判断电池电压Vc是否小于等于放电电压下限V1(步骤405)。由于电池组11中各电池的一致性可能不是很好，所以各电池电压Vc可能不是完全相同，因此在本实施方式中，为确保可靠性，取其中最小的电压值进行比较，这样可确保所有的电池都不会产生过放的情形。在本实施方式中，由于采用的是锂锰特性的电池，所以放电电压下限V1取2.5伏(V)。当判断V1≤2.5V时，表明电池包已经达到过放的状态，此时，置位BH端口为低电平信号(步骤411)，表示目前电池包的工作状态处于异常；当判断V1>2.5V时，表明电池包还未过放，则进一步判断电池包温度Tb是否大于等于放电温度上限T1(步骤406)，在本实施方式中T1为75摄氏度(℃)。当判断Tb≥T1时，表明温度过高，已经不适合再进行放电了，此时电池包控制单元12执行步骤411，来表示电池包已处于异常工作状态；当判断Tb<T1时，表明电池包温度还处在正常范围内，由于之前已经判断电池电压也处于正常范围内，所以，置位BH端口为高电平信号(步骤407)，表示目前电池包的工作状态处于正常，而后，再回到步骤405进行电池电压和电池包温度(步骤406)的循环判断。需要说明的是，上述两个判断步骤405、406可以互换，并不会影响到执行效果。此外，也可以用高电平信号表示电池包工作状态异常，低电平信号表示电池包工作状态正常。

当Vbs≠0时，表明电池包处于充电状态，电池包控制单元12会首先置位BH端口为高电平信号(步骤408)，然后判断电池的电压Vc和电池包温度Tb是否都处在充电状态下的正常范围内。首先，会判断电池电压Vc是否大于等于充电电压上限V2(步骤409)。本实施方式中，考虑到电池一致性的问题，取其中最大的电压值进行比较，这样可确保所有的电池都不会产生过充的情形；此外，充电电压上限V2取4.2V。当判断Vc≥4.2V时，表明电池包已经达到过充的状态，此时，电池包控制单元12执行步骤411，表示目前电池包的工作状态处于异常；当判断Vc<4.2V时，表明电池包还未过充，则进一步判断电池包温度Tb是否大于等于充电温度上限T2(步骤410)，在本实施方式中T2为45℃。当判断Tb≥T2时，表明温度过高，已经不适合再进行充电了，此时电池包控制单元12执行步骤411，来表示电池包已处于异常工作状态；当判断Tb<T2时，表明电池包温度还处在正常范围内，由于之前已经判断电池电压也处于正常范围内，此时，再回到步骤409做电池电压和电池包温度(步骤410)的循环判断。需要说明的是，上述两个判断步骤409、410可以互换，并不会影响到执行效果。

图4所示的是电动工具20对电池包10实施过放保护以及对自身进行保护的工作流程框图。

配合参照图1所示，当电池包10插接到电动工具20相应的端口并合上扳机开关202后，直流恒压电源24开始工作，依次通过第二、第一电源端子26、16将电流传递给电池包控制单元12和电机控制单元22，从而，电机控制单元22开始工作(步骤501)。随后电机控制单元22检测BH端口处的信号(步骤502)，即通过第二状态指示端子27接收表示电池包工作状态的指示信号，并进一步判断该信号是高电平信号还是低电平信号(步骤503)。如果判断是低电平信号，就重新回到步骤502。前已述及，低电平信号表明电池包的工作状态异常，有可能是电池已经过放，也有可能是电池包温度过高。如果异常是由于电池已经过放，则电机控制单元22就不断进行循环检测，但并不启动电机控制开关201；如果异常是由于电池包温度过高，则上述循环检测的过程中，电池包温度会逐步降低，当降低到正常范围内时，BH端口信号置位为高电平信号。当判断BH端口信号为高电平信号时，电机控制单元22就进一步检测电机温度Tm(步骤504)，并判断电机21的工作温度是否已经过高，在本实施方式中，电机工作温度上限为110℃(步骤505)。当判断Tm>110℃时，表明电机工作温度过高，此时，电机控制单元22会进一步判断电机控制开关201是否已经打开(步骤506)，如果是，则直接到步骤518，即打开电机控制开关201来断开放电回路；如果否，则回到步骤502，即重新检测BH端口处的信号，并重复上述步骤，其目的是等待电机21工作温度逐步冷却到正常范围内。当判断Tm≤110℃时，表明电机工作温度处于正常范围，则闭合电机控制开关201来接通放电回路，从而，电机21开始正常工作。

在电机21工作过程中，往往会发生一些异常情况而导致电机堵转，在此瞬间，通过电机21的电流Im会突然增大，如果这种大电流持续时间过长，可能会烧坏电机，所以，为避免这种情形的发生，在电机工作中，电机控制单元22还会不断检测通过电机的电流Im(步骤508)，并判断其是否大于电机工作电流的上限，在本实施方式中，该电流上限为50安培(A)(步骤509)。如果电机工作电流处于正常范围，即Im<50A，则电机控制单元22还会不断检测电池包的工作状态是否正常以及电机的工作温度是否处于正常范围。电机控制单元22获取BH端口处的信号(步骤510)，并判断是高电平信号还是低电平信号(步骤511)。如果判断是高电平信号，则回到步骤504，继续进行电机温度的检测；如果判断是低电平信号，则直接到步骤518，即打开电机控制开关201来断开放电回路。

当判断Im≥50A时，表明电机电流过大，如可能已经发生了堵转，此时电机控制单元22设定其内的计时器221延时特定时间，如50～100毫秒(ms)(步骤512)，并在此过程中检测电机21的工作电流Im(步骤514)，并不断比较是否Im≥50A(步骤515)。如果检测到电机工作电流Im恢复到正常范围，即Im<50A，则将计时器复位清零(步骤516)并回到步骤510继续进行电池包工作状态和电机温度的检测，并判断其是否正常。如果在上述特定时间内始终电机电流Im≥50A，则当计时器延时到达的时候(步骤513)，电机控制单元22首先将计时器复位清零(步骤517)，然后打开电机控制开关201来断开放电回路。

图5所示的是充电器30对电池包10实施过充保护以及对自身进行保护的工作流程框图。

配合参照图2所示，当电池包10插接到充电器30上后，并且充电器插头插入外部插座与交流电源连接上后，直流恒压电源32开始为电池包控制单元12和充电控制单元31提供电力，充电控制单元31开始工作(步骤601)。充电控制单元31检测BS端口的电压信号(步骤602)，即通过第三识别端子38接收到BS端口处的具体电压值信号，并根据该信号得知电池包的额定电压，从而根据充电控制单元31内存储的电池额定电压与充电电压的关系来选择并设定与该电池包对应的电池包充电电压上限V0(步骤603)。电池包充电电压上限V0就是各电池充电电压上限V1的累积，在本实施方式中，由于电池组共五节电池，所以V0＝4.2*5＝21伏V。随后，充电控制单元31通过第三状态指示端子37获取BH端口的信号(步骤604)，并判断该信号是高电平信号还是低电平信号(步骤605)。如果接收到的是低电平信号，表示电池包的工作状态异常，有可能是电池已经饱和而不需要再充了，也有可能是电池包温度过高而超出了正常的充电温度范围。接下来，充电控制单元31会判断是具体哪种情形。

充电控制单元31检测电池包的电压Vb(步骤619)，并判断Vb是否小于等于电池包充电电压下限V3(步骤620)。在本实施方式中，电池的充电电压下限为3.6V，由于共有五节电池，所以电池包的充电电压下限为V3＝3.6*5＝18V。当Vb≤18V时，表明电池包异常是由于温度过高，而不是电池已饱和。这时，充电控制单元31会回到步骤604，重新检测BH端口信号并执行后续的步骤，在这个过程中，等待电池包温度回复到正常的范围。当Vb>18V时，表明电池包异常中至少包括了电池已饱和的情形，这时，充电器会显示出错，如通过LED灯闪烁或声音报警等形式(步骤620)。再回到步骤605，如果充电控制单元31接受到的是高电平信号，表明电池包工作状态正常，则闭合充电控制开关301来接通充电回路(步骤606)，同时，打开充电计时器311(步骤607)。计时器311是给充电器30设置一个充电的最大时间长度，当该时间长度到达后，充电控制单元31会主动断开充电回路，从而可有效避免充电过程中因循环等待时间过长而无法有效地进行充电。该最大时间长度可以视不同的电池特性而设定为一小时、一个半小时、或两个小时等。充电器30开始为电池包10充电。

首先，充电器先进行恒流充电，既该过程中电流不变，电池包电压逐步上升；当电池包电压达到充电电压上限V0时再进行恒压充电，该过程中电压维持不变，而电流逐步减小。

充电控制单元31检测电池包的电压Vb(步骤608)，并判断Vb是否等于充电电压上限V0(步骤609)。如果Vb≠V0，表明尚在进行恒流充电，充电控制单元会判断计时器311设定的时间长度是否已到(步骤609)，如果已到，则计时器311清零(步骤618)，并通过出错显示(步骤613)来表示充电因异常情况而未完成，随后断开充电回路(步骤614)。如果设定的时间长度还没有到，则充电控制单元31会继续获取BH端口的信号(步骤616)，并判断是高电平信号还是低电平信号(步骤617)，如果是低电平信号，表明电池包工作状态异常，这时会出错显示(步骤613)并断开充电回路(步骤614)；如果是高电平信号，表明电池包工作状态正常，充电控制单元31随后回到步骤608，重复电池包电压的检测，并判断是否处于恒流充电状态。

如果Vb＝V0，表明电池包电压已达到充电电压上限，但并不表明电池包已充电饱和，有可能还处于恒压充电的状态。充电控制单元31检测通过充电回路中的电流Ic(步骤610)，并判断Ic是否小于等于充电电流上限(步骤612)，在本实施方式中，该上限值为20毫安(mA)。在这过程中，充电控制单元31还会判断计时器311设定的时间长度是否已到达(步骤611)，如果已到，则计时器311清零(步骤618)，并显示出错(步骤613)，随后断开充电回路(步骤614)。当判断Ic>20mA时，表明电池还未饱和，这时会重复步骤610步骤612，即重复检测电流Ic并判断其是否小于等于充电电流上限；当判断Ic≤20mA时，表明电池已充至饱和状态，随后充电控制单元31断开充电开关301，从而也使得整个充电回路断开。

本发明中，电池包能够对自身的工作状态进行正常或异常的判断，并通过一个端口将表示正常或异常的信号传递给无绳电气装置或充电装置，无绳电气装置或充电装置根据该信号来执行相应的控制。对无绳电气装置而言，该控制可以包括接通放电回路、放弃接通放电回路、等待接通放电回路、断开放电回路等；对于充电装置而言，该控制可以包括接通充电回路、等待接通充电回路、放弃接通充电回路、断开充电回路等。通过这种设置，既可以有效保护工具本身，又可以有效保护电机，并且降低了电池包和无绳电气装置或充电装置整体的设计和制造成本。此外，在无绳电气装置或充电装置内设置直流恒压电源，可在其与电池包对接后来为电池包内的电子元器件提供电力，也就是说，电池包在存储(未插接)或待机(扳机开关202未闭合)状态下，其内的电子元器件并不工作，从而有效避免电池包内的电力不必要地消耗。当然，对于本领域普通技术人员可轻易想到的是，可以将直流恒压电源设置在电池包内以与电池包控制单元连接，并与无绳电气装置或充电装置内的相应电路部分组成电性回路。通过这种设置，使得电池包在与无绳电气装置或充电装置对接前，该电性回路是断开的，所以此时电池包基本上不会消耗电力。另外，通过在无绳电气装置或充电装置内设置一个识别电阻，就能让电池包判断出是充电状态还是放电状态，而不需要在电池包内设置额外的电子元器件，从而大大降低了制造的成本。

图6到图9揭示了本发明中电动工具和电池包的具体结构实现方式。如图7和图8所示，电动工具20包括一机壳71，该机壳具有沿纵长方向(图6中的A轴所示)延伸的机身部分711、自机身部分向下延伸出的手柄部分712、以及自手柄部分端部延伸出的底座部分713。其中底座部分713基本上垂直于手柄部分712设置。需要说明的是，此处以及后文中提到的“基本上垂直”是指手柄部分712的延伸轴线B和底座部分713的延伸轴线C基本上垂直设置，包括两轴线绝对地垂直，也包括两轴线的夹角比直角略大或略小一角度，如20度以内的任何角度。另外，在本实施方式中，机壳71是通过注塑形成两个半边壳体，而后将两个半边壳体拼合而成，也就是说机身部分、手柄部分、和底座部分是一体相连，当然，在其他实施方式中，这些部分可以单独形成，并通过熟知的连接方式(如卡扣、螺钉连接等方式)固定在一起。

在机身部分711内设置有电机72。在电机72的前部，沿纵长方向上依次设置有齿轮减速机构73、输出轴74、和夹头75。本领域普通技术人员所熟知的是，齿轮减速机构73是用于将电机72的旋转速度通过一定的减速比传递给输出轴74。在本实施方式中，该齿轮减速机构为一行星齿轮减速机构，用户可以通过拨动拨钮731来调节减速比。如当用户将拨钮731拨到档位“1”时，齿轮减速机构72处于低速高减速比状态；而当拨钮731被拨到档位“2”时，齿轮减速机构72处于高速低减速比状态。夹头75安装在输出轴74的前端，用于夹持工作头(未图示)来执行相应的操作，如夹持钻头来执行钻孔的操作，或夹持螺丝披头来执行拧螺钉的操作。

扳机开关202设置在手柄712内靠近机身711的位置处，其包括位于手柄712内的电位器(potentiometer)2022以及与电位器可作动的连接并延伸出手柄712外的扳机2021。电位器2022通过电性导线(未图示)与电机72和第二电路板76(将在后文中详细描述)电性连接。扳机2021在使用者的按压下可相对于电位器2022作线性运动，电位器2022可感测扳机2021被按压的深度，并通过电机控制单元22来控制电机的旋转速度。

第二电路板76设置在底座713内，其与底座713的延伸方向(图6中的C轴所示)基本平行，而与手柄712的延伸方向(图6中的B轴所示)大致垂直。上述实施方式中提到的电机控制单元22、电机电流检测元件28、直流电源转换模块24、以及电机控制开关201等电子控制组件均设置在第二电路板76的上表面，并通过电路板上的电路而相互电性连接。在本实施方式中，电机控制开关201为金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。第二端子组件77设置在第二电路板76的下表面，其包括一端子本体771以及设置在端子本体771内的若干第二导电端子，即第二正极端子(B+)25、第二负极端子(B-)29、第二电源端子(Vcc)26、以及第二状态指示端子(BH)27。这些导电端子的一端卡入第二电路板76上的相应卡槽(未标示)内，而另一端则沿平行于第二电路板76的方向延伸并凸露于底座713外。与上述实施方式相同的是，第二导电端子共4个，而第二电路板76上的卡槽数为5个，即与电池包10的第一识别端子18对应的卡槽留空，用来供电池包10识别充电状态还是放电状态。端子本体771在沿基本垂直于手柄712的横向延伸设有一导引槽772，且在端子本体771的横向两端分别凸伸出阶梯状的凸出部773。自底座713侧壁上横向延伸出一承接板7131，在板的纵向端缘形成有导引部7132，且底座侧壁上凹陷设置有相同阶梯状的凹陷区7133。组装过程中，当端子组件77插设到第二电路板76上时，通过导引部7132与导引槽772的配合，端子组件77和第二电路板76沿横向组装到半边机壳71内，端子组件77上的凸出部773相应嵌合入底座713侧壁上的凹陷区7133内，承接板7131支撑第二电路板76于其上，通过这种结构，使得端子组件77和第二电路板76定位于机壳内。当另外半边机壳组装上后，在两个半边机壳的夹持下，端子组件77和第二电路板76被可靠固定在机壳71中。本领域普通技术人员可轻易想到的是，导引部和导引槽，以及凹陷区和凸出部的相互位置可互换。

电池包10包括壳体、收容在壳体内的电池组11、第一电路板105、和端子组件106。其中壳体由上、下壳体101、102扣合而成。上壳体101的上表面凸设有一凸台103，凸台103在其横向两侧与上壳体101的上表面间隔形成有沿纵向延伸的滑槽，可与电动工具底座713上的滑轨(未图示)相应配合。此外，在凸台103的一纵向端上形成有五个端子孔1032以供电动工具20的相应导电端子插入。电池组11包括固持架112和并排设置在固持架内的若干电池111。若干电池111被侧卧地横向放置在电池包的下壳体102内，其两端(正、负极)通过固持架112固定，并通过电极连接片113相互电性连接。在固持架112的上表面竖直向上凸伸设有定位柱1121，可与第一电路板105上的相应定位孔(未图示)配合而确保第一电路板105的可靠定位。

第一电路板105上布置有电池包控制单元12、识别电阻14等电子控制组件，第一导电端子设置在第一电路板105上表面的纵向端缘处，即第一正极端子(B+)15、第一负极端子(B-)19、第一电源端子(Vcc)16、第一状态指示端子(BH)17，以及第一识别端子(BS)18。第一电路板105位于电池组11的顶部并靠近上壳体101的顶面，其通过定位柱113可靠定位在壳体内。电池组11引出的电极连接片113插入第一电路板上相应的插孔1051中，从而与设置在第一电路板105上的相应电子控制组件和导电端子电性连接。第一导电端子分别与对应的端子孔1032对齐，以在电池包10插入电动工具20底座713后与相应的第二导电端子电性接触。一扣合按钮104设置在电池包10上，其具有按钮部1042和扣合部1041，其中扣合部1041通过弹簧114的作用可自动实现和电动工具20的扣合。此外，按下按钮部1042就可实现扣合部1041与电动工具20脱离扣合。

如图6和图7所示，电池包10沿平行于电动工具20底座延伸轴线的方向D插入底座713中，第一导电端子和第二导电端子相应电性接触，扣合按钮104自动扣合入电动工具的底座713中。当使用者按下扳机开关202后，第一电路板105和第二电路板76上的电子控制组件就可以按如图3-5所示的流程来执行相关的操作。在本实施方式中，第二电路板和端子组件直接设置在底座内，只需要通过导线与电位器电性连接，而不需要其他的连接导线，从而方便机壳内各部件的排布，同时方便与电池包的对接。当然，可轻易想到的是，也可以将第二电路板竖直设置在手柄内并靠近底座的位置处，通过这样设置，同样可以实现方便机壳内各部件排布的效果。类似地，第一电路板和端子组件设置在电池包壳体的顶部空间内，方便电池包内各部件的排布，同时方便与电动工具的对接。

Claims (18)

1.一种电动工具和电池包的组合，其特征在于，包括：

电池包，其包括

壳体，

若干电池，收容在所述壳体内，

第一电路板，与所述电池电性连接，

第一电子控制组件，设置在所述第一电路板上，和

若干第一导电端子，与所述第一电路板电性连接；

电动工具，其包括

机壳，

电机，设置在机壳内，其具有一旋转速度，

输出轴，输出所述电机的转速，

夹头，与输出轴的输出端连接用于夹持工作头，

第二电路板，与所述电机电性连接，

第二电子控制组件，设置在所述第二电路板上，和

若干第二导电端子，与第二电路板电性连接，并在电池包与电动工具对接后与所述第一导电端子相应电性接触，所述第一导电端子设置在所述第一电路板的纵向端缘处，所述第二导电端子插接于第二电路板上，所述第一电路板靠近电池包壳体的顶部设置，所述第二电路板靠近电动工具机壳的底部设置，所述第一电路板和所述第二电路板基本平行于电池包和电动工具的插接方向。

2.根据权利要求1所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述若干电池包括锂离子电池。

3.根据权利要求1所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第一电子控制组件用于

检测所述电池的电压和温度，

根据检测到的电压和温度来判断电池包的工作状态，以及

生成用来表示电池包工作状态的状态指示信号。

4.根据权利要求3所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第二电子控制组件用于

获取所述状态指示信号，且

根据获得的状态指示信号来控制电机的运行。

5.根据权利要求4所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第一和第二导电端子包括相互电性接触的用来传递所述状态指示信号的端子。

6.根据权利要求1所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述机壳包括机身部分、由机身部分下部向下延伸出的手柄部分、以及由手柄部分下部延伸出并相对于手柄部分基本垂直的基座部分。

7.根据权利要求6所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第二电路板位于在所述基座部分内。

8.根据权利要求6所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第二电路板位于在所述手柄部分内并靠近所述基座部分设置。

9.根据权利要求1所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第一电子控制组件包括微处理器。

10.根据权利要求1所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述第二电子控制组件包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

11.根据权利要求1所述的电动工具和电池包的组合，其特征在于：所述电动工具还包括扳机开关，设置在手柄内并与电机电性连接，所述电机的转速与扳机开关的按压程度成比例。

12.一种电动工具，其特征在于，包括：

机身，沿纵长方向延伸；

电机，设置在机身内并具有旋转速度；

输出轴，输出所述电机的转速；

齿轮减速机构，设置在电机和输出轴之间并以一定的减速比将电机的转速传递给输出轴；

手柄，自机身底部向下延伸而出；

扳机开关，设置在手柄内并与电机电性连接，所述电机的转速与扳机开关的按压程度成比例；

底座，自手柄底部延伸出；

电路板，设置在底座内并与扳机开关电性连接；

电子控制组件，设置在所述电路板上；

端子组件，与所述电路板电性连接，其具有延伸凸露于底座外的若干导电端子，所述端子组件插接于电路板上，所述电路板基本垂直于手柄延伸设置。

13.根据权利要求12所述的电动工具，其特征在于：所述底座内提供有基本垂直于手柄设置的承接板，以用于承接所述电路板。

14.根据权利要求12所述的电动工具，其特征在于：所述底座和端子组件之一上提供有导引件，所述底座和端子组件的另一个上形成有与所述导引件配合的导引槽。

15.根据权利要求14所述的电动工具，其特征在于：所述导引槽基本垂直于手柄设置。

16.根据权利要求12所述的电动工具，其特征在于：所述底座和端子组件之一上形成有具有特定构形的凹陷区，所述底座和端子组件的另一个上形成有与所述凹陷区构形相同的凸出部。

17.根据权利要求16所述的电动工具，其特征在于：所述特定构形为阶梯形。

18.根据权利要求12所述的电动工具，其特征在于：所述电子控制组件包括金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。

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