CN102882253B - 智能供电电源及其供电方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种智能供电电源及其供电方法，用于为电动工具供电，可延长使用时间。智能供电电源包括串联的多节电芯，其中第一节电芯负极接地，最后一节电芯正极连接至第一输出端子；控制芯片，多节电芯的所有电芯正极均与控制芯片连接，且所述第一节电芯负极与控制芯片连接；微处理单元，控制芯片通过微处理单元连接至第二输出端子；电流取样电阻；第一开关管，所述第一节电芯负极连接至电流取样电阻及第一开关管，第一开关管连接第三输出端子；及开关管驱动器，连接于微处理单元与第一开关管之间；其中，控制芯片负责单节电芯的管理，微处理单元检测负载电流并与一设定值相比，控制脉宽调制脉宽调变占空比大小，根据负载电流大小调节输出电压。

Description

智能供电电源及其供电方法

技术领域

本发明是有关于一种电源技术，且特别是有关于一种智能供电电源及其供电方法，其可延长使用时间，节省能源。

背景技术

电动工具上的电池包性能好坏，比如放电时间、噪声大小、节能状况等性能会直接影响到电动工具的用户友好性和市场接收度，尤其是欧洲市场对工具噪声标准要求比较高。目前市场的电池包一般为输出端电压与电池包内部电压基本一致，没有自动调节功能，主要依靠电池包外部装置进行调节。目前电池包作为供电电源，放电时使用时间一般比较短，浪费能源，且噪声较大。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种智能供电电源，其根据负载真实需求调节相应输出功率，可延长使用时间，节省能源。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供一种智能供电电源，用于为电动工具供电，包括串联的多节电芯，其中第一节电芯负极接地，最后一节电芯正极电性连接至第一输出端子；控制芯片，多节电芯的所有电芯正极均与控制芯片电性连接，且所述第一节电芯负极与控制芯片电性连接；微处理单元，控制芯片通过微处理单元电性连接至第二输出端子；电流取样电阻；第一开关管，所述第一节电芯负极电性连接至电流取样电阻及第一开关管，再进一步电性连接到第三输出端子，及开关管驱动器，电性连接于微处理单元与第一开关管之间；其中，控制芯片负责单节电芯的电压、温度管理，微处理单元检测负载电流并与一设定值相比，控制脉宽调制脉宽调变占空比大小，根据负载电流大小调节输出电压。

在本发明的一个实施例中，所述智能供电电源进一步包括第二开关管，其一端电性连接至控制芯片，一端电性连接至电流取样电阻和第一开关管之间，另一端电性连接至第四输出端子。

在本发明的一个实施例中，所述控制芯片通过一热敏电阻接地。

在本发明的一个实施例中，所述多节电芯的最后一节电芯正极与第一输出端子之间电性连接一保险丝。

在本发明的一个实施例中，所述第一开关管和第二开关管均包括MOSFET管和二极管，其中，二极管的阳极电性连接至MOSFET管的源极，二极管的阴极电性连接至MOSFET管的漏极。

在本发明的一个实施例中，所述第一开关管的MOSFET管的源极与电流取样电阻电性连接，漏极与第三输出端子电性连接，栅极与开关管驱动器电性连接。

在本发明的一个实施例中，所述第二开关管的MOSFET管的源极与控制芯片电性连接，源极与第四输出端子电性连接，漏极电性连接至电流取样电阻和第一开关管的MOSFET管源极之间。

在本发明的一个实施例中，所述智能供电电源进一步包括电量指示装置，其电性连接至微处理单元，用于显示电源电量状况。

在本发明的一个实施例中，所述智能供电电源进一步包括支架和外壳。

为解决上述技术问题，本发明采用的另一个技术方案是：提供一种适用于上述智能供电电源的供电方法，其包括步骤：智能供电电源电性连接至电动工具；启动主开关；若马达空载，低转速运行，进入节能模式；当整机加载，马达转速下降，电流上升，微处理单元检测电流大于或等于一设定值，则利用脉宽调变调节信号调节输出占空比，提高输出电压，从而提高电机输出扭力；当负载减小，转速下降，电流减小时，微处理单元检测到电流小于所述设定值，则利用脉宽调变降低输出电压；及当智能供电电源的电压小于或等于一设定的过放保护电压值，则停止放电，进入节电模式。

本发明的有益效果是：本发明所述的智能供电电源根据负载真实需求调节相应输出功率，利用马达加载后电流增大的原理实现智能调节输出功率，可延长电源放电时间，节省能源，同时，降低噪声，符合市场标准。

附图说明

图1为本发明较佳实施例的智能供电电源的电路示意图。

图2为本发明较佳实施例的智能供电电源的供电方法流程图。

附图中各部件的标记如下：101、电芯，102、控制芯片，103、微处理单元，105、开关管驱动器，106、开关管，107、开关管，108、电量指示装置，1081、触控按钮开关，109、保险丝。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。

本发明是一个智能供电电源，可以根据负载真实需求调节相应输出功率，避免能量浪费。请参阅图1，其为本发明较佳实施例的智能供电电源的电路示意图。本实施例中，智能供电电源包括多节电芯101、控制芯片102、微处理单元（MCU，micro control unit）103，电流取样电阻CS、开关管驱动器105、开关管106、电量指示装置108、保险丝109及若干输出端子。控制芯片102负责单节电芯的电压、温度管理，控制芯片102可以检测其中一节电芯的温度，如果温度过高，则通过开关管106关闭多节电芯101，停止供电。MCU 103控制脉宽调制脉宽调变（PWM，Pulse-Width Modulation）占空比大小，并提供智能供电电源的各种保护功能。

其中，多节电芯101串联，第一节电芯负极接地，最后一节电芯正极与保险丝109电性连接，并进一步电性连接至一输出端子P+。多节电芯101中的所有电芯正极均与控制芯片102电性连接，且控制芯片102与MCU 103进一步电性连接至输出端子COM。多节电芯101中的上述第一节电芯负极分出三路连接，一路接地，一路连接至控制芯片102，还有一路连接至电流取样电阻CS及开关管106，再进一步连接到一输出端子P－。开关管106进一步通过开关管驱动器105与MCU 103连接。

此外，另一开关管107一端电性连接至控制芯片102，一端电性连接至电流取样电阻CS和开关管106之间，另一端电性连接至输出端子C－。同时，控制芯片102通过一热敏电阻NTC接地。

开关管驱动器105用于控制开关管106的打开和关闭，同时，开关管驱动器105具有短路保护、过流保护、温度保护、单个电芯电压平衡、软启动及通信等功能。当MCU 103检测到电池温度过高、电流过大等情况，开关管驱动器105关闭开关管106，对多节电芯101及电路进行保护。

所述开关管106、107的内部电路组成相同。开关管106、107分别包括N型金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET，Metal-Oxide -Semiconductor Field Effect Transistor）和二极管。其中，二极管的阳极电性连接至N型MOSFET管的源极，二极管的阴极电性连接至N型MOSFET管的漏极。

具体地，开关管106的MOSFET管的源极与电流取样电阻CS电性连接，漏极与输出端子P－电性连接，栅极与开关管驱动器105电性连接。开关管107的MOSFET管的栅极与控制芯片102电性连接，源极与输出端子C－电性连接，漏极电性连接至电流取样电阻CS和开关管106的MOSFET管源极之间。电流取样电阻CS对电芯101的放电电流进行取样，如果放电电流超出一定值，则MCU 103会控制开关管驱动器105关闭开关管106，控制芯片102会关闭开关管107。

进一步地，电量指示装置108电性连接至MCU 103，用于通过若干指示灯显示电源电量状况，该电量指示装置108可包括一触控按钮开关1081，用户可以通过该触控按钮开关1081开启或关闭电量指示装置108。

本发明的智能供电电源还包括支架和外壳，具体结构本实施例不再详述。

在使用过程中，所述智能供电电源与一电动工具电性连接，电动工具包括主开关201、马达202和输入端子P+和P－。输入端子P+电性连接至主开关201，输入端子P－电性连接至马达202。主开关201控制马达202的工作。所述智能供电电源通过输出端子与电动工具的输入端子电性连接。当智能供电电源与电动工具电性连接时，电动工具空载状态时输出较小功率，当加载时马达的转速下降、扭力增大、电流增加，本装置利用马达加载后电流增大的原理实现智能调节输出功率。

本发明智能供电电源的供电原理结合图2所示。当智能供电电源电性连接至电动工具（步骤S201），启动主开关201（步骤S202）；MCU对电芯和回路的电压、电流、温度等进行检测控制（步骤S203），若马达空载，低转速运行，进入节能模式（步骤S204）。当整机加载，马达转速下降，电流上升，MCU 103检测电流大于或等于一设定值，则利用PWM调节信号调节输出占空比，提高输出电压，从而提高电机输出扭力（步骤S205）。当负载减小，转速下降，电流减小时，MCU检测到电流小于所述设定值，则利用PWM降低输出电压（步骤S206），并转入步骤204。当MCU 103检测到智能供电电源的电压小于或等于一设定的过放保护电压值，则停止放电，进入节电模式（步骤S207）。

接通电源整个系统工作，空载时整机处于节能待机状态，当加载时通过马达加载后电流增大原理，检测到负载电流增大，信号处理后输送至MCU 103利用脉宽调变（PWM，Pulse-Width Modulation）调节信号调节输出占空比，提高输出电压，达到提高功率的目的。

另一方面，本实施例的智能供电电源可通过其输出端子与一充电装置300的输入装置电性连接，进行充电。

综上所述，本发明所述的智能供电电源根据负载真实需求调节相应输出功率，利用马达加载后电流增大的原理实现智能调节输出功率，可延长电源放电时间，节省能源，同时，降低噪声，符合市场标准。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (2)

1.一种智能供电电源，用于为电动工具供电，包括：

多节电芯，该多节电芯串联，第一节电芯负极接地，最后一节电芯正极电性连接至第一输出端子；

控制芯片，多节电芯的所有电芯正极均与控制芯片电性连接，且所述第一节电芯负极与控制芯片电性连接；

微处理单元，控制芯片通过微处理单元电性连接至第二输出端子；

电流取样电阻，

第一开关管，所述第一节电芯负极电性连接至电流取样电阻及第一开关管，第一开关管再进一步电性连接到第三输出端子，及

开关管驱动器，电性连接于微处理单元与第一开关管之间，以控制第一开关管；

其中，控制芯片负责单节电芯的电压、温度管理，微处理单元检测负载电流并与一设定值相比，控制脉宽调变占空比大小，根据负载电流大小调节输出电压，所述智能供电电源进一步包括第二开关管，其一端电性连接至控制芯片，一端电性连接至电流取样电阻和第一开关管之间，另一端电性连接至第四输出端子。

2.根据权利要求1所述的智能供电电源，其特征在于，所述控制芯片通过一热敏电阻接地。

3.根据权利要求1所述的智能供电电源，其特征在于，所述多节电芯的最后一节电芯正极与第一输出端子之间电性连接一保险丝。

4.根据权利要求1所述的智能供电电源，其特征在于，所述第一开关管和第二开关管均包括MOSFET管和二极管，其中，二极管的阳极电性连接至MOSFET管的源极，二极管的阴极电性连接至MOSFET管的漏极。

5.根据权利要求4所述的智能供电电源，其特征在于，所述第一开关管的MOSFET管的源极与电流取样电阻电性连接，漏极与第三输出端子电性连接，栅极与开关管驱动器电性连接。

6.根据权利要求4所述的智能供电电源，其特征在于，所述第二开关管的MOSFET管的源极与控制芯片电性连接，源极与第四输出端子电性连接，漏极电性连接至电流取样电阻和第一开关管的MOSFET管源极之间。

7.根据权利要求1所述的智能供电电源，其特征在于，所述智能供电电源进一步包括电量指示装置，其电性连接至微处理单元，用于显示电源电量状况。

8.根据权利要求1所述的智能供电电源，其特征在于，所述智能供电电源进一步包括支架和外壳。

9.一种智能供电电源的供电方法，适用于权利要求1-8任一所述的智能供电电源，其包括步骤：

智能供电电源电性连接至电动工具；

启动主开关；

若马达空载，低转速运行，进入节能模式；

当整机加载，马达转速下降，电流上升，微处理单元检测电流大于或等于一设定值，则利用脉宽调变调节信号调节输出占空比，提高输出电压，从而提高电机输出扭力；

当负载减小，转速下降，电流减小时，微处理单元检测到电流小于所述设定值，则利用脉宽调变降低输出电压；及

当智能供电电源的电压小于或等于一设定的过放保护电压值，则停止放电，进入节电模式。