電池包,以及電池包和電氣裝置的組合的製作方法

2023-05-03 07:46:26 2

專利名稱：電池包,以及電池包和電氣裝置的組合的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電池包，尤其涉及一種可充電電池包。
本發明還涉及一種電池包和電氣裝置的組合，尤其涉及一種可充電電池包 和與該電池包配接的電氣裝置。
背景技術：
近年來，隨著電池材料技術的發展，電池的容量已被大幅度的提升，其應 用範圍也已經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，採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，這些電池通常採用的是可充電電 池，如鎳鎘(Nickel-cadmium， NiCd)電池、鎳氳(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，是處於一個放電狀態， 電池放電時，當電壓下降到電池不宜再繼續放電的最低工作電壓值(終止電壓) 時，還繼續放電就可能會造成電池內壓升高，正、負極活性物質的可逆性遭到 損壞，從而會使電池的容量產生明顯減少。同樣，電池插接到充電器上充電時， 在達到充滿狀態後，若還繼續充電，可能導致電池內壓升高、電池變形、漏液 等情況發生，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計時，都會考慮採用硬體或硬體與軟體的結合來對電池包 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，需要採取相關的措施，如斷開放電迴路，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，需要採取 相關的措施來避免電池因過充而受到損傷。
有些設計通過在電池包內設置電壓和溫度檢測元件來實時檢測電池電壓 和溫度，然後將檢測到的數據分別通過相應的埠反饋給無繩類電氣裝置或充 電裝置，隨後這些電氣裝置對接收到的數據進行判斷，並在電池包過充或過放
4時採取相應的措施以避免電池受損。不過，這種設計對無，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自身的功能，還需要對電池包的狀 態進行判斷，並對可能發生的異常情況進行控制。此外，從成本上考慮，很多 廠家開始考慮釆用統一標準的通用的電池包，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採用通用的可互換的電池包，即幾種不同種類但具 有相同電池包埠的無繩工具，如電鑽、電圓鋸、打草衝幾等，都可採用同一個 電池包來進行工作。如此，如果採用上述設計的電池包，那麼與這些電池包配 合的不同種類的電動工具內部都需要設置電池包電壓、溫度判斷並控制的元器 件，顯然會大大增加設計與製造的成本。
也有的電池包設計是在電池包內集成處理器，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^T測到的數據進行判斷是否有過充或過放， 並在過充或過放時主動對電池包進^亍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計的問題，但其本身設計要求以及設計和製造成本都非常高。
此外，採用這種設計的電池包在未放電或未充電的狀態下需要利用電池包 本身的電力來供處理器進行狀態檢測的工作，如it匕4吏得電池包的電力被不必要 的消耗。如果電池包放置時間過長，消耗的電力就會越多，如此可能在放電時， 工作時間大大短於正常的工作時間，這顯然是使用者不願意看到的。

發明內容
本發明提供一種電池包，其在未使用時可有凌丈節省電池的電力，並且設計 和製造成本較低。
本發明提供一種無繩電氣裝置和電池包的組合，無繩電氣裝置內設置有直 流恆壓電源，可在與電池包插接後供給電池包內控制電路運行所需的電力。
本發明提供一種充電裝置和電池包的組合，充電裝置內設置有直流恆壓電 源，可在與電池包插接後供給電池包內控制電路運行所需的電力。
為實現上述目的之一，本發明的技術方案是
一種電池包，用於和無繩電氣裝置連接來進刊-^:電以為其提供電力，或與 充電裝置連接來進行充電，包括 若干電池；
正極和負極端子，與上述電池串聯設置，且所述正極端子在放電時用於傳
遞輸出電流，以及在充電時用於傳遞輸入電流； 電子控制組件，與上述電池連才妾；電源端子，與所述電子控制組件連接，用於伶遞電^來提供電子控制組件
運行所需的電力。 為實現上述目的之一，本發明的技術方案還可以是 一種電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於，包括
電池包，其包括若干電池，與若干電池串聯的第一正、負極端子，和與電
池連接的電子控制組件； 電氣裝置，其包括第二正、負極端子，可與電池包的第一正、負極端子電 性接觸而實現電池包和電氣裝置的電性連接；以及
恆壓電源，設置在電池包或電氣裝置內，並可與所述電子控制組件串聯而 形成電性迴路，其中當電池包未與電氣裝置插接時，所述串聯迴路斷開。 作為本發明的進一步改進，所述電氣裝置為無繩電氣裝置，所述電源與電
池包內的電池組成電性迴路。
作為本發明的進一步改進，上述無繩電氣裝置內設置有位於所述串聯迴路 中用於控制迴路通斷的開關。
作為本發明的進一步改進，所述電氣裝置為充電裝置，其內還設置有交直 流電源轉換模塊，所述恆壓電源與所述交直流電源轉換模塊組成電性迴路。
與現有技術相比，本發明中在無繩電氣裝置或充電裝置內設置直流恆壓電 源，可在其與電池包對接後來為電池包內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(扳機開關未閉合)狀態下，其內的電子元器 件並不工作，從而有效避免電池包內的電力不必要地消耗。


下面結合附圖和實施方式對本發明作進一步說明。
圖1是本發明具體實施方式
中電池包插接到電動工具後工作的電路框圖。
圖2是本發明具體實施方式
中電池包插接到充電器上後充電的電路框圖。 圖3是本發明具體實施方式
中電池包的工作流程框圖。
圖4是本發明具體實施方式
中電動工具對電池包實施過放保護的工作流程 框圖。
圖5是本發明具體實施方式
中充電器對電池包實施過充保護的工作流程框圖。
具體實施例方式
本發明旨在揭示了 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*池和充繩電動工-具為例結合圖l至圖 5的具體實施方式
進行說明。需要說明的是，這兒所說的鋰離子電池是負極材 料為鋰元素的可充電電池的總稱，依據正極材料的不同，其可構成許多體系， 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後工作的電路原理框圖，圖2是電池 包IO插接到充電器30上後充電的電路原理框圖。本領域的普通技術人員易於 理解的是，電池包10、電動工具20、充電器30內都設置有印刷電路板，而圖 中所示的由若干電子元器件組成的電子控制組件設置在相應電路板上，並通過 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II、電池包控制單元12、溫度檢測 元件(Temperature Sensor, TS ) 13、識別電阻(Rl)14、以及若干導電端子。
在本實施方式中，電池組11由五節串聯的鋰錳電池11組成，其中每節電 池的額定電壓為3.8伏(V)。當然，在其他實施方式中，根據不同的工況需求， 電池的類型、節數、以及設置方式也可^L具體情況而不同。如電池組11可以由 十節額定電壓為3.2伏的鋰鐵電池組成，這十節電池分兩排並列設置，且每排 由五節電池串耳關而成。此外，由於電池的特性不同 > 其對應的》丈電電壓下限VI、 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 應有所不同。
電池包控制單元12與電池組11的各電池電性連接，用來檢測每節電池的 電壓以及電池包的溫度等數據，並通過這些數據來判斷電池包的工作狀態。該 控制單元12可以是由實現各相應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、數字/模擬轉換單元(A/D converter)模塊、計時器(timer)221模塊、 輸入/輸出埠 (I/O port)模塊等，由於這些模塊的功能及其工作原理都為本領域 的普通技術人員所熟識，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 測某一節電池，可有效避免因為電池的一致性差而無法反映每節電池的過充或 過放的情形。在具體實施中，每節電池11的電壓模擬信號通過電池包控制單元 12的輸入埠輸入，並且由數字/模擬轉換模塊轉換成數位訊號，而後由微處 理模塊執行相應的程序來判斷每節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，並通過電性導線與電池包控制單元12連接。通過這種設置，當電池的溫度發生變 化時，熱敏電阻的阻值也相應發生變化，並被電池包控制單元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。作為優選的實施方式，熱敏電阻 13最好被設置在電池組11內溫度最高的區域，這樣可以確保所有電池不會因 為過溫而受到損壞，並且，熱敏電阻13設置的區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l交準確。
識別電阻14的阻值可用於表示電池包10內電池的特性、電池的容量、電 池的額定電壓等。當電池包IO插接到電動工具20或充電器30上後，電動工具 20或充電器30會辨別識別電阻14對應的阻值所產生的壓降，從而識別出電池 包中電池對應的特性、容量、額定電壓等，在本實施方式中，該識別電阻14 的阻值用來表徵相應的額定電壓。後續會結合充電器做詳細的說明。
在本實施方式中，電池包10的導電端子包括與電池組11的正、負極相應 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 的相應輸入埠連4妄的第一電源端子(Vcc)16,與電池包控制單元12的相應輸 出埠連接用來輸出表示電池包工作狀態指示信號的第 一 狀態指示端子 (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包括電機21、電機控制單元22、用於檢測電 機21溫度的溫度傳感器(Temperature Sensor, TS ) 23 、直流電源轉換模塊 (DC-DC)24、若干導電端子、和用於檢測電機21電流的電流傳感器28。
其中，電動工具20的導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指 示端子17電性接觸的第二狀態指示端子(BH)27。需要說明的是，上述電動工 具的導電端子中並無相應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的對接面上設有可相互配合的防誤插結構， 如凸鍵與鍵槽的配合結構，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。當然，在其他實施方式中，電動工具內也可以通過設 置相應的識別端子、比較器、放大器等電子元器件來實現電子識別額定電壓， 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提高。由於這些防 誤插設計對於本領域的技術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是由邏輯電路構成，其與第二狀態指示端子27連接。電池包工作狀態指示信號由電池包控制單元12的相應輸出埠 (未標示)輸出，並依次通過第一、二狀態指示端子17、 27的傳遞而為電機控 制單元接收。溫度4全測元件23為熱敏電阻，其粘附在電才幾21表面來感測電機 溫度，並與電機控制單元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，直流電源轉換模塊24是用來充當一個直流恆壓電源，用 於供給電池包的控制單元12、溫度檢測元件13等電力。該直流電源轉換模塊 24設置在正、負極端子之間，從而在電池包10與電動工具20插接後可與電池 組ll組成電性迴路，並且，可與電池包控制單元12組成電性迴路。在上述回 路中，電動工具20內還設置有一扳機開關202,當扳機開關202閉合後，在與 電池組11組成的電性迴路中，直流電源轉換模塊24將電池組11的額定電壓轉 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組成的電性迴路中，該直流電源轉換模塊24充當 一個直流恆壓電源來 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 內的電子元器件提供電力，但是需要插接到電動工具並開始工作(合上扳機開 關202 )後，也就是說，電池包在存儲(未插接)或待機(扳機開關202未閉 合)狀態下，其內的電子元器件並不工作，從而有效避免電池包內的電力不必 要地消耗。
電機電流檢測元件28與電機21串聯設置，其間還設置有一電機控制開關 201,用來控制電機的運行。電流檢測元件28可採用本領域技術人員所熟知的 方式，如用於獲取電流值的檢測電阻、將獲取的電流值與預定電流閾值進行比 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201也可採用 本領域技術人員所熟知的半導體開關 > 如採用 MOSFET (Metallic Oxide Semiconductor Field Effecttransistor，金屬氧化物半導體場效應電晶體金屬氧化 物半導體)，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201也可採用傳統的繼電器開關。
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、用於充當直流恆壓電源Vcc 的直流電源轉換模塊(DC-DC)32、交直流電源轉換模塊(AC-DC)33、若干導電端 子、用於檢測充電迴路電流的電流檢測元件302、和用於控制充電迴路導通與 斷開的充電開關301。
充電器30的導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 一狀態指示端子17電性接觸的第三狀態指示端子(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，並且，在第三識別端子38和直流恆壓電源Vcc 間還串聯有第二識別電阻(R2)34,通過這種布置，在直流恆壓電源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串聯設置的分壓 電路。對於充電器30而言，直流恆壓電源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埠處的電壓值Vbs,充電控制單元 31就可以得知第一識別電阻14的阻值，從而可以才艮據其內存儲的阻值與電壓 的對應關係而獲知所待充電的電池包10的額定電壓。對於電池包10而言，電 池包控制單元12通過檢測BS埠是否產生壓降就可以判斷目前是充電狀態還 是放電狀態。參照圖1所示，當電池包10與電動工具20對接時，BS埠為空， 即檢測到Vbs-O,就表明此時電池包為放電狀態。再參照1所示，當電池包IO 與充電器30對接時，BS埠處有壓降產生，即檢測到VbsiO,就表明此時電 池包為充電狀態。通過在電池包內設置一個上拉電阻R2,就能讓電池包判斷出 是充電狀態還是放電狀態，而不需要在電池包內設置額外的電子元器件，從而 大大降低了製造的成本。當然，對於本領域普通技術人員可輕易想到的是，在 電動工具內的BS埠設置上拉電阻R2,而在電池包內取消設置，同樣可以讓 電池包實現充、放電的判斷。
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、數字/模擬轉換單元模塊等功能模塊。充電控制單元 31與第三狀態指示端子37連接來獲得指示電池包工作狀態的信號，與第三識 別端子38連接來荻取BS埠的電壓信號，並且與連接在正、負極端子之間由 兩個電阻303組成的分壓電路連接來檢測電池包的電壓。
充電器30內還設置有交直流電源轉換模塊(AC-DC)33,用於將通過插頭流 入的交流電流轉換成可給電池包充電的直流電流。交直流電源轉換模塊33與直 流電源轉換模塊32組成電性迴路，且直流電源轉換模塊32與電池包控制單元 12組成電性迴路，從而直流電源轉換模塊32可將交直流電源轉換模塊33輸出 的直流電流轉換成一個電壓較低的直流電流，並且直流電源轉換模塊33可充當 一個直流恆壓電源Vcc來給電池包10內的控制單元12等電子器件提供電力。 同時，該直流電源轉換模塊32還與充電控制單元31連接來為其提供電力。如 前所述，通過這種設置，電池包在存儲(未插接)或待機(扳機開關202未閉
10合)狀態下，其內的電子元器件並不工作，從而有效避免電池包內的電力不必 要地消耗。與電動工具20類似，設置在充電迴路內的電流檢測元件302可以是 本領域技術人員所熟知的檢測電阻、比較器、放大器等；充電開關301也可採 用本領域技術人員所熟知的MOSFET或繼電器開關。
以下結合圖3至圖5對電池包在放電和充電時，通過電動工具的配合來實 現過放保護，和通過與充電器的配合來實現過充保護。
圖3所示的是電池包10的工作流程框圖。
當電池包10 4悉4妄到電動工具20上並閉合4反才幾開關202後，或電池包10 插接到充電器30上並且充電器與交流電源連接後，電池包控制單元12開始工 作(步驟401)。隨後，電池包控制單元12 ^r測並獲得電池組10中每節電池的 電壓值Vc (步驟402 )。電池包控制單元12通過BS埠獲^U亥埠 (即第一 識別端子18 )處的電壓值Vbs (步驟403 ),並判斷該電壓值Vbs是否為零(步 驟404 )。在本實施方式中，由於上述兩步驟是為了獲知目前電池包是充電狀態 還是放電狀態，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並不需要獲取具體的Vbs值，其只需要知道BS埠上 是否有電壓，如獲得一個高電平信號就表明該埠上有電壓，而相反，當獲得 一個低電平信號就表明該埠上沒有電壓。當然，本領域技術人員可輕易想到 的是，電池包控制單元12隻需要獲得一個高、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Vbs=0時，表明電池包處於ii電狀態，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下
的正常範圍內。首先，會判斷電池電壓Vc是否小於等於放電電壓下限VI (步
驟405 )。由於電池組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，為確保可靠性，取其中最小的電壓
值進行比較，這樣可確保所有的電池都不會產生過放的情形。在本實施方式中，
由於採用的是鋰錳特性的電池，所以放電電壓下限VI取2.5伏(V)。當判斷V1
《2.5V時，表明電池包已經達到過放的狀態，此時，置位BH埠為低電平信
號(步驟411),表示目前電池包的工作狀態處於異常；當判斷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是否大於等於放電溫度上
限T1(步驟406 ),在本實施方式中Tl為75攝氏度(。C)。當判斷Tb》Tl時，
表明溫度過高，已經不適合再進行放電了，此時電池包控制單元l2執行步驟
411,來表示電池包已處於異常工作狀態；當判斷Tb〈Tl時，表明電池包溫度
還處在正常範圍內，由於之前已經判斷電池電壓也處於正常範圍內，所以，置位BH埠為高電平信號(步驟407 )，表示目前電池包的工作狀態處於正常， 而後，再回到步驟405進4於電池電壓和電池包溫度(步驟406 )的循環判斷。 需要說明的是，上述兩個判斷步驟405、 406可以互換，並不會影響到執行效果。 此外，也可以用高電平信號表示電池包工作狀態異常，低電平信號表示電池包 工作狀態正常。
當VbsiO時，表明電池包處於充電狀態，電池包控制單元12會首先置位 BH埠為高電平信號(步驟408 ),然後判斷電池的電壓Vc和電池包溫度Tb 是否都處在充電狀態下的正常範圍內。首先，會判斷電池電壓Vc是否大於等 於充電電壓上限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生過充的情形； 此外，充電電壓上限V2取4.2 V。當判斷Vc〉4.2V時，表明電池包已經達到 過充的狀態，此時，電池包控制單元12執行步驟411,表示目前電池包的工作 狀態處於異常；當判斷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是否大於等於充電溫度上限T2 (步驟410),在本實施方式中T2 為45。C。當判斷Tb》T2時，表明溫度過高，已經不適合再進行充電了，此時 電池包控制單元12執行步驟411,來表示電池包已處於異常工作狀態；當判斷 Tb〈T2時，表明電池包溫度還處在正常範圍內，由於之前已經判斷電池電壓也 處於正常範圍內，此時，再回到步驟409啦文電池電壓和電池包溫度(步驟410) 的循環判斷。需要說明的是，上述兩個判斷步驟409、 410可以互換，並不會影 響到執行效果。
圖4所示的是電動工具20對電池包10實施過》文保護以及對自身進行保護 的工作流程框圖。
配合參照圖1所示，當電池包IO插接到電動工具20相應的埠併合上扳 機開關202後，直流恆壓電源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和電機控制單元22，,人而，電機控制單元 22開始工作(步驟501 )。隨後電機控制單元22檢測BH埠處的信號(步驟 502 )，即通過第二狀態指示端子27接收表示電池包工作狀態的指示信號，並進 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異 常，有可能是電池已經過放，也有可能是電池包溫度過高。如果異常是由於電 池已經過放，則電才幾控制單元22就不斷進行循環檢測，但並不啟動電機控制開 關201;如果異常是由於電池包溫度過高，則上述循環檢測的過程中，電池包 溫度會逐步降低，當降低到正常範圍內時，BH埠信號置位為高電平信號。當判斷BH埠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 ),並判斷電機21的工作溫度是否已經過高，在本實施方式中， 電機工作溫度上限為ll(TC (步驟505 )。當判斷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201是否已經打 開(步驟506 )，如果是，則直接到步驟518，即打開電機控制開關201來斷開 放電迴路；如果否，則回到步驟502，即重新;險測BH埠處的信號，並重複 上述步驟，其目的是等待電機21工作溫度逐步冷卻到正常範圍內。當判斷Tm
< ll(TC時，表明電機工作溫度處於正常範圍，則閉合電機控制開關201來接通 放電迴路，從而，電機21開始正常工作。
在電機21工作過程中，往往會發生一些異常情況而導致電機堵轉，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時間過長，可能 會燒壞電機，所以，為避免這種情形的發生，在電機工作中，電機控制單元22 還會不斷檢測通過電機的電流Im (步驟508 )，並判斷其是否大於電機工作電 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 機工作電流處於正常範圍，即lm〈50A，則電才幾控制單元22還會不斷檢測電 池包的工作狀態是否正常以及電機的工作溫度是否處於正常範圍。電機控制單 元22獲取BH埠處的信號(步驟510)，並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201 來斷開》文電迴路。
當判斷Im》50A時，表明電機電流過大，如可能已經發生了堵轉，此時電 機控制單元22設定其內的計時器221延時特定時間，如50 - 100毫秒(ms)(步 驟512),並在此過程中檢測電機21的工作電流Im (步驟514 )，並不斷比較是 否Im> 50A (步驟515 )。如果檢測到電機工作電流Im恢復到正常範圍，即Im
< 50A,則將計時器復位清零(步驟516)並回到步驟510繼續進行電池包工作 狀態和電機溫度的檢測，並判斷其是否正常。如果在上述特定時間內始終電機 電流Im》50A,則當計時器延時到達的時候(步驟513 )，電機控制單元22首 先將計時器復位清零(步驟517),然後打開電機控制開關201來斷開放電迴路。
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，當電池包10插接到充電器30上後，並且充電器插頭 插入外部插座與交流電源連接上後，直流恆壓電源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檢測BS埠的電壓信號(步驟602 )，即通過第三識別端子38接 收到BS埠處的具體電壓值信號，並根據該信號得知電池包的額定電壓，從 而根據充電控制單元31內存儲的電池額定電壓與充電電壓的關係來選擇並設 定與該電池包對應的電池包充電電壓上限V0 (步驟603 )。電池包充電電壓上 限V0就是各電池充電電壓上限VI的累積，在本實施方式中，由於電池組共五 節電池，所以V0=4.2*5=21伏V。隨後，充電控制單元31通過第三狀態指示 端子37獲取BH埠的信號(步驟604 )，並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異 常，有可能是電池已經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範圍。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),並判斷Vb是否小於 等於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，由於共有五節電池，所以電池包的充電電壓下限為V3=3.6*5=18 V。當Vb《18V時，表明電池包異常是由於溫度過高，而不是電池已飽和。這 時，充電控制單元31會回到步驟604,重新檢測BH埠信號並執行後續的步 驟，在這個過程中，等待電池包溫度回復到正常的範圍。當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正常，則閉合充電控制開 關301來接通充電迴路(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設置 一 個充電的最大時間長度，當該時間長度到達後， 充電控制單元31會主動斷開充電迴路，從而可有效避免充電過程中因循環等待 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 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，充電器先進行恆流充電，既該過程中電流不變，電池包電壓逐步上升； 當電池包電壓達到充電電壓上限V0時再進行恆壓充電，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 ),並判斷Vb是否等於 充電電壓上限V0 (步驟609 )。如果Vb,VO,表明尚在進行恆流充電，充電控 制單元會判斷計時器311設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),並通過出錯顯示(步驟613 )來表示充電因異常 情況而未完成，隨後斷開充電迴路(步驟614)。如果設定的時間 度還沒有到， 則充電控制單元31會繼續獲取BH埠的信號(步驟616)，並判斷是高電平信號還是低電平信號(步驟617),如果是低電平傳號，表明電池包工作狀態異 常，這時會出錯顯示(步驟613 )並斷開充電迴路(步驟614);如果是高電平 信號，表明電池包工作狀態正常，充電控制單元31隨後回到步驟608,重複電 池包電壓的檢測，並判斷是否處於恆流充電狀態。
如果Vb^V0，表明電池包電壓已達到充電電壓上限，^旦並不表明電池包已 充電飽和，有可能還處於恆壓充電的狀態。充電控制單元31檢測通過充電迴路 中的電流Ic (步驟610)，並判斷Ic是否小於等於充電電流上限(步驟612)， 在本實施方式中，該上限值為20毫安(mA)。在這過程中，充電控制單元31還 會判斷計時器311設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 ),並顯示出錯(步驟613 ),隨後斷開充電迴路(步驟 614)。當判斷Ic> 20mA時，表明電池還未飽和，這時會重複步驟610步驟612, 即重複檢測電流Ic並判斷其是否小於等於充電電流上限；當判斷Ic < 20mA時， 表明電池已充至飽和狀態，隨後充電控制單元31斷開充電開關301,從而也使 得整個充電迴路斷開。
本發明中，電池包能夠對自身的工作狀態進行正常或異常的判斷，並通過 一個埠將表示正常或異常的信號傳遞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該信號來執行相應的控制。對無繩電氣裝置而言，該控制 可以包括接通放電迴路、；改棄接通放電迴路、等待接通放電迴路、斷開放電回 路等；對於充電裝置而言，該控制可以包括接通充電迴路、等待接通充電迴路、 放棄接通充電迴路、斷開充電迴路等。通過這種設置，既可以有效保護工具本 身，又可以有效保護電機，並且降低了電池包和無繩電氣裝置或充電裝置整體 的設計和製造成本。此外，在無繩電氣裝置或充電裝置內設置直流恆壓電源，
包在存儲(未插接)或待機(扳機開關202未閉合)狀態下，其內的電子元器 件並不工作，從而有效避免電池包內的電力不必要地消耗。當然，對於本領域 普通技術人員可輕易想到的是，可以將直流恆壓電源i殳置在電池包內以與電池 包控制單元連接，並與無繩電氣裝置或充電裝置內的相應電路部分組成電性回 路。通過這種設置，使得電池包在與無繩電氣裝置或充電裝置對接前，該電性 迴路是斷開的，所以此時電池包基本上不會消耗電力。另外，通過在無繩電氣 裝置或充電裝置內設置 一 個識別電阻，就能讓電池包判斷出是充電狀態還是放 電狀態，而不需要在電池包內設置額外的電子元器件，從而大大降低了製造的 成本。
1權利要求
1.一種電池包，用於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，其特徵在於，包括若干電池；正極和負極端子，與上述電池串聯設置，且所述正極端子在放電時用於傳遞輸出電流，以及在充電時用於傳遞輸入電流；電子控制組件，與上述電池連接；電源端子，與所述電子控制組件連接，用於傳遞電流來提供電子控制組件運行所需的電力。
2. 根據權利要求1所述的電池包，其特徵在於所述電子控制組件用於檢 測電池的電壓和溫度，並根據檢測到的電壓和溫度來判斷電池包工作狀態。
3. 根據權利要求1所述的電池包，其特徵在於所述電子控制組件包括處 理器。
4. 根據權利要求3所述的電池包，其特徵在於所述電源端子與所述處理 器的輸出埠連接。
5. 根據權利要求3所述的電池包，其特徵在於該電池包還包括與所述處 理器連接的用來輸出表示電池包工作狀態的信號的狀態指示端子。
6. —種電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於，包括電池包，其包括若千電池，與若干電池串聯的第一正、負極端子，和與電池連接的電子控制組件； 電氣裝置，其包括第二正、負極端子，可與電池包的第一正、負極端子電性接觸而實現電池包和電氣裝置的電性連接；以及 恆壓電源，設置在電池包或電氣裝置內，並可與所述電子控制組件串聯而形成電性迴路，其中當電池包未與電氣裝置插接時，所述串聯迴路斷開。
7. 根據權利要求6所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於所述電 氣裝置為無繩電氣裝置，所述電源與電池包內的電池組成電性迴路。
8. 根據權利要求7所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於所述無 繩電氣裝置內設置有位於所述串聯迴路中用於控制迴路通斷的開關。
9. 根據權利要求6所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於所述電 氣裝置為充電裝置，其內還設置有交直流電源轉換模塊，所迷恆壓電源與所述 交直流電源轉換模塊組成電性迴路。
10. 根據權利要求6所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於所述電子控制組件用於檢測電池的電壓和溫度，並根據檢測到的電壓和溫度來判斷 電池包工作狀態。
11. 根據權利要求6所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於所述 電子控制組件包括處理器。
12. 根據權利要求10所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於該電池包還包括與所述電子控制組件連接的用來輸出表示電池包工作狀態的狀態指 示端子。
13. 根據權利要求6所述的電池包和電氣裝置的組合，其特徵在於所述 電氣裝置包括電機。
全文摘要
本發明涉及一種電池包，用於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、與上述電池串聯設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指示端子。其中電子控制組件用於檢測所述電池的電壓和溫度，根據檢測到的電壓和溫度來判斷電池包的工作狀態，生成用來表示電池包工作狀態的狀態指示信號；其中狀態指示端子用來輸出所述狀態指示信號。通過這種設置，可有效降低設計和製造成本。
文檔編號H01M10/42GK101662048SQ20081021481
公開日2010年3月3日 申請日期2008年8月25日 優先權日2008年8月25日
發明者田角峰 申請人:蘇州寶時得電動工具有限公司