專利名稱：充電裝置，以及充電裝置和電池包的組合的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種充電裝置，尤其涉及一種可控制電池包過充的充電裝置。
本實用新型還涉及一種充電裝置和電池包的組合，尤其涉及一種可控制電 池包過充的充電裝置和電池包的組合。
背景技術(shù)：
近年來，隨著電池材料技術(shù)的發(fā)展，電池的容量已被大幅度的提升，其應(yīng) 用范圍也已經(jīng)從一些小功率的電子類電氣裝置而延伸到 一些大功率的動力類電 氣裝置，如電動工具等。這樣，采用了高倍率電池的電動工具可以擺脫線纜的 束縛而可隨時、隨地地使用。為提高利用率，這些電池通常采用的是可充電電 池，如鎳鎘(Nickel-cadmium， NiCd)電池、鎳氫(Nickel-Metal Hydride, NiMH)電 池、鋰離子(Lithium-ion, L-ion)電池等。
上述類型的電池在和無繩類電氣裝置配合工作時，是處于一個放電狀態(tài)， 電池放電時，當(dāng)電壓下降到電池不宜再繼續(xù)放電的最低工作電壓值(終止電壓) 時，還繼續(xù)放電就可能會造成電池內(nèi)壓升高，正、負極活性物質(zhì)的可逆性遭到 損壞，從而會使電池的容量產(chǎn)生明顯減少。同樣，電池插接到充電器上充電時， 在達到充滿狀態(tài)后，若還繼續(xù)充電，可能導(dǎo)致電池內(nèi)壓升高、電池變形、漏液 等情況發(fā)生，使得電池的性能也會顯著降低和損壞。因此，在這些無繩類電氣 裝置或充電裝置的設(shè)計時，都會考慮采用硬件或硬件與軟件的結(jié)合來對電池包 進行過充或過放的保護。
對上述類型的電池的過充或過放保護主要考慮電池的電壓和溫度。例如， 電池在放電時，電池電壓會下降，電池溫度會上升，當(dāng)電壓下降到終止電壓或 溫度上升到放電溫度上限的時候，需要采取相關(guān)的措施，如斷開放電回路，來 避免損害電池。又如，電池在充電時，電池電壓會上升，電池溫度也會上升， 同樣當(dāng)電壓上升到充電電壓上限或溫度上升到充電溫度上限的時候，需要采取 相關(guān)的措施來避免電池因過充而受到損傷。
有些設(shè)計通過在電池包內(nèi)設(shè)置電壓和溫度4全測元件來實時4全測電池電壓 和溫度，然后將檢測到的數(shù)據(jù)分別通過相應(yīng)的端口反饋給無繩類電氣裝置或充 電裝置，隨后這些電氣裝置對接收到的數(shù)據(jù)進行判斷，并在電池包過充或過放時采取相應(yīng)的措施以避免電池受損。不過，這種設(shè)計對無繩類電氣裝置或充電 裝置的要求比較高，因為它們不僅需要實現(xiàn)自身的功能，還需要對電池包的狀 態(tài)進行判斷，并對可能發(fā)生的異常情況進行控制。此外，從成本上考慮，很多 廠家開始考慮采用統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的通用的電池包，如以電動工具為例，同一廠家的 不同的無繩類電動工具可以釆用通用的可互換的電池包，即幾種不同種類^旦具 有相同電池包端口的無繩工具，如電鉆、電圓鋸、打草機等，都可采用同一個 電池包來進行工作。如此，如果采用上述設(shè)計的電池包，那么與這些電池包配 合的不同種類的電動工具內(nèi)部都需要設(shè)置電池包電壓、溫度判斷并控制的元器 件，顯然會大大增加設(shè)計與制造的成本。
也有的電池包設(shè)計是在電池包內(nèi)集成處理器，這些處理器不僅可以對電池 進行電壓、溫度等的檢測，還會根據(jù)檢測到的數(shù)據(jù)進行判斷是否有過充或過放， 并在過充或過放時主動對電池包進行控制來避免電池受損。然而，這種電池包 雖然能夠解決上述設(shè)計的問題，但其本身設(shè)計要求以及設(shè)計和制造成本都非常 高。
實用新型內(nèi)容
本實用新型提供一種充電裝置，其可有效控制電池包過充以避免電池損 壞，并且設(shè)計和制造成本較低。
本實用新型還提供一種充電裝置和電池包的組合，充電裝置可有效控制電 池包過充以避免電池損壞，并且設(shè)計和制造成本較低。
為實現(xiàn)上述目的之一，本實用新型的技術(shù)方案是
一種充電裝置，可與電池包連接以為該電池包補充電力，其包括
正極和負極端子，用于向電池包傳遞電流；
狀態(tài)指示端子，用于接收用來表示電池包工作狀態(tài)的狀態(tài)指示信號，所述
狀態(tài)指示信號包括狀態(tài)正常信號和狀態(tài)異常信號； 電子控制組件，與狀態(tài)指示端子連接，用于
獲取所述狀態(tài)指示信號，且 根據(jù)獲得的狀態(tài)指示信號，來選擇性地控制充電回路。 為實現(xiàn)上述目的之一，本實用新型的技^^^^^: 一種充電裝置和電池包的組合，包括 充電裝置；和
電池包，與所述充電裝置連接來進行充電，其包括 若干電池；
第一正極和負極端子，與上述電池串聯(lián)設(shè)置，且所述第一正極端子在充
5電時用于傳遞輸入電流； 第一電子控制組件，與電池連接，用于 檢測所述電池的電壓和溫度，
根據(jù)檢測到的電池電壓和溫度來判斷電池包的工作狀態(tài)，
生成用來表示電池包工作狀態(tài)的狀態(tài)指示信號； 第一狀態(tài)指示端子，與所述第一電子控制組件連接，用來輸出所述狀態(tài)指
示信號，所述狀態(tài)指示信號包括狀態(tài)正常信號和狀態(tài)異常信號。 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型中電池包能夠?qū)ψ陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)進行正?；?異常的判斷，并通過一個端口將表示正?；虍惓５男盘杺鬟f給無繩電氣裝置或 充電裝置，無繩電氣裝置或充電裝置根據(jù)該信號來執(zhí)行相應(yīng)的控制。通過這種 設(shè)置，既可以有效保護工具本身，又可以有效保護電機，并且降低了電池包和 無繩電氣裝置或充電裝置整體的設(shè)計和制造成本。以下結(jié)合附圖和實施方式對本實用新型作進一步說明。
圖1是本實用新型具體實施方式
中電池包插接到電動工具后工作的電路框圖。
圖2是本實用新型具體實施方式
中電池包插接到充電器上后充電的電路框圖。
圖3是本實用新型具體實施方式
中電池包的工作流程框圖。 圖4是本實用新型具體實施方式
中電動工具對電池包實施過放保護的工作 流程框圖。
圖5是本實用新型具體實施方式
中充電器對電池包實施過充保護的工作流 程框圖。
具體實施方式
本實用新型旨在揭示了一種新的電池包過充與過放的保護方式，通過無繩 電氣裝置與電池包的共同配合來避免電池包過放，或通過充電裝置與電池包的 配合來避免電池包的過充，以下具有鋰離子電池和無繩電動工具為例結(jié)合圖1 至圖5的具體實施方式
進行說明。需要說明的是，這兒TO^^子電池^t 極材料為鋰元素的可充電電池的總稱，依據(jù)正極材料的不同，其可構(gòu)成許多體 系，如"鋰錳"電池，"鋰鐵，，電池等
圖1是電池包10插接到電動工具20后工作的電路原理框圖，圖2是電池
包10插接到充電器30上后充電的電路原理框圖。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員易于
理解的是，電池包10、電動工具20、充電器30內(nèi)都設(shè)置有印刷電路板，而圖中所示的由若干電子元器件組成的電子控制組件設(shè)置在相應(yīng)電路板上，并通過 電路板上的電路使這些電子元器件相互電性連接。
如圖l所示，電池包10包括有電池組11、電池包控制單元12、溫度檢測 元件(Temperature Sensor, TS ) 13、識別電阻(Rl)14、以及若干導(dǎo)電端子。
在本實施方式中，電池組11由五節(jié)串聯(lián)的鋰錳電池11組成，其中每節(jié)電 池的額定電壓為3.8伏(V)。當(dāng)然，在其他實施方式中，根據(jù)不同的工況需求， 電池的類型、節(jié)數(shù)、以及設(shè)置方式也可視具體情況而不同。如電池組11可以由 十節(jié)額定電壓為3.2伏的鋰鐵電池組成，這十節(jié)電池分兩排并列設(shè)置，且每排 由五節(jié)電池串聯(lián)而成。此外，由于電池的特性不同，其對應(yīng)的i丈電電壓下限Vl、 充電電壓上限V2、充電電壓下限、放電溫度上限T1、充電溫度上限T2都會相 應(yīng)有所不同。
電池包控制單元12與電池組11的各電池電性連4妻，用來4全測每節(jié)電池的 電壓以及電池包的溫度等數(shù)據(jù)，并通過這些數(shù)據(jù)來判斷電池包的工作狀態(tài)。該 控制單元12可以是由實現(xiàn)各相應(yīng)功能的元器件組成的邏輯電路，也可以是集成 有程序、指令的微處理器。在本實施方式中，電池包控制單元12為處理器，通 常該處理器內(nèi)包括有微處理模塊(MCU)、只讀存儲器(ROM)模塊、隨機存儲器 (RAM)模塊、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換單元(A/D converter)模塊、計時器(timer)221模塊、 輸入/輸出端口 (I/O port)模塊等，由于這些模塊的功能及其工作原理都為本領(lǐng)域 的普通技術(shù)人員所熟識，所以申請人在此不再予以贅述。需要注意的是，在本 實施方式中，每節(jié)電池11的電壓都會被電池包控制單元12檢測到，相比僅檢 測某一節(jié)電池，可有效避免因為電池的一致性差而無法反映每節(jié)電池的過充或 過放的情形。在具體實施中，每節(jié)電池11的電壓模擬信號通過電池包控制單元 12的輸入端口輸入，并且由數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，而后由微處 理模塊執(zhí)行相應(yīng)的程序來判斷每節(jié)電池的電壓是否被過充或過放。
在本實施方式中，溫度傳感器13為熱敏電阻，其被粘附在電池的表面，并 通過電性導(dǎo)線與電池包控制單元12連接。通過這種設(shè)置，當(dāng)電池的溫度發(fā)生變 化時，熱敏電阻的阻值也相應(yīng)發(fā)生變化，并4皮電池包控制單元12檢測到，檢測 到的溫度被用來表示整個電池包的工作溫度。作為優(yōu)選的實施方式，熱敏電阻 13最好被設(shè)置在電池組11內(nèi)溫度最高的區(qū)域，這樣可以確保所有電池不會因 為過溫而受到損壞，并且，熱敏電阻13設(shè)置的區(qū)域最好與外部氣流隔絕，如此 可以確保檢測到電池組11的溫度值比4交準(zhǔn)確。
識別電阻14的阻l直可用于表示電池包10內(nèi)電池的特性、電池的容量、電池的額定電壓等。當(dāng)電池包IO插^r到電動工具20或充電器30上后，電動工具 20或充電器30會辨別識別電阻14對應(yīng)的阻值所產(chǎn)生的壓降，從而識別出電池 包中電池對應(yīng)的特性、容量、額定電壓等，在本實施方式中，該識別電阻14 的阻值用來表征相應(yīng)的額定電壓。后續(xù)會結(jié)合充電器做詳細的說明。
在本實施方式中，電池包10的導(dǎo)電端子包括與電池組11的正、負極相應(yīng) 電性連接的第一正極端子(B+)15和第 一 負極端子(B-)19，與電池包控制單元12 的相應(yīng)輸入端口連接的第一電源端子(Vcc)16，與電池包控制單元12的相應(yīng)輸 出端口連接用來輸出表示電池包工作狀態(tài)指示信號的第一狀態(tài)指示端子 (BH)17,以及與識別電阻14電性連接的第一識別端子(BS)18。
參照圖l所示，電動工具20包括電才幾21、電才幾控制單元22、用于檢測電 機21溫度的溫度傳感器(Temperature Sensor, TS ) 23、直流電源轉(zhuǎn)換模塊 (DC-DC)24、若千導(dǎo)電端子、和用于4企測電^幾21電流的電流傳感器28。
其中，電動工具20的導(dǎo)電端子包括可與電池包的第一正、負極端子15、 19電性接觸的第二正極端子(B+)25和第二負極端子(B-)29，與電池包10的第 一電源端子16電性接觸的第二電源端子(Vcc)26,以及與電池包的第一狀態(tài)指 示端子17電性接觸的第二狀態(tài)指示端子(BH)27。需要說明的是，上述電動工 具的導(dǎo)電端子中并無相應(yīng)端子與電池包的第一識別端子18電性接觸，這是因為 在本實施方式中，電動工具20通過機械防誤插來識別相應(yīng)額定電壓的電池包， 也就是說，電動工具20和電池包10的對接面上設(shè)有可相互配合的防誤插結(jié)構(gòu)， 如凸鍵與鍵槽的配合結(jié)構(gòu)，如此，額定電壓與電動工具不匹配的電池包就無法 順利插接到電動工具上。當(dāng)然，在其他實施方式中，電動工具內(nèi)也可以通過設(shè) 置相應(yīng)的識別端子、比較器、放大器等電子元器件來實現(xiàn)電子識別額定電壓， 只不過相比機械防誤插形式，成本會因為元件的增加而相應(yīng)提高。由于這些防 誤插設(shè)計對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是可輕易想到的，所以申請人在此不再做 進一步的描述。
在本實施方式中，電機控制單元22是由邏輯電路構(gòu)成，其與第二狀態(tài)指示 端子27連接。電池包工作狀態(tài)指示信號由電池包控制單元12的相應(yīng)輸出端口 (未標(biāo)示)輸出，并依次通過第一、二狀態(tài)指示端子17、 27的傳遞而為電機控 制單元接收。溫度檢測元件23為熱敏電阻，其粘附在電4幾21表面來感測電機 溫度，并與電機控制單元22連接以將表示溫度的電信號傳遞給控制單元。
在本實施方式中，直流電源轉(zhuǎn)換模塊24是用來充當(dāng)一個直流穩(wěn)壓電源，用 于供給電池包的控制單元12、溫度檢測元件13等電力。該直流電源轉(zhuǎn)換模塊 24設(shè)置在正、負才及端子之間，從而在電池包10與電動工具20插4矣后可與電池組ll組成電性回路，并且，可與電池包控制單元12組成電性回路。在上述回 路中，電動工具20內(nèi)還設(shè)置有一扳機開關(guān)202,當(dāng)扳機開關(guān)202閉合后，在與 電池組11組成的電性回路中，直流電源轉(zhuǎn)換模塊24將電池組11的額定電壓轉(zhuǎn) 換成與電池包控制單元12工作能夠匹配的一個較低的電壓，而在與電池包控制 單元12組成的電性回路中，該直流電源轉(zhuǎn)換模塊24充當(dāng)一個直流穩(wěn)壓電源來 為電池包控制單元12提供電力。同時，該直流電源轉(zhuǎn)換模塊24還與電機控制 單元22連接來為其提供電力。該在本實施方式中，雖然還是由電池組為電池包 內(nèi)的電子元器件提供電力，但是需要插接到電動工具并開始工作(合上扳機開 關(guān)202 )后，也就是說，電池包在存儲(未插接)或待機(扳機開關(guān)202未閉 合)狀態(tài)下，其內(nèi)的電子元器件并不工作，從而有效避免電池包內(nèi)的電力不必 要地消耗。
電機電流檢測元件28與電機21串聯(lián)設(shè)置，其間還設(shè)置有一電機控制開關(guān) 201,用來控制電機的運行。電流檢測元件28可采用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的 方式，如用于獲取電流值的檢測電阻、將獲取的電流值與預(yù)定電流閾值進行比 較的比較器等，申請人不再做詳細的描述。同樣，電機控制開關(guān)201也可采用 本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的半導(dǎo)體開關(guān)，如采用 MOSFET (Metallic Oxide Semiconductor Field Effecttransistor,金屬氧化物半導(dǎo)體場歲丈應(yīng)晶體管金屬氧化 物半導(dǎo)體)，這樣可以通過MOSFET高頻通斷的特性來有效地控制控制電機的 運行。此外，電機控制開關(guān)201也可采用傳統(tǒng)的繼電器開關(guān)。
參照圖2所示，其中電池包10部分與圖1中的電池包10部分完全相同， 申請人:不再贅述。充電器30包括充電控制單元31、用于充當(dāng)直流穩(wěn)壓電源Vcc 的直流電源轉(zhuǎn)換模塊(DC-DC)32、交直流電源轉(zhuǎn)換模塊(AC-DC)33、若干導(dǎo)電端 子、用于才企測充電回-各電流的電流檢測元件302、和用于控制充電回路導(dǎo)通與 斷開的充電開關(guān)301。
充電器30的導(dǎo)電端子大部分與電動工具20的相似，包括可與電池包10 的第一正、負極端子15、 19電性接觸的第三正極端子(B+)35和第三負極端子 (B-)39,與電池包10的第一電源端子16電性接觸的第三電源端子(Vcc)36，以 及與電池包的第一狀態(tài)指示端子17電性接觸的第三狀態(tài)指示端子(BH)37。不 過，與電動工具20不同的是，充電器30還包括與電池包10的第一識別端子 18電性接觸的第三識別端子38,并且，在第三識別端子38和直流穩(wěn)壓電源Vcc 間還串聯(lián)有第二識別電阻(R2)34,通過這種布置，在直流穩(wěn)壓電源Vcc和地(B-端子)之間形成由第一識別電阻(R1)14和第二識別電阻(R2)24串聯(lián)設(shè)置的分壓 電路。對于充電器30而言，直流穩(wěn)壓電源Vcc的電壓值和第二識別電阻34的阻值是已知的，如此，只要通過檢測BS端口處的電壓值Vbs,充電控制單元 31就可以得知第 一識別電阻14的阻值，從而可以根據(jù)其內(nèi)存儲的阻值與電壓 的對應(yīng)關(guān)系而獲知所待充電的電池包10的額定電壓。對于電池包10而言，電 池包控制單元12通過檢測BS端口是否產(chǎn)生壓降就可以判斷目前是充電狀態(tài)還 是放電狀態(tài)。參照圖l所示，當(dāng)電池包10與電動工具20對接時，BS端口為空， 即檢測到Vbs=0，就表明此時電池包為i文電狀態(tài)。再參照1所示，當(dāng)電池包10 與充電器30對接時，BS端口處有壓降產(chǎn)生，即檢測到Vbs半O，就表明此時電 池包為充電狀態(tài)。通過在電池包內(nèi)設(shè)置一個上拉電阻R2,就能讓電池包判斷出 是充電狀態(tài)還是放電狀態(tài)，而不需要在電池包內(nèi)設(shè)置額外的電子元器件，從而 大大降低了制造的成本。當(dāng)然，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可輕易想到的是，在 電動工具內(nèi)的BS端口設(shè)置上4i電阻R2,而在電池包內(nèi)取消i殳置，同樣可以讓 電池包實現(xiàn)充、；改電的判斷。
在本實施方式中，充電控制單元31為集成有程序、指令的處理器，與電池 包控制單元12類似，該處理器同樣包括有計時器311、微處理模塊、只讀存儲 器模塊、隨機存儲器模塊、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換單元模塊等功能模塊。充電控制單元 31與第三狀態(tài)指示端子37連接來獲得指示電池包工作狀態(tài)的信號，與第三識 別端子38連接來獲取BS端口的電壓信號，并且與連接在正、負極端子之間由 兩個電阻303組成的分壓電路連接來4企測電池包的電壓。
充電器30內(nèi)還設(shè)置有交直流電源轉(zhuǎn)換模塊(AC-DC)33,用于將通過插頭流 入的交流電流轉(zhuǎn)換成可給電池包充電的直流電流。交直流電源轉(zhuǎn)換模塊3 3與直 流電源轉(zhuǎn)換模塊32組成電性回路，且直流電源轉(zhuǎn)換模塊32與電池包控制單元 12組成電性回路，從而直流電源轉(zhuǎn)換模塊32可將交直流電源轉(zhuǎn)換模塊33輸出 的直流電流轉(zhuǎn)換成一個電壓較低的直流電流，并且直流電源轉(zhuǎn)換模塊33可克當(dāng) 一個直流穩(wěn)壓電源Vcc來給電池包10內(nèi)的控制單元12等電子器件提供電力。 同時，該直流電源轉(zhuǎn)換模塊32還與充電控制單元31連接來為其提供電力。如 前所述，通過這種設(shè)置，電池包在存儲(未插接)或待機(扳機開關(guān)202未閉 合)狀態(tài)下，其內(nèi)的電子元器件并不工作，從而有效避免電池包內(nèi)的電力不必 要地消耗。與電動工具20類似，設(shè)置在充電回路內(nèi)的電流檢測元件302可以是 本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的檢測電阻、比較器、放大器等；充電開關(guān)301也可采 用本領(lǐng)域技術(shù)人員所熟知的MOSFET或繼電器開關(guān)。
以下結(jié)合圖3至圖5對電池包在ii電和充電時，通過電動工具的配合來實 現(xiàn)過放保護，和通過與充電器的配合來實現(xiàn)過充保護。
圖3所示的是電池包10的工作流程框圖。當(dāng)電池包10插接到電動工具20上并閉合扭j幾開關(guān)202后，或電池包10 插接到充電器30上并且充電器與交流電源連接后，電池包控制單元12開始工 作(步驟401)。隨后，電池包控制單元12檢測并獲得電池組10中每節(jié)電池的 電壓值Vc (步驟402 )。電池包控制單元12通過BS端口獲取該端口 (即第一 識別端子18 )處的電壓值Vbs (步驟403 ),并判斷該電壓值Vbs是否為零(步 驟404 )。在本實施方式中，由于上述兩步驟是為了獲知目前電池包是充電狀態(tài) 還是放電狀態(tài)，即電池包10是插接到充電器30上還是插接到電動工具20上， 所以電池包控制單元12并不需要獲取具體的Vbs值，其只需要知道BS端口上 是否有電壓，如獲得一個高電平信號就表明該端口上有電壓，而相反，當(dāng)獲得 一個低電平信號就表明該端口上沒有電壓。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可輕易想到 的是，電池包控制單元12只需要獲得一個高、低電平的電信號，所以其獲取的 可以是電壓信號，也可以是如電流等其他形式的電信號。
如前所述，當(dāng)Vbs=0時，表明電池包處于it電狀態(tài)，電池包控制單元12 接下來就會進一步判斷電池的電壓Vc和電池包溫度Tb是否都處在放電狀態(tài)下 的正常范圍內(nèi)。首先，會判斷電池電壓Vc是否小于等于放電電壓下限VI (步 驟405 )。由于電池組11中各電池的一致性可能不是很好，所以各電池電壓Vc 可能不是完全相同，因此在本實施方式中，為確?？煽啃裕∑渲凶钚〉碾妷?值進行比較，這樣可確保所有的電池都不會產(chǎn)生過放的情形。在本實施方式中， 由于采用的是鋰錳特性的電池，所以放電電壓下限VI取2.5伏(V)。當(dāng)判斷V1 《2.5 V時，表明電池包已經(jīng)達到過放的狀態(tài)，此時，置位BH端口為低電平信 號(步驟411),表示目前電池包的工作狀態(tài)處于異常；當(dāng)判斷V1〉2.5V時， 表明電池包還未過放，則進一步判斷電池包溫度Tb是否大于等于放電溫度上 限T1(步驟406 ),在本實施方式中Tl為75攝氏度('C)。當(dāng)判斷Tb》Tl時， 表明溫度過高，已經(jīng)不適合再進行放電了，此時電池包控制單元12執(zhí)行步驟 411,來表示電池包已處于異常工作狀態(tài)；當(dāng)判斷Tb〈Tl時，表明電池包溫度 還處在正常范圍內(nèi)，由于之前已經(jīng)判斷電池電壓也處于正常范圍內(nèi)，所以，置 位BH端口為高電平信號(步驟407 ),表示目前電池包的工作狀態(tài)處于正常， 而后，再回到步驟405進行電池電壓和電池包溫度(步驟406 )的循環(huán)判斷。 需要說明的是，上述兩個判斷步驟405、 406可以互換，并不會影響到執(zhí)行效果。 此外，也可以用高電平信號表示電池包工作狀態(tài)異常，低電平信號表示電池包 工作狀態(tài)正常。
當(dāng)Vbs^O時，表明電池包處于充電狀態(tài)，電池包控制單元12會首先置位 BH端口為高電平信號(步驟408 ),然后判斷電池的電壓Vc和電池包溫度Tb
11是否都處在充電狀態(tài)下的正常范圍內(nèi)。首先，會判斷電池電壓Vc是否大于等 于充電電壓上限V2 (步驟409)。本實施方式中，考慮到電池一致性的問題， 取其中最大的電壓值進行比較，這樣可確保所有的電池都不會產(chǎn)生過充的情形； 此外，充電電壓上限V2 ^f又4.2 V。當(dāng)判斷Vc^4.2V時，表明電池包已經(jīng)達到 過充的狀態(tài)，此時，電池包控制單元12執(zhí)行步驟411,表示目前電池包的工作 狀態(tài)處于異常；當(dāng)判斷Vc〈4.2V時，表明電池包還未過充，則進一步判斷電 池包溫度Tb是否大于等于充電溫度上限T2 (步驟410)，在本實施方式中T2 為45。C。當(dāng)判斷Tb》T2時，表明溫度過高，已經(jīng)不適合再進行充電了，此時 電池包控制單元12執(zhí)行步驟411,來表示電池包已處于異常工作狀態(tài)；當(dāng)判斷 Tb〈T2時，表明電池包溫度還處在正常范圍內(nèi)，由于之前已經(jīng)判斷電池電壓也 處于正常范圍內(nèi)，此時，再回到步驟409做電池電壓和電池包溫度(步驟410) 的循環(huán)判斷。需要說明的是，上述兩個判斷步驟409、 410可以互換，并不會影 響到執(zhí)行效果。
圖4所示的是電動工具20對電池包10實施過放保護以及對自身進行保護 的工作流程框圖。
配合參照圖l所示，當(dāng)電池包10插接到電動工具20相應(yīng)的端口并合上扳 機開關(guān)202后，直流穩(wěn)壓電源24開始工作，依次通過第二、第一電源端子26、 16將電流傳遞給電池包控制單元12和電4幾控制單元22， /人而，電機控制單元 22開始工作(步驟501 )。隨后電機控制單元22檢測BH端口處的信號(步驟 502 ),即通過第二狀態(tài)指示端子27接收表示電池包工作狀態(tài)的指示信號，并進 一步判斷該信號是高電平信號還是低電平信號(步驟503 )。如果判斷是低電平 信號，就重新回到步驟502。前已述及，低電平信號表明電池包的工作狀態(tài)異 常，有可能是電池已經(jīng)過放，也有可能是電池包溫度過高。如果異常是由于電 池已經(jīng)過i丈，則電機控制單元22就不斷進行循環(huán)檢測，但并不啟動電機控制開 關(guān)201;如果異常是由于電池包溫度過高，則上述循環(huán)檢測的過程中，電池包 溫度會逐步降低，當(dāng)降低到正常范圍內(nèi)時，BH端口信號置位為高電平信號。 當(dāng)判斷BH端口信號為高電平信號時，電機控制單元22就進一步檢測電機溫度 Tm(步驟504 ),并判斷電機21的工作溫度是否已經(jīng)過高，在本實施方式中， 電機工作溫度上限為110匸(步驟505 )。當(dāng)判斷Tm〉 ll(TC時，表明電機工作 溫度過高，此時，電機控制單元22會進一步判斷電機控制開關(guān)201是否已經(jīng)打 開(步驟506 ),如果是，則直接到步驟518,即打開電機控制開關(guān)201來斷開 ;改電回路；如果否，則回到步驟502,即重新檢測BH端口處的信號，并重復(fù) 上述步驟，其目的是等待電機21工作溫度逐步冷卻到正常范圍內(nèi)。當(dāng)判斷Tm《ll(TC時，表明電機工作溫度處于正常范圍，則閉合電機控制開關(guān)201來接通 放電回路，從而，電機21開始正常工作。
在電機21工作過程中，往往會發(fā)生一些異常情況而導(dǎo)致電機堵轉(zhuǎn)，在此瞬 間，通過電機21的電流Im會突然增大，如果這種大電流持續(xù)時間過長，可能 會燒壞電機，所以，為避免這種情形的發(fā)生，在電機工作中，電機控制單元22 還會不斷4全測通過電4幾的電流Im (步驟508 ),并判斷其是否大于電機工作電 流的上限，在本實施方式中，該電流上限為50安培(A)(步驟509 )。如果電 機工作電流處于正常范圍，即lm〈50A,則電機控制單元22還會不斷檢測電 池包的工作狀態(tài)是否正常以及電機的工作溫度是否處于正常范圍。電機控制單 元22獲取BH端口處的信號(步驟510),并判斷是高電平信號還是低電平信 號(步驟511)。如果判斷是高電平信號，則回到步驟504,繼續(xù)進行電機溫度 的檢測；如果判斷是低電平信號，則直接到步驟518，即打開電機控制開關(guān)201 來斷開》文電回路。
當(dāng)判斷Im》50A時，表明電機電流過大，如可能已經(jīng)發(fā)生了堵轉(zhuǎn)，此時電 機控制單元22設(shè)定其內(nèi)的計時器221延時特定時間，如50~ 100毫秒(ms)(步 驟512)，并在此過程中檢測電才幾21的工作電流Im (步驟514),并不斷比較是 否Im> 50A (步驟515 )。如果檢測到電機工作電流Im恢復(fù)到正常范圍，即Im < 50A，則將計時器復(fù)位清零(步驟516)并回到步驟510繼續(xù)進行電池包工作 狀態(tài)和電機溫度的檢測，并判斷其是否正常。如果在上述特定時間內(nèi)始終電機 電流Im》50A,則當(dāng)計時器延時到達的時候(步驟513 ),電機控制單元22首 先將計時器復(fù)位清零(步驟517)，然后打開電機控制開關(guān)201來斷開放電回路。
圖5所示的是充電器30對電池包10實施過充保護以及對自身進行保護的 工作流程框圖。
配合參照圖2所示，當(dāng)電池包10插接到充電器30上后，并且充電器插頭 插入外部插座與交流電源連接上后，直流穩(wěn)壓電源32開始為電池包控制單元 12和充電控制單元31提供電力，充電控制單元31開始工作(步驟601 )。充電 控制單元31 ;險測BS端口的電壓信號(步驟602 ),即通過第三識別端子38接 收到BS端口處的具體電壓值信號，并根據(jù)該信號得知電池包的額定電壓，從 而根據(jù)充電控制單元31內(nèi)存儲的電池額定電壓與充電電壓的關(guān)系來選擇并設(shè) 定與該電池包對應(yīng)的電池包充電電壓上限VO (步驟603 )。電池包充電電壓上 限VO就是各電池充電電壓上限VI的累積，在本實施方式中，由于電池組共五 節(jié)電池，所以V0=4.2*5=21伏V。隨后，充電控制單元31通過第三狀態(tài)指示 端子37獲取BH端口的信號(步驟604 ),并判斷該信號是高電平信號還是低電平信號(步驟605 )。如果接收到的是低電平信號，表示電池包的工作狀態(tài)異 常，有可能是電池已經(jīng)飽和而不需要再充了 ，也有可能是電池包溫度過高而超 出了正常的充電溫度范圍。接下來，充電控制單元31會判斷是具體哪種情形。
充電控制單元31檢測電池包的電壓Vb (步驟619),并判斷Vb是否小于 等于電池包充電電壓下限V3 (步驟620 )。在本實施方式中，電池的充電電壓 下限為3.6V,由于共有五節(jié)電池，所以電池包的充電電壓下限為V3=3.6*5 = 18 V。當(dāng)Vb《18V時，表明電池包異常是由于溫度過高，而不是電池已飽和。這 時，充電控制單元31會回到步驟604,重新;險測BH端口信號并執(zhí)行后續(xù)的步 驟，在這個過程中，等待電池包溫度回復(fù)到正常的范圍。當(dāng)Vb〉18V時，表明 電池包異常中至少包括了電池已飽和的情形，這時，充電器會顯示出錯，如通 過LED燈閃爍或聲音報警等形式(步驟620 )。再回到步驟605,如果充電控制 單元31接受到的是高電平信號，表明電池包工作狀態(tài)正常，則閉合充電控制開 關(guān)301來接通克電回路(步驟606 ),同時，打開充電計時器311 (步驟607 )。 計時器311是給充電器30設(shè)置一個充電的最大時間長度，當(dāng)該時間長度到達后， 充電控制單元31會主動斷開充電回路，從而可有效避免充電過程中因循環(huán)等待 時間過長而無法有效地進行充電。該最大時間長度可以視不同的電池特性而設(shè) 定為一小時、 一個半小時、或兩個小時等。充電器30開始為電池包10充電。 首先，充電器先進行恒流充電，既該過程中電流不變，電池包電壓逐步上升； 當(dāng)電池包電壓達到充電電壓上限VO時再進行恒壓充電，該過程中電壓維持不 變，而電流逐步減小。
充電控制單元31檢測電池包的電壓Vb (步驟608 ),并判斷Vb是否等于 充電電壓上限VO (步驟609 )。如果Vb^VO，表明尚在進行恒流充電，充電控 制單元會判斷計時器311設(shè)定的時間長度是否已到(步驟609 ),如果已到，則 計時器311清零(步驟618),并通過出錯顯示(步驟613)來表示充電因異常 情況而未完成，隨后斷開充電回路(步驟614)。如果設(shè)定的時間長度還沒有到， 則充電控制單元31會繼續(xù)獲取BH端口的信號(步驟616),并判斷是高電平 信號還是低電平信號(步驟617),如果是低電平信號，表明電池包工作狀態(tài)異 常，這時會出錯顯示(步驟613 )并斷開充電回路(步驟614);如果是高電平 信號，表明電池包工作狀態(tài)正常，充電控制單元31隨后回到步驟608,重復(fù)電 池包電壓的檢測，并判斷是否處于恒流充電狀態(tài)。
如果Vb二VO,表明電池包電壓已達到充電電壓上限，但并不表明電池包已 充電飽和，有可能還處于恒壓充電的狀態(tài)。充電控制單元31檢測通過充電回路 中的電流Ic (步驟610)，并判斷Ic是否小于等于充電電流上限(步驟612)，在本實施方式中，該上限值為20毫安(niA)。在這過程中，充電控制單元31還 會判斷計時器311設(shè)定的時間長度是否已到達(步驟611 ),如果已到，則計時 器311清零(步驟618 )，并顯示出錯(步驟613 ),隨后斷開充電回路(步驟 614)。當(dāng)判斷Ic〉20mA時，表明電池還未飽和，這時會重復(fù)步驟610步驟612, 即重復(fù)檢測電流Ic并判斷其是否小于等于充電電流上限；當(dāng)判斷Ic < 20mA時， 表明電池已充至飽和狀態(tài)，隨后充電控制單元31斷開充電開關(guān)301,從而也使 得整個充電回路斷開。
本實用新型中，電池包能夠?qū)ψ陨淼墓ぷ鳡顟B(tài)進行正?；虍惓５呐袛?，并 通過一個端口將表示正?；虍惓５男盘杺鬟f給無繩電氣裝置或充電裝置，無繩 電氣裝置或充電裝置根據(jù)該信號來執(zhí)行相應(yīng)的控制。對無繩電氣裝置而言，該 控制可以包括接通放電回路、；故棄接通放電回路、等待接通力文電回路、斷開方文 電回路等；對于充電裝置而言，該控制可以包括接通充電回路、等待接通充電 回路、放棄接通充電回路、斷開充電回路等。通過這種設(shè)置，既可以有效保護 工具本身，又可以有效保護電機，并且降低了電池包和無繩電氣裝置或充電裝 置整體的設(shè)計和制造成本。此外，在無繩電氣裝置或充電裝置內(nèi)設(shè)置直流穩(wěn)壓 電源，可在其與電池包對接后來為電池包內(nèi)的電子元器件提供電力，也就是說， 電池包在存儲(未插接)或待機(扳機開關(guān)202未閉合)狀態(tài)下，其內(nèi)的電子 元器件并不工作，從而有效避免電池包內(nèi)的電力不必要地消耗。另外，通過在 無繩電氣裝置或充電裝置內(nèi)設(shè)置一個識別電阻，就能讓電池包判斷出是充電狀 態(tài)還是放電狀態(tài)，而不需要在電池包內(nèi)設(shè)置額外的電子元器件，從而大大降低 了制造的成本。
權(quán)利要求1. 一種充電裝置，可與電池包連接以為該電池包補充電力，其包括正極和負極端子，用于向電池包傳遞電流；狀態(tài)指示端子，用于接收用來表示電池包工作狀態(tài)的狀態(tài)指示信號，所述狀態(tài)指示信號包括狀態(tài)正常信號和狀態(tài)異常信號；電子控制組件，與狀態(tài)指示端子連接，用于獲取所述狀態(tài)指示信號，且根據(jù)獲得的狀態(tài)指示信號，來選擇性地控制充電回路。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于所述選擇性地控制充電 回路包括當(dāng)狀態(tài)指示信號為狀態(tài)異常信號時，檢測正、負極端子之間的電壓； 判斷正、負端子間的電壓值是否小于或等于電池包充電電壓下限值； 如是，則重新獲取所述狀態(tài)指示信號。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于充電裝置還包括與電子 控制組件連接的充電開關(guān)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的充電裝置，其特征在于所述選擇性地控制充電 回路還包括電子控制組件獲取的狀態(tài)指示信號為狀態(tài)正常信號時，閉合所述充 電開關(guān)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于該充電裝置還包括直流 穩(wěn)壓電源，以及和直流穩(wěn)壓電源連接的電源端子用來傳遞穩(wěn)壓電源的輸出電流。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的充電裝置，其特征在于該充電裝置還包括識別 端子，以及連接在識別端子和直流穩(wěn)壓電源間的識別電阻，所述識別端子用于 傳遞表示充電狀態(tài)的輸出電壓信號。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的充電裝置，其特征在于所述識別端子還用于傳 遞表示電池包特性的輸入電壓信號。
8.根棍奴剎要求1所這的亦,電裝罾-,其特征在于所述電子控制組件還包 括用于檢測通過充電回路電流的電流檢測元件。
9. 一種充電裝置和電池包的組合，包括 充電裝置；和電池包，與所述充電裝置連接來進行充電，其包括 若干電池；第一正極和負極端子，與上述電池串聯(lián)設(shè)置，且所述第一正極端子在充電時用于傳遞輸入電流；第一電子控制組件，與電池連接，用于才企測所述電池的電壓和溫度，根據(jù)檢測到的電池電壓和溫度來判斷電池包的工作狀態(tài)，生成用來表示電池包工作狀態(tài)的狀態(tài)指示信號； 第一狀態(tài)指示端子，與所述第一電子控制組件連接，用來輸出所述狀態(tài) 指示信號，所述狀態(tài)指示信號包括狀態(tài)正常信號和狀態(tài)異常信號。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所迷的充電裝置和電池包的組合，其特征在于所述 充電裝置包括第二正極和負才及端子，用于和第一正、負極端子對應(yīng)電性接觸以向電池包 傳遞電流；充電開關(guān)，可接通以與所述正極和負極端子形成充電回路； 第二狀態(tài)指示端子，與第一狀態(tài)指示端子電性接觸用來輸入所述狀態(tài)指示 信號；第二電子控制組件，與第二狀態(tài)指示端子連接，并與充電開關(guān)連接，用于 獲取所述狀態(tài)指示信號，且當(dāng)狀態(tài)指示信號為狀態(tài)異常信號時，判斷電池是否已充滿。
11. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的充電裝置和電池包的組合，其特征在于所述 第二電子控制組件判斷電池是否已充滿包括判斷第二正、負端子間的電壓值是 否小于或等于電池包充電電壓下限值，如是，表示電池尚未充滿，如否，表示 電池已充滿。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的充電裝置和電池包的組合，其特征在于所述 第二電子控制組件如判斷電池尚未充滿，則重新獲取所述狀態(tài)指示信號。
13. 根據(jù)權(quán)利要求10所述的充電裝置和電池包的組合，其特征在于所述 第二電子控制組件獲取的狀態(tài)指示信號為狀態(tài)正常信號時，閉合充電開關(guān)。
專利摘要本實用新型涉及一種電池包，用于和無繩電氣裝置連接來進行放電以為其提供電力，或與充電裝置連接來進行充電。電池包包括若干電池、與上述電池串聯(lián)設(shè)置的正極和負極端子、與電池連接的電子控制組件、以及與電子控制組件連接的狀態(tài)指示端子。其中電子控制組件用于檢測所述電池的電壓和溫度，根據(jù)檢測到的電壓和溫度來判斷電池包的工作狀態(tài)，生成用來表示電池包工作狀態(tài)的狀態(tài)指示信號；其中狀態(tài)指示端子用來輸出所述狀態(tài)指示信號。通過這種設(shè)置，可有效降低設(shè)計和制造成本。
文檔編號H02J7/00GK201266846SQ20082020820
公開日2009年7月1日 申請日期2008年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月1日
發(fā)明者田角峰 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司