TWI268839B - Cordless power tool with tool identification circuitry, the battery pack thereof and the method thereof - Google Patents

Description

1268839 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於無線電動工具，特別係關於具有工具識別電 路的無線電動工具。 【先前技術】 热線電動工具已被廣泛地應用，例如建築應用、火災和營 ，應用專和—些然線電動卫具的例子包括但不受限於：無線 】鑽、碰藝、無線往復雜、無線砂輪機、無線螺絲起子和 手，筒。無線電動X具使用-可充電電池組來提供能量使工具 ^。邊可充電電她可從無線電動工具移除並將其連接至一 外接電池充電器以達到充電之目的。 mi ΐ池組I包括—或多個電池，亦可包括—監測電路，該 =電路可絲監測例如電池電壓值、放 線，工具和電池組之種類繁多不及備載。同一電： 、、且可應用於多種無線電動工具中。麸而，

^報關於該無線電動工具相關資訊之設計'因：二無：J ，需要一種工具識別電路，用來向-***ί 包池、、且通報忒無線工具的特定資料。 【發明内容】 本發明之-特點，在於提供一種無線電動工具， ，別，路’其提供—1具識別訊號至—電池-，W亥工且 識別訊號代表該無線電動工具之-特定資料。 線電動工 5 1268839 该工具識觀號代表該無線電動工具之—特定資料。 和—監測㈣電路。—旦該電池組被雛至該無線電動工 i測，電，收—來自無線電動工具之工具識別訊 本發:月之又—特點’在於提供—種電池組，包括：至少一 _接至該無線 计A » ，w動工具之工具 /、中该工具識別訊號代表該無線電動工具之一特定資料。 【實施方式】 ρif了文之實施例，本發明的特徵和優點將更顯著，立中 細同構ί皆以相同元件符號標註。儘管下文的詳 鐵叙么士式乡、考所不貫施例進行’但許多元件之置換、修改和 i權利伴，ί通常知識者所能輕易完成，故本發明請求保護 之椎利保濩乾圍不應為下述各實施例所限。 又 為一 fii:無巧動工具⑽之立體圖。無線電動工具觸 i^、i=本發明相關實施例也將以此為例，以利說明。 = =、：电動工具刚可以是任何類型的無線電動工具，盆包 絲無ϊ=無.復鋸、無線砂輪機、無線螺 使無線電動工具100運作。該可充電電池組10Μ 達到、充上>取出，並输至一外部電池充電器’以 包的目的。無線電動工具100還包括一扳機 。對於電鑽，使用者藉由按壓和釋放扳機104可抑 口又置扳钱的位置以控制手電筒的亮度。 κ:雍明熙線電動工具電源供應系統200之方塊圖。 ㈣獅、扳機104和 糸·田拉U )路230。本文相關實施例所使用的“電路，，可 化可程式化祕、狀織電路及/或儲存可程式 私 仃拍々之韌體，這些電路可單獨使用或任意組合。 1268839 所需提供電源供應系統· L列 由,放電開關209調節向負載，提供之電力。 ，中’放電開關可為-場效電晶體(FET) = f = 舰度母一电池的電池電壓值以及元件的電壓降。 比較則值和相關的門姆“)值作

208就將i視a ’、、丹斯『或等於該相關門播值’監測電路 pit見為一過載(〇Verl〇ad)狀態。例如，過載狀能可以曰 大於或雜-代表最讀轉流= 值。在又—實 以疋電池的賴值大於轉於—電 α過載狀恶可 !〇2 該輸出控制峨提供纽電開關，帛 ’ 關209，其中之過載狀離為雷砷 礙叩£11)放黾開 最大放電電流門=為〜也203的放電電流大於或等於一 訊提供-控制 ==:)£S:= 號的工作週期減小’放電開關，的v合時;就 1268839 供至負载_的放减減小。 路208。^工1^ ^供一工具識別訊號至該監測控制電 如一特定；動工具鱗《料，例 別訊號可為該盈線 大^电▲。再如，该工具識 p_。監測控制電路^可提=過f,點伽驅1峨切 供一工號具綱f路受顺細湖鎌，進而提 接至電池組102是否適當地搞 電動工具的=。偷以=顧電池組是否支援該特定無線 該無線電動工具，$二^ =池組102沒有被適當地輕接至 ===以到-適當工具識別訊號電 無線電動工具之間H商^^的安全性。若該電池組與該 1〇2 "：；f^ 组可顺至不同的無線=:1二中有;； 的某些無線電動工具可相容而正常運作。 …、有特疋 性能:無線電動工具時，有可能導致該工具 者，即轾^ |生安全上的_。本發日雜習知技術為佳 工呈類路230可提供一代表該特定無線電動 麼電池.二拒絶;提:：!=;且不f f亥工具，那 統的安全性。％疏仏相關訊息，猎此進—步提升系 具識=路=明^具識別電路230 一實施例之電路圖。該工 电〜括·一具有—固定電阻值之簡單固定電阻 。賴疋阻值代表該特定無線電動工具的某—特性，例 1268839 2;〇 為該特定無線電動具的熱過載點。該固定電阻 約德，兮“目1^測控制電路208的刺激訊號(例如一電流訊 識別電路23〇a根據該刺激訊號，提供-工具識 p i 血測控制電路208。根據該固定電阻250之值和一 二?=ΐ 7得到-可預知的回應，該回應可被測量並 和4 寸疋工具特性相互關聯。 好HB為本發明工具識別電路230另一實施例之電路圖。 路23%包括便宜的被動@assive)元件，例如，i 聯的電容252和電阻254。

圖2C為與本發明工具識別電路23〇a/23〇b搭配使用之龄 電路208 -實施例之電路圖。該監測控制電路識& $ 二ft口控制電力，包括：電流源27◦、開關SW卜類比-數位 t/i(ADC)272 L處理器285和記憶體287。電流源270提供 hi目二小(例如1耄安培)的定電流及一最大電壓Vmax。ADC 27y買取電流源27〇的電壓輸出，並該電壓輸出由類比訊號轉 至數位訊號供至該處理器285。 备兒池組102a未耦接至該無線電動工具時，開關SW1是 閉合的，其中該開關SW1可由處理器285直接或間接控制。 由於電流源270無貞載，其電壓輸出隨後可提高至它的最大電 壓值ymax。當電池組102a耦接至該無線電動工具時，電流源 270提供一刺激訊號(例如，一電流訊號)至該工具識別電路 2=a/23()b。再者，由於電阻勘的電阻性負載雛至電流源 270，工具識別電路可根據固定電阻280之電阻值，提供一工 具識別訊號至該監測控制電路2〇8a。電阻280可為圖2A實施 例中的單獨的電阻250，或圖2B實施例中的電阻254。從^ ^ 電阻280的電阻值造成之電壓降，可使電流源27〇產生—低於 Vmax的電壓值，該電壓值經ADC272轉換後，提供至處理器 285。處理态285可將該轉自該電壓降或該電壓值之訊號，與 9 1268839 動工具之一工具特性(例如，從記憶體287中取得之 =生貧訊)產生關聯。該無線電動工具特性可為— 量測值太小，例如小於1GG歐姆，則可視為充/ 感測控制端(Vsense端)222與Vpack端29〇短路，該盔 包動工具將無法被致動(activati〇n)。 …、、 带—對於圖2B中具有並聯的電容252和電阻254(或圖％ 1%2522^電^珊)之實施例而言，處理器285可先根據電阻 ^巾包阻28())之電阻值，如前所述獲得該無線電動工 ^ 第工具知'性。接著將開關SW1斷開(〇pen)使電容252 =電阻280放電。處理器285接著可將該放電至)一更預=^ 中^ίίί線電動工具之另一工具特性(例如，從記憶體287 =取仔之訊)產生關聯，從而獲得該無線電動工呈之一 性如無線電動工具的熱過載點)。同理，於電池 電位之計算電容252的充電至一預設 $ ίίϊ 其無鱗電動工具之另—蚊特性相關 π，亦可達馳得該鱗f動工具之—第二卫具特性之目的。 mi具識別電路230亦可利用其他方式完成。例如，在一實 】可ί丨具識別電路230巾使用—微控制器，該微控制 iiii 通信。在另一實施例中，也可在工具 208相互通f。中使用數位串列匯流排，以和監測控制電路 中盘^ f 2明電源供應系統3〇Q —實施例之方塊圖。圖3 元Γ相同的元件符號標示，為了簡潔起見， ί ί ^ ΐΐί14 01 300 ^ ^240a 例士-杜、/、透過一相連的齒輪組(未顯示)驅動一元件142。 夾頭，其係_持電鑽鑽 為佳者，在於可去除無線電動工具中， 馬達34G輸入側之速度控制開關，取而代之的是直制 10 1268839 =文兒開關2G9控制放電電流，從而控制由馬達3 的元 件142的速度。 逮度遙擇電路310接收一表示扳機1〇4位置之訊號，該訊 ' =即代表然線電動工具的元件142之期望速度。根據扳機1〇4 、 ^位置，該速度選擇電路316提供-代表該期望速度的輸入訊 =至屯池組102之監測控制電路2〇8。監測控制電路2〇8進而 供一控制訊號至放電開關209，藉由控制提供至馬達34〇的 放電電流來控制元件142的速度。 旦热線電動工具在使用時，使用者按壓扳機1〇4至一期望的 響 絲控日制元件142的速度。速度選擇電路316根據扳機104的 位置’提供一輸入訊號至監測控制電路2〇8。監測控制電路2〇8 包括一 PWM產生器，該產生器根據速度選擇電路316的輸入 =號丄更改PWM訊號218的工作週期。PWM訊號218可在 固定頻率工作，例如5至1〇千赫茲(KHz)。當pwM訊號的 =作週期增加時，放電開關209的閉合時間也增加，因此無線 電動工具的元件142的速度就增加。反之，當PWM訊號的工 作週期減少時，放電開關209的閉合時間減少，這樣電動工具 的το件142的速度就減少。在一實施例中，pWM訊號的工作 週期可以從大約10%(慢速)變化至75%(快速）。 帝圖4為本發明無線電動工具電源供應系統另一實施例之 電路圖、。放電開關209可為場效電晶體。場效電晶體 Q1、可為一金屬氧化半導體場效電晶體(M〇SFET)，例如一 p 通道 MOSFET (PMOS)或一 η 通道 MOSFET (NMOS)。電池组 l〇2a 也包括多個電池 203]、2〇3_2、…、203^!)^ 203-n 〇 電池組102a提供電力至多個負載，包括馬達繞組24%。二極 體410可與場效電晶體Qi並聯，以允許充電電流流入電池 203-1、203-2、…、203-(n-l)和203-n，並且防止來自電池的放 黾電流。電池組l〇2a可選用一組狀態指示器406，以提供監 11 1268839 測控制電路208顯示各種不同狀態的指示訊號。 4S9 ^度選擇電路3163包括一可變電阻454，其與另一電阻 如了 ·义黾阻衫4可為一電位計(p〇tenti〇meter)。可變電 54的電阻值係隨著扳機104的位置而變化。因此可變電阻 阻值，可代表兀件142(見® $的期望速度。另電阻 it^阻值可代表最纽電電流。對於如手電解低成本的 具速度選擇電路现可以選用較便宜的放電限 =a 、或可變電源的控制機制。監測控制電路208使用一 ^ 控制端422接收來自速度選擇電路316a關於期望 =又的讯號’亚根據該訊號更改PWM訊號218至一特定的工 作週期，以使該元件142達到所期望的速度。 mL5,為本發明監測控制電路 實施例之電路圖。該 (1d=4電ί，包括：開關網路502、類比-數位轉換器 ·ί D、處理^5。6、驅動器5。8、記憶體534、保護電路 一^*侧產生器51G。處理器5G6指示開關網路502選擇 ί ίΓΙ"1 '2〇3'2、·.·、203似）或 203_η 以供監測。 二後母，藏池各自的類比電池電壓值’可經由開關網路搬取 f : Ϊ樣的類比訊號隨後被ADC 504轉換為數位訊 處理益5G6。因此處理器506接收來自ADC 5〇4 =各個電池203-卜203-2、…、203^)和203_n的電壓值 的數位訊號，並將這些訊號與不同的電壓門植值做比較广 例如3在電池、组102充電期間’監測控制電路2〇8b可於 ，池電壓值，以觸是否有任何電池電壓值超過—過電壓^ Ϊ預則處理器篇可採取一些預防措施。此 專預防!日知可為精蛛供-訊號至驅_ SQ8，以驅動 $開關斷開’從而停止充電。又例如，在電池組1〇2放電期間， 制電路2G8b可監測電池電壓值，以判斷是否有任 >電壓值小於-欠電壓門贿。如果達到此欠電壓門植值，處 12 1268839 506可指祕取一些預防措施。此等預防措施可提供一訊 號至驅動器508驅動一特定的開關斷開，從而停止放電。 處理器506也可指示開關網路5〇2閉合一開關(例如圖2c 的開關SW1)，使ADC 504監測電流源27〇的電塵(見圖 接著電流源270提供-刺激訊號㈣，一電流^)二‘ =路，從而’該工具識別電路可提供—工具識別訊號至監測 控制電路208b。該訊號可以與該無線電動工具之一工具特性 (例如’從記憶體534巾取得之特性資訊)產生關聯，而不同的 工具識別訊號可與不同之工具特性產生關聯。 牧理器506也接收來自保護電路524的其他訊號。保護電 通常監測流入(歧模式)或流出(放電模式)電池組102 处电,，以^現不同的電流過载狀態(例如過電流或短路狀 f理器5G6警示此等狀態，以採取預防措施。例 口 : 感測兀件(例如圖4中之感測電阻4〇4)可在1流入 池，電流值變化時，向保護電路524提供一細 ^號嗜護電路524將該電流值和不同的門捏作比 二1，處理益5。6提供一訊號，通知處理器一過電流狀能或 一短路狀態，處理器5〇6就可以採取適當之預防措^ 娜Pwm器510接收一來自速度選擇電路316、遍的 放^咖如® 4巾之場效電晶體Q1)，提供一 狀能，^出/遽。處理器5〇6允許pwm訊號控制放電開關的 狀態、發生為止。當過載狀態(例如額外的放 H t處理裔506使PWM發生器51G失能(disable)， 可開放電開關。亦即，監測控制電路2〇8b ti)應產生器510 ’以在適當的時候控制 也可以使PWM^L賴錢狀麟，監触制電路208b 也m使PWM發生器51〇失能，並斷開放電開關。 圖6為本發明—實施例之操作流程圖。於該操作流程600 13 1268839 中，步驟602包括：將—電池 > # ϋ ==¾當地 具識別訊號代表該無線電動工;電池组’該工 組接收該卫錢職路得《使該電池 知的。此ί 财邮是無法得 流，或特定玉具的―線電動I具的最大放電電 具是否使用相容的電池会且有^即，該無線電動工 電池組將拒絕放電，藉此改 ===；具識別訊號時，該 性，㈣沒有局限 (或部分特徵）所i干么t料亚不思欲排除其他與本發明 請專利範圍内，本發明ΐ二均等物，應該明白在申 他的修改、變化有多種修改。本發明還可能存在其 些均等物。 卩此，申請專利範圍旨在涵蓋所有這 【圖式簡單說明】 圖1為一無線電動工具的立體圖； 圖2為本發明鱗電紅具電祕應系統之方塊圖； 圖2Α為本發明工具識別電路一實施例之電路圖； 圖2Β為本發明工具識別電路另一實施例之電路圖； 3 編^祕配使狀監·制電路一 1 θ為本ι明％源供應系統—實施例之方塊圖，其中負載為_ 1268839 驅動無線電動工具的元件的馬達； 圖4 ^本發明無線電動工具電源供齡統另之電路 圖5為本發明監測控制電路另一實施例之電路圖；及 圖6為本發明—實施例之操作流程圖。 【主要元件符號說明】 100 無線電動工具 1〇2電池組 102a電池組 104 扳機 142 元件 200電源系統 203 電池 203-1電池 2〇3·2電池 203_〇1)電池 2〇3-η電池 208監測控制電路 208a監測控制電路 208b監測控制電路 209放電開關 218脈衝寬度調變訊號 222充/放電感測控制端 (Vsense 端） 227 路徑 230 工具識別電路 230a工具識別電路 230b工具識別電路 240負載 240a負载 240b負載 250 電阻 252 電容 254 電阻 27〇電流源 272 類比數位轉換器 280電阻 ^ 285 處理器 287 記憶體 290 Vpack 端 300 電源系統 316 速度選擇電路 316a速度選擇電路 340 馬達 404 感測電阻 406 狀態指示器 410 二極體 422 充/放電感測控制端 15 1268839 452 電阻 454 可變電阻 502 開關網路 504 類比數位轉換器 506 處理器 508 驅動器 510 PWM產生器 524 保護電路 534 記憶體 600 流程圖 602 步驟 604 步驟

Claims (1)

1268839 十、申請專利範圍： 1· 一種無線電動工具，其包括·· 供—I具識別訊號至-電池組，該工具 為取號代表€線電動工具之至少—特定資料。 範圍第i項之無線電動 ⑨ ϊ;:;=具;’該電池組提供-刺激二二= 資料ί;=:缸具識別電路根據該刺激訊號提供該特定 3. 電具’其中該工具識別電路 一第一工具特性隸供與 ::識=據_激訊號提供與-第二工具侧 5. ;:!t:範!第1項之無線電動工具，射該電池組包括： 制電路’―旦該電池組被 • ㈣收-來自該工具識職路之t紅具識^=動工糾， 6·如申請專利範圍第5項之無線電動工具， 括：一與該無線電動工具的電力參數相關聯之包 •比較，並且如久“ Κίίϊ，和該相關聯之門播值作 出訊號。&亥皿測值大於或專於所述門棍值，即提供-輸 7. 如申請專利範圍第6項之I線雷且， 該無線電動工具之最大放電電流。/…、〜特定資料包括 8. 如=4專她圍第6項之無線電動卫具，其巾― 該播線電動工具-元件熱過載點。 °為疋貝料包括 1268839 9.:===線電動工具，其中該项別訊號 特定無緣電動卫具類型=電，組未獲得所支援之 至該無線電動工具。 識別汛虓，則該電池組拒絕供電 瓜如申請專利範圍第9項之 當地耦接至a、、、、屯動工具，其中右該電池組未適 電池組 線讀工具，則該工具識別訊號不被提供至該 u·—種^鱗《^具之方法，其包括： ，接一電池組至一無線電動工具；及 —旦該ίίίίΓΓ無線電動工具，就提供—來自該無線 代表該無池組’該™號 12ί電申項之方法’其中當該電池組雛至該無 動工ί後7:;: = i組提供一刺激一—)訊號至該無線電 該電池組/逸泉電動工具根據該刺激訊號提供該特定資料至 利範财12項之方法，其中該無線電動工具包括- 阻=電路’該工具識別電路包括一具有固定電阻值的電 旦‘广峨據_激訊號提供與—第—卫賜性相關聯之工 丹硪別訊號。 叫專利範圍第13項之方法，其中該電阻更並聯-電容， =容根_齡減減與-第二卫具雜相_之工具識 別成就。 •如申睛專利範圍第11項之方法，其中該電地組包括·· 至少一電池及一監測控制電路，且 旦該電池組被耦接至一無線電動工具時，即接收一來自該工 具識別電路之該工具識別訊號。 2 1268839 ^範㈣15項之方法，其中婦定資料包括：-與 動工具的電力參數相關聯之門樓值(thres_)，、 以皿12路將至少，電力參數監難和該相關聯之門檀值 乍比較，並且如果該監測值大於或等於所述門檻值， 提供一輪出訊號。 ㈣特樹為該無線電 ，其鴻犧為該無線電 第11項之方法’其中該卫具識職號代表-卫具的類塑，若該電池組未獲得所支援之特定無 線ί動^^痛型之工具識別訊號，則該電池組拒絕供電至該無 專 第19項之方法’其中若該電池組未適當地轉 接至為热、、泉电動工具，則該工具識別訊號不被提供至該電池組。 21. —種電池組，其包括： 至少一電池；及 ’ 一旦該電池組被耦接至一無線電動工具時， 訊號代，-具識別 霸21項之f池組，其憎特定㈣包括：— 制值’其中該監測控 甚奸、悲Γ力多數監測值與該相關聯之門播值作比較， 制該電，_—輸出訊號以控 23=33^=池組’其_定資料包括該無 1268839 24·如申請專利範圍第22項 、、泉兒動工具之熱過载點。 、、且，其中該特定資料包括該無 25·如申凊專利範園第2】項之带 :特定無線電動工具的類型，芸:二其中該工具識別訊號代表 無線電動工具類型之工且 f=見池組未獲得所支援之特定 热線電動工具。 ，則该電池組拒絕供電至該 26·如申請專利範圍第25 耦接至該無線電動工具 組。 員之電池組，其中若該電池組未適當地 則該工具識別訊號不被提供至該電地 27 ·如申叫專利勒^圍第21 js 一 無線電動卫具池組’其中當該電池_接至該 電動工具，貝憤供一刺激(stimulus)訊號至該無線 至該電池組。…、、動工具根據該刺激訊號提供該特定資料