CN101814764A - 直流电动扳手专用锂电池电源系统 - Google Patents

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葛崇举
刘新良
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Abstract

本发明公开了一种直流电动扳手专用锂电池电源系统，包括锂离子电池、防止锂离子电池过充过放的保护板、用于防止锂离子电池发热导致电池爆炸的一种温度传感器、一种特制的平面散热板、充放电保护电路和MC控制电路组成。其特征是：锂离子电池组为四节锂离子电池串联，在锂离子电池组上装有锂离子电池保护板，锂离子电池保护板上装有一种温度传感器、并连接一种特制的和保护板平面相同的平面散热板。在保护板的两端设有充电端口和放电端口。在保护板上还装有充放电保护电路和MC控制电路，充放电保护电路和MC控制电路通过导线与电池连接。其优点是：使该系统大大提高了电动扳手的电源的使用寿命、延长了工作时间，解决了大电流放电以及电池的安全性问题。

Description

直流电动扳手专用锂电池电源系统
技术领域
本发明设计一种是电动扳手在启动以及工作时如何保护锂电池的装置，尤其是一种直流电动扳手专用锂电池电源系统。
背景技术
直流电动扳手一般应用于汽车轮胎拆卸、工作机器维修、装配等。一般以大功率为主导。但由于目前用的大部分都是镍镉、镍氢电池，体积大、重量重、工作时间短、寿命短、大电流工作实现不了等得不到广泛应用。而锂电池由于安全性问题得不到用户认可，所以我们研制了一款锂电池电源系统来解决上述问题。
本发明的目的是克服现有电池技术上的不足，提供一种直流电动扳手专用锂电池电源系统，该系统大大提高了电动扳手的电源的使用寿命、延长了工作时间，解决了大电流放电以及电池的安全性问题。
本发明的技术方案是通过如下技术实现的：一种直流电动扳手专用锂电池电源系统，包括锂离子电池、防止锂离子电池过充过放的保护板、用于防止锂离子电池发热导致电池爆炸的一种温度传感器、一种特制的平面散热板、充放电保护电路和MC控制电路组成。其特征是：锂离子电池组为四节锂离子电池串联，在锂离子电池组上装有锂离子电池保护板，锂离子电池保护板与四节锂离子电池电连接，在锂离子电池保护板上装有一种温度传感器、并连接一种特制的和保护板平面相同的平面散热板。在保护板的两端设有充电端口和放电端口。在保护板上还装有充放电保护电路和MC控制电路，充放电保护电路和MC控制电路通过保护板与锂离子电池连接。
所述的充放电保护电路包括充电保护电路、均衡电路、放电保护电路。
其中，充电保护电路：U1-U4为单节电池保护芯片，在充电过程中，当任何一节锂离子电池电压达到4.25V时，相对应的芯片充电端口输出低电平，Q2-Q4中对应的三极管导通，驱动Q20-Q23中相连接的三极管，使Q20-Q23相对应的三极管导通，使Q12导通，调节R87和R87A的阻值，使Q28、Q29 MOS管微导通，充电电流从大电流变为小电流，从而实现锂离子电池的单节充电保护。
均衡电路：在对应充电端口输出低电平的同时，使均衡MOS管Q31-Q34相对应导通，使锂离子电池两端电压保持恒定，达到均衡的作用。
放电保护：U1-U4为单节电池保护芯片，在放电过程中，当任何一节锂离子电池电压达到2.5V时，相对应的芯片放电端口输出低电平时，Q8-Q11中对应的三极管导通，驱动Q14-Q17中相连接的三极管，使Q14-Q17相对应的三极管导通，使Q27、Q26MOS管的控制极电压为零，MOS管被关断。实现锂离子电池的单节放电保护放电保护。
所述的MCU控制电路包括温度控制、充电过流保护、放电电流保护、MCU的唤醒、低功耗的设定。
其中，温度控制：锂离子电池处于大倍率放电和大电流充电状态时，电池发热。因此需要对锂离子电池的充放电温度进行有效控制。
RT2为温度检测电阻，当温度升高时，RT2阻值变小，相对应R84与RT2分压点电压变小，将此电压送入MCU11脚，在充电时当检测到锂离子电池温度达到45°时，MCU 6脚输出高电平，IC1导通，A2端口与C-导通，使充电MOS管控制极变成零电位，充电MOS管Q28、Q29关断，达到充电温度控制的作用，而当停止充电后，温度达到40°时，MCU 6脚输出低电平，IC1关断，A2端口与C-截止，充电MOS管Q28、Q29导通，允许锂离子电池再充电。
在放电时当检测到电池温度达到75°时，MCU 4脚输出高电平，IC2导通，A1端口与B-导通，使放电MOS管控制极变成零电位，放电MOS管Q26、Q27关断，达到放电温度控制的作用，而当停止放电后，温度达到70°时，MCU 4脚输出低电平，IC2关断，A1端口与B-截止，充电MOS管Q26、Q27导通，允许电池再放电。充电过流保护：R95为充电电流检测器件，将其取样信号送入MCU 10脚B-充电检测端口，当出现过流或短路现象时，MCU 6脚输出高电平，IC1导通，A2端口与C-导通，使充电MOS管控制极变成零电位，充电MOS管Q28、Q29关断，达到充电过流控制的作用。故障排除后自动恢复。
放电电流保护：R49-R52为放电电流检测器件，将放电MOS管内阻与放电检测器件作为放电取样，其取样信号送入MCU 9脚P-放电检测端口，其保护电流的值通过调整R79与R81的分压值确定，具体公式为：R79与R81的分压值＝(Q26的内阻+Q27的内阻+R49-R52的内阻)×保护电流，当出现过流或短路现象时，MCU4脚输出高电平，IC2导通，A1端口与B-导通，使放电MOS管控制极变成零电位，放电MOS管Q26、Q27关断，达到放电过流控制的作用。
MCU的唤醒：为了减少静态功耗，MCU设置了休眠功能，唤醒方式如下：从FX口取得的唤醒信号经AP放大器进行放大处理，推动Q37导通，实现唤醒MCU的功能。在锂离子电池充电时，FX端口通过R95可以检测到充电信号；在锂离子电池放电时，通过R49-R52，FX端口检测到放电信号。
低功耗的设定：为了减少电池因为保护板带来的自放电，应尽量减少保护板的静态功耗，本保护板MCU设置了睡眠功能，在没有充电或放电的条件下，MCU处于休眠功能；同时为了减少MCU各对电源耗电的要求，除MCU工作的5V主电源由电池提供外，其他5V电源均由MCU自身提供，减小保护板的功耗。
由于采用上述技术方案：即可使该系统大大提高了电动扳手的电源的使用寿命、延长了工作时间，解决了大电流放电以及电池的安全性问题。
附图说明
下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明的结构示意图；
图2为充放电保护电路原理图；
图3为MCU控制电路原理图。
图中，1.散热板，2.保护板，3.温度控制器，4.充电端口，5、锂离子电池，6.放电端口。
具体实施方式
参照图1、图2和图3，本发明包括锂离子电池5、防止锂离子电池过充过放的保护板2、用于防止电池发热导致电池爆炸的一种温度传感器3、一种特制的平面散热装置、充放电保护电路和MC控制电路组成。锂离子电池组为四节锂离子电池5串联，在锂离子电池组上装有锂离子电池保护板2，锂离子电池保护板2与四节锂离子电池5电连接，锂离子电池保护板2上装有一种温度控制器、并连接一种特制的和保护板2平面相同的平面散热板1。在保护板2的两端设有充电端口4和放电端口6。在保护板2上还装有充放电保护电路和MC控制电路，充放电保护电路和MC控制电路通过保护板2与锂离子电池5连接。
所述的充放电保护电路包括充电保护电路、均衡电路、放电保护电路。
其中，充电保护原理：U1-U4为单节电池保护芯片，在充电过程中，当任何一节锂离子电池电压达到4.25V时，相对应的芯片充电端口输出低电平(低于4.25V时，充电端口输出对应电池电压)，将充电端口和其检测的对应单体锂离子电池的正极电压送入Q2-Q4进行比较，当其中任意一个芯片的充电端口输出低电平时，Q2-Q4中对应的三极管导通，驱动Q20-Q23中相连接的三极管，使Q20-Q23相对应的三极管导通，使Q12导通，调节R87和R87A的阻值，使Q28、Q29MOS管微导通，充电电流从大电流变为小电流，从而实现锂离子电池的单节充电保护。
均衡电路原理：在对应芯片充电端口输出低电平的同时，使均衡MOS管Q31-Q34相对应导通，使锂离子电池两端电压保持恒定，达到均衡的作用。
放电保护原理：U1-U4为单节锂离子电池保护芯片，在放电过程中，当任何一节锂离子电池电压达到2.5V时，相对应的芯片放电端口输出低电平(高于2.5V时，放电端口输出对应电池电压)，将放电端口和其检测的对应单体锂离子电池的正极电压送入Q8-Q11进行比较，当其中任意一个芯片的放电端口输出低电平时，Q8-Q11中对应的三极管导通，驱动Q14-Q17中相连接的三极管，使Q14-Q17相对应的三极管导通，使Q27、Q26MOS管的控制极电压为零，MOS管被关断。实现锂离子电池的单节放电保护放电保护。
所述的MCU控制电路包括温度控制、充电过流保护、放电电流保护、MCU的唤醒、低功耗的设定。
其中，温度控制：锂离子电池处于大倍率放电和大电流充电状态时，锂离子电池发热。因此需要对电池的充放电温度进行有效控制。
RT2为温度检测电阻，当温度升高时，RT2阻值变小，相对应R84与RT2分压点电压变小，将此电压送入MCU11脚，在充电时当检测到电池温度达到45°时，MCU6脚输出高电平，IC1导通，A2端口与C-导通，使充电MOS管控制极变成零电位，充电MOS管Q28、Q29关断，达到充电温度控制的作用，而当停止充电后，温度达到40°时，MCU 6脚输出低电平，IC1关断，A2端口与C-截止，充电MOS管Q28、Q29导通，允许电池再充电。
在放电时当检测到锂离子电池温度达到75°时，MCU 4脚输出高电平，IC2导通，A1端口与B-导通，使放电MOS管控制极变成零电位，放电MOS管Q26、Q27关断，达到放电温度控制的作用，而当停止放电后，温度达到70°时，MCU 4脚输出低电平，IC2关断，A1端口与B-截止，充电MOS管Q26、Q27导通，允许电池再放电。
充电过流保护：R95为充电电流检测器件，将其取样信号送入MCU 10脚B-充电检测端口，当出现过流或短路现象时，MCU 6脚输出高电平，IC1导通，A2端口与C-导通，使充电MOS管控制极变成零电位，充电MOS管Q28、Q29关断，达到充电过流控制的作用。故障排除后自动恢复。
放电电流保护：R49-R52为放电电流检测器件，将放电MOS管内阻与放电检测器件作为放电取样，其取样信号送入MCU 9脚P-放电检测端口，其保护电流的值通过调整R79与R81的分压值确定，具体公式为：R79与R81的分压值＝(Q26的内阻+Q27的内阻+R49-R52的内阻)×保护电流，当出现过流或短路现象时，MCU 4脚输出高电平，IC2导通，A1端口与B-导通，使放电MOS管控制极变成零电位，放电MOS管Q26、Q27关断，达到放电过流控制的作用。
MCU的唤醒：为了减少静态功耗，MCU设置了休眠功能，唤醒方式如下：从FX口取得的唤醒信号经AP放大器进行放大处理，推动Q37导通，实现唤醒MCU的功能。在电池充电时，FX端口通过R95可以检测到充电信号；在电池放电时，通过R49-R52，FX端口检测到放电信号。
低功耗的设定：为了减少电池因为保护板带来的自放电，应尽量减少保护板的静态功耗，MCU还设置了睡眠功能，在没有充电或放电的条件下，MCU处于休眠功能；同时为了减少MCU各对电源耗电的要求，除MCU工作的5V主电源由电池提供外，其他5V电源均由MCU自身提供，减小保护板的功耗。
该系统大大提高了电动扳手的电源的使用寿命、延长了工作时间，解决了大电流放电以及电池的安全性问题。

Claims (3)

1.一种直流电动扳手专用锂电池电源系统，包括锂离子电池、防止锂离子电池过充过放的保护板、用于防止锂离子电池发热导致电池爆炸的一种温度传感器、一种特制的平面散热板、充放电保护电路和MC控制电路组成；其特征是：锂离子电池组为四节锂离子电池串联，在锂离子电池组上装有锂离子电池保护板，锂离子电池保护板与四节锂离子电池电连接，在锂离子电池保护板上装有一种温度传感器、并连接一种特制的和保护板平面相同的平面散热板；在保护板的两端设有充电端口和放电端口；在保护板上还装有充放电保护电路和MC控制电路，充放电保护电路和MC控制电路通过保护板与锂离子电池连接。
2.根据权利要求1所述的直流电动扳手专用锂电池电源系统，其特征是：所述的充放电保护电路包括充电保护电路、均衡电路、放电保护电路。
3.根据权利要求1所述的直流电动扳手专用锂电池电源系统，其特征是：所述的MCU控制电路包括温度控制、充电过流保护、放电电流保护、MCU的唤醒、低功耗的设定。
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PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

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