專利名稱：能夠檢測已放電的電池組的電池供電設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種將電池組做為電源使用的無線供電設備。
背景技術：
諸如撞擊驅動器(impact driver)、電鉆、驅動器、或者環(huán)形鋸之類的電池供電設備由于其方便使用而且不需要電源線而已得到廣泛使用。為了拓展這種設備的可用性，需要增加各種功能。放電電壓限壓(以下稱之為“DVL”)功能就是電池供電設備需要具備的功能之一。DVL功能由于控制電池組，以在電池電壓下降到預定電壓時暫停放電。
如果暫停使用電池組特定的時間期間來等待恢復電池電壓，可能要再次使用由于連續(xù)使用而殘留有少量電荷的電池組。由于已恢復的電池組具有用于進一步緊固幾個螺釘?shù)墓β?，因此以這種方式頻繁地使用該設備。但是，如果這樣做，電池組會更劇烈地放電。如果全部放電，組成電池組的電池有可能被損壞。為延長電池組的壽命(重復使用的次數(shù))，理想的是在其達到全部放電情況之前，對電池組再次充電。
當多次重復使用電池組時，電池組的其中一個電池可能會短路或者出現(xiàn)故障，或者是電池的內部電阻異常增加。使用這種電池組會顯著降低設備電機的轉速。利用具有這種缺陷的電池組不能對該設備、特別是其緊固力矩正比于電機轉速的撞擊驅動器進行適當?shù)夭僮鳌?br> 為解決上述問題，需要具有DVL功能。日本專利申請公開號JP5-123975提出了DVL功能但存在以下問題。
由于各種阻抗分布在電流流動通路上，驅動設備降低了電池電壓。在主開關、電池組與設備的接觸部分、具有內阻的電池組的每個電池、以及夾在電池之間的連接板中存在阻抗。但是，在根據(jù)現(xiàn)有技術的DVL功能中，并不考慮電機起動時電池電壓的急劇降低。而且，針對具有殘留量電荷的電池組啟動DVL。
根據(jù)施加在電池組上的負載是大還是小，負載電流也不同，從而使由于電路阻抗而降低的電池電壓的電平存在差別。然而，由于限制電壓是固定的，在小負載情況下電池組急劇放電，而在大負載情況下，電池組并不如此放電。為了啟動電池組的目的，固定限制電壓實際上并不允許電池組劇烈放電。
即便一旦啟動了DVL，如果電池組在特定時間期間內放置不用，電池電壓也可恢復。使用已恢復的電壓，有可能在從主開關閉合到啟動DVL的短時間期間內轉動電機。使用電池組的殘留能量可以緊固小尺寸的螺釘，但是，會導致電池組劇烈放電的情況。
利用基于電池電壓檢測電池組的殘留容量的傳統(tǒng)DVL技術，存在的問題是，不能高度精確地檢測電池組的殘留容量。

發(fā)明內容
見于如上所述，提出了本發(fā)明以解決伴隨于傳統(tǒng)技術的上述問題，由此，本發(fā)明的目的是提供一種電池供電設備，可高度精確地檢測電池組的殘留容量。
為實現(xiàn)上述和其它目的，提供一種電池供電設備，包括穩(wěn)壓電源、電機、主開關、開關元件、電壓比較電路和電機操作情況檢測電路。該穩(wěn)壓電源提供固定電壓。利用電池組驅動電機。該電池組產(chǎn)生根據(jù)電池組中的殘留電荷量和施加在電機上的負載而變化的電壓。主開關連接在電池組和電機之間。開關元件與電機、電池組和主開關串聯(lián)連接。電壓比較電路具有提供有表示電池組電壓的檢測電壓的第一輸入端子、提供有參考電壓的第二輸入端子、以及輸出端子。該電壓比較電路將檢測電壓和參考電壓進行比較、并有選擇地向第一輸出端子輸出第一信號和第二信號之一。當檢測電壓高于參考電壓時輸出第一信號，而當檢測電壓下降至參考電壓之下時輸出第二信號。開關元件響應于第一信號變成ON，而且響應于第二信號變成OFF。電機操作情況檢測電路檢測電機的驅動狀態(tài)，并在電機被驅動時輸出第三信號，在電機不被驅動時輸出第四信號。不管檢測電壓在參考電壓之上還是下降到其之下，直到從電機操作情況檢測電路輸出第三信號，電壓比較電路不輸出第二信號。
進一步設有報警電路。該報警電路響應于從電壓比較電路輸出的第二信號，警告用戶電池組的電壓已經(jīng)下降。
電壓比較電路和電機操作情況檢測電路構成為第三信號使檢測電壓無效、并被施加在電壓比較電路的第一輸入端子上，從而使電壓比較電路輸出第一信號，而不管檢測電壓在參考電壓之上還是下降到其之下。
在上述電路結構中，電機操作情況檢測電路可包括門電路，該門電路允許第三信號施加在電壓比較電路的第一輸入端子上、并且不允許第四信號施加在電壓比較電路的第一輸入端子上。
當電機操作情況檢測電路輸出第四信號時，電壓比較電路根據(jù)檢測電壓在參考電壓之上還是下降到其之下、有選擇地輸出第一信號和第二信號之一。
進一步設有自保持電路，一旦檢測電壓下降至參考電壓之下之下，該自保持電路就保持從電壓比較電路輸出的第二信號。
在另一種電路結構中，電壓比較電路包括與門電路，該與門電路具有連接至電壓比較電路的輸出端子的一個輸入端子和連接至電機操作情況檢測電路的輸出的另一輸入端子。當從電機操作情況檢測電路輸出第四信號時，該與門電路被禁止，而允許第二信號經(jīng)此通過并提供至報警電路。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種電池供電設備，包括提供固定電壓的穩(wěn)壓電源、電機、主開關和放電電壓限壓電路。利用電池組驅動的電機。該電池組產(chǎn)生根據(jù)電池組中的殘留電荷量和施加在電機上的負載而變化的電壓。主開關連接在電池組和電機之間。放電電壓限壓電路設置成當電池組的電壓下降至預定電平之下時，將電池組與電機斷開。但是該放電電壓限壓電路僅在主開關為OFF，即沒有負載施加在電機上時可以操作。
優(yōu)選提供自保持電路，一旦所述放電電壓限壓電路工作，所述自保持電路就保持電池組與電機斷開。


從下面結合附圖的說明中，本發(fā)明的特定特征和優(yōu)點以及其它目的將會顯而易見。
圖1是根據(jù)本發(fā)明所述的電池供電設備的透視圖；
圖2是示出根據(jù)本發(fā)明所述的電池供電設備的電路圖；圖3是示出當使用電池供電設備時電機中的電池電壓和電流的圖解表示圖；圖4是用于圖解根據(jù)本發(fā)明所述電池供電設備的操作的順序圖；圖5是示出本發(fā)明的另一實施例所述的電池供電設備的電路圖。
具體實施例方式
下面將參照圖2至4說明根據(jù)本發(fā)明具體實施例所述的電池供電設備。圖2是電池組9和電池供電設備1的電路圖。
電池組9包括串聯(lián)連接的多個電池6、正極端子9a和負極端子9b。電池供電設備1包括主回路，在該主回路中，正極端子1a、主開關4、電機2、FET 13和負極端子1b串聯(lián)連接。電池供電設備1進一步包括控制電路10、穩(wěn)壓電源20和報警電路30。
穩(wěn)壓電源20設置成用于高度精確地操作控制電路10。穩(wěn)壓電源20跨接在正極和負極端子9a、9b上，并包括電容21和23以及調節(jié)器22。穩(wěn)壓電源20實現(xiàn)電池電源直流至直流的轉換，以產(chǎn)生具有穩(wěn)定電位的穩(wěn)定的直流電源。從穩(wěn)壓電源20輸出的電壓保持穩(wěn)定而不管電池電壓的變化。從穩(wěn)壓電源20輸出的電壓產(chǎn)生于正極和負極輸出端子20a和20b之間，并被提供至控制電路10和報警電路30。
控制電路10設置成用于控制FET 13并包括電壓比較電路14、驅動電路15和電機操作情況檢測電路17。正如下面將要更加詳細說明的那樣，在參照電機12的驅動狀態(tài)的同時，電壓比較電路14通常產(chǎn)生有關電池組9的輸出電壓的狀態(tài)信息。驅動電路15響應于電壓比較電路14的輸出而控制FET13的ON或OFF。電機操作情況檢測電路17檢測電機2受驅動還是停止。
具體地說，電壓比較電路14包括由電阻141和142組成的第一串聯(lián)連接電阻電路，電阻141和142分別通過設備1的正極和負極端子1a、1b串聯(lián)跨接至電池組9的正極和負極端子9a、9b。第一電容148跨接至電阻142。電壓比較電路14進一步包括由電阻143和144組成的第二串聯(lián)連接電阻電路，電阻143和144串聯(lián)跨接至穩(wěn)壓電源20的正極和負極輸出端子20a、20b。第二電容146跨接端子144。
電壓比較電路14進一步包括具有反向和非反向輸入端子的操作放大器150。出現(xiàn)在電阻141和142之間的點處的電壓施加在反向輸入端子上。施加在操作放大器150的反向輸入端子的電壓由此表示電池電壓，并在之后稱作“電池電壓Vb”。另一方面，出現(xiàn)在電阻143和144之間的點處的電壓施加在操作放大器150的非反向輸入端子上。施加在操作放大器150的非反向輸入端子的電壓表示穩(wěn)壓電源20的輸出電壓，其在之后稱作“參考電池電壓Vrb”。二極管147以下述方式連接在操作放大器150的輸出端子和非反向輸入端子之間，即二極管147的正極連接至操作放大器150的輸出端子，而其負極連接至非反向輸入端子。
電容146用于在電池組9連接至設備1時把操作放大器150的輸出保持在低電位。電容148用于抑制加在操作放大器150的反向輸入端子上的電壓急劇降低，這種情況發(fā)生在電機2啟動時。
一旦操作放大器150的輸出從低電平變成高電平，二極管147就用于在高電平狀態(tài)下保持操作放大器150的輸出。特別是，當施加在操作放大器150的反向輸入端子上的電池電壓Vb下降至施加在操作放大器150的非反向輸入端子的參考電池電壓之下時，操作放大器150的輸出變成高電平。在此情況下，二極管147保持加在非反向輸入端子上的電壓基本上等于操作放大器150的輸出電壓，也就是，高于參考電池電壓Vrb的高電平。即便由于電池組9的電壓的恢復而使參考電池電壓Vrb隨后下降，操作放大器150的輸出也保持在高電平。
電機操作情況檢測電路17包括由電阻171和172組成的第一串聯(lián)連接電阻電路、由電阻173和174組成的第二串聯(lián)連接電阻電路、跨接電阻172的電容178、操作放大器180和二極管175和176。操作放大器180作為電壓比較器工作。第一串聯(lián)連接電阻電路(171，172)跨接電機12，而第二串聯(lián)連接電阻電路(173，174)跨接穩(wěn)壓電源20。第一串聯(lián)連接電阻電路的電阻171連接至主開關4和電機12之間點。操作放大器180具有反向輸入端子，出現(xiàn)在端子173和174之間的點處的電壓施加在反向輸入端子上，該電壓將在之后稱作“參考電機電壓Vrm”。操作放大器180的非反向輸入端子施加有出現(xiàn)在端子171和172之間的點處的電壓，該電壓將在之后稱作“電機電壓Vm”。電機電壓Vm由此表示連接主開關4和電機12的點處的電壓。
二極管175具有連接至操作放大器150的輸出的正極和連接至操作放大器180的反向輸入端子的負極。采樣這種結構，電機操作情況檢測電路17在電壓比較電路14保持高電平時不產(chǎn)生高電平信號。更具體地說，盡管事實上電池電壓降一旦被電壓比較電路14檢測出而且由用做自保持元件的二極管147保持該檢測出的狀態(tài)，電機操作情況檢測電路17的輸出也不會對自保持元件147進行復位。
驅動電路15包括電阻151和晶體管152。電阻151具有連接至主開關4的一端、以及連接至晶體管152的集電極和FET 13的柵極的另一端。晶體管152的基極連接至操作放大器150的輸出。
報警電路30設置成用于警告用戶產(chǎn)生于電池組9上的電壓已經(jīng)下降。報警電路30包括串聯(lián)跨接在穩(wěn)壓電源20的正極和負極輸出端子20a和20b的電阻31、LED 32和晶體管33。
操作時，電機操作情況檢測電路17中的操作放大器180的輸出在電機電壓Vm超出參考電機電壓Vrm時變成高電平。從操作放大器180輸出的高電平通過二極管176施加在電壓比較電路14的操作放大器150的反向輸入端子。二極管176用于只將高電平信號傳輸?shù)诫妷罕容^電路14。特別是，當主開關4為ON而電機2正在被驅動時，電機操作情況檢測電路17向電壓比較電路14輸出高電平信號。這種高電平信號施加在操作放大器150的反向輸入端子上。在此情況下，從電機操作情況檢測電路17輸出的高電平信號使電池電壓Vb無效。這樣意味著，即便在電機2驅動期間實際的電池電壓下降至參考電池電壓Vrb之下，電壓比較電路14也不產(chǎn)生高電平信號。當主開關4斷開而且降低12不被驅動時，檢測電池電壓的下降。
斷開主開關4使FET 13為OFF，并進而停止驅動電機12。在此情況下，如果電池電壓Vb下降至參考電池電壓Vrb之下，電壓比較電路14的操作放大器150就輸出高電平信號。響應于從操作放大器150輸出的高電平信號，使驅動電路15的晶體管152為ON。當晶體管152變?yōu)镺N時，F(xiàn)ET 13變?yōu)镺FF。
響應于從電壓比較電路14的高電平信號的輸出，報警電路30的晶體管33變成ON，從而使LED 32發(fā)亮，以可視地表示報警。要說明的是，報警電路30并不局限于可視輸出報警的這一種情況，而是可以組成為可聽見的輸出報警。
圖3表示電池電壓Vl和流經(jīng)電機2的電流Im的變化。電池組9在開始使用時處于全充電狀態(tài)。使用全充電電池組9進行螺釘緊固或者鉆孔操作，直到電池組9中的殘留電荷量為零。在由圖3中的X表示的整個工作過程的第一個一半操作中，施加在設備上的負載通過這種操作過程極大地發(fā)生改變，以在不同類型的工件內鉆孔。在由圖3中的Y表示的整個操作過程的第二個一半操作中，通過執(zhí)行這種操作盡可能地將施加在設備上的負載保持固定，以在相同類型的工件內鉆孔。
正如從圖3所觀察到的，利用定期檢查電池電壓的傳統(tǒng)放電電壓限壓器，由于電池電壓下降至表示在圖3中的點“a”的放電電壓限壓器設定值V11(以下稱作DVLS值V11)之下，F(xiàn)ET 13不期望地變成OFF。盡管存在在電池組中保存有電荷的事實，當設備突出地施加大負載或者在啟動電機12時，電池電壓下降至DVLS值V11之下。
在此實施例中，當沒有負載施加在設備上時，也就是說，主開關4變成OFF時，檢查電池電壓，以便當電池電壓下降至預定值之下時，EFT 13可以正常地變成OFF。
圖4是用于表示圖2所示電路的各種部件操作過程的時序圖。使用全充電電池組9執(zhí)行第一部分(1)期間的操作。當主開關4變成ON時，電機2被驅動，結果電池電壓突然降低。但是，連接至操作放大器150的反向輸入端子的電容148防止電池電壓Vb突然下降。參見點“A”。結果，電池電壓Vb沒有下降至參考電池電壓Vrb之下。之后，連接至操作放大器150的反向輸入端子的電機操作檢測電路17的輸出變成高電平，從而使電池電壓Vb超出參考電池電壓Vrb，而不管施加在電池組9上的負載如何。因此，操作放大器150的輸出保持在低電平。結果，當主開關4變成OFF時，在電池電壓由于由電容178和電阻172確定的時間常數(shù)而恢復至某種程度時，操作放大器180的輸出變成低電平。電壓比較電路14由此對電池電壓Cb和參考電池電壓Vrb進行比較。參見點“B”。由于利用全充電電池組在周期(1)期間進行操作，電壓比較電路14的輸出保持在低電平，并不導致EFT 13變成OFF。
在周期(2)期間執(zhí)行的操作使用具有少量殘留容量的電池組。當負載施加在電池組9上的時，電池電壓急劇下降，而且延遲恢復電壓。于是，由于電池電壓Vb低于參考電池電壓Crb，從電壓比較電路14獲得高電平輸出。參見點“C”。這樣，報警電路30的晶體管33變成ON，從而使LED 32發(fā)亮。一旦電壓比較電路14的輸出變成高電平，參考電池電壓Vrb就由于二極管147的操作而保持在高電平。即便電池電壓利用電阻143和144之后恢復到原始設定參考值，也保持高電平狀態(tài)。
從執(zhí)行周期(3)的操作期間可以看出，通過二極管175從電壓比較電路14的輸出施加的電機操作情況檢測電路17的參考電機電壓Vrm，也為高電平。連接至電壓比較電路14的反向輸入端子的電機操作情況檢測電路17的輸出在主開關4再次保持ON時保持在低電平。結果，電壓比較電路14的輸出連續(xù)執(zhí)行自保持操作，以保持高電平。這樣，一旦電壓比較電路14檢測到電池電壓已從設定值下降，F(xiàn)ET 13就不再次保持ON，而且LED 32繼續(xù)發(fā)亮，即便電池電壓恢復了。
盡管參照具體實施例說明了本發(fā)明，本領域的技術人員可以理解，不超出本發(fā)明的保護范圍可作出各種改變。例如，在上述實施例中，電壓比較電路14的輸出強制地被保持在低電平，當電機操作情況檢測電路17檢測出電機2處于操作中時，通過從電機操作情況檢測電路17輸出高電平信號，使電壓比較電路14的比較操作被禁止或者無效。但是，可以改進電路結構，以使電壓比較電路14的輸出通過檢測電機操作情況檢測電路17而被禁止，從而使晶體管152為ON。
圖5示出了如上所述的改進。電機操作情況檢測電路17的輸出端子，即操作放大器180的輸出端子通過放大器201連接至與門202的一個輸入端子。電壓比較電路14的輸出端子，即操作放大器150的輸出端子連接至與門202的另一輸入端子。由此，在利用電機操作情況檢測電路17檢測電機的操作情況期間，與門202不被禁止，不管電壓比較電路14的輸出如何，從而使晶體管152不變成ON。
權利要求
1.一種電池供電設備，包括提供固定電壓的穩(wěn)壓電源；利用電池組驅動的電機，該電池組產(chǎn)生根據(jù)電池組中的殘留電荷量和施加在電機上的負載而變化的電壓；連接在電池組和電機之間的主開關；與電機、電池組和主開關串聯(lián)連接的開關元件；第一電壓比較電路，該第一電壓比較電路具有提供有表示電池組電壓的第一檢測電壓的第一輸入端子、提供有第一參考電壓的第二輸入端子、以及第一輸出端子，該第一電壓比較電路將第一檢測電壓和第一參考電壓進行比較、并有選擇地向第一輸出端子輸出第一信號和第二信號之一，當?shù)谝粰z測電壓高于第一參考電壓時輸出第一信號，而當?shù)谝粰z測電壓下降至第一參考電壓之下時輸出第二信號，其中開關元件響應于第一信號變成ON，而開關元件響應于第二信號變成OFF；以及電機操作情況檢測電路，其檢測電機的驅動狀態(tài)，并在電機被驅動時輸出第三信號，在電機不被驅動時輸出第四信號，其中不管第一檢測電壓在第一參考電壓之上還是下降到其之下，直到從電機操作情況檢測電路輸出第三信號，第一電壓比較電路不輸出第二信號。
2.如權利要求1所述的電池供電設備，進一步包括報警電路，該報警電路響應于從第一電壓比較電路輸出的第二信號，警告用戶電池組的電壓已經(jīng)下降。
3.如權利要求2所述的電池供電設備，其中所述第三信號使第一檢測電壓無效、并被施加在第一電壓比較電路的第一輸入端子上，從而使第一電壓比較電路輸出第一信號，而不管第一檢測電壓在第一參考電壓之上還是下降到其之下。
4.如權利要求3所述的電池供電設備，其中電機操作情況檢測電路包括門電路，該門電路允許第三信號施加在第一電壓比較電路的第一輸入端子上、并且不允許第四信號施加在第一電壓比較電路的第一輸入端子上。
5.如權利要求3所述的電池供電設備，其中當電機操作情況檢測電路輸出第四信號時，第一電壓比較電路根據(jù)第一檢測電壓在第一參考電壓之上還是下降到其之下、有選擇地輸出第一信號和第二信號之一。
6.如權利要求5所述的電池供電設備，進一步包括自保持電路，一旦第一檢測電壓下降至第一參考電壓之下之下，該自保持電路就保持從第一電壓比較電路輸出的第二信號。
7.如權利要求6所述的電池供電設備，其中所述自保持電路包括連接在第一電壓比較電路的第一輸出端子和第二輸入端子之間二極管，該二極管向第二輸入端子提供高于第一參考電壓的電壓。
8.如權利要求2所述的電池供電設備，其中所述第一電壓比較電路包括與門電路，該與門電路具有連接至第一電壓比較電路的第一輸出端子的一個輸入端子和連接至電機操作情況檢測電路的輸出的另一輸入端子，其中當從電機操作情況檢測電路輸出第四信號時，該與門電路被禁止，而允許第二信號經(jīng)此通過并提供至報警電路。
9.如權利要求2所述的電池供電設備，進一步包括第一電阻、第二電阻和第一電容，該第一電阻和第二電阻串聯(lián)跨接電池組，第一電容與第二電阻并聯(lián)連接，其中在第二電阻上產(chǎn)生的電壓做為第一檢測電壓提供至第一電壓比較電路的第一輸入端子。
10.如權利要求9所述電池供電設備，進一步包括第三電阻、第四電阻和第二電容，第三電阻和第四電阻串聯(lián)連接至穩(wěn)壓電源，第二電容與第四電阻并聯(lián)連接，其中在第四電阻上產(chǎn)生的電壓做為第一參考電壓提供至第一電壓比較電路的第二輸入端子。
11.如權利要求10所述的電池供電設備，其中所述電機操作情況檢測電路包括第二電壓比較電路具有提供有表示提供至電機的電壓的第二檢測電壓的第三輸入端子、提供有第二參考電壓的第四輸入端子、以及第二輸出端子，所述第二電壓比較電路對第二檢測電壓和第二參考電壓進行比較、并有選擇地向第二輸出端子輸出第三信號和第四信號之一。
12.如權利要求11所述的電池供電設備，進一步包括第五電阻、第六電阻和第三電容，第五電阻和第六電阻串聯(lián)跨接電機，第三電容與第六電阻并聯(lián)連接，其中在第六電阻上產(chǎn)生的電壓做為檢測電壓提供至第二電壓比較電路的第三輸入端子。
13.如權利要求12所述的電池供電設備，進一步包括被串聯(lián)跨接穩(wěn)壓電源的第七電阻和第八電阻，其中在第八電阻上產(chǎn)生的電壓做為第二參考電壓提供至第二電壓比較電路的第四輸入端子。
14.一種電池供電設備，包括提供固定電壓的穩(wěn)壓電源；利用電池組驅動的電機，該電池組產(chǎn)生根據(jù)電池組中的殘留電荷量和施加在電機上的負載而變化的電壓；連接在電池組和電機之間的主開關；以及放電電壓限壓電路，當電池組的電壓下降至預定電平之下時，該放電電壓限壓電路將電池組與電機斷開，該放電電壓限壓電路僅在主開關為OFF時可以操作。
15.如權利要求14所述的電池供電設備，進一步包括自保持電路，一旦所述放電電壓限壓電路工作，所述自保持電路就保持電池組與電機斷開。
全文摘要
為了防止在使用供電設備期間電池組過度放電，提供一種放電電壓限壓電路。當電池組的電壓下降至預定電平之下時，該放電電壓限壓電路將電池組與電機斷開。但是，該放電電壓限壓電路僅在主開關為OFF時，即當沒有負載施加在電機上時，可以操作。
文檔編號B25B21/00GK1665098SQ20051005255
公開日2005年9月7日 申請日期2005年3月1日 優(yōu)先權日2004年3月5日
發(fā)明者船橋一彥, 高野信宏, 吉水智海, 大森和博, 小室義廣 申請人:日立工機株式會社