CN111200303A - 电池组以及使用该电池组的电气设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用廉价的通用微型计算机监视各电池单元的电压的电池组。电池组(100)具备：串联连接的多个电池单元(105～107)；多个电压检测部(171～173)，其检测各电池单元的电压；以及微型计算机(150)，其根据各电压检测部的输出来测量电池单元的电压，其中，在各电压检测部中分别设置了使从电压检测部(171～173)向微型计算机(150)的输出接通或断开的切换控制电路(181～183)。在电压检测部(171～173)的输出侧设置有将检测出的电压分压为控制部的电源电压以下的电压的分压电路(R3和R4、R9和R10、R15和R16)，微型计算机(150)输入由分压电路分压而得的电压来测量电池单元(105～107)的电压。

Description

电池组以及使用该电池组的电气设备
技术领域
本发明涉及在外壳内收容了多个电池单元并可拆装的电池组以及使用该电池组的电气设备。
背景技术
在通过电力使电动机旋转并将其旋转运动转换为动作部件的往复运动或旋转运动中的至少一个的电动工具、通过电能发光的照明设备、发出声音的音响设备等电气设备中，广泛使用电池组作为电源。电池组包含多个可充放电的电池单元，将这些电池单元收容于合成树脂制外壳内。在电池组上设置有使用电池侧导轨部针对电气设备主体的可装拆机构、以及在安装时能够电连接的终端部。另一方面，在电气设备主体侧设置有引导电池侧导轨部的设备侧导轨部。安装或取下电池组的电气设备涉及到冲击式螺丝刀、驱动钻头、砂轮机、打磨器、钉枪、拧紧机、***、集尘器、鼓风机、泵、高压清洗机、链锯、割草机、修剪工具、耕耘机、手电筒、收音机等各种设备。电池组要求具有预定电容，另一方面，要求小而轻。作为使用这种电池组的电气设备(电动工具)的一例，已知专利文献1。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2012-016114号公报
发明内容
在专利文献1示出的以往的电池组中，使用专用的电池保护IC以保护锂离子电池。另外，为了进行电池组的放电及充电的各种控制，若在电池组内搭载微型计算机(以下，在本说明书中称为“微型计算机”)则将十分有效。然而，若除了电池保护IC以外还搭载微型计算机，则将导致电池组成本上升。另一方面，虽然市场上销售专门保护锂离子电池的带专用微型计算机的电池保护IC，但是由于价格昂贵而无法避免制造成本大幅上升。
本发明是鉴于上述背景而完成的，其目的在于，提供使用廉价的通用微型计算机来进行各电池单元的电压监视的电池组以及使用了该电池组的电气设备。
本发明的另一目的在于，提供对伴随各电池单元的电压监视的功耗进行抑制的电池组以及使用了该电池组的电气设备。
本发明的又一目的在于，提供对在监视电压时消耗的各电池单元的功耗的偏差进行抑制，并能够避免各电池单元的电压失衡的电池组以及使用了该电池组的电气设备。
接下来，说明在本申请中公开的发明中的代表性的特征。
根据本发明的一个特征，电池组具备：串联连接的多个电池单元；多个电压检测部，其检测各电池单元的电压；以及控制部，其具有根据各电压检测部的输出来测量电池单元的电压的微型计算机，其中，在多个电压检测部中分别设置有切换控制电路，该切换控制电路使从电压检测部向微型计算机的输出接通或断开的切换控制电路，在电压检测部的输出侧分别设置有将检测出的电压分压为控制部的电源电压以下的电压的分压电路。微型计算机构成为根据由分压电路分压而得的电压来测量电池单元的电压。多个电池单元构成为从接地端侧起至少包含第一电池单元和第二电池单元，多个电压检测部与通用的接地端相连接。第一电压检测部仅检测第一电池单元的电压，第二电压检测部检测第一电池单元和第二电池单元的合成电压。另外，构成为多个电池单元还包括第三电池单元，电压检测部还包括第三电压检测部，第三电压检测部检测第一电池单元至第三电池单元的合成电压。
根据本发明的另一特征，微型计算机构成为具有与多个电压检测部对应的输出端口，能够独立地切换多个切换控制电路。另外，微型计算机具有与多个电压检测部分别对应的多个输入端口或与多个电压检测部共同地连接的一个输入端口，根据输入到输入端口的信号，将充电或放电的停止信号输出到外部电气设备主体或充电器。根据电池组的状态并按每个电压检测部来变更多个电压检测部检测电压的时间间隔。例如，在由外部充电器对电池组进行充电的过程中，可以控制为电压检测部的电压检测执行时间比电压检测停止时间短。
根据本发明的又一特征，在电池组被安装于外部充电器的状态下，将执行充电中的电压检测部的电压检测间隔设为比等待充电中的电压检测部的电压检测间隔短的时间间隔。另外，在电池组被安装于外部充电器的状态下结束充电之后，控制部不进行基于电压检测部的电压检测。并且，在电池组被安装于电气设备主体的状态下且未进行放电的等待时，以比电压检测停止时间短的时间间隔进行基于电压检测部的电压检测。并且，在电池组被安装于电气设备主体的状态下且处于放电中时，以固定间隔始终进行基于电压检测部的电压检测。通过设为具有电池组安装部并安装上述电池组的电气设备，能够以低价实现性能良好的电池组。
根据本发明的再一特征，电池组具备：串联连接的多个电池单元；多个电压检测部，其检测各电池单元的电压；以及控制部，其具有根据各电压检测部的输出来测量电池单元的电压的微型计算机，其中，在多个电压检测部中分别设置切换控制电路，该切换控制电路使从电压检测部向微型计算机的输出接通或断开，在电压检测部的输出侧分别设置有将检测出的电压分压为控制部的电源电压以下的电压的分压电路。微型计算机具有：与电池单元的数量相同且与电压检测部分别连接的输入端口数；以及与电池单元的数量相同且与切换控制电路分别连接的输出端口数。另外，多个电池单元构成为从接地端侧起至少包含第一电池单元、第二电池单元、第三电池单元，多个电压检测部与通用接地端相连接。第一电压检测部仅检测第一电池单元的电压，第二电压检测部检测第一电池单元和第二电池单元的合成电压，第三电压检测部检测第一电池单元至第三电池单元的合成电压。微型计算机以非均匀的间隔且不均等的方式进行基于第一至第三电压检测部的电压检测。
根据本发明，对各电池单元电压设置电压监视电路，并通过微型计算机的控制而按每个电池单元来独立地切换其监视时机，由此可以实现电路的低消耗化，并且防止电池单元之间的电压失衡。
附图说明
图1是本发明的实施例所涉及的电气设备(冲击工具1)的右侧视图。
图2是图1的冲击工具1的纵截面图。
图3是图1的电池组100的立体图。
图4是图1的A-A部的截面图。
图5是表示本实施例的电池组100的内部电路的概要的框图。
图6是本实施例的电池组100的电路图。
图7是表示电池组100的充电模式下的微型计算机150的控制过程的流程图。
图8是表示电池组100的非充电模式下的微型计算机150的控制过程的流程图。
图9是表示电池组100的微型计算机150的电压检测周期例的表。
图10是电池组100的微型计算机150的电压检测的时序图。
图11是本发明的第二实施例所涉及的电池组100A的电路图。
图12是电池组100A的微型计算机150的电压检测的时序图。
附图标记说明
1：冲击工具；10：工具主体；11：主体外壳；12：主体部；13：手柄部；14：锤壳；14a：保护罩；15a：空气排出口；15b：空气吸入口；16：触发开关；16a：触发杆；17：正反切换杆；22：控制电路基板；24：电动机；25：旋转轴；26：冷却风扇；27：传感器基板；28：开关支座；30：减速机构；35：敲击机构；36：主轴；37：敲击锤；38a：轴承；38b：轴承；39：金属件；40：砧座；41：叶片部；42：安装孔；45：前端工具保持部；46：套筒；50：电池组安装部；50a：弹性部件；54、57：导轨；60：终端部；62：正极输入端子；63：D端子；64：负极输入端子；65：LD端子；100、100A：电池组；101：下壳；102a、102b：锁存器；103a、103b：锁存器爪；105：(第一)电池单元；106：(第二)电池单元；107：(第三)电池单元；108a、108b：螺丝；110：上壳；111：下层面；112：凹部；114：台阶部；115：上层面；115a、115b：槽口部；120：槽群配置区域；121～125：槽；126：凸起部；126c：止动部；130：电路基板；131：电池侧端子；132：正极端子；133：D端子；134：负极端子；135：LD端子；140、145：导轨槽；144：左右侧面；148：隔板；148a、148b：接合面；150：微型计算机；151：输出端口；152、152a～152c：输入端口；153a～153c：输出端口；154、155：输入端口；156：输出端口；157a、157b：电源端口；160：电源电路部；161：电源生成部；162：电力线；163：接地端电位；164：电源开关控制电路；165：地线；166：电源保持信号；167：信号线；168：电流检测电路；169：地线；170：电压检测部；171：第一电压检测电路；172：第二电压检测电路；173：第三电压检测电路；176～178：信号线；176A、177A、178A：信号线；181：第一电路控制部；182：第二电路控制部；183：第三电路控制部；186～188：信号线；186A～186G：电压控制信号；187A～187G：电压控制信号；188A～188G：电压控制信号；190：通信电压电平移位；191～193：信号线；195：电池温度检测电路；A1：旋转轴线；R1～R18：电阻；TR1～TR6：晶体管；VDD：基准电压。
具体实施方式
[实施例1]
以下，根据附图说明本发明的实施例。在本实施例中，作为电气设备的一例，使用冲击工具1进行说明。此外，在本说明书中，虽然将冲击工具1的上下方向设为图中示出的方向来进行说明，但是电池组单体的方向与电池组100的安装方向为基准，如图3和图4所示，定义为前侧、后侧而进行说明。
图1是本发明的实施例所涉及的冲击工具1的侧视图。冲击工具1为由工具主体10以及能够在工具主体10上安装和拆卸的电池组100构成的电气设备的一种。冲击工具1将能够充电的电池组100作为电源，并将电动机作为驱动源而驱动旋转敲击机构。通过旋转敲击机构将电动机的旋转转换为旋转方向上的敲击锤的间歇性敲击力，驱动与敲击机构部相连结的前端工具保持部45。冲击工具1的主体外壳11由三个部分、即用于收容电动机的形成为筒状的主体部12、作业员用单手把持的部分即手柄部13、以及用于安装可拆装的电池组100且设置于手柄部13的前端的电池组安装部50构成。主体外壳11是通过塑料合成树脂的成形而以左右分割为两部分的形式进行制造，使用多个螺丝来相互固定。手柄部13以与主体部12的中心轴线(旋转轴线A1)大致正交的方式向下方延伸，在由作业员把持时食指所处的部位处设置有用于控制电动机的接通或断开的触发开关(以后在图2中说明)的操作杆(触发杆16a)。在触发杆16a的后上方设置有切换电动机的旋转方向的正反切换杆17。
在手柄部13内的下部处形成有电池组安装部50以安装电池组100。在电池组安装部50上安装有可装卸的电池组100。电池组100收容多个锂离子电池等二次电池，因此出于所收容的电池单元的种类和个数的观点，在本实施例中为额定10.8V。电池组100不仅是冲击工具1而也能够用于以相同额定电压进行动作并具有通用导轨机构的各种电气设备。在电池组100的电压下降的情况下，将电池组100从工具主体10卸下，通过设置于未图示的外部充电器来进行充电，由此能够重复使用。
在主体部12的侧面且前后方向的大致中央处配置有形成为多个槽口的空气吸入口15b。另外，在比空气吸入口15b更靠后方侧处相隔预定距离的位置配置有空气排出口15a。砧座40在主体部12的前方侧延伸，在砧座40的前端部设置有用于保持前端工具的前端工具保持部45。
图2是表示图1的冲击工具1的内部结构的纵截面图。冲击工具1的外壳由合成树脂制左右分割式的主体外壳11(主体部12、手柄部13、电池组安装部50)、以及收容敲击机构35的金属制且一体式的锤壳14构成。在锤壳14的前端外周侧安装有合成树脂制的保护罩14a。在筒状的主体部12和锤壳14的内部，在旋转轴线A1上排列配置有电动机24、使用行星齿轮的减速机构30、以及具有敲击锤37和砧座40的敲击机构35。
在手柄部13的上部配置有触发开关16，作为操作部的触发杆16a从触发开关16向主体外壳11的前方侧暴露。触发开关16构成为包括内置开关机构的外壳、以及用于驱动开关机构而设置于外部的操作部(触发杆16a)，通过操作触发杆16a来进行触发开关16的接通和断开。
在手柄部13的内部收容搭载了控制电路的控制电路基板22，其中，该控制电路具有通过触发杆16a的扳动动作对电动机24的速度进行控制的功能。控制电路基板22以相对于手柄部13的中心轴线平行的方式配置在铅直方向上。在控制电路基板22上搭载有未图示的微型计算机、用于形成逆变电路的半导体开关元件(未图示)。在电池组安装部50的外侧上表面上设置有开关支座28，该开关支座28配置有动作模式的切换开关等。在开关支座28上配置有敲击强度的设定按钮、电池组100的余量检查按钮等各种操作按钮、以及与这些按钮对应的灯等。
电动机24使用无刷DC电动机，使用由逆变电路生成的励磁电流进行驱动。在电动机24的轴向后方且与旋转轴25同轴上设置有用于冷却电动机24的冷却风扇26。旋转轴25由比定子铁芯更靠前侧的轴承38a和后侧的轴承38b支承，冷却风扇26配置于轴承38b与定子铁芯之间。冷却风扇26与电动机24同步地进行旋转，当冷却风扇26进行旋转时从主体外壳11中央的空气吸入口15b(参照图1)吸引大气，而使电动机24冷却，冷却后的空气从空气排出口15a(参照图1)排出到外部。
在电动机24的轴向前方且定子铁芯与轴承38a之间配置有搭载三个霍尔IC(未图示)的传感器基板27。电动机24进行星形连接，缠绕于定子铁芯的未图示的线圈端部通过焊接与传感器基板27的布线图案相连接。
减速机构30以预定的减速比对电动机24的输出进行减速并传递到主轴36，在此，使用利用了行星齿轮的公知的减速机构。主轴36与减速机构30的输出侧相连接，因此在外周面上形成有未图示的主轴凸轮槽，在轴部分的后方侧形成有减速机构30的行星齿轮架部。
敲击锤37配置于主轴36的轴部外周侧，在内周侧形成有敲击锤凸轮槽。敲击锤37由使用了钢球(未图示)的凸轮机构保持，主轴36的外周面与敲击锤37的内周面的一部分相接触。此外，在图2中省略图示了凸轮机构。在从前端工具受到的反力较低时，敲击锤37以与主轴36的旋转进行联动的方式进行旋转，但是当从前端工具受到的反力变大时，未图示的凸轮机构的凸轮球进行移动，由此敲击锤37与主轴36的旋转方向的相对位置稍微发生变动，敲击锤37向后方侧较大地移动。敲击锤37通过未图示的敲击锤弹簧始终向前方侧施力，因此向敲击锤37的后方侧的移动一边压缩未图示的敲击锤弹簧一边进行移动。
在砧座40的后端，在周向上相隔180度的位置处形成有成为被敲击部的两个叶片部41。叶片部41呈沿径向外侧延伸的形状，由敲击锤37的敲击爪进行敲击。叶片部41的旋转方向的侧面形成有敲击锤37向紧固方向进行旋转时敲击的被敲击面、以及形成于其相反侧并向松开方向进行旋转时敲击的被敲击面这两面。主轴36与砧座40的旋转体在前方侧通过金属件39支撑于锤壳14。前端工具保持部45构成为具有从砧座40的前侧端部向轴向后方延伸的截面形状为六角形的安装孔42，包括在砧座40的外周侧向前后进行移动的套筒46。
电池组100的壳体由上壳110和下壳101形成，在由这些壳体形成的空间内部，以轴线朝向前后方向的方式向横向排列配置有三个电池单元105～107(附图中仅看见106)。在电池单元106的上侧水平地配置有电路基板130，从电路基板130向上方向设置有多个电池侧端子(D端子123等)，与电动工具主体侧的输入端子(D端子63等)嵌合。
图3是本发明的实施例所涉及的电池组100的立体图。电池组100能够对电池组安装部50(参照图1)进行安装和卸下。下壳101和上壳110为不通电的部件、例如合成树脂制，且经由四个螺丝108a、108b等相互固定。为了安装于电池组安装部50，上壳110形成有导轨机构，该导轨机构形成有两个导轨槽140、145。导轨槽140、145为长边方向与电池组100的安装方向平行并且从上壳110的左右侧面144、149向内侧凹下的形状的槽部。导轨槽140、145的槽部分的前方侧端部为开口端，后方侧端部为与凸起部126的前侧壁面相连接的封闭端。导轨槽140、145形成为与形成于工具主体10的电池组安装部50的导轨(未图示)对应的形状，在导轨槽140、145与工具主体10的导轨嵌合的状态下，通过锁存器爪103a、103b(在图3中看不见103b)进行卡止，由此电池组100固定于工具主体10。在将电池组100从工具主体10卸下时，将位于左右两侧的锁存器102a、102b向内侧推压，由此解除卡止状态，因此在该状态下使电池组100向安装方向的相反侧进行移动。
平坦的下层面111形成于上壳110的前方侧，形成为高于下层面111的上层面115形成于中央附近。下层面111与上层面115形成为台阶状，它们的连接部分成为形成铅直面的台阶部114。从台阶部114至上层面115的前方侧部分成为槽群配置区域120。在槽群配置区域120中以从前方台阶部114向后方侧延伸的方式形成有多个槽121～125。槽121～125是以在电池组安装方向上具有预定长度的方式切掉而形成的部分，在切掉而形成的该部分内部配置有能够与工具主体10或外部充电装置(未图示)的设备侧端子进行嵌合的多个电池侧端子131～135(以后在图4中说明)。槽121～125形成为能够使电动工具主体侧的终端从下层面111侧向后方侧滑动而***。
就槽121～125而言，与电池组100右侧的导轨槽140接近一侧的槽121成为充电用正极端子(C+端子)的***口。与槽121邻接的槽122成为放电用正极端子(+端子)的***口。另外，电池组100左侧部分的槽124成为负极端子(-端子)的***口。除了配置正极端子和负极端子以外，还配置使用于控制电池组100和工具主体10、外部充电装置(未图示)的用于信号传递的两个信号端子，在此，设置有：D端子用槽123，其对电池组侧的微型计算机接收工具主体10或外部充电器的启动信号，用于交换收发信号；以及LD端子用槽125，其输出电池组100内的微型计算机的异常停止信号(放电停止信号或充电停止信号)。
在上层面115的后方侧形成有凸起部126，该凸起部126的外形形成为从上层面115向上侧凸起。在凸起部126的中央附近形成有凹状的止动部126c。止动部126c为在安装电池组100时与电池组安装部50的突起部(未图示)触接的面。当电池组100安装到工具主体10时，配置于工具主体10的多个端子(设备侧端子)与配置于电池组100的多个连接端子(未图示)良好地接触而形成导通状态。另外，锁存器爪103a、103b(在图中看不见103b)起作用而对工具主体10和电池组100进行固定。在上层面115中导轨槽140、145的上侧部分形成有用于使出射成形更容易的槽口部115a、115b。
在下层面111的前方侧形成有俯视观察大致呈长方体的凹部112。凹部112为用于识别是否适合将电池组100安装于工具主体10的凹凸部，与形成于工具主体10侧的突起部(未图示)卡合。
图4是图1的A-A部的截面图。就电池组100而言，在通过使下侧具有开口的上壳110与上侧具有开口的下壳101的开口部彼此之间进行配合而划定的空间内，将三个额定3.6V的锂离子电池收容在内部。所使用的电池单元105～107为所谓被称为18650尺寸的直径18mm、长度65mm的电池单元。但是，也可以使用除此以外的尺寸、形状的电池单元。电池单元105～107以轴线方向成为前后方向的方式大致收容于下壳101内，将合成树脂制的隔板148覆盖于其上部，由此稳定地固定电池单元105～107。
隔板148使用作为非导电材料的塑料等合成树脂进行一体成形而制造，实现作为用于将电路基板130保持于其上部的安装基座的功能。隔板148呈覆盖电池单元105～107外周面的上半部分的形状，与下壳101的内壁面相接触的接合面148a、148b形成于左右端部。电路基板130成为用于焊接多个电池侧端子131～135的安装基座，并且搭载微型计算机等用于电池控制的电路部件。虽然在图4的A-A截面中无法看见，但是螺丝孔形成于电路基板130上，电路基板130通过未图示的螺丝被固定于隔板148。
在工具主体10的电池组安装部50上形成有导轨54、57，该导轨54、57从左右两侧的内壁部分向内侧突出，长边方向向前后方向延伸。终端部60被固定于电池组安装部50的底部且在左右方向上观察夹在导轨54、57之间的空间的上部。在电池组安装部50的外周面上以与手柄部13的外周面连续的方式设置有弹性体等弹性部件50a。
导轨54、57形成为向前后方向延伸，具有上表面和下表面，这些上表面和下表面以与电池组100的导轨槽140、145的内侧上壁和内侧下壁进行接触的方式进行卡合。终端部60由合成树脂等非导电性材料一体成形来进行制造，在此浇铸金属制的多个端子、例如正极输入端子62、D端子63、负极输入端子64、LD端子(异常停止端子)65。与终端部60对应的电池侧端子131～135位于槽121～125(参照图3)的内侧空间。
图5是表示具有微型计算机150的电池组100的电路结构的框图。当电池组100被安装到工具主体10时，图3示出的工具主体10侧的正极输入端子62、负极输入端子64、D端子63与电池组100的电池侧端子(正极端子132、负极端子134、D端子133)相连接。电池组100内包含的二次电池为锂离子电池单元105～107这三个，这些串联连接的正极侧输出与正极端子132相连接，负极侧与负极端子134相连接。在电池单元105～107的串联连接电路中设置有电流检测电路168，其输出使用信号线167被输入到微型计算机150的输入端口154。电流检测电路168的结构是各种各样的，但是只要在最简单的结构中使分流电阻(未图示)介于电池单元105～107的串联连接电路中，使它们的两端电压经由信号线167输入到微型计算机150的输入端口154即可。在该情况下，需要具有两根信号线167，需要两个具有A/D转换功能的输入端口154。第一电池单元105的负极侧通过地线169进行接地，因此成为接地端电位。
微型计算机150按照程序进行预定的运算处理，能够使用市场上销售的通用单片微型计算机。在此并未图示，但是微型计算机150构成为包括中央处理装置(CPU)、用于CPU的运算处理的时间测量的计时器、执行由CPU执行的程序的ROM(Read only memory：只读存储器)、以及用于CPU的运算处理的作业区域等的RAM(Random Access Memory：随机存取存储器)等。微型计算机150设置有多个输入端口(152a～152c、154、155)，输入到微型计算机150的模拟信号被转换为数字信号(A/D转换)。微型计算机150还设置有多个输出端口(151、153a～153c、156)，将来自CPU的指示信号(数字信号)以模拟信号(预定的电压值)进行输出。
由第一电压检测电路171、第二电压检测电路172、第三电压检测电路173构成的电压检测部170连接到三个电池单元105～107的正极侧端子。电压检测部170由第一电压检测电路171、第二电压检测电路172、第三电压检测电路173以及第一电路控制部181、第二电路控制部182、第三电路控制部183构成。第一～第三电压检测电路171～173的各输出与微型计算机150的输入端口152a～152c相连接。虽然未图示，但是第一～第三电压检测电路171～173还分别与接地端电位相连接(以后在图6中说明)，因此它们通过信号线176～178将与接地端电位之间的电压差成正比的电压信号输出到微型计算机150。第一～第三电压检测电路171～173并不始终将检测输出发送到微型计算机150，而是使用第一～第三电路控制部181～183在设定为电压检测ON的时间窗内进行动作，使用信号线176～178发送电压信号。也就是说，第一～第三电路控制部181～183的输入信号通过信号线186～188从微型计算机150的输出端口153a～153c输入，第一～第三电路控制部181～183作为切换控制电路而发挥功能。
经由信号线186向第一电压检测电路171输入启动信号(后述的栅极信号)，仅在被输入栅极信号期间，第一电压检测电路171的输出经由信号线176被发送到微型计算机150。同样地，第二电压检测电路172和第三电压检测电路173也通过第二电路控制部182和第三电路控制部183分别进行接通或断开的控制。微型计算机150的三个输出端口(D/A端口)153a～153c被分配用于向第一～第三电压检测电路171～173传递信号，因此使用第一～第三电路控制部181～183的接通断开控制能够独立于微型计算机150而进行。此外，在本实施例的电池组100中，所使用的电池单元(105～107)为三个，但是在将电池单元的个数设为n个(其中，n为自然数)的情况下，将微型计算机150的多个输出端口(D/A端口)中的n个分配用于电路控制部的控制。电池温度检测电路195构成为包括例如粘贴在电池单元的任一个、例如配置于三个中的中央的电池单元106外周的热敏电阻，其输出被输出到微型计算机150。
电源电路部160生成用于微型计算机150的动作的电源VDD、例如3.3V的直流的恒定电压而通过电力线162提供给微型计算机150。电源生成部161从第三电池单元107的正极侧和接地端电位163生成3.3V的恒定电压而提供给微型计算机150。电源开关控制电路164为用于启动(接通)电源生成部161的电路，当从电源开关控制电路164发送高电平信号时电源生成部161被接通，当提取高电平信号时电源生成部161被断开。也就是说，电源开关控制电路164具有使电源生成部161启动或停止的开关功能，因此当从D端子133经由信号线193输入启动信号时，电源开关控制电路164启动电源生成部161。
在紧接着电池组100被安装到未图示的外部连接设备之后或在外部连接设备的微型计算机从睡眠状态被启动之后，被输入到电池组100的D端子133的信号在外部连接设备为带微型计算机的设备的情况下为微型计算机的动作电压(例如3.3V或5V)，在外部连接设备为带微型计算机的设备的情况下，例如为与外部连接设备相连接的电池组的电压(在本实施例中10.8V)。因而，微型计算机150的D端子133被施加预定以上的电压，由此能够识别为外部连接设备被启动，并且被输入了其启动信号的电源开关控制电路164启动电源生成部161，由此将电源提供给微型计算机150，并启动微型计算机150。在微型计算机150上设置有两个电源端口157a、157b，一个连接有+3.3V的电力线162，另一个经由地线165进行接地连接。
通信电压电平移位190为生成通信用电压变化以与图1示出的工具主体10或未图示的外部充电器等外部连接设备进行通信的电路。通信电压电平移位190的输出通过信号线191与微型计算机的输入端口(A/D端口)155相连接(微型计算机150的接收用)，通信电压电平移位190的输入通过信号线192与微型计算机的输出端口(D/A端口)156相连接(微型计算机150发送用)。
在此，微型计算机150当从电源电路部160收到基准电压VDD的供给时启动，从输出端口151持续输出电源保持信号166，由此即使在来自外部连接设备的信号线193成为低电平的情况下，也能够将电源电路部160维持为接通状态。另一方面，在微型计算机150被启动时且从外部连接设备卸下而信号线193的信号消失或下降为低电平时，也能够使电源电路部160持续进行动作。并且，微型计算机150通过自己的判断将电源保持信号166的输出切断，由此使电源电路部160停止动作而能够自己关机。
微型计算机150使用第一～第三电压检测电路171～173的输出来检测和监视各电池单元的两端电压，进行放电和充电管理。在此，还包含获取单元平衡的功能、检测断线的功能等，但是针对电池单元105～107的充放电管理的具体控制方法，只要使用公知的电池管理方法即可，因此在此省略详细说明。此外，微型计算机150具有在检测出过电流、异常过热等异常状态时，经由LD端子135(参照图4)使工具主体10侧停止动作或使外部充电器停止充电的功能，但是在图5的电路图中省略LD端子135的图示、与LD端子135对应的微型计算机150的输出端口的图示。如上所述，微型计算机150起到所谓电池保护IC的作用，由此测量第一～第三电池单元105～107的电压，根据电流检测电路168的输出来测量流过电池单元的电流大小，控制充电和放电这两者以便正常地保持第一～第三电池单元105～107的状态。
接着，使用图6的电路图说明第一～第三电压检测电路171～173以及第一～第三电路控制部181～183的详细电路结构。第一电压检测电路171主要构成进行开关动作的晶体管TR1，晶体管TR1的发射极与第一电池单元105的正极侧相连接，集电极经由分压电阻R3、R4进行接地连接。分压电阻R3和R4的中间点作为第一单元105的电压检测信号并作为信号线176而被输入到微型计算机150的输入端口152a。晶体管TR1的基极经由电阻R2和晶体管TR2进行接地连接。晶体管TR2的发射极经由电阻R2与晶体管TR1的基极相连接，发射极进行接地连接。晶体管TR2的基极经由电阻R5与信号线186相连接，与微型计算机150的输出端口153a相连接。在晶体管TR2处于导通状态时，通过将电阻R1和R2的分压电压施加到基极，从而将发射极-集电极间设为导通状态，由此设置电阻R6。另外，在晶体管TR1的基极信号为开放时，将发射极与基极间设为0V，稳定地保持发射极-集电极间的、TR1的截止状态，由此设置电阻R1。
当高电平信号从微型计算机150经由信号线186输入到第一电路控制部181时，晶体管TR2的发射极一集电极间被导通，由此形成第一电池单元105-电阻R1-电阻R2-晶体管TR2的闭合电路。另外，将电阻R1和R2的分压电压施加到晶体管TR1的基极，由此使晶体管TR1导通。于是，形成第一电池单元105-晶体管TR1-电阻R3-电阻R4的闭合电路，因此电阻R3与R4的分压电压经由信号线176作为第一单元电压而输入到微型计算机150的输入端口152a。
如果信号线186从高的状态转变为低或开放，则晶体管TR2的基极-集电极间的电压大致成为0V，因此TR2的集电极-发射极间被切断。于是，晶体管TR1的基极电压相对于发射极并不存在电位差，因此晶体管TR1被截止，来自电池单元105的电流不会流过分压电阻R3、R4。于是，信号线176变得与接地状态相等，不对输入端口152a施加电压。如上所述，仅在经由信号线186输出高电平信号时，微型计算机150能够将第一电压检测电路171的输出经由信号线176输入到输入端口152a。
第二电压检测电路172、第二电路控制部182的结构与第一电压检测电路171和第一电路控制部181相同。但是，施加到分压电阻R9、R10的分压电压并非是第二单元106的电压，成为针对第一电池单元105和第二单元106的合成电压的分压电压。同样地，第三电压检测电路173、第三电路控制部183的结构与第一电压检测电路171和第一电路控制部181相同。而且，施加到分压电阻R15、R16的分压电压成为针对第一电池单元105至第三电池单元107这三个电池单元的合成电压的分压电压。
通过设为上述电路结构，能够使用具有多个输入端口和多个输出端口的通用微型计算机150，实现电池组的电压检测电路。另外，微型计算机150能够使用电压检测电路171～173这三个的测量值，计算电池单元105～107各自的单独电压。
接着，使用图7的流程图说明使用外部充电器进行充电中的微型计算机150的电压检测动作的过程。首先，当预定的直流电压经由信号线193输入到电源电路部160时，电源开关控制电路164使电源生成部161进行动作，由此基准电压VDD被供给至微型计算机150，从而启动微型计算机150(步骤201)。当启动微型计算机150之后执行步骤202以后的步骤，但是能够使用预先存储于微型计算机150的程序来以软件方式执行这些一系列过程。在紧接着启动之后，微型计算机150作为不进行充电动作的“非充电模式”，将用于电压检测的周期设定为“模式4”(步骤202、203)。在后文中说明“模式4”的内容。
接着，微型计算机150检查D端子133的输入电压，判断是否能够与外部设备(电动工具主体、外部充电器)之间进行数据通信(步骤204)。在能够进行数据通信的情况下、即与外部设备相连接的情况下，判断该外部设备是否为外部充电器(步骤205)。在步骤204中无法进行数据通信的情况下或在步骤205中外部设备不是充电器的情况下，微型计算机150维持“非充电模式”的状态不变来作为电压检测动作(步骤251)。在后文中使用图8说明“非充电模式”下的微型计算机150的控制过程。在步骤205中能够进行数据通信的对象为外部充电器的情况下，微型计算机150变更为“充电模式”(步骤206)来作为电压检测动作。接着，微型计算机150根据来自电流检测电路168的输出，判断是否通过外部充电开始对电池单元105～107进行充电(步骤207)。
在步骤207中开始进行充电的情况下，作为电压检测周期，微型计算机150将“模式1”、即、将检测周期设为5秒，在其中的1秒钟接通第一～第三电压检测电路171～173来进行电压检测，在其余的4秒钟不进行电压检测(步骤208)。这样在以检测的时间窗的比率进行观察时，将电压检测执行:电压检测停止设为4:1，从而控制为使电压检测部的电压执行时间比电压检测停止时间足够短。在步骤207中并未开始进行充电的情况下，作为电压检测周期，微型计算机150将“模式2”、即、将检测周期设为30秒，在其中的1秒钟接通第一～第三电压检测电路171～173来进行电压检测，在其余的29秒钟不进行电压检测，并且缩短电压检测执行时间(步骤211)。
接着，微型计算机150根据由第一～第三电压检测电路171～173检测出的电压来判断电池组100是否处于充满电状态(步骤209)。根据电池单元105～107的任一个的电压是否到达过充电阈值来判断是否处于充满电状态，微型计算机150能够使用第一～第三电压检测电路171～173的输出来进行判断。
如果在步骤209中并未到达充满电状态则返回至步骤207，如果到达充满电状态，则微型计算机150将用于电压检测的周期设定为“模式3”(步骤210)。电压检测用的“模式3”为第一～第三电压检测电路171～173中不进行电压检测的控制。另外，微型计算机150使用LD端子135向充电器侧发送充电停止信号。通过上述控制结束电池组100的充电模式。
接着，使用图8说明从电池组放电的状态时(非充电时)的微型计算机150的电压检测动作的过程。非充电时主要是指安装于电池组100的状态，且未安装于外部充电器(未图示)的状态(步骤201)。此外，在电池组100被卸下的状态下以单体的形式进行保管时，微型计算机150被关机，因此除非另行设置微型计算机150的启动电路否则微型计算机150无法进行电池单元105～107的电压检测。
在非充电模式下，微型计算机150首先将用于电压检测的周期设定为“模式4”(步骤252)。用于电压检测的“模式4”将检测周期设为5秒，其中的1秒钟接通第一～第三电压检测电路171～173而进行电压检测，其余的4秒钟不进行电压检测。接着，如果微型计算机150持续不从电池组100进行放电的未使用状态而到达预先设定的设定时间(例如几秒钟至几十分钟的范围的阈值)，则微型计算机150从输出端口151发送自己停止信号，由此停止电源电路部160的动作而将微型计算机150关机(步骤256)。步骤256所执行的状况为例如在将电池组100安装于电动工具1的状态、且在电池组100的微型计算机150被暂时启动之后，一段时间不进行触发杆16a的操作的情况。
如果在步骤253中并未经过预定时间，则微型计算机150判断是否从电池组100进行放电，在未放电的状态、即冲击工具1的触发杆6a未被扳动的状态持续的情况下，返回至步骤252。在步骤254中进行放电的情况下、即触发杆6a被扳动的情况下，微型计算机150将电压检测用的周期设定为“模式5”(步骤255)。用于电压检测的“模式5”为在第一～第三电压检测电路171～173中始终进行电压检测的控制。
图9是表示电池组100的微型计算机150的电压的检测周期例的表，例举了由图7和图8的流程图示出的模式。在此，作为电池组100的检测模式，分为“充电”与“非充电”这两个模式。“充电模式”为安装于外部充电器时的模式，除此以外为“非充电模式”。在“充电模式”下存在模式1～3的三个控制模式。模式1在执行充电的过程中检测电压时使用，将检测周期设为5秒，按每1秒分割的时间窗中仅1秒钟进行电压检测。在其余的4秒钟的时间窗中不进行电压检测。模式2在开始充电之前的高温大气中的电压检测时使用，将检测周期设为30秒，按每1秒分割的时间窗中仅1秒钟进行电压检测。模式3为完成充电而充满电之后电池组100从外部充电器取下之前的电压检测模式。模式3为充满电的状态，因此不进行电压检测。
“非充电模式”为并未安装于外部充电器时的模式，处于该模式的状况为电池组100被安装于电气设备主体的状态，是电池组100的微型计算机150启动的状态。而且是紧接着电池组100从电气设备主体取下之后且微型计算机150关机之前的状态。在电池组100被取下状态下微型计算机150暂时关机之后，除非安装于外部设备否则微型计算机150不会重启，因此不执行“非充电模式”。
“非充电模式”中模式4在电池组100被安装于电气设备主体时的电压检测时使用，将检测周期设为5秒，按每1秒分割的5个时间窗中仅在一个时间窗内进行电压检测。在其余的4秒钟的4个时间窗中不进行电压检测。模式5被设为在电气设备主体的触发杆6a被扳动时(进行放电时)的电压检测时使用，并在按每1秒分割的时间窗中的所有时间窗中进行电压检测的始终检测模式。
接着，使用图10说明第一～第三电压检测电路171～173中的电压检测时机。分别在图10的(A)～(C)中，电压控制信号186A、187A、188A表示输出到来自在图6中示出的微型计算机150的输出端口153a～153c的信号线186、187、188的信号电平。横轴为时间轴，表示时刻T(单位：秒)，纵轴为信号电平(单位：V)，表示是否为高电平(高电压)或低电平(低电压或0V)。在电压控制信号(186A、187A、188A)为高电平的情况下，由对应的电路控制部(181～183)对电压检测电路(171～173)进行动作，分压电阻(R3与R4、R9与R10、R15与R16)的输出经由信号线176～178被输入到微型计算机150的输入端口152a～152c。
图10的(A)是“非充电模式”的“模式4”中的电压检测控制。在此，在1秒单位的时间窗中，在前半部分检测电压而在后半部分停止电压检测。在电压控制信号186A、187A中，在时刻0～1秒的时间窗、5～6秒的时间窗中检测电压。在该时间窗中，仅在前半的0.5秒将电压控制信号186A、187A设为高电平，在后半的0.5秒为断开。在其接通的期间，与微型计算机的电压检测的读取周期相配合地进行电压检测。例如在电压检测的时机(周期)每隔1毫秒的情况下，只要每隔1毫秒依次读取电压，使用256ms的平均值即可。另一方面，电压控制信号188A在所有时间窗中切换高电平和低电平。
图10的(B)为“非充电模式”的“模式5”中的控制，在图9中检测进行时间表示为“始终进行”的控制。在此，所有电压控制信号186B、187B、188B在1秒单位的时间窗中，在前半部分检测电压而在后半部分停止电压检测。然而，该控制直到任何电池单元的电压小于3.0V为止，在未达到3.0V的情况下，不设定时间窗，如电压控制信号186C、187C、188C那样使第一～第三电压检测电路171～173连续运行而进行电压检测。如果任一电池单元的电压到达放电停止阈值电压，则微型计算机150经由LD端子135(参照图4)向电气设备主体侧发送停止指示信号。此外，在此，将切换为连续地进行电压检测的放电停止阈值设为3.0V，但是并不限定于该电压，只要根据所使用电池单元的种类来适当地设定即可。
图10的(C)为“充电模式”的“模式1”中的控制。在此，所有电压控制信号186D、187D、188D在1秒单位的时间窗中，在前半部分检测电压而在后半部分停止电压检测。然而，该控制直到任何电池单元的电压上升至4.1V为止，在成为4.1V以上的情况下，不设定时间窗，如电压控制信号186E、187E、188E那样使第一～第三电压检测电路171～173连续运行而进行电压检测。如果任一电池单元的电压到达充电停止阈值电压，则微型计算机150经由LD端子135(参照图4)向外部充电器(未图示)发送停止指示信号。此外，在此，将切换为连续地进行电压检测的充电停止阈值设为4.1V，但是并不限定于该电压，只要根据所使用的电池单元的种类来适当地设定即可。
以上，根据本实施例，由于不使用用于保护锂离子电池的专用保护IC就能够通过廉价的通用微型计算机来测量各电池单元的电压，因此能够实现降低电池组的成本。另外，将各电池单元的电压分压为微型计算机的电源电压以下并输入到微型计算机，并且抑制产生电路的功耗、各电池单元的失衡，因此能够实现电池单元不容易失去平衡的寿命长的电池组。即，在始终检测各电池单元的电压的情况下，各电池单元的功耗不同，电池单元105放电最大，接着，电池单元106放电最大。因此，通过在各电池单元中以不同时机进行电池单元的电压检测，由此能够使由电压检测电路消耗的电力在各电池单元中不同，因此与始终检测的情况相比能够抑制各电池单元产生失衡。
[实施例2]
在第一实施例中说明的电池组100中，仅以所使用的电池单元的数量来确保输入端口(152a～152c)和输出端口(153a～153c)，因此需要具有电池单元数量2倍以上的端口数的微型计算机。通常微型计算机的端子数越多则越昂贵，并且在此基础上还需要较大的安装空间，因此当增加电池单元时安装上的限制增加，从而有可能引起电池组的体积变大。因此，为了消减微型计算机的输入输出端口，将相互不同的多个功能分配至一个输入端口(152)，以分时方式切换并执行多个功能，由此消减所需的输入端口数。
图11是具有微型计算机150的电池组100A的电路图。与图6示出的电路图大致相同，但是不同之处在于，来自第一～第三电压检测电路171～173的信号线176A、177A、178A被集中而通过一个信号线176连接到通用输入端口152。因此，以不重复来自第一～第三电压检测电路171～173的电压控制信号186F、187F、188F的方式依次进行输出。
图12的(A)是充电中的电池组100A的微型计算机150的电压检测的时序图。在图12的(A)中，在5秒钟的时间间隔、即、时刻T＝0～1秒、5～6秒期间接通电压控制信号186F、187F。另外，连续地检测电压控制信号188F、即每隔0.5秒交替地接通电压控制信号188F。然而，当重复输出电压控制信号186F～188F时，将使来自第一～第三电压检测电路171～173的输出重复。因此，微型计算机以不对其重复的方式优先进行控制。首先，在时间窗0～1秒中，电压控制信号186F～188F均需要出现。因此，在最初的T＝0～0.5秒期间仅接通电压控制信号188F，接着在T＝0.5～1秒期间仅接通电压控制信号187F，接着在T＝1～1.5秒期间仅接通电压控制信号186F。在下一时间窗中，由于在前半部分已经接通电压控制信号186F，因此在该部分结束后的T＝1.5～2秒的期间仅接通电压控制信号188F。在时间窗2秒、3秒、4秒中仅接通电压控制信号188F，但是在时间窗2秒处，接通被偏转为时间窗的后半部分，因此一边保持其间隔一边在时间窗2秒、3秒、4秒的后半部分使电压控制信号188F出现。
在5秒的时间窗中，电压控制信号186F～188F均需要被接通。然而，根据时间窗2秒、3秒、4秒的关系，电压控制信号188F在前半部分保持断开状态。因此，在T＝5～5.5秒处接通电压控制信号187F而在T＝5.5～6秒处接通电压控制信号186F之后，在T＝6秒处恢复出现电压控制信号188F。其结果是，电压控制信号187F不会出现在5秒的时间窗中，但是，实质上仅包含0.5秒的停止时间，因此没有实质性影响。如果这样进行控制，则能够使用一个输入端口152从三个电压检测电路(171～173)输入信号来进行处理。
图12的(B)是放电中的电池组100A的微型计算机150的电压检测的时序图。在放电过程中，按0.5秒间隔来交替地接通电压控制信号188G、187G、186G，并对其进行重复。这样交替地进行电压检测，由此可以将信号线176A、177A、178A作为一个信号线176而输入到微型计算机150的输入端口152。此外，在此，将以0.5秒间隔对接通的电压控制信号188G、187G、186G进行切换，但是其时间间隔是任意的，也可以按更短的间隔或更长的间隔进行切换。
以上，根据实施例说明了本发明，但是本发明并不限定于上述实施例，在其不脱离其主旨的范围内能够进行各种变更。

Claims (14)

1.一种电池组，具备：串联连接的多个电池单元；多个电压检测部，其检测各电池单元的电压；以及控制部，其具有根据各电压检测部的输出来测量上述电池单元的电压的微型计算机，其特征在于，
在上述多个电压检测部中分别设置有切换控制电路，该切换控制电路使从上述电压检测部向上述微型计算机的输出接通或断开，
在上述电压检测部的输出侧分别设置有将检测出的电压分压为上述控制部的电源电压以下的电压的分压电路，
上述微型计算机根据由上述分压电路分压而得的电压来测量上述电池单元的电压。
2.根据权利要求1所述的电池组，其特征在于，
上述多个电池单元构成为从接地端侧起至少包含第一电池单元和第二电池单元，
上述多个电压检测部与通用的接地端相连接，
第一上述电压检测部仅检测第一电池单元的电压，
第二上述电压检测部检测第一电池单元和第二电池单元的合成电压。
3.根据权利要求2所述的电池组，其特征在于，
上述多个电池单元还包括第三电池单元，
上述电压检测部还包括第三上述电压检测部，
第三上述电压检测部检测第一电池单元至第三电池单元的合成电压。
4.根据权利要求2或3所述的电池组，其特征在于，
上述微型计算机具有与上述多个电压检测部对应的输出端口，
能够独立地切换多个上述切换控制电路。
5.根据权利要求4所述的电池组，其特征在于，
上述微型计算机具有与多个上述电压检测部分别对应的多个输入端口、或者与多个上述电压检测部共同连接的一个输入端口，
根据输入到上述输入端口的信号，将充电或放电的停止信号输出到外部电气设备主体或充电器。
6.根据权利要求5所述的电池组，其特征在于，
根据上述电池组的状态并按每个上述电压检测部来变更上述多个电压检测部的检测电压的时间间隔。
7.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，
在由外部充电器对上述电池组进行充电的过程中，控制为使上述电压检测部的检测电压执行时间比电压检测停止时间短。
8.根据权利要求7所述的电池组，其特征在于，
在上述电池组被安装于外部充电器的状态下，将执行充电中的上述电压检测部的电压检测间隔设为比等待充电中的上述电压检测部的电压检测间隔短的时间间隔。
9.根据权利要求8所述的电池组，其特征在于，
在上述电池组被安装于外部充电器的状态下且结束充电之后，上述控制部不进行基于上述电压检测部的电压检测。
10.根据权利要求6所述的电池组，其特征在于，
在上述电池组被安装于电气设备主体的状态下且未进行放电的等待时，以比电压检测停止时间短的时间间隔进行基于上述电压检测部的电压检测。
11.根据权利要求10所述的电池组，其特征在于，
在上述电池组被安装于电气设备主体的状态下且处于放电中时，以固定间隔始终进行基于上述电压检测部的电压检测。
12.一种电气设备，其特征在于，具有：电池组安装部，其安装权利要求1～11中任一项所述的上述电池组，通过来自上述电池组的电力使作业设备运行。
13.一种电池组，具备：串联连接的多个电池单元；多个电压检测部，其检测各电池单元的电压；以及控制部，其具有根据各电压检测部的输出来测量上述电池单元的电压的微型计算机，其特征在于，
在上述多个电压检测部中分别设置切换控制电路，该切换控制电路使从上述电压检测部向上述微型计算机的输出接通或断开，
在上述电压检测部的输出侧分别设置有将检测出的电压分压为上述控制部的电源电压以下的电压的分压电路，
上述微型计算机具有：
与上述电池单元的数量相同且与上述电压检测部分别连接的输入端口数；以及
与上述电池单元的数量相同且与上述切换控制电路分别连接的输出端口数。
14.一种电池组，具备：串联连接的多个电池单元；多个电压检测部，其检测各电池单元的电压；以及控制部，其具有根据各电压检测部的输出来测量上述电池单元的电压的微型计算机，其特征在于，
在上述多个电压检测部中分别设置切换控制电路，该切换控制电路使从上述电压检测部向上述微型计算机的输出接通或断开，
在上述电压检测部的输出侧分别设置有将检测出的电压分压为上述控制部的电源电压以下的电压的分压电路，
上述多个电池单元构成为从接地端侧起至少包含第一电池单元、第二电池单元、第三电池单元，
上述多个电压检测部与通用接地端相连接，
第一上述电压检测部仅检测第一电池单元的电压，
第二上述电压检测部检测第一电池单元和第二电池单元的合成电压，
第三上述电压检测部检测第一电池单元至第三电池单元的合成电压，
上述微型计算机以不均等的方式进行基于第一上述电压检测部至第三上述电压检测部的电压检测。
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