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专利名称：电动工具电池内部温度估计单元以及用于电动工具的设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于估计用作电动工具电源的电池的内部温度的内部温度估计单元，以及一种其中包含该内部温度估计单元的用于电动工具的设备。
背景技术：
用作电子装置的电源的常规电池具有如下问题当充电或放电期间温度偏离给定温度范围时，电池被劣化。因此，常规地，已经提出了将用于温度检测的传感器(如热敏电阻器)与电池一起结合到要附接到电子装置的电池组中。具体地，其被配置成用于温度检测的传感器在对电池充电期间或在电池对电子装置放电期间检测电池的单元的温度(下文中也简称为电池温度)。已经提出当由传感器检测到的温度偏离可接受的温度范围时，停止充电/放电或者降低充/放电电流(例如，参见专利文献I)。也就是说，当在充电或放电期间电池温度上升并且偏离可接受的温度范围时，停止电池的充电/放电，或降低充电/放电电流，以抑制电池的单元的温度上升，从而保护电池。现有技术文献专利文献专利文献I JP9331638A

发明内容
本发明所要解决的问题然而，由于用于温度检测的传感器被布置在电池周围，传感器所能检测到的温度是电池的环境温度。因此，不能通过使用该传感器来检测影响电池特性的内部温度(电池的内部温度)。例如，电池的温度由于充电/放电而上升。当温度上升时，电池的内部温度变得高于电池的表面温度。因此，传感器所检测到的温度和电池的内部温度之间存在差异。特别地，在电动工具中，由于需要向驱动功率源(例如电机等)提供大量的电流，所以电池具有相对大的容量。此外，随着电流流动的时间段变长，在充电/放电期间由传感器检测到的温度和电池实际内部温度之间的差异变得较大。由于这个原因，在用于电动工具的电池的充电/放电期间，如果基于由传感器检测到的温度来对电池的充电/放电进行限制(停止充电/放电或降低其电流)，可能出现下面的问题。具体地，尽管电池的内部温度已经超出可接受的温度范围，但传感器检测到的温度未达到上限温度，因此，不能对电池的充电/放电进行限制。另一方面，存在如下问题尽管例如由于电池的充电/放电的时间段较短从而电池的内部温度没有超出可接受的温度范围，但是由传感器检测到的温度已达到上限温度，因此，使得电池的充电/放电被限制。在本发明中，希望的是估计用于电动工具的电池的内部温度，从而使得能够抑制内部温度达到作为可接受的温度范围的上限的限制温度。用于解决问题的手段用于实现上述目的的本发明的第一方面涉及一种内部温度估计单元，其从检测用于电动工具的电池的单元的温度的温度检测装置读取所检测到的温度，以基于所检测到的温度来估计电池的内部温度。在本发明的内部温度估计单元中，在电池开始放电时或开始对电池充电时，初始 值设定装置从温度检测装置读取检测到的温度并将所检测到的温度设定为初始值。此外，在电池放电期间或对电池充电期间，温度增加量计算装置从温度检测装置读取所检测到的温度，并基于所读取的检测到的温度的最新值和由初始值设定装置设定的初始值来计算电池的单元的温度增加量。然后，内部温度估计单元输出由温度增加量计算装置计算的温度增加量，以作为表示电池的内部温度的估计值。例如，图7和图8中的每个示出如下参数之间的关系电池的放电电流；电池的输出电压；电池的表面温度(实际测量温度)；以及由控制微型计算机基于来自用于温度检测的传感器(热敏电阻器)的检测信号而识别的识别温度。当放电电流从电池流向负载时，测
量每一个值。从图7和图8明显看出，当开始放电时，电池的表面温度和由微型计算机识别的温度彼此一致。在放电开始之后，当电池的内部温度由于放电而上升时，表面温度(实际测量温度)相应地上升。由微型计算机识别的温度的上升与表面温度(实际测量温度)的上升相比存在延迟。该延迟导致表面温度和由微型计算机识别的温度之间的温度差。该温度差与由微型计算机识别的温度相对于放电开始时的增加量基本上成比例。尽管不能测量电池的内部温度，但是电池的内部温度和表面温度之间的关系与表面温度和由微型计算机识别的温度之间的关系相似。具体地，电池的内部温度和表面温度在放电开始时彼此一致，而当电池的内部温度在放电开始之后由于放电而开始上升时，出现了温度差。该温度差也与由微型计算机识别的温度相对于放电开始时的增加量基本上成比例。图7和图8中的每个示出电池向负载放电期间的特性，但未示出充电期间的特性。然而，在从电池充电器向电池充电期间，由微型计算机识别的温度、表面温度以及内部温度之间的温度差以与放电类似的方式发生。在本发明中，要将电池开始放电时或开始对电池充电时检测到的温度(由温度检测装置检测到的电池温度)作为初始值。然后，计算温度增加量，该温度增加量是在电池充电或放电期间相对于由温度检测装置检测到的电池温度(检测温度)的初始值的增加量。该温度增加量要作为表示电池的内部温度的估计值。作为结果，当使用根据本发明的内部温度估计单元时，即使在电池的充电或放电期间从温度检测装置读取并由内部温度估计单元识别的电池温度(识别温度)与电池的表面温度(因此，与内部温度)之间存在温度差，仍能够根据所识别的温度的相对于充电开始或放电开始时的温度增加量来估计电池的内部温度。图7示出了环境温度为25°C时的测量结果，而图8示出了环境温度为0°C时的测
量结果。

尽管预期电池的内部温度和表面温度在电池的放电或充电期间上升，但是要考虑电池的内部温度和表面温度可能会由于紊流等而暂时降低，这取决于周围环境。可能存在如下情况如上所述，电池的表面温度在电池的放电或充电期间降低，并且根据电池的表面温度的降低，温度检测装置所检测到的温度(因此，由内部温度估计单元识别的识别温度)降低。在这种情况下，认为如果要用于计算温度增加量的初始值仍保持为电池开始放电时或开始对电池充电时所检测到的检测温度，则不能准确地计算出温度增加量(换言之，内部温度)。因此，在本发明的第二方面，当从温度检测装置读取的检测到的温度低于初始值时，温度增加量计算装置可以以从温度检测装置读取的检测到的温度来更新初始值。通过上述配置，对初始值进行修正，使得温度增加量(因此，内部温度的估计值)变得更高。因此，通过使用该估计值，可以改善在抑制电池的单元的温度增加方面的安全性。接着，根据本发明的第三方面的用于电动工具的装置包括本发明的上述内部温度估计单元。判定装置判定由内部温度估计单元获得的、表示电池的内部温度的估计值是否超过了用于过热判定的预定的设定温度。当判定装置判定内部温度的估计值超过了设定温度时，保护装置停止或限制电池的放电或对电池的充电。由此，能够保护电池。因此，根据本发明的用于电动工具的装置，可以抑制充电或放电期间当电池的内部温度已经达到用于过热判定的设定温度(换言之，可接受的温度范围的上限温度或限制温度)时电池的劣化或电池的损坏。在这里，从图7和图8明显看出电池温度的识别温度和实际测量温度(因此，内部温度)之间的差异如下当环境温度较低时，上述差异变得较大，当环境温度较高时，上述差异变得较小。出于该原因，在本发明的第四方面，可以提供第一设定温度修正装置，其基于被内部温度估计单元用来计算估计值的所检测到的温度的初始值或所检测到的温度来修正在由判定装置进行的电池的过热判定中使用的设定温度，使得检测到的温度或初始值越高，设定温度就变得越低。取决于电池的状态，电池可能由于温度上升而很容易劣化。因此，在本发明的第五方面，可以提供第二设定温度修正装置。具体地，该第二设定温度修正装置可以基于电池的充放电历史、开路电压以及剩余容量中的至少之一来修正由判定装置进行的电池的过热判定中使用的设定温度。当通过第一设定温度修正装置和第二设定温度修正装置对用于过热判定的设定温度进行修正时，可以更好地抑制由电池的充电或放电期间的温度上升所引起的电池劣化。在本发明的第六方面，当保护装置在电池放电期间或对电池充电期间停止或限制电池放电或对电池充电时,保护装置可以对在下一次对电池充电中流过的充电电流或在下一次电流放电中流过的放电电流进行限制。通过该配置，对于其内部温度在放电或充电期间已经达到用于过热判定的设定温度的电池，该电池在下一次充电或下一次放电期间的充电/放电电流与正常时间相比进一步受到限制。由此，可以抑制电池的内部温度再次达到用于过热判定的设定温度。本发明的用于电动工具的装置可以是其中包含有电池的电池组、电池组可拆卸地附接到其上的电动工具主体、或电池组可拆卸地附接到其上的电池充电器。


图I是示出其中电池组附接到根据实施例的电动工具主体的状态的侧视图。图2是示出其中电池组已从根据实施例的电动工具主体拆卸下的状态的侧视图。 图3A是示出根据实施例的电池组的外观的立体图，而图3B是示出电池充电器的外观的立体图。图4是示出设置在根据实施例的电动工具主体和电池组中的电子电路的电路图。图5是示出设置在根据实施例的电池组和电池充电器中的电子电路的电路图。图6是示出由电池组中的MCU执行的放电禁止判定过程的流程图。图7是示出在电池放电期间测量的电池表面的实际测量温度与由微型计算机识别的温度之间的关系的说明图。图8是示出在不同于图7中的温度条件的温度条件下测量的实际测量温度与由微型计算机识别的温度之间的关系的说明图。附图标记说明10...主体(电动工具主体)，14...电机壳体，16...齿轮箱，18...钻头卡盘，
20...手柄，22...触发开关，SWl...主开关，24...电池组附接部分，32A.. ·正端子，32B...负端子，34A. .·信号端子，36...控制电源电路，38...输入/输出电路，LlA...正电源线，LlB...负电源线，Ml...驱动电机，Ql...晶体管(N沟道M0SFET)，40...电池组，
42...连接器部分，44...电源端子部分，44A...正端子，44B...负端子，46...连接端子部分，46A-46C...信号端子，50...电池，52A...正端子，52B...负端子，60...电池控制电路，
62...电流测量电路，64...电压测量电路，66...温度测量电路，68...开关操作检测电路，70. . . MCU, 72...电池充电器检测电路，L2A...正电源线，L2B...负电源线，Q4...晶体管(N沟道MOSFET)，80...电池充电器，82...电池组附接部分，84...电源端子部分，84A...正端子，84B. · ·负端子，86. · ·连接端子部分，86B、86C. · ·信号端子，88. · ·指示器部分，92. · ·整流电路，94...充电开关电源电路，96. ..MCU，98...控制开关电源电路
具体实施例方式下面将参照附图描述本发明的实施例。(电动工具的整体配置)图I是示出根据应用本发明的本实施例的电动工具的侧视图。如图I所示，根据本实施例的电动工具包括电动工具主体(以下也简称为“主体”)10和电池组40。主体20被配置为所谓的驱动钻(driver drill)。电池组40可拆卸地附接至主体10，以向主体10提供直流电源。主体10包括电机外壳14、位于电机壳体14前方的齿轮箱16、位于齿轮箱16前方的钻头卡盘18和位于电机壳体14下方的手柄20。电机壳体14容纳有驱动电机Ml (参见图4)，驱动电机Ml产生驱动力以旋转地驱动钻头卡盘18。齿轮箱16容纳有齿轮机构(未示出)，该齿轮机构将驱动电机Ml的驱动力传递至钻头卡盘18。钻头卡盘18包括用于在钻头卡盘18的前端可拆卸地附接刀具(未示出)的附接机构(未示出)。手柄20的形状被设置成使得电动工具的使用者能够单手握住手柄20。在手柄20 的前上方，设置有触发开关22。触发开关22被电动工具的使用者操作，以驱动或停止驱动电机Ml。另外，在手柄20的下端，设置有电池组附接部分24，以将电池组40可拆卸地附接至主体10。更具体地，如图2所示，电池组附接部分24被配置成使得当电动工具的使用者向前滑动电池组40时电池组40能够从电池组附接部分24拆卸下来。这里，图2是示出其中电池组40已从电动工具主体10拆下的状态的侧视图。具体地，如图3A所示，在电池组40的上部区域中形成了用于连接到主体10的电池组附接部分24或图3B中所示电池充电器80的连接器部分42。连接器部分42包括用于连接电池组40内部的电池和控制电路的电源端子部分44和连接端子部分46。当通过连接器部分42附接到主体10的电池组附接部分24时，电池组40通过电源端子部分44和连接端子部分46而电连接至主体10的内部电路，从而变得能够向主体10(参见图4)直接提供直流电力。如图3B所示，在电池充电器80的上部区域形成有电池组附接部分82和指示器部分88。指示器部分88包括多个指示灯，用于指示正在执行对电池组40的充电操作。电池充电器80的电池组附接部分82被配置成使得可以通过以下方式附接电池组40 :，连接器部分42朝下的情况下将电池组40的连接器部分42的端部与电池组附接部分82相配合，然后沿附接方向滑动电池组40。电池组附接部分82上设置有电源端子部分84和连接端子部分86，当电池组40被附接至电池充电器80时，电源端子部分84和连接端子部分86分别被电连接至电池组40的电源端子部分44和连接端子部分46。当这些端子部中的每个被连接到其对应部分时，可以从电池充电器80向电池组40充电(参见图5)。主体10的电池组附接部分24被配置成能够配合电池组40的连接器部分42以及配合电池充电器80。(电动工具主体10的电路配置)图4是示出当电池组40附接到主体10时，由电池组40和主体10形成的电路的电路图。该电路用于控制驱动电机Ml。如图4所示，主体10包括正端子32A、负端子32B和信号端子34A。正端子32A和负端子32B是用于将主体10连接到电池组40的电源端子部分44的端子。信号端子34A是用于将主体10连接到连接端子部分46的端子。正端子32A通过主开关SWl和正电源线LlA连接至驱动电机Ml的一端。负端子32B通过晶体管Ql和负电源线LlB连接至驱动电机Ml的另一端，其中晶体管Ql用于控制对驱动电机Ml的电流供应。在本实施例中，驱动电机Ml被构成为直流有刷电机。当晶体管Ql通过来自电池组40的输入信号被导通且同时主开关SWl处于导通状态时,驱动电机Ml被通电并被驱动。二极管(所谓的续流二极管)D1连接至驱动电机Ml。二极管Dl被配置成将在晶体管Ql关断时在负电源线LlB中产生的高电压返回至正电源线L1A。这里，使用N沟道MOSFET作为晶体管Ql。主开关SWl能够与上述触发开关22 —同在导通(ON)和断开(OFF)状态之间切换。具体地，在触发开关22被压下时，主开关SWl被导通，而当在触发开关22被松开时，主开关 SWl被断开。主体10还包括控制电源电路36和输入/输出电路38，控制电源电路36生成用于驱动内部电路的电源电压，输入/输出电路38向电池组40输出信号或从电池组40输入信号。控制电源电路36包括齐纳二极管ZDl和电容器Cl。齐纳二极管ZDl的阴极通过电阻器Rl连接至正电源线LlA0齐纳二极管ZDl的阳极被接地至主体10的地。电容器Cl由电解电容器构成。电容器Cl的正侧通过电阻器Rl与齐纳二极管ZDl的阴极一起连接至正电源线L1A。电容器Cl的负侧被接地至主体10的地。负端子32B连接至主体10的地。当电池组40附接至主体10时，主体10的地通过负端子32B连接至电池组40的负电源线L2B (从而连接至电池50的负端子52B)。此外，当主开关SWl处于导通状态时，正电源线LlA通过正端子32A连接到电池组40的正电源线L2A (从而连接到电池50的正端子52A)。当主开关SWl处于导通状态时，电池电压(例如，直流36伏)通过电阻器Rl从正电源线LlA施加到的齐纳二极管ZDl的阳极，并且电池电压通过齐纳二极管ZDl被降低到预定的恒定电压(例如，直流5V)。接着，以降低的直流电压对电容器Cl充电。电容器Cl的两个端子之间的电压被作为电源电压Vcc提供给主体10的各种内部电路，以激活内部电路。输入/输出电路38包括晶体管Q2和电阻器R2、R3、R4和R5。晶体管Q2由NPN型双极型晶体管构成。晶体管Q2的基极通过电阻器R3连接至信号端子34A，同时通过电阻器R4接地。电源电压Vcc被通过电阻器R2施加到信号端子34A。电源电压Vcc还被通过电阻器R5施加到晶体管Q2的集电极。晶体管Q2的集电极还连接到晶体管Ql的栅极。晶体管Q2的发射极接地。电阻器R2、R3和R4的阻值被设定为使得在主开关SWl导通后，当电源电压Vcc达到了预定电压时，晶体管Q2被导通，从而使信号端子34A的电势变为接近电源电压Ncc的高电平。当晶体管Q2处于导通状态时，晶体管Ql的栅极通过晶体管Q2接地。由此，晶体管Ql进入关断状态，到驱动电机Ml的电流通路被中断。
当接地信号端子34A通过电池组40的内部电路(晶体管Q4，其将在稍后说明)被接地时，晶体管Q2进入关断状态。在晶体管Q2处于关断状态的情况下，电源电压Vcc被通过电阻器R5施加到晶体管Ql的栅极，由此晶体管Ql进入导通状态，结果，形成到驱动电机Ml的电流通路。在本实施例中，晶体管Q2的集电极直接连接到晶体管Ql的栅极。然而，晶体管Q2的集电极可以通过用于切换晶体管Ql的驱动电路连接到晶体管Ql的栅极。(电池组40的电路配置) 电池组40包括设置在电源端子部分44中的正端子44A和负端子44B，设置在连接端子部分46中的三个信号端子46A、46B和46C，电池50以及电池控制电路60。电池50的正端子52A通过正电源线L2A连接到正端子44A。电池50的负端子52B 通过负电源线L2B连接到负端子44B。当电池组40被附接到主体10时，正端子44A连接到主体10的正端子32A，负端子44B连接到主体10的负端子32B，而信号端子46A连接到主体10的信号端子34A。信号端子46B和46C是用于当电池组40被附接到电池充电器80时连接到电池充电器80的连接端子部分86的端子。信号端子46B和46C中的每个在电池组40被连接到主体10时处于开放状态。电池50由串联连接在正端子52A与负端子52B之间的多个(例如，10个)电池单元构成。电池50产生用于驱动驱动电机Ml的驱动电压(例如，直流36伏)。每个电池单元例如由单独产生直流3. 6V的锂离子可充电电池构成。因此，电池50能够实现高输出功率。例如，电池50能够输出的放电电流为IOA或更高。电池控制电路60包括电流测量电路62、电压测量电路64、温度测量电路66、开关操作检测电路68、电池充电器检测电路72、主控制单元(主控制单元:MCU) 70、以及晶体管Q4。电流测量电路62检测流经正电源线L2A或负电源线L2B的电流，并且向MCU 70输出具有对应于检测到的电流的电压值的电流检测信号。电压测量电路64依次测量构成电池50的各电池单元的电压，并向MCU 70输出具有对应于所测得的电压的电压值的电压检测信号。温度测量电路66包括布置在电池50周围的热敏电阻器，用于通过热敏电阻器来测量电池温度，并向MCU 70输出具有对应于所测得的温度的电压值的温度检测信号。开关操作检测电路68检测主体10的触发开关22是否被操作。开关操作检测电路68包括晶体管Q3、电阻器R6、R7和R8。晶体管Q3由NPN型双极型晶体管构成。晶体管Q3的基极通过电阻器R6连接到信号端子46A，同时通过电阻器R7接地到电池组40的地。另外，晶体管Q3的发射极接地。电池组40的地被连接至负电源线L2B。因此，当电池组40被附接到主体10时，电池组40的地和主体10的地具有相同的电势，并且这些地中的每一个具有与电池50的负极相同的电势。晶体管Q3的集电极连接至MCU 70，并且还通过电阻器R8连接至来自设置在电池组40中的控制电源电路(未示出)的电源电压Vdd (例如，直流5V)的输出通路。控制电源电路从电池50接收电力供应，产生给定的电源电压Vdd，并将电力提供给电池组40中各种电子电路。控制电源电路例如由开关电源电路等构成。晶体管Q4由N沟道MOSFET构成。晶体管Q4的漏极连接至信号端子46A，其中晶体管Q3的基极通过电阻器R6连接至信号端子46A。此外，晶体管Q4的源极被接地，而晶体管Q4的栅极连接至MCU 70。因此，晶体管Q4被来自MCU 70的输出信号(放电控制信号，将在后面对其进行说明)导通/关断。当晶体管Q4处于关断状态时，信号端子46A处于开放状态。因此，当电池组40被附接到主体10且触发开关22被操作(主开关SWl :导通)时，如果晶体管Q4处于关断状态时，对应于电池组40中的电源电压Vcc的高电平信号从主体10的信号端子34A输入到电池组40的信号端子46A。在这种情况下，开关操作检测电路68中的晶体管Q3进入导通状态，从开关操作检测电路68输入到MCU 70的输入信号变为低电平。
即在电池组40被附接到主体10时，如果触发开关22没有被操作(主开关SWl 0FF)，则主体10的信号用端子34A为低电平(地电位);然后，开关操作检测电路68中的晶体管Q3进入断开状态，并且从开关操作检测电路68输入到MCU 70的输入信号变为高电平。以与开关操作检测电路68相同的方式配置电池充电器检测电路72。具体地，当电池组40被附接到电池充电器80且高电平信号(例如，直流5伏)从电池充电器80输入到信号端子46C时，电池充电器检测电路72向MCU 70输入表示高电平信号的检测信号。具体地，当信号端子46C处于开放状态时，电池充电器检测电路72通过上拉电阻器向MCU 70输入对应于电源电压Vdd的高电平信号。当高电平信号从电池充电器80输入到信号端子46C时，连接到通向MCU 70的信号通路的晶体管进入导通状态，该信号通路被接地，使得到MCU 70的输出为低电平。因此，MCU 70能够基于来自开关操作检测电路68的输入信号来检测在附接了电池组40的主体10中的触发开关22是否被操作。此外，MCU70能够基于来自电池充电器检测电路72的输入信号来检测电池组40是否已连接至电池充电器80。MCU 70是由包括CPU、ROM、RAM、可重写非易失性存储器、输入/输出(I/O)端口、Α/D转换器等的公知微型计算机构成，并根据存储在ROM中的各种程序进行操作。将在后面描述MCU 70的操作。(电池充电器80的电路配置)图5是示出当电池组40被附接到电池充电器80时，由电池组40和电池充电器80构成的电路的电路图。该电路是用于对电池充电的电路。如图5所示，电池充电器80包括作为电源端子部分84的正端子84A和负端子84B。正端子84A和负端子84B是用于将电池充电器80连接到电池组40的正端子44A和负端子44B的端子。此外，电池充电器80包括作为连接端子部分86的信号端子86B和86C。信号端子86B和86C是用于将电池充电器80分别连接到电池组40的信号端子46B和46C的端子。电池充电器80包括整流电路92、充电开关电源电路94、主控制单元(MCU) 96、以及控制开关电源电路98。整流电路92对从交流电源如商用电源提供的交流电压进行整流。来自整流电路92的整流输出被输出到充电开关电源电路94和控制开关电源电路98。
充电开关电源电路94是基于来自整流电路92的输出来执行对电池50的充电的开关电路，充电开关电源电路94被MCU 96驱动控制。MCU 96以与电池组40中的MCU 70的方式一样由微型计算机构成。MCU 96通过信号端子46B和86B从电池控制单元60中的MCU 70获取电池状态，并通过对充电开关电源电路94进行驱动控制来控制对电池50的充电模式(充电电流、充电电压等)。控制开关电源电路98产生电源电压Vee (例如，直流5V)，用于对MCU 96等的内部电路进行操作。电池充电器80的地通过负端子84B和电池组40的负端子44B连接至电池50的负端子52B。在充电开关电源电路94中产生的充电电压被通过正端子84A和电池组40的正端子44A施加到电池50的正端子52A。对电池充电器80的信号端子86C施加在控制开关电源电路98中产生的电源电压
Vee0因此，当电池组40被附接到电池充电器80且在控制开关电源电路98中产生了电源电压Vee时,对应于电源电压Vee的高电平信号被通过信号端子86C和46C输入到电池组40中的电池充电器检测电路72。然后，从电池充电器检测电路72输入到MCU 70的检测信号的信号电平从高电平变为低电平。电池充电器80包括指示器部分88。指示器部分88设置有多个指示灯。MCU 96根据对电池50充电的状态来点亮指示器部分88的指示灯。(电池组40中的MCU70的操作)接着，将给出关于电池组40中的MCU 70的操作的说明。MCU 70 一般工作在睡眠模式下(换言之，在低功耗模式下)，其中对来自开关操作检测电路68或电池充电器检测电路72的检测信号进行监测，以监测该检测信号是否从高电平变为低电平。当来自开关操作检测电路68或电池充电器检测电路72的检测信号从高电平变为低电平时，MCU70被启动，并切换至电池50受到保护的正常模式。当MCU 70处于睡眠模式时，从MCU 70输出到晶体管Q4的栅极的放电控制信号为低电平，并且晶体管Q4被保持在断开状态。当MCU 70被来自开关操作检测电路68的检测信号(低电平)启动时，MCU 70使放电控制信号为高电平，以导通晶体管Q4，并允许从电池50向驱动电机Ml放电。 简言之，当晶体管Q4进入导通状态时，在主体10中的输入/输出电路38中的晶体管Q2进入断开状态，并且设置在到驱动电机Ml的电流通路上的晶体管Ql进入导通状态，因此，电流流过驱动电机Ml以使驱动电机Ml旋转。当MCU 70如此使放电控制信号为高电平并允许从电池50向驱动电机Ml放电时(即，在从电池50放电的过程中)，MCU 70执行保护电池50避免过放电等的放电控制过程。在放电控制过程中，执行放电电流限制处理、过放电限制处理和电池温度限制处理。具体地，执行基于电流测量电路62、电压测量电路64和温度测量电路66的检测结果对从电池50到驱动电机Ml的放电进行限制的过程。在放电电流限制处理中，当放电期间在电流测量电路62中检测到的放电电流超过了预设阈值时，确定过电流正在流过，然后，使放电控制信号为低电平，从而停止从电池50向驱动电机Ml放电。
在过放电限制处理中，当放电期间在电压测量电路64中检测到的电池电压降低到低于预设阈值时，确定电池50处于过放电状态，然后，使放电控制信号为低电平，从而停止从电池50向驱动电机Ml放电。在电池温度限制处理中，当放电期间在温度测量电路66中检测到的电池温度超过预设阈值时，确定电池50处于过热状态，然后，使放电控制信号为低电平，从而停止从电池50向驱动电机Ml放电。当使放电控制信号为低电平，并且从电池50到驱动电机Ml的放电被以任何上述限制处理而停止时，使用者检测到异常并释放触发开关22。因此，主开关SWl进入断开状态，并且在主体10中，从控制电源电路36的输出的电源电压Vcc降低，从而使从信号端子34A到信号端子46A的输入信号为低电平。因此，当MCU 70已通过上述限制处理而停止从电池50向驱动电机Ml放电时，MCU70通过确定来自开关操作检测电路68的检测信号是否变为高电平来识别主开关SWl已被 断开。在识别出主开关SWl已被断开时，MCU 70等待主开关SWl被导通，直到经过预定时间段为止。当主开关SWl在预定时间段过去之前被导通时，MCU 70使放电控制信号再次为高电平，并允许放电(换言之，允许对驱动电机Ml的驱动)。如果主开关SWl没有在预定时间段过去之前被断开，则MCU 70切换到睡眠模式。由于除非在上述限制处理中检测到异常(例如过电流)，否则MCU 70持续输出放电控制信号(高电平)，所以MCU 70不能通过开关操作检测电路68来检测主开关SWl的断开状态(换言之，对触发开关22的操作的停止)。因此，MCU 70基于来自电流测量电路62等的检测信号来测量到驱动电机Ml的载流的停止时间段，而MCU 70在从睡眠模式切换到正常模式之后输出放电控制信号(高电平)，然后，在载流的停止时间段已经达到预定时长时切换到睡眠模式。当MCU 70在上述的放电控制处理中检测到存在电池50的过放电并且停止了放电时，MCU 70将过放电的记录存储在非易失性存储器中。同时，当MCU 70被来自电池充电器检测电路72的检测信号(低电平)启动时，MCU70通过信号端子46B和86B向电池充电器80的MCU96输出指示电池50的状态(电池电压、电池容量等)的各种信息。此后，当电池充电器80对电池50的充电开始时，MCU 70执行用于电池保护的充电控制过程。充电控制过程包括基于上述测量电路62、64和66中的每一个的检测结果来确定是否发生了异常(例如电池50过充电和/或电池50过热)的步骤；以及如果确定存在异常，则通过信号端子46B和86B向电池充电器80发送停止充电或降低充电电流的命令的步骤。当MCU 70在充电控制过程中检测到电池50的过充电并且停止充电时，MCU 70将过充电的记录存储在非易失性存储器中。充电控制过程持续到来自电池充电器检测电路72的检测信号变为高电平为止(换言之，直到停止从电池充电器80输入电源电压Vee为止)。当检测信号变为高电平时，MCU 70确定电池组40已从电池充电器80拆下，并切换至睡眠模式。如上所述，电池组40中的MCU 70确定电池50对驱动电机Ml放电期间由温度测量电路66检测到的电池温度是否超过阈值。当电池温度已超过该阈值时，MCU 70停止放电。此外，MCU 70向电池充电器80的MCU 96发送在电池充电器80对电池50充电的过程中由温度测量电路66检测到的电池温度，从而抑制电池温度在充电期间超过阈值。然而，温度测量电路66所检测到的电池温度是由布置在电池50周围的热敏电阻器检测到的温度，而不是电池50的内部温度。出于这个原因，当电池50的内部温度在电池50的放电或充电期间发生变化(增加)时，在由温度测量电路66检测到的电池温度和电池50的内部温度之间存在温度差。结果，电池50不能被正确地保护。因此，在本实施例中，当MCU 70处于正常模式时，不仅执行上述控制处理，而且还执行图6中示出的放电禁止判定过程。
在下文中，将对放电禁止判定过程进行说明。(放电禁止判定过程)由MCU 70以恒定的周期(例如，每O. 5秒)重复执行放电禁止判定过程。当放电禁止判定过程开始时，首先在SllO (S表示“步骤”)中执行读取处理。读取处理从温度测量电路66读取当前电池温度Tnow (具体地，电池50的表面温度)。读取处理不仅包括从温度测量电路66读取电池温度Tnow的步骤，而且还包括将多次(换言之，在给定的时间段内)读取的电池温度Tnow进行平均的步骤，或者通过执行对多次读取的电池温度Tnow进行移动平均来去除从温度测量电路66获得的检测温度的误差分量(换言之，不必要的噪声分量)的步骤。接着，在S120中，确定在该时间点是在执行从电池50放电还是在执行对电池50充电。如果在该时间点正在从电池50放电，则在后续的S130中确定该时间点是否是紧接在放电刚开始之后。如果是紧接在放电刚开始之后，则过程前进到步骤S140，以将在SllO中通过读取处理获得的当前电池温度Tnow作为放电初始时间温度Tini存储到存储器(RAM等)中。如果在S140中将放电初始时间温度Tini存储在存储器中，或者如果在S130中确定其并非是紧接在放电刚开始后的时间点，则过程前进到S150。在S150中，计算在SllO中获得的当前电池温度Tnow和在S140中存储在存储器中的放电初始时间温度Tini之间的差，即计算电池50的温度增加量(=Tnow-Tini),来确定温度增加量“Tnow-Tini”是否为负值。如果在S150中确定“Tnow-Tini”(其为电池50的内部温度的估计值)为负值，则过程前进到步骤S160。在S160中，由于在SllO中获得的当前电池温度Tnow低于放电初始时间温度Tini，则将当前电池温度Tnow更新为存储器中的放电初始时间温度Tini。然后，过程前进到S170。另一方面，如果确定在S150中“Tnow-Tini”(其为电池50的温度增加量)不是负值，则过程简单地前进到S170。当MCU 70被启动并保持在正常模式(其在MCU 70切换到睡眠模式之前)下时，从电池50的放电不被连续执行，而是根据触发开关22的操作/停止来间歇性地执行。因此，可能存在如下情况电池温度Tnow由于放电的暂时停止而变得低于放电初始时间温度Tini。出于这个原因，放电初始时间温度Tini通过S150和S160的处理而被更新。接着，在S170中，从存储器中读取预先存储在存储器(ROM等)中的可接受的温度增加基准值AT，并将其设置为用于确定是否停止放电的阈值。
也就是说，由于温度增加量“Tnow-Tini”与电池50的内部温度的变化量成比例，因此在本实施例中将温度增加量“Tnow-Tini”用作为表示电池50的内部温度的估计值。具体地，基于作为估计值的温度增加量“Tnow-Tini”来确定电池50内部的温度上升(即，过热)。因此，在S170中，可接受的温度增加基准值Λ T被设定为用于上述过热判定的设定温度。然后，在随后的处理中，基于该可接受的温度增加基准值AT来确定是否停止放电。如果在S170中设定了可接受的温度增加基准值AT，则过程前进到S180。在S180中，基于放电初始时间温度Tini和电池温度Tnow来执行可接受的温度增加基准值AT的负修正，使得当温度Tini和Tnow中的每一个越高时，温度增加基准值Λ T变得越低。从图7和图8中的测量结果明显看出为何以上述方式来修正可接受的温度增加基准值Λ T0具体地，随着放电初始时间温度Tini或电池温度Tnow越高，由温度测量电路66 获得的传感器温度(识别温度)和实际测量温度(因此，内部温度)之间的差(换言之，温度增加量“Tnow-Tini”)变得越�。辉谡庵智榭鱿拢�如果可接受的温度增加基准值Λ T是恒定值，则很难确定是否在电池50内部存在过热。接着，在S190中，从非易失性存储器读取过放电的记录和过充电的记录；然后，对可接受的温度增加基准值AT执行负修正，使得随着过放电和过充电中的每个的记录的数量越大，可接受的温度增加基准值AT变得越低。在随后的S200中，读出已被测量并存储在非易失性存储器中的、电池50的开路电压(最新值)，然后，对可接受的温度增加基准值△ T执行负修正，使得开路电压越低，则可接受的温度增加基准值ΛT变得越低。在进一步的后续的S210中，读出已被测量并存储在非易失性存储器中的、电池50的剩余容量(最新值)，然后，对可接受的温度增加基准值AT执行负修正，使得剩余容量越低，则可接受的温度增加基准值Λ T变得越低。也就是说，在S190至S210中，当过放电和过充电的记录的数量较大时，当开路电压较低时，或者当剩余容量较低时，电池50的内部容易过热；因此，为了便于根据温度增加量“Tnow-Tini”来确定电池50的内部是否过热，对可接受的温度增加基准值AT执行负修正。此外，当开路电压较低时(当剩余容量较低时)，实际测量温度和识别温度之间的差异由于较短的放电时间段而变得更小。因此，对可接受的温度增加基准值AT执行负修正。这里，在S180到S210中对可接受的温度增加基准值Λ T执行负修正时，可以以如下方式来执行负修正确定前述参数中的每个是否高于或低于预设阈值，从而确定负修正是否是必要的；然后，可以通过设定值来对可接受的温度增加基准值AT执行负修正。在这种情况下，可以通过基于上述各参数中的每个的值来计算修正量，来对可接受的温度增加基准值Λ T执行负修正。当执行了上述S180至S210中的一系列修正处理时，过程前进到S220。在S220中，计算温度增加量“Tnow-Tini ”，并且确定温度增加量“Tnow-Tini ”的值是否大于等于通过从可接受的温度增加基准值AT中减去预定值X而获得的判定值“ ΛΤ-χ”。
如果温度增加量“Tnow-Tini”大于等于判定值“ ΛΤ-χ”，则过程前进到S230。在S230中，修正用于在上述放电电流限制处理、过放电限制处理以及电池温度限制处理中确定是否停止放电的各个阈值。具体地，降低在放电电流限制处理中用于确定过流的阈值，增大在过放电限制处理中用于确定过放电的阈值，以及降低在电池温度限制处理中用于确定过热的阈值。这些操作允许通过每个限制处理来容易地执行放电的停止。这里，在S230中，用来修正每个上述阈值的修正值可以是恒定值。或者，可以将修正值设置为，使得在温度增加量“Tnow-Tini ”和判定值“ Δ T-χ”之间的差越大，则修正值变得越大。当在S230中修正了要在每个上述限制处理中使用的阈值时，或者当在S220中确 定了温度增加量“Tnow-Tini”小于判定值“ ΛΤ-χ”时，过程前进到S240。在S240中，确定温度增加量“Tnow-Tini”是否大于等于可接受的温度增加基准值AT。如果温度增加量“Tnow-Tini”大于等于可接受的温度增加基准值AT，则确定电池50的内部温度已达到可接受的上限温度，然后，过程前进到S250。在S250中，放电控制信号从高电平变为低电平，从而停止从电池50放电。此后，终止放电禁止判定过程。同时，如果温度增加量“Tnow-Tini”小于可接受的温度增加基准值AT，则简单地终止放电禁止判定过程。另一方面，当在步骤S120中确定了在该时间点正在执行对电池50的充电时，则过程前进到S260。在S260中，确定是否在步骤S230中因为电池50的温度增加量“Tnow-Tini ”已经达到先前的放电时的判定值“ΛΤ-χ”而使得正常时间中的放电控制受到限制，或者因为电池50的温度增加量“Tnow-Tini”已经达到先前的放电时的可接受的温度增加基准值Δ T而停止放电。在先前放电时的放电控制受到限制，或者先前放电时的放电被停止的情况下，确定电池50的内部温度会易于上升；然后，过程前进到S270。在S270中，向电池充电器80的MCU 96发送充电电流限制信号，从而使得对电池50的充电电流的上限低于正常时间中的上限，然后，终止放电禁止判定过程。另外，当在S260中确定在先前放电时既未停止放电又未对放电控制进行限制时，简单地终止放电禁止判定过程。(实施例的效果)如上所述，在本实施例中，设置在电池组40中的MCU 70执行图6中示出的放电禁止判定过程。在放电禁止判定过程中，在从电池组40向驱动电机Ml放电的过程中，计算作为相对于放电开始时的增加量的、由温度测量电路66测得的电池温度(具体地，表面温度)的温度增加量“Tnow-Tini”，作为指示电池50的内部温度的估计值。当温度增加量“Tnow-Tini”大于等于可接受的温度增加基准值AT时，确定电池50的内部温度已达到可接受的上限温度，从而停止放电(步骤S240、S250)。出于该原因，根据本实施例，即使因为由温度测量电路66测得的电池温度(表面温度)和电池50的内部温度之间的差异变得较大而使得无法只通过在放电期间执行的电池温度限制处理来保护电池50，也可以通过估计电池50的内部温度来抑制由过热导致的电池50的劣化。
此外，在放电禁止判定过程中，当温度增加量“Tnow-Tini”在电池50的放电期间变得大于等于判定值“ΛΤ-χ”(其小于可接受的温度增加基准值AT)时，对用于在放电电流限制处理、过放电限制处理和电池温度限制处理中确定是否停止放电的各个阈值进行修正，以通过相应的限制处理来严格地限制放电(S220、S230)。因此，根据本实施例，还可以在电池50的内部温度达到可接受的上限温度之前，通过每个上述限制处理来停止放电。因此，本实施例使得能够以更有利的方式来抑制由电池50的过热而导致的劣化。此外，在放电禁止判定过程中，基于放电初始时间温度Tini和电池温度Tnow、充电记录和放电记录、以及电池50的开路电压和剩余容量来对可接受的温度增加基准值AT执行负修正，使得电池50的表面温度越高，或电池50的状况越差，则可接受的温度增加基准值八1'变得越小(3180至3210)。
因此，根据本实施例，可以使用温度增加量“Tnow-Tini”和可接受的温度增加基准值AT来准确地确定电池50的内部温度已达到可接受的上限值(或者，已变得更接近可接受的过上限值),从而正确地执行电池50的放电的停止(或限制放电)。此外，当电池50放电期间在放电禁止判定过程中停止了放电(或限制放电)时，充电电流限制信号在电池50的下一次充电期间被发送到电池充电器80的MCU，以便与正常时间相比进一步限制充电电流的上限。因此，根据本实施例，可以在对电池50的下一次充电期间抑制电池50内部的过热。从现在起，将关于各项的对应关系进彳丁说明。在本实施例中，设直在电池组40中的温度测量电路66对应于内部温度估计单元中的检测装置的示例；在图6中示出的放电禁止判定过程中的步骤S130至S160的处理对应于内部温度估计单元中的初始值设定装置的示例；S220和S240的处理对应于内部温度估计单元中的温度增加量计算装置的示例。S220和S240的这些处理还对应于用于电动工具的设备中的判定装置的示例。此外，图6中所示的放电禁止判定过程中的S220至S250的处理对应于用于电动工具的设备中的保护装置的示例；S180的处理对应于用于电动工具的设备中的第一设定温度修正装置的示例；并且S190至S210的处理对应于用于电动工具的设备中的第二设定温度修正装置的示例。(变型示例)尽管上面已经描述了本发明的实施例，但是本发明不应限于上述实施例，而是可以在不脱离本发明的精神的范围内以各种形式进行实施。例如，已经在上述实施例中说明了 在电池50放电期间，计算温度增加量“Tnow-Tini”作为电池50的内部温度的估计值，然后，当计算出的温度增加量“Tnow-Tini”已达到判定值“ Λ T-Χ”或可接受的温度增加基准值AT (它们中的每一个都是用于确定过热的设定温度)时，限制或停止放电。然而，可以被配置成使得在电池50的充电期间，计算温度增加量“Tnow-Tini”作为电池50的内部温度的估计值，然后，当计算出温度增加量“Tnow-Tini”已达判定值“ΔΤ-χ”或可接受的温度增加基准值AT (它们中的每一个都是用于确定过热的设定温度)时，限制或停止充电。此外，已在上述实施例中描述了通过电池组40中的MCU 70来执行图6中示出的放电禁止判定过程。但是，可以由设置在主体10中的用于放电控制的MCU来执行放电禁止判定过程。此外，在对电池50充电期间计算了温度增加量“Tnow-Tini”并且基于该计算的结果(即，内部温度的估计值)而限制或停止对电池50的充电的情况下，因此可以通过电池组40中的MCU 70或电池充电器80中的MCU 96来执行充电禁止判定过程。在上述实施例中，说明了在S180至S210中对可接受的温度增加基准值Λ T进行修正。但是，S180至S210中的处理不一定必须被执行。例如，可以执行S180至S210的处理中的任一个,例如,执行S180中的处理和S200中的处理。尽管在上述实施例中针对应用了本发明的驱动钻进行了说明，但是本发明还可以应用于不是驱动钻的电动工具中。
此外，尽管在上述实施例中采用有刷直流电机作为驱动电机Μ1，但是可以采用无刷直流电机或交流电机。但是，如果采用无刷直流电机或交流电机作为驱动电机Μ1，则主体10需要被相对应地构成。此外，尽管在上述实施例中采用了双极晶体管或MOSFET作为晶体管，但是可以采用其他开关元件。
权利要求
1.ー种用于电动工具的电池的内部温度估计单元，所述内部温度估计单元被设置在用于电动工具的设备中，并从检测作为电动工具的电源的电池的单元的温度的温度检测装置读取所检测到的温度，以基于所述检测到的温度来估计所述电池的内部温度，所述内部温度估计单元包括 初始值设定装置，其在所述电池开始放电时或在开始对所述电池充电时从所述温度检测装置读取所述检测到的温度，并将所述检测到的温度设定为初始值；以及 温度増加量计算装置，其在所述电池放电期间或对所述电池充电期间从所述温度检测装置读取所述检测到的温度，并基于所读取的检测到的温度的最新值和由所述初始值设定装置设定的所述初始值来计算所述电池的単元的温度増加量，并且 其中，所述内部温度估计单元输出由所述温度増加量计算装置计算的所述温度増加量，以作为表示所述电池的所述内部温度的估计值。
2.根据权利要求I所述的用于电动工具的电池的内部温度估计单元， 其中，当从所述温度检测装置读取的所述检测到的温度低于由所述初始值设定装置设定的所述初始值时，所述温度増加量计算装置以从所述温度检测装置读取的所述检测到的温度来更新所述初始值。
3.ー种用于电动工具的设备，包括 用于电动工具的电池的内部温度估计单元，所述内部温度估计单元被设置在所述用于电动工具的设备中，并从检测作为所述电动工具的电源的电池的单元的温度的温度检测装置读取所检测到的温度，以基于所述检测到的温度来估计所述电池的内部温度，所述内部温度估计单元包括 初始值设定装置，其在所述电池开始放电时或在开始对所述电池充电时从所述温度检测装置读取所述检测到的温度，并将所述检测到的温度设定为初始值；以及 温度増加量计算装置，其在所述电池放电期间或对所述电池充电期间从所述温度检测装置读取所述检测到的温度，并基于所读取的检测到的温度的最新值和由所述初始值设定装置设定的所述初始值来计算所述电池的単元的温度増加量，并且 其中，所述内部温度估计单元输出由所述温度増加量计算装置计算的所述温度増加量，以作为表示所述电池的所述内部温度的估计值； 判定装置，其判定由所述内部温度估计单元获得的表示所述电池的所述内部温度的所述估计值是否已经超过用于过热判定的预定的设定温度；以及 保护装置，其在所述判定装置判断所述内部温度的所述估计值超过所述设定温度吋，通过停止或限制所述电池的放电或对所述电池的充电来保护所述电池。
4.根据权利要求3所述的用于电动工具的设备，还包括第一设定温度修正装置，其基于被所述内部温度估计单元用来计算所述估计值的所述检测到的温度的所述初始值或所述检测到的温度来修正由所述判定装置进行的所述电池的所述过热判定中所使用的所述设定温度，使得所述检测到的温度或所述初始值越高则所述设定温度越低。
5.根据权利要求3所述的用于电动工具的设备，还包括第二设定温度修正装置，其基于所述电池的充放电记录、开路电压以及剰余容量中的至少ー个来修正由所述判定装置进行的所述电池的所述过热判定中所使用的所述设定温度。
6.根据权利要求3所述的用于电动工具的设备，其中，当所述保护装置在所述电池放电期间或对所述电池充电期间停止或限制所述电池的放电或对所述电池的充电时，所述保护装置限制在下一次充电中流入所述电池的充电电流或在下一次放电中从所述电池流出的放电电流。
7.根据权利要求3所述的用于电动工具的设备，其中，所述设备是其中包含有电池的电池组、所述电池组可拆卸地附接到其上的电动工具主体、或所述电池组可拆卸地附接到其上的电池充电器。
全文摘要
一种内部温度估计单元，其读取用于电动工具的电池的单元的检测到的温度，以基于该检测到的温度估计电池的内部温度，该内部温度估计单元包括初始值设定装置，其在电池开始放电/充电时读取检测到的温度并将该检测到的温度设定为初始值；以及温度增加量计算装置，其基于检测到的温度的最新值和由初始值设定装置设定的初始值来计算电池的单元的温度增加量；内部温度估计单元输出该温度增加量来作为表示电池的内部温度的估计值。
文档编号G01K3/08GK102859823SQ20118002001
公开日2013年1月2日 申请日期2011年2月3日 优先权日2010年4月21日
发明者野田将史, 冈林寿和, 小早川忠彦 申请人:株式会社牧田