CN201032639Y - 用于无塞绳电动工具的电池组 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于无塞绳电动工具的电池组和该电池组内可提供限制电池所需的机械支撑的内部部件配置。所述电池组包括：支撑电子模块和连接到电子模块的电池接线板的上壳体；及容纳多个被限制在一对端帽之间的单电池的下壳体，每一端帽包括多条延伸横过其外表面并被电连接于对应的电池与电子模块之间的读出线。所述配置包括：多个设置在下壳体内的单电池；一对端帽，其将电池限制在端帽的内表面之间；及多条延伸横过各端帽的外表面的读出线，每一读出线具有电连接到上壳体内的电子模块的第一端和电连接到端帽之间的对应电池的第二端。本电池组能更好地避免震动或冲击引起的故障并具有能适应不同电池的形状系数的灵活性。

Description

用于无塞绳电动工具的电池组

技术领域

一般而言，本实用新型涉及一种被构造成用于向无塞绳电动工具系统的工具供电、壳体内具有内部部件配置的电池组(bateery pack)，本实用新型还涉及用于电池组的内部部件配置以及在电池组内配置所述内部部件的工艺。

本申请根据35 U.S.C.§119(e)要求享有以下美国临时专利申请的优先权，这些临时申请是：Daniel J.White等人于2005年10月31日提交的流水号为60/731,269、名称为“BATTERY PACK FOR CORDLESS POWER TOOLS”；Steven J.Phillips等人于2005年10月31日提交的流水号为60/731,486、名称为“BATTERY PACK INTERNAL COMPONENT ARRANGEMENT”；和StevenJ.Phillips等人提交的流水号为60/836,396、名称为“WELD STRAPIMPROVEMENTS FOR BATTERY CELLS”。它们中的每一件申请的全部内容都作为参考被结合于本申请中。

背景技术

利用可再充电电池的无塞绳产品或装置广泛应用于工厂和家用。可再充电电池可用于从计算机产品和/或家庭用品到电动工具的多种装置上。镍-镉、镍-金属-氢电池和/或锂-离子电池可以用于这些装置中。由于这些装置使用多个单电池(bateery cells)，因此通常将这些单电池封装成电池组。可将这些电池组与无塞绳装置耦连因而将电池组固定到装置上。例如，也可从无塞绳装置上取下电池组，并在电池充电器中对其进行充电或者在无塞绳装置本身中对其进行充电。

随着电池技术的日益发展，越来越需要智能化的电池组以用于如能自监测的无塞绳电动工具之类的无塞绳装置。这种自监测的特点必须要将电子器件和传感器设置在电池组内。目前的电池组设计、如针对无塞绳电动工具以及无塞绳电动工具系统配套的充电器的设计通常未能提供合适的支撑结构/壳体以机械地保持所有这类部件和单电池。

例如，在多个电池的电池组内，需要将各电池彼此电连接。这通常通过在电池之间焊接导电的电池连接带来实现。这些形成在电池罐和导电连接带之间的焊接点对于电池组的工作和性能是至关重要的。由于这类焊接的重要性，必须对生产过程进行严格控制。

不良焊接可能导致用线路测试器的一端检测出的开路电池组或者被废弃或者需对其进行返工，这势必增加生产成本。边缘焊接可能损坏这些区域，或者形成开路的电池组，或者形成高阻抗的电池组。使用者往往发现要么电池组丧失功能要么性能下降。

对制造单个电池组时所需的多个连接带进行定位和限制的生产过程非常困难，需要附加的固定件和额外费用。通常，在焊接过程中，生产者利用夹具使电池定位并用另外的固定件{或覆盖件(mark)}使连接带相对于电池固定定位。一旦焊接完成，则撤去掩饰件和夹具并将获得的“核心组件(core pack)”(例如，由它们的焊接的电池连接带固定在一起的电池)插入其壳体内。

这种制造工艺可能在焊接点上产生残余应力。电池被限制在某一位置同时处于加工夹具内。对处于加工夹具内同时被限定在某一位置的电池进行焊接。然后撤去夹具，于是电池可以自由移动。之后将电池插入电池组壳体中，迫使电池处于不同位置或朝向。换句话说，电池在电池组壳体内的位置不一定正好就是电池被焊接时的位置，因此在连接带-罐界面处的焊接点上产生应力。当这样的电池组在系统中工作时，比如将其与无塞绳电动工具连结时，一旦操作时引起震动和/或工具意外掉落，这些焊接接头很容易因为电池组壳体内的内部部件装配时所产生的残余应力而出现故障。

此外，新式的电池组通常整个电池组需要多根信号-电平导线。这些导线将关于电池组的状态的信息传送到电池组内的如微处理器或微控制器之类的控制单元。由于此信息是从电池组内不同位置采集到的，因此这些导线的布线(wire-up)对制造商来说也是一种挑战。

举例来说，在能进行自监测的新式电池组中，各电池的电压由电池组内的如微处理器、微控制器之类的控制器分开监控。这就要求将每一电池连线到控制器上。由于这些信号本身的电流很小，因此可用占用电池组内较少空间的细测量线(gage wire)作为信号-电平导线。然而使用细测量线对于电动工具的场合是一种挑战。在操作中电动工具电池组可能经受极强的震动(比如在无塞绳往复式电锯的操作中)以及剧烈的机械冲击(比如使用者的工具从高楼上掉落)。在这些情况下，被焊接或超声波焊接(或其它刚性连结)到电池上的细测量线都很可能出现故障。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种壳体内具有内部部件配置的电池组以及用于电池组的内部部件的配置。

根据本实用新型的一方面，提供一种用于无塞绳电动工具的电池组。该电池组包括支撑电子模块以及与电子模块连接的电池接线板的上壳体、和容纳多个限定在一对端帽之间的单电池的下壳体。每一端帽包括多条延伸横过其外表面且在对应的电池和电子模块之间形成电连接的读出线(sense line)。

根据本实用新型的另一方面，提供无塞绳电动工具的电池组中的内部部件配置。该电池组包括上壳体和下壳体。所述配置包括多个设置在下壳体中的单电池；一对端帽，其将所述电池限定于端帽的内表面之间；和延伸横过每一端帽的外表面的多条读出线。每条读出线包括与上壳体内的电子模块电连接的第一端以及与端帽之间的对应电池电连接的第二端。

另一示例性实施方式涉及在电池组的壳体内安装多个内部部件的方法。在该方法中，提供一对端帽。每一端帽包括多个形成在其内表面的、间隔分开的凹部，凹部被成形为用来接收多个电池连接带和一对电源终端引线(power terminal leads)。每一端帽包括多个间隔分开的出入孔(accesshole)，每一出入孔延伸穿过形成在端帽内表面的对应凹部。

电池连接带和引线被置于间隔分开的凹部内，使得每一电池连接带或者电源线的一部分都通过对应的出入孔暴露出来。多个圆柱状单电池被设置在端帽之间，这样对应的电池的端部就与给定的电池连接带或引线在通过对应的出入孔暴露出来的接头处相接触。两端帽的侧面具有与圆柱形电池的圆形相符的裙状花边形，以将电池限制在它们之间。电池连接带和电源线穿过出入孔被焊接到电池上，以形成包括在端帽之间与连接带和引线相连接的电池的核心组件。核心组件内的端帽的外表面上连结有多条读出线。各条读出线的一端为被保持在核心组件的对应的出入孔中的弹簧端，以与电池连接带/单电池的接头相接触，各读出线的另一端被连结到形成在核心组件的各个端帽内的集成连接器上。随后将核心组件插入壳体内。

本实用新型所使用的端帽提供了能适应不同的电池形状系数的灵活性，利用这种端帽可方便地将从很多不同销售商处购得的电池用在单个电池组的设计中，而仅通过改变端帽设计的内侧就能适合不同的电池。因此只需重新加工端帽就可适应生产出的不同尺寸的电池，而不需要为了适应不同的电池尺寸而对电池组的下壳体进行重新加工。

附图说明

通过下面结合附图的详细描述，可更全面地理解本实用新型的一些示例性实施方式，附图中相同的元件由相同的附图标记表示。这些实施方式仅为图示说明，本实用新型不限于这些示例性实施方式。

图1为本实用新型一示例性实施方式的适用于向无塞绳电动工具供电的电池组的透视图；

图2为图1所示电池组的后视图；

图3为图1所示电池组的上壳体的内部部分的底视图；

图4为图1所示电池组的下壳体的内部部分的俯视图；

图5为电池组下壳体内的电池组内部部件的子组件的分解图；

图6示出了所述子组件的端帽；

图7A示出了电池连接带与给定端帽的内侧表面的连结；

图7B示出了具有接合切口的电池连接带的示例性结构；

图8示出了一个端帽内的单电池的配置；

图9示出了配置在端帽之间的电池，用以图示说明给定端帽的外表面上形成的与电池组内的电子模块电连接的各导电线；

图10A和10B示出了容纳单个单电池的罐的端面与对应端帽之间的电压读出线的弹簧端的配置；

图11为端帽的外表面的放大图，它图示说明了电压读出线与集成连接器的连接；

图12为电池组内部的局部视图，它图示说明了端帽与电子模块之间的电连接；

图13为上壳体的底视图，它图示说明了其中的电子模块的配置；

图14-16图示说明了本实用新型一示例性实施方式的无塞绳电动工具系统的无塞绳电动工具；

图17为上和下壳体之间连接点的局部剖视图，它图示说明了电池组内震动缓冲部件的使用情况；

图18为上壳体的侧视图，它图示说明了所述示例性电池组中的排出孔。

具体实施方式

总体而言，所述附图图示说明了根据本实用新型一些示例性实施方式的教导构成的无塞绳电动工具系统。仅作为实例示出的该系统的无塞绳电动工具包括圆形电锯10(图14)、往复式电锯20(图15)和电钻30(图16)。每一种工具10、20和30可包括适于由具有给定标称额定电压的电源供电的传统的直流电机(图中未示出)。

工具10、20和30中可由可拆卸的、标称额定电压至少为18伏的电源驱动。对于本领域技术人员而言，很显然，本实用新型不局限于附图中所示出的具体的工具类型，也不局限于指定的电压。事实上就这点而言，本实用新型的教导可适用于任何类型的无塞绳电动工具以及任何供电电压。

接下来继续参见附图，可拆卸电源具体体现为电池组1000。在图示说明的这些示例性实施方式中，电池组可以是可再充电电池组1000。电池组1000可包括多个串联连接的单电池和/或多列相互平行、串联连接的电池。

为了描述本实用新型的一些示例性实施方式，电池组1000可由为锂离子化学电池的一些电池组成。因为这些示例性实施方式涉及无塞绳电动工具场合，要求电源的标称额定电压必须高于传统的使用锂离子电池技术的低电压装置(例如笔记本电脑和蜂窝电话)，电池组1000的标称额定电压至少应为18伏。

当然，电池组1000例如可由其它以锂为基的如锂金属、锂聚合物之类的化学物质或如镍镉(NiCd)、镍金属氢(NiMH)和铅酸之类的其它化学物质的电池组成，利用所述化学物质形成电池组1000的各电池、电极和电解质。

如下面将更详细描述的那样，本实用新型的一示例性实施方式涉及适用于无塞绳电动工具的电池组的壳体中的内部部件配置。该配置可解决在组装用于电动工具的电池组时遇到的上述传统的问题，其中电池组包括多个电池以及相关的电子器件或信息部分。电池组内的内部部件配置提供所需的机械支撑以限制电池、路径并限制从电池到电子模块的读出线，限制电池组内的电子模块，并提供使电池组壳体内的所有组件接合的构件。

在一实例中，所述配置包括构形于端帽之间的多个电池。端帽的内表面上可具有凹部，用以接收电池连接带。电池连接带可穿过端帽上的孔隙被激光焊接到电池上。在另一实例中，可将这些电池连接带电阻焊接于端帽上。

在一实例中，每一端帽的外部表面可包括用于容纳读出线的预成形沟槽和用于容纳读出线的终端的相应的预成形连接器。该连接器与凹形连接器配合，以向电池组壳体内分置的电子模块提供电池的数据。

在一实例中，读出线的远端被构成为穿过端帽孔隙插入的压缩弹簧，以确保其与连接带/电池相连接地嵌合，而向电子模块提供检测到的电池的读数。

在一实例中，电池组的上壳体可容纳电子模块。电子模块与端帽之间的电池的内部部件配置分离，同时电压读出线在端帽内，连接器也在端帽内。电子模块包括起热沉作用的浇注盘(potting boat)，该浇注盘用于并容纳装有电池组电子器件的PCB。与电池连接的端帽的读出线经由合适的连接器和配线再又与电子模块电连接。

图1为本实用新型一示例性实施方式的适用于向如图14-16中任一附图所示的无塞绳电动工具供电的电池组的透视图。图2为图1所示电池组的后视图。图1示出了可按下文将描述的那些示例性实施方式形成的电池组1000的实例。电池组1000包括一般如图1所示结合在一起的上壳体100和下壳体200。上壳体100和下壳体200各由硬质塑料或其它如ABS之类的合适材料构成为整体。

下面的说明必要时需参考图12和3。上壳体100包括上部部分104，该部分的内侧(图中未示出)设有凹陷区域用以容纳电子模块130。如图12和13详细示出的那样，电子模块130被支撑在用作热沉的浇注盘112内。可将由浇注盘112支撑的电子模块130连结到示于上壳体100的开口111内的电池组接线板(T形板)110上。T形板110的适当终端或接触结构不是本实用新型的重点，因此，为了简明起见，省略对其的详细介绍。

上壳体100还包括用以与适合的工具壳体(或充电器壳体)内的协同工作的沟道滑动嵌合以将电池组1000固定到工具或充电器上的横向导轨120。上壳体100的前表面116上具有对准导轨115以确保其与工具或充电器接线板对中。对准导轨115与横向导轨120的具体配置也不是本实用新型的重点，因此，为了简明起见，省略对其的详细介绍。

电池组1000包括被构造成分离机构的闩锁150，用来使电池组1000从电动工具或充电器上脱开。如图2所示，操作者可以通过按压通过电池组1000的后部开口156设置的开闩按钮155使电池组1000与电动工具或充电器分离。闩锁150和开闩按钮155例如可为单独的整体模制件。通过按压开闩按钮155，闩锁150从“锁定”位置(在该位置，闩锁嵌入相应工具或充电器的电池组接收部分的凹陷区域中，从而将电池组锁定到工具或充电器上)被推进到“脱开”位置。在脱开位置，开闩按钮155向下动作，克服弹簧压力(弹簧未示出)致使闩锁150不再阻隔工具或充电器上的凹陷区域(图中未示出)。这样，通过按压开闩按钮155，可将电池组1000从电动工具或充电器上的电池组接收部分取出。

上面已概括描述了电池组1000，下面将描述构成的内部部件以及构造电池组壳体内的内部部件配置的过程。下面的讨论包括对有利于在机械上及结构上将电池组1000内的单电池和电连接器支承于电子模块上的那些特征的描述。

图3的底视图示出了图1所示电池组的上壳体的内部部分，图4的俯视图示出了图1所示电池组的下壳体的内部部分。参考图3和4，上壳体100和下壳体200两者都包括多个间隔并对齐的适于螺纹型紧固件将两个半壳体紧固在一起的螺纹凸台。如图所示，上壳体100包括一对配置有通孔且与下壳体200上的后向螺纹凸台232相对应的后向螺纹凸台132。在每一侧，上壳体的侧壁螺纹凸台134与下壳体200的对应的侧壁螺纹凸台234对准，前向螺纹凸台136与下壳体200的前向螺纹凸台236对准。对准后，每对螺纹凸台都具有螺纹通孔或开口，用于接收如壳体螺钉之类的机械紧固件，以将两个半壳体100、200紧固在一起。

参考图3，上壳体100包括允许闩锁150凸出并穿过的狭槽135。上壳体100包括凹陷区域140(例如，图1所示的上部分104内的区域)，该凹陷区域被构形为使其内的浇注盘与电子模块牢固固定，使得电池组T形块110与图3中的开口(图中未示出)对准。利用多个穿过角部模块螺纹凸台或者孔隙142(图3中仅示出了四个中的两个)的紧固件将浇注盘固定在凹陷区域140内。

参考图4，下壳体200的特征在于在其底面205上具有多个分离肋210，该底面一般与容纳单电池的给定罐的宽度相符以限制电池震动。此外，分离肋210可用于端帽的对准(下文将详细描述)，致使端帽和电池能平坦地被安置在底面205上，以使重量均匀分布。下壳体200还可具有一对间隔的导引沟槽220，用以接收闩锁150和开闩部分155的组合。

另外，还设有多个与分离肋210偏移的侧壁肋215，下壳体200的前端处设有多个前支撑肋217，后端处设置有一对后支撑肋219，下壳体200的后开口156和后螺纹凸台232的各外侧均有一个肋219。各侧壁肋215、前支撑肋217和后支撑肋219的特征在于在其朝向下壳体200上部的上端最厚并向下逐渐变细，直到肋与下壳体200的内壁表面齐平。多个肋210、215、217、219沿着下壳体200的形状注模成型。在一实例中，侧壁肋215的厚度或深度与后支撑肋217以及前支撑肋219在各自上端的厚度都有所不同。在另一实例中，后支撑肋217在下壳体200上部处的厚度大于侧壁肋215，侧壁肋215上端的厚度又大于前支撑肋219上端的厚度。在另一实例中，下壳体200的给定侧边可具有两个或多个具有不同空间尺寸的肋，比如具有不同的长度、宽度、到壁表面的深度等尺寸的肋。

将多个肋210、215、217和219压靠在单电池上以防止和/或减少下壳体200在掉落或撞击中在给定单电池上形成的高压力点。在电池组1000掉落或撞击过程中，下壳体200内的某些电池可能产生很大的变形，比如容纳电池的罐发生扭折或变形。这可能引发电池内侧的电路短路，结果将导致出现故障、缩短电池的循环寿命或缩短电池的使用时间等等。围绕下壳体200的侧壁周边以及底面205设置的多个肋210、215、217和219能确保在电池组1000掉落时每个单电池都能够多点接触。多点接触增加了肋与给定电池接触的表面面积，从而可减小施加在电池上的压力。因此，多个肋210、215、217、219在多个部位与单电池接触，以减少和/或防止电池组1000掉落或撞击过程中发生弯曲。

图17所示为上和下壳体之间连接点的局部剖视图，其图示说明了在电池组1000中使用震动缓冲部件的情况。图17中示出了电池组中侧壁螺纹凸台134和234对中以便用多个紧固件167穿过开口或钻孔将电池组壳体100、200紧固在一起的部分。如图所示，紧固件167可以为螺钉。图1 7所示的连接配置与用于连接两个壳体100、200的前和后螺纹凸台的对准是相同的。

参见示出了侧壁螺纹凸台134和234的实例，可将紧固件167插入由凸台134和234对准所形成的对中的孔或者通孔中。在一实例中，可将护圈165插入螺纹凸台134、234的这些开口或通孔中，以减小因电池组1000掉落而产生的震动和冲击。例如，护圈165还可隔离和吸收震动和冲击，减小向电池组1000的端子部分如向电池-工具界面传递震动。护圈165也被用作加强部分，以保护由孔形成的尖锐边缘护盖层，和/或两者。护圈165可由橡胶材料制成。当然可以想到，它也可由如塑料和/或金属之类的其它材料制成。

图18为上壳体100的局部侧视图，它图示说明了本示例性电池组1000中包括的排出孔。在另一实例中，上壳体100可包括排出孔180或者沿上壳体100的侧部和在上部部分104上形成的切口，以将由电池组1000内侧的电子器件及电池402所引起的温升排放到外部空气中。

图5为电池组下壳体200内的内部部件配置的分解图。如图5所示，用于电池组1000的内部部件配置400可包括设置于端帽405之间的多个圆柱形单电池402。每个电池402被容纳在所谓的封闭件或“罐”内，罐表示电池402的外壳，例如，它可由钢或铝制成。因此，为了便于说明，下文提到的电池402指的是内部装有电池的罐。常规的单电池402被构造成在正电极(阴极)和负电极(阳极)之间设有螺旋的圆形结构的隔板，螺旋的圆形结构是通过将电极和隔板卷绕成为螺旋环绕的凝胶物卷结构而形成的大表面积的电极结构。于是，圆柱形电池402可具有凝胶物卷结构的特征。

端帽405起支撑所有新式电池部件的构架的作用。端帽405可由如PC/ABS混合物之类的塑料构成。或者，端帽405可由如铝之类的合适的散热材料形成，以利于单电池402的热控制。

如下文将更详细地说明的那样，每一端帽405被构成为其内表面上设有将每一电池402连接到电源端子415上的电池连接带410，并且每一端帽包括形成于相对的外部表面上的用于电压读出线420的沟槽。对于本领域技术人员来说，尽管其它用于连接带410的导电材料也是显而易见的，但电池连接带410可由如镍之类的合适材料制成。各电压读出线420都在一端通过弹簧端425与电池连接带410相接触，电压读出线适用于在形成于端帽405中的集成连接器403的另一端处作为圆引脚端子。于是，集成连接器430中的读出线420的圆引脚被构成为与连接到电子模块(图中未示出)的配线的凹形连接器相连接，该电子模块装有电池组电子器件和/或带有电池组1000的智能装置。

据此，一种在用于无塞绳电动工具的电池组内配置内部部件的示例性方法，例如，“端帽-端帽”可包括：将具有弹簧端425的读出线420的弹簧端425装入端帽405内；将连接带410以固定形式焊接到电池组的电池402上或夹(图中未示出)在电池402上而暂时地将这些电池保持在一起以便于焊接；将具有弹簧端425的端帽405组装到已焊接的“核心组件”(核心组件可理解为电池402加连接带410)上，这样可将连接带410和电池402保持在端帽405内，于是，形成了内部部件配置400。卸下夹具并将内部部件配置400组装到下壳体200内。

一种在电池组1000内构形内部部件的可选方法包括提供端帽405，连结端帽的凹部内的连接带410和引线415，将电池402放入端帽405内并将连接带410和穿过端帽405中的凹部或孔的引线41 5焊接到电池402的罐端表面上以形成核心组件。随后将电压读出线420插入核心组件的端帽405外表面上的沟槽内，利用插入穿过端帽出入孔的弹簧端425以提供紧贴连接带410/电池402的压力接触，将电压读出线420的圆引脚端(第一端)连结到集成连接器430(凸形)的狭槽或沟槽内。然后可将形成的内部部件配置或核心组件定位或插入下壳体200内。

如下面在图12和13中更详细地示出的那样，电子模块130包括起热沉作用并容纳上面装有电池组电子器件(battery pack electronics)的部件的印刷板(PCB)122的浇注盘112。电池组电子器件可包括微控制器，该微控制器被构造成用于进行充电控制、避免过电流、过热和/或欠压故障状态条件并保护电压监测电路、内部电力供应、温度和电流检测电路和/或其它检测部件、用于与工具或充电器进行外部数字通信的串行数据线等。电池组微处理器被构造成能展示例如根据检测到的参数和/或接收来自连结的工具或充电器的信息对连结的电动工具或充电器进行的控制。用于电池组1000的电池电子部件或电子器件的示例性配置在DavidA.Carrier等人于2006年10月25日提交同时待审并共同转让的序列号(未转让的，Atty.Dkt.No.0275A-001124/US)的、名称为“BATTERY PACK FORCORDLESS POWER TOOLS”的美国专利申请中已披露，该申请的全部内容作为参考结合于本申请中。

一旦将内部部件配置400组装于下壳体200中，借助于经由热敏电阻、插入式V形读出线布线(plugging in V-sense wiring harnesses)和焊接电源线可将电子模块130(图12、13)连结到配置400的核心组件上，然后，将上壳体100放到模块130/下壳体200的上方。通过使如螺钉167之类的紧固件穿过对中的凸台132/232、134/234、136/236可将上壳体100固定到下壳体200上，借助于螺钉(未示出)穿过孔隙142可将电子模块130固定到上壳体100上，这使模块130升到图1所示的上部部分104内的凹陷区域140中的倒置位置上。每个由对准的凸台所形成的孔或钻孔可包括如图17所示的如护圈165之类的震动缓冲件。

将内部部件配置400固定到下壳体200内后而在将上述的具有电子模块130的上壳体100最后固定而形成电池组1000之前，将闩锁弹簧和闩锁150/开闩部分155安装和定位于下壳体200的后部。如上所述之后，通过螺纹紧固件(未示出)穿过与保持电子模块130的浇注盘内的螺纹通孔对中的孔隙142(图3)将带有浇注盘的电子模块130以倒置方向固定地连结到上壳体100的上部部分104内的凹陷区域140内。然后，将来自电子模块130的一或多根配线的凹形连接器连结到端帽405内对应的凸形集成连接器430上。随后，使上壳体100与下壳体200对准并使它们连结，继而借助例如穿过凸台132/232、134/234、136/236的合适的容纳螺钉167将它们固定在一起。

图6更详细地示出了端帽405。可将端帽405成形为接收电池402的形状并接收多个串联连接的电池，图中示出了十个串联连接的电池，它们被分为相互平行的两列，每列各有五个串联连接的电池。例如，给定的端帽405可以例如通过合适的公知的注模成型工艺和/或冲压工艺制成。例如，端帽405可由注模PC/ABS制成。端帽405具有外裙状花边形(总体用407表示)，以总体上与电池402的形状一致，此外，端帽包括多个出入孔404，每个给定的出入孔404与每一电池对应。

如图6所示，可在中心部位设置孔408来进行热检测和热控制。在一实例中，设置孔408用于将热敏电阻(为清楚起见，图中未示出)插入到内部部件配置400的核心组件中。可将热敏电阻设置在从模块130引出的读出线(为清楚起见，图中未示出)的端部上，以检测电池温度并向模块130发送信息。此外，可在端帽405的制造过程中预形成凹部406，该凹部可起保持适配的连接器连接带410的作用，所述连接带覆盖端帽405的内表面上的出入孔404并穿过孔404被焊接到封闭电池402的罐上。在端帽405的顶部，形成有隆起的凸出部分438，一旦将半壳体100/200连接在一起时，这些隆起的凸出部分与上壳体100内侧上的肋状延长部分1 38相抵靠(见图3)。设置这些隆起的凸出部分438和肋状延长部分138，使得将上壳体100固定到下壳体200上时上壳体100内的相应形状(features)在上和下壳体100、200之间以适当的对准方式夹紧配置400的核心组件。这样可夹持配置400的核心组件，并对电池组1 000的掉落/震动性能有所帮助。图6中还可看到集成连接器430的狭槽。

这时，端帽405设有将电池组1000内部部件保持在一起的粘结剂。端帽405为这些部件提供机械支撑，使这些部件彼此相对定位。端帽405的使用有助于电池402彼此之间的定位和限制，能提供一种使电子模块相对电池定位的机构，并能在电子模块和单个电池之间提供信号线的走线通路。端帽405提供用于电池温度控制的额外的热物质(thermal mass)、为将电池核心组件置入电池组壳体中提供接口、并在掉落/冲击情况下提供附加结构支撑。此外，由于内部部件配置400的“构架”不仅存在于成品中而且还存在于后续的组装步骤中，使用端帽405可简化制造工艺。代替在将电池放入壳体内之前使用夹具和固定件将电池组的电池保持在一起的方式，在组装过程的前期就用这些端帽405将内部部件保持在一起，以用于制造过程中的后续加工步骤。

此外，端帽405的使用提供了能适应不同的电池形状系数的灵活性，因此能适应相同的电池组1000内不同的电池尺寸。许多不同的电池制造商生产的电池都具有大致相同的形状系数。对于锂离子电池而言，有几种标准的封装尺寸，它们包括26650(圆柱形电池，直径约为26mm，高度约为65mm)和18650(圆柱形电池，直径约为18mm，高度约为65mm)。虽然制造商一般都遵循这些外廓尺寸，但每个制造商设计的电池都略有不同。这些外廓尺寸的公差指标以及如电池402的排出孔之类的形状设计都有所变化。

利用端帽405可方便地将从很多不同销售商处购得的电池402用在单个电池组的设计中。仅通过改变端帽设计的内侧(核心侧)就能适合不同的电池。只要端帽405的外侧保持标准尺寸和/或外廓尺寸不明显改变，仍可将不同尺寸的电池402配合于相同的电池组下壳体200内。

另外，可将图3和4中的下壳体200和上壳体100设计成能适应端帽405外侧的略微改变。通过改变端帽405的内侧以及仅对端帽405的外侧进行较少的修改，电池组1000就能适应多种不同的电池设计。需要更换电池时，可以只改变端帽调整工具(end captooling)(制作新的模具、或制作型芯或修改模具)，相对于改变壳体100和200的所有刀具而言，这种改变就成本而言相对较低。此外，可将端帽405构造成具有足够的排出孔，以更大范围地适应电池生产厂商的排出孔的设计，因此可释放电池内形成的任何压力。

这种维持相对标准的外部端帽405设计或形状系数、而为特别的电池配置改变内侧设计的方式可适应多种不同的电池，并为电池设计的发展提供了灵活性。

图7A示出了电池连接带410和电源端引线415与给定端帽405内侧表面的连结情况。在将电池402插入端帽之前，可将电池连接带410和电源端引线415压入凹部406内。这样，电池连接带410和电源端引线415“速配(snapfit)”于端帽405的凹部406内，以使其保持并正确定位。电池连接带410和电源端引线415由如镍、镀镍钢、铝(裸铝或者镀镍铝)、铜(裸铜或者镀镍铜)等合适的、公知的导电材料形成。如图7A所示，每个连接带410具有将连接带410的正电极腿与负电极腿隔开的中心位置切口411。

图7B示出了具有接合切口的电池连接带的一示例性结构。电阻焊接是一种常见的方法，借此将电动工具电池组内的电池连接在一起。电阻焊接基于通过电阻的电流和产生足够的热量以使两种材料流到一起。现有的单电池通常采用钢罐结构。新型电池技术可采用不同的电池结构材料，如铝或铜。铜和铝两者的电阻比钢低得多，这对于电阻焊接来说是一种挑战。当对如铜或铝之类的低电阻材料进行电阻焊接时，需产生数千安培量级(如1500-2000A)的相当高的电流以产生足够的热量来完成焊接。这样特别高的电流可能给传统电池连接带的设计带来麻烦。

图7B示出了一种电池连接带的构造，在焊接具有高导电率的材料时这种构造可改善电阻焊接的使用。图7B中的连接带710利用凸出部分在连接带和电池的铝或铜罐之间的形成可靠和清洁的接触点。与图7A中的电池连接带410相比，对与正和负焊接电极接触的连接带710的区域之间的切口711的长度和形状都作了修改。

进行电阻焊接时存在正和负电极以提供电流。电流需要流过两种材料。

这就是在连接带710上设置切口711的目的。如果没有切口711，大部分电流就会直接在上部工件(电池连接带)的电极之间流过。若对铝或铜进行焊接，该处的焊接电流很高，应将切口设计成能引导电流通过两个工件(罐和电池连接带)而不是短路地流过上部工件(电池连接带)。据此，连接带710具有接合切口711以增加切口长度而不减小操作中导体的横截面积。当电池连接带710通过出入孔404(图6)焊接到电池402的罐上时，接合切口711使得电流在正极腿712和负极腿713之间需要通过的距离达到最大。这迫使电流向下流入电池402(下部工件)中。接合切口711仍保持足够的横截面积，使得电池连接带710能传送高强度的电流。

图8示出了在一个端帽内的单电池402的布置。由于端帽部分地设有肋210、215、217和219，将电池402插入端帽405中时，端帽能使电池402彼此定位和受限制。以这种方式使端帽405成为一组独立电池402的结构支撑。在电池单元402被端帽405的如端帽405的裙状花边形镜像外部形状407之类的其它形状定位的同时，连接带410和引线415被保持在凹部406内的位置上。一旦将电池402放置在端帽405之间使其与电池连接带410接触，穿过端帽405上的出入孔404就能将连接带焊接到装有电池单元402的罐或封闭件上。

如果装有电池402的罐是铝制的，可用激光焊接取代超声波焊接和电阻焊接。用于电动工具的常规电池组(NiMH和NiCd)通常通过串联或者并联的连接方式构造成一组具有通过超声波焊接或电阻焊接的导电的电池连接带的NiMH或NiCd电池组合体(group of NIMH or NiCd cell)。在一实例中，此处所述电池组1000可包括高功率密度(质量)的锂离子电池，其具有比NiMH或NiCd电池高得多的功率密度。为了更大程度地提高功率密度(质量)，可使用铝罐，以减轻电池的重量，而传统的钢罐用来封闭这些电池。

当使用锂离子电池时，由于圆柱形电池402结构中电极较薄，很难使用超声波焊接。焊接过程中，超声波焊接的能量可能传递到电极中，导致损坏以及潜在的不安全情况。此外，当进一步移动到高功率溶液中并使用铝罐作为包围电池凝胶物卷(螺旋卷绕结构)的壳体时，由于铝的电导相对于以前使用的钢来说要高得多很难使用电阻焊接方法。如上面所讨论的那样，对由如铝和铜之类的高导电率金属制成的罐进行电阻焊接时，由于产生熔融高导电率材料的足够热量所需的能量非常可观，因此很难进行电阻焊接。通常所使用的能量可能高到导致毁坏电池组或电池的其它部分的程度。

然而，使用激光焊接可解决上面提到的两方面的问题。将电池连接带410激光焊接到电池402的罐上并不象利用超声波焊接那样会通过机械运动将能量传递到电池402的易损的电极中。激光焊接不需要使电流流过材料而产生热量，因此可将如铝之类的高导电率材料焊接到如钢或镍之类的低导电率的材料上。据此，在一实例中，电池402具有铝或铜罐结构，利用激光焊接将电池连接带410焊接到电池402的罐上。

一般说来，通过电阻焊接或激光焊接形成在连接带410与电池402界面处的焊缝可能在配置400上形成薄弱点，这些薄弱点因电池组1000掉落或因震动可能脱开。若罐由如铝之类的高导电材料构成，这些焊缝尤其不牢。正如在电动工具电池条件下所看到的那样，当电池组1000掉落时，这些焊缝可能裂开。

当电池彼此相对移动时，在应力作用下焊点断开，这就是故障形式。连接电池402常规的刚性电池连接带410将所有的相对运动(并因此将应力)传递到相对不牢固的焊点上。

因此，可对此处所述的连接带410(以及引线415)进行退火处理，以有利于减小焊点在电池组1000掉落中承受的应力，并可防止产品出现故障。通常，借助于对电池连接带410进行热处理可提高它的韧性。通过使用退火材料，用强度换取韧性。增加的韧性使得连接带410在经受负荷时更易发生变形，从而可防止将应力传递到焊缝。可在冲压连接带410之前对原材料进行退火处理，也可以在连接带410冲压成形后作为二次处理进行退火。

或者，不在冲压后对如1/2硬度的镍材料或镀镍钢之类的硬质材料采用退火(热处理)来提高其韧性，而可以通过使用较软材料制造电池连接带410以避免使用退火。例如，可将1/4硬度的镍材料冲压成连接带410的形状来获得理想的韧性，而不需要将冲压材料进行热处理。

图9示出了布置在端帽之间的电池，其图示说明了设置在给定端帽外表面上用以电连接到电池组电子模块上的电压读出线；图10A和10B示出了电压读出线420的弹簧端在容纳单个单电池402的罐壳的端面与对应端帽405之间的配置，应理解的是，为了清楚起见，卸下了电池连接带410，弹簧端425实际上与电池连接带410相接触。图11为端帽405外表面的放大图，它图示说明了电压读出线与集成连接器的连接。图10A和10B示出了卸下了内部部件配置的一部分以便看到电压读出线的弹簧端425与电池402的端面之间的关系。下面将参考图9-11进行讨论。

通过出入孔404将电池402焊接到电池连接带410上之后，可将电压读出线420设置到端帽405内。如上所述，每个电池402都被布线连接到电池组1000内的电子模块上。理想的是使用细测量线。但是，因为在操作中电动工具电池组可能承受强烈震动，这可能导致被焊接或超声波焊接(或其它刚性连结)到电池上的细测量线脱开。图9-11示出了一种可选择的电压传感的方法，该方法能更好地避免震动或冲击引起的故障。

用压力接触代替刚性连接是一种解决方案。如图10A和10B清楚示出的那样，取代将多股绞合线焊接或超声波焊接到电池上的方法，用具有弹簧端425的电压读出线420导电性地与电池接触。能将电压读出线420的弹簧端425形成为由各种不同的几何形状并由各种不同材料形成，以适应周边情况，并能提供合适的接触面积和压力。在一实例中，电压读出线420可以是处于弹簧端425处卷绕成螺旋压缩弹簧的钢丝。

如图10A所示(为了清楚起见，该图卸下了电池402和连接带410)，弹簧端425穿过出入孔404被倒棱保持脊416所保持，一旦将弹簧端425推过出入孔404，所述保持脊将弹簧端425保持在适当位置。由于已将电池402限制在端帽405之间并将其焊接到电池连接带410上，弹簧端425与穿过出入孔404的电池连接带410/电池402接头接触。弹簧端425(可为螺旋式压缩弹簧)被挤压成与电池402/连接带410接触并形成电接触。于是不存在因震动出现故障的刚性连接。例如，在本示例性实施方式中示出的十个电池设置中有九个与电池402连接的弹簧端425，四个弹簧端425在一个端帽405内，五个弹簧端425在另一个端帽405内。这仅仅为示例性的，很容易理解，电压读出线420的多少可根据端帽405内电池402的数目而定。

图10B图示说明了由于弹簧端425一侧受到电池402的挤压力、另一侧受到因弹簧端425被倒棱保持脊416保持所引起的端帽405/下壳体200的挤压力弹簧端425提供了更大的与电池402接触的读出线表面积，致使电子模块130内的电压监测电路总能接收来自感兴趣的电池402的准确电压读数。

为了防止因腐蚀而出现裂口，弹簧端425可以由不锈钢制成。此外，电池402的罐端可以镀镍以阻止腐蚀并保持部件的表面导电性。电池连接带410也可以镀镍，使与不锈钢弹簧端425接触的连接带/电池接头为镍。也可对部件镀金或镀银以产生相同效果。使用具有弹簧端425的电压读出线420作为紧贴连接带/电池接头的压力接触可解决由焊接和超声波焊接可能引起的在这些区域读出线连接断裂的问题。

在一实例中，将读出线420构造成温度感应式而不是电压感应式。在另一实例中，端帽405可包括预成型沟槽以接收用于温度感应和电压感应两者的信号电平读出线。

参考图11，每个端帽405都具有多道预成型的能接收相应读出线420的沟槽422。读出线420被装配在沟槽422内，并被一系列预成型的保持接片424可靠地固定在沟槽中。与弹簧端相对的端部被形成为能够被插入集成连接器430的狭槽432之中的圆形引线插头(terminal pin)427。图11中还示出了可装配到凸形连接器430中的凹形连接器435，使读出线420可连接到电子模块130的配线(未示出)上。

图12为电池组内部的局部视图，其图示说明了端帽405与电子模块之间的电连接。利用具有弹簧端425的电压读出线420其效果优于其它类型的信号传导线，然而还没有一种标准的方法将读出线420连接到图12中一般作为电子模块130示出的电子模块上。电子模块130电池组包括浇注盘112，该浇注盘起热沉的作用并将其中的电池组电子器件容纳于PCB122(图12中未示出)上。浇注盘112连结到T形块110上，以使T形块110的端子连结到PCB122上的电子器件上。浇注盘112包括位于边角部、与图3所示的角部模块螺纹凸台142对中的螺纹通孔113。如图3所示，这使得电子模块130连结到上壳体100的凹陷区域140内，下文将对此进行更详细的描述。

为使信号电平(电压或温度感应)线420终止于电子模块130，可使电压读出线420的端部呈圆形，以同化突出于集成连接器430之外的圆形引脚导线(pin conductor)。有一些市售的使用圆形引脚导线的连接器。许多市售的流行(off-the-shelt)连接器使用方形引脚，但也有很多标准产品使用圆形引脚。圆形引脚凹形连接器的一个实例是由Molex生产的、Part#50-37-5053。据此，可使用与端帽405内形成的集成连接器430配合的市售的、标准圆形引脚凹形连接器435。

如图11中清楚地示出的那样，同时还参考图13，将电压读出线420的终端427构成为与凹形连接器435配合的圆形引脚。凹形连接器435(如图13中清楚示出的那样在电子模块130的两侧)借助于配线437连接到电子模块130上。凹形连接器435插入到其相应端帽405中的集成连接器430处，以将来自线420的电压读出信号连接到电子模块130，使电压读出线420终止在电子模块130的PCB122中。

图12还示出了围绕端帽405外周边上的开口或辅助排出孔411，用于针对过热的附加热保护和/或允许气体排散。

图13为上壳体100的底视图，其图示说明了壳体中的电子模块130的配置。如图13所示，可将容纳电子模块130的PCB 122的浇注盘112装入图3所示的凹陷区域140中，该凹陷区域的尺寸被加工成适于在其中适配地接收和牢固固定电子模块130。

在图12和13中，电子模块130显示为倒置的，因此浇注盘112被放入到凹陷区域140中，并且PCB122上的电子器件面向电池402，这样从电池402导向电子模块130的走线为直路径。倒置的取向可简化电池组1000的组装，并可减小电池组1000的整体体积。

例如，图13示出了浇注盘112内倒置PCB 122的配线437和与相对应的凹形连接器435的连接，凹形连接器又与端帽405的对应集成连接器430相连接(图12)。电池组T形块110也装入上壳体100的较宽端部内(如图1中用元件143最清楚地示出的那样)，以便借助多个紧固件将电子模块130向上牢固地固定到凹陷区域140内，紧固件经由通孔113将角部模块螺纹凸台142与浇注盘112连接起来(如图12最清楚地示出的那样)。

很明显，可以多种方式对如上所述的本实用新型的示例性实施方式进行变换。在另一实例中，图1所示的下壳体200可包括外部金属皮或者固定在下壳体200下角部处的金属片部分。或者，可将金属皮部分固定在上壳体100和下壳体200两者的角部。金属皮部分例如可由电池组1000上的片状金属冲压件生成，它们在掉落或冲击过程中能够吸收能量。换句话说，金属皮部分可起缓冲或折皱区域的作用，在能量传送到电池组1000内的重要部件如电池402或电子模块130之前将其吸收。此外，电池组1000的任何掉落或冲击都将对壳体100和/或200内产生较高应力和/或内部应变阻力，因此，即使上壳体100或下壳体200的内部产生破裂，金属皮也能保护和/或防止壳体100/200散开。

很明显，对于本领域技术人员来说，这些变换没有超出本实用新型所述示例性实施方式的构思和范围，所有这样的改型都将落入所附权利要求请求保护的范围之内。

Claims (22)

1.一种用于无塞绳电动工具的电池组，包括：

上壳体，其支撑电子模块和连接到所述电子模块的电池接线板；及

下壳体，其容纳多个被限制在一对端帽之间的单电池，其特征在于，每一端帽包括多条延伸横过其外表面并被电连接于对应的电池与所述电子模块之间的读出线。

2.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，每个端帽包括接收各读出线的第一端的集成连接器，用于与连结到所述电子模块上的配线的对应连接器相连接，以将所述读出线连接到所述模块上。

3.根据权利要求2所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述第一端为容纳在所述端帽的所述集成连接器内的圆形引脚连接器，致使连接到与所述配线连接的圆形引脚凹形连接器。

4.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，每个端帽具有形成于其内表面上的多个凹部，每一凹部内或者容纳有电池连接带或者容纳有电源终端引线，用于使电池与电子模块电连接。

5.根据权利要求4所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，在将所述电池插入所述端帽之间以保持并定位之前，所述电池连接带和电源终端引线被压入所述凹部内。

6.根据权利要求4所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述电池连接带和电源终端引线之一或多个由经退火处理以提高韧性的第一金属材料组成，或由比所述第一材料的硬度低但韧性高的第二金属材料组成。

7.根据权利要求4所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述电池连接带之一或多个上具有接合切口。

8.根据权利要求4所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述各个端帽上具有多个穿过该端帽有一定间隔的出入孔，通过电阻焊接和激光焊接之一使所述电池连接带和电源终端引线穿过所述出入孔被焊接到电池组合件上，以便经由电池连接带和电源终端引线将所述电池电连接到所述电子模块上。

9.根据权利要求2所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，

每个端帽包括多个穿过该端帽的有一定间隔的出入孔，所述电池连接带和电源终端引线穿过所述出入孔被焊接到电池组合件上；及

每一读出线具有延伸穿过对应出入孔并被放置在电池连接带接头处的第二螺旋形弹簧端，单电池从所述出入孔露出，以将来自所述电池的读出数据经由所述集成连接器提供到电子模块。

10.根据权利要求9所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，给定的读出线弹簧端被围绕相应出入孔形成的倒棱脊保持，致使所述弹簧端与其电池/连接带接头保持接触。

11.根据权利要求10所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，给定的读出线弹簧端被挤压在其相应电池/连接带接头的表面和其相应的倒棱脊之间。

12.根据权利要求9所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，各读出线弹簧端与电池/连接带接头压力接触，从而不需要对其进行焊接。

13.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，每一给定的读出线被限制在其对应端帽的外表面上形成的沟槽内。

14.根据权利要求13所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，每一端帽包括多个沿每一所述沟槽长度延伸且间隔分开的接片，用于将所述读出线固定在所述端帽外表面的相应沟槽内。

15.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述电子模块包括容纳上面装有电子器件的印刷电路板(PCB)的浇注盘，其中该浇注盘起用于所述电子模块的热沉的作用。

16.根据权利要求15所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述上壳体包括具有内部凹陷区域以接收所述电子模块的上部部分，所述浇注盘被固定到所述内部凹陷区域内的倒置位置上，使得所述PCB上的电子器件朝下面对所述单电池。

17.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，围绕各所述上壳体及下壳体的周边具有多个对中的螺纹凸台，以提供用于紧固件的孔，从而将所述上和下壳体固定在一起，其中所述孔中的一个或多个包括震动缓冲部件。

18.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述上壳体中具有多个排出口，以将电池组内部的热量散发到外部。

19.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述每一端帽包括沿其周边的多个排出口，以发散来自电池的热量。

20.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述电池组包括多个围绕所述下壳体侧壁的内周边间隔开的肋，用以接触下壳体内的电池，并提供多个与电池接触的点，以分散由于电池组受到震动或施加有下落冲击在电池上形成的负荷。

21.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述电池组包括多个处于下壳体的内部底面上间隔分开的隔离肋，用以提供限制所述电池的机械支撑。

22.根据权利要求1所述的用于无塞绳电动工具的电池组，其特征在于，所述上壳体的内部表面包括多个肋状延伸部分，每一端帽包括多个凸出成形于其上表面的隆起的凸出部分，将所述上和下壳体固定在一起时，这些凸出部分与所述肋状延伸部分邻接。

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