CN105337321A - 充电管理系统及动力工具 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电池的充电管理系统，其包括：电量检测模块；与电池包相连的温度检测模块，用于采集电池包的实时温度；与所述温度传感模块相连的主控模块；与所述主控模块相连的充电电压控制模块；当电池温度为10℃以下时，采用第一充电电压；当电池温度为达到10℃且低于30℃时，采用电池第二充电电压；当电池温度为达到30℃且低于45℃时，采用第三充电电压；当电池温度达到45℃且低于60℃之间时，采用第四充电电压；当电池温度达到或者超过60℃时，停止充电。本发明还涉及一种利用所述充电管理系统的动力工具。

Description

充电管理系统及动力工具

技术领域

本发明涉及一种充电管理系统。

本发明还涉及一种采用上述充电管理系统的动力工具。

背景技术

近年来，随着电池材料技术的发展，电池的容量已被大幅度的提升，其应用范围也已经从一些小功率的电子类电气装置而延伸到一些大功率的动力类电气装置，如电动工具等。这样，采用了高倍率电池的电动工具可以摆脱线缆的束缚而可随时、随地地使用。为提高利用率，这些电池通常采用的是可充电电池，如锂离子电池、铅酸电池、镍镉电池、镍氢电池等。

电动工具使用可充电电池，必然需要进行充电。电池的充电往往受到天气的影响，尤其是温度的影响。在现有技术中，已经出现了多种针对电池充电保护的设计，如过充、电池产生热量过大等。有一些电动工具，如智能割草机，常常在户外进行工作。由于天气变化多端，一年四季的温差较大，容易对电池的充电产生较大的影响。尤其在夏日高温暴晒的情况下，电池的充电往往非常危险，易发生爆炸的危险情况。

一般情况下，锂离子电池充电时的温度范围应当在0℃至45℃。在此温度范围之外对电池充电会导致电池过热。在充电周期中，电池内的压力上升还会导致电池膨胀。温度与压力直接相关。随着温度上升，压力也会过大，这可能会导致电池内部的机械破裂或材料泄漏，严重时还有可能导致爆炸。在此温度范围之外对电池充电还会损害电池的性能，或缩短电池的预期寿命。通常的保护措施是在电池充电温度达到45℃时，就直接停止充电，低于45℃时再进行启动充电。然而此种保护措施使得使用锂离子电池放入智能割草机在户外高温天气下不能完成充电及工作。

发明内容

本发明解决的技术问题为：提供一种充电管理系统，可以解决智能割草机在高温户外不能完成充电及工作的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案为：一种电池的充电管理系统，其包括：电量检测模块，用于检测电池的电量；温度检测模块，与电池包相连，用于采集电池包的实时温度，所述电池包内设置有温度传感器；主控模块，与所述温度检测模块相连，用于内部信号的转换和处理；充电电压控制模块，与所述主控模块相连，用于调整充电电压；当电池温度小于10℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第一充电电压；当电池温度大于或者等于10℃且小于30℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第二充电电压；当电池温度大于或者等于30℃且小于45℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第三充电电压；当电池温度大于或者等于45℃且小于60℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第四充电电压；当电池温度大于或者等于60℃时，停止充电。

优选地，所述电池为锂离子电池。

优选地，所述第一充电电压的范围为4.10V～4.25V，所述第二充电电压的范围为4.10V～4.25V，所述第三充电电压的范围为4.10V～4.20V，所述第四充电电压的范围为4.00V～4.15V。

优选地，所述第二充电电压和所述第三充电电压为4.25V，所述第四充电电压为4.15V。

优选地，所述第二充电电压和所述第三充电电压为4.2V，所述第四充电电压为4.05V。

优选地，所述电池为铅酸电池。

本发明还提供一种动力工具，包括壳体、收容于壳体内的马达、为马达提供工作能量的电池包组以及如上任一所述的充电管理系统。

本发明的有益效果为：通过建立一个充电电压或电流与电池温度的动态对应关系，根据电池温度实时调整充电电压，从而解决智能割草机高温天气不能完成充电及工作的问题，同时又保护了电池。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是电动工具的结构示意图；

图2是图1所示电动工具的电路框图；

图3是图1所示电动工具的充电流程图。

其中：

1.割草机2.壳体

4.马达6.电池包组

8.充电站10.充电管理系统

12.电压检测模块14.温度检测模块

16.开关模块18.主控模块

60.电池包61.电池单元

63.温度传感器

具体实施方式

本发明旨在揭示一种电池的充电管理系统以及设置有此充电管理系统的动力工具，通过建立一个充电电压或电流与电池温度的动态对应关系，根据电池温度实时调整动力工具电池的充电电压。本发明的充电管理系统适用于所有户外使用的动力工具，尤其是花园类动力工具。下面以智能割草机为例进行具体说明。

如图1所示，智能割草机100包括壳体2、收容于壳体2内的马达4、为马达4提供工作能量的电池包组6、充电管理系统(未示出)，充电管理系统用于控制电池包组6的充电。图1中还示出了电池包组6进行充电时与割草机1对接的充电站8。

电池包组6中每个电池包包含多节串联的电池单元，以及设置在电池包内的温度传感器，温度传感器用于检测电池单元的温度，并将检测到的温度值转换为相应的电信号传递给与其电性连接的单元。在本实施例中，如图2所示，电池包组6包括2个电池包60，电池包60内分别包括温度传感器63。每个电池包60包含多节串联设置的电池单元61，根据电动工具类型的不同，电池包60也可以设置为包含多节并联设置的电池单元或者串联与并联混合的电池单元或者仅包含一节电池单元，电池单元61的类型可以为锂离子电池、镍镉电池、铅酸电池或者超级电容器等。本实施例中，所用的电池单元为锂离子电池单元。

请参阅图2所示，充电管理系统10包括温度检测模块14，电量检测模块12，开关模块16、电压控制模块20以及主控模块18。具体的，温度检测模块14，电量检测模块12，开关模块16、电压控制模块20的个数与电池包60的个数对应。

温度检测模块14用于接收温度传感器63传递的信号，并将温度传感器63传递的信号转换为主控模块18能够识别的电信号传递给主控模块18；电量检测模块12用于检测电池包60的电量，并将检测的电量值转换为主控模块18能够识别的电信号传递给主控模块18；开关模块16，与电池包60串联连接，用于可选择地导通或断开电池包60的电流通路；电压控制模块20，与电池包60串联连接，用于控制电池单元61的充电电压的大小。

一方面，主控模块18用于根据温度检测模块14、电量检测模块12传递的信号控制开关模块16处于导通或断开状态，从而控制电池包60的充电；另一方面，主控模块18用于根据温度检测模块14传递的信号向电压控制模块20发出控制信号，调节电池单元61的充电电压。

在电池包60的充电过程中会产生热量使电池包60的温度上升，尤其在气温较高的天气中，电池包60内的温度更容易上升至较高的温度。温度传感器63检测电池包内的温度并向温度检测模块14传递与温度对应的温度信号；温度检测模块14将温度传感器63传递过来的温度信号转换为主控模块18能够识别的电信号传递给主控模块18；主控模块18将温度检测模块14传递过来的信号与预设值比较，并根据比较结果向电压控制模块20发出控制信号，调节电池单元61的充电电压。

主控模块18中设置有：第一预设值，与电池包60温度为10℃对应；第二预设值，与电池包60温度30℃对应；第三预设值，与电池包60温度45℃对应；第四预设值，与电池包60温度60℃对应。具体的，当电池包60温度为10℃时，主控模块18从温度检测模块14接收到的信号值等于第一预设值；当电池包60温度为30℃时，主控模块18从温度检测模块14接收到的信号值等于第二预设值；当电池包60温度为45℃时，主控模块18从温度检测模块14接收到的信号值等于第三预设值；当电池包60温度为60℃时，主控模块18从温度检测模块14接收到的信号值等于第四预设值。

主控模块18中还设置有：第一控制信号，与电压控制模块20控制的电池单元61第一充电电压对应，第一充电电压记为U1；第二控制信号，与电压控制模块20控制的电池单元61第二充电电压对应，第二充电电压记为U2；第三控制信号，与电压控制模块20控制的电池单元61第三充电电压对应，第三充电电压记为U3；第四控制信号，与电压控制模块20控制的电池单元61第四充电电压对应，第四充电电压记为U4；第五控制信号，与开关模块16控制的电池单元61充电停止对应。具体的，当主控模块18发出第一控制信号时，电压控制模块20控制电池单元61充电电压为U1；当主控模块18发出第二控制信号时，电压控制模块20控制电池单元61充电电压为U2；当主控模块18发出第三控制信号时，电压控制模块20控制电池单元61充电电压为U3；当主控模块18发出第四控制信号时，电压控制模块20控制电池单元61充电电压为U4；当主控模块18发出第五控制信号时，开关模块16使充电电路断开，停止充电。需要说明的是，当电压控制模块20也具有开关模块的功能时，本发明也可以不需要开关模块。

温度检测模块14从温度传感器63接收到的信号与电池包60的实际温度是成正比关系。当电池包60温度小于10℃，即主控模块18从温度检测模块14接收的信号值小于第一预设值时，主控模块18发出第一控制信号，电池单元61充电电压被控制为U1；当电池包60温度大于等于10℃且小于30℃，即主控模块18从温度检测模块14接收的信号值大于或者等于第一预设值且小于第二预设值时，主控模块18发出第二控制信号，电池单元61充电电压被控制为U2；当电池包60温度大于等于30℃且小于45℃，即主控模块18从温度检测模块14接收的信号值大于或者等于第二预设值且小于第三预设值时，主控模块18发出第三控制信号，电池单元61充电电压被控制为U3；当电池包60温度大于等于45℃且小于60℃，即主控模块18从温度检测模块14接收的信号值大于或者等于第三预设值且小于第四预设值时，主控模块18发出第四控制信号，电池单元61充电电压被控制为U4；当电池包60温度大于或者等于60℃，即主控模块18从温度检测模块14接收的信号值大于或者等于第四预设值时，主控模块18发出第五控制信号，电池单元61停止充电。

示例的，主控模块18通过发送PWM信号控制开关模块16的导通或断开。开关模块16可以包括继电器、三极管以及场效应管等常见电控元件。本发明的其他实施例中，主控模块18也可采用其他方式，实现控制开关模块16，实现此为本领域普通技术人员所熟知的技术，在此不做赘述。

由于随着温度的升高，电池包60的充电电压逐渐变化，以最佳的电压进行充电。本实施例根据不同的电池温度范围，将电池单元的充电电压分成了如上所述的四个电压等级，分别为U1、U2、U3、U4。其中，U1小于或者等于U2，U2大于或者等于U3，U3大于U4，即U1≦U2≧U3>U4。在电池包60温度在30℃以上时，充电电压逐渐降低以适应不断升高的温度，避免过热状态下充电产生安全问题。当然，根据电池温度的变化，还可以将电池单元的充电电压分成更细的电压等级，如五个、六个、七个等不同个数的电压等级，甚至可以将实时的温度对应实时的电压，以使降低温度对充电的影响。

本实施例中使用的电池单元61为锂离子电池，常规的锂离子电池充电电压为4.2V，充电截止温度为45℃，本发明通过设计以上充电管理系统可以将锂离子电池充电截止温度提升到60℃。U1的范围为4.10V～4.25V，U2的范围为4.10V～4.25V，U3的范围为4.10V～4.20V，U4的范围为4.00V～4.15V。在一个优选实施例中，U2为4.25V，U3为4.25V，U4为4.15V。在另一个优选实施例中，U2为4.20V，U3为4.20V，U4为4.05V。

当电量检测模块检测到电池包60已充满时，电量检测模块14向主控模块18发出信号，主控模块18再向开关模块16发出控制信号使充电停止。

如图3所示，本实施例的智能割草机100的电池充电具有以下步骤：首先主控模块18会检测电池单元61是否在充电；当检测为充电时，温度传感器63检测电池包60的温度并产生温度信号，温度检测模块14接收温度信号并将其转化为主控模块18能够识别的信号传输给主控模块18；主控模块18将从温度检测模块14接收的信号与预先设置在主控模块18中的预设信号进行比较；主控模块18根据比较结果产生一个相应的控制信号，并传递给电压控制模块20或者开关模块；电压控制模块20接收到主控模块18的控制信号后，对充电电压进行调节；开关模块16接收到主控模块18的控制信号后，对充电电路进行断开或者继续连通的调节；主控模块18检测电池包60是否充满电，如充满电则向开关模块16发出指令使其断开电路停止充电，如没有充满电并返回第二步骤。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种电池的充电管理系统，其包括：

电量检测模块，用于检测电池的电量；

温度检测模块，与电池包相连，用于采集电池包的实时温度，所述电池包内设置有温度传感器；

主控模块，与所述温度检测模块相连，用于内部信号的转换和处理；

充电电压控制模块，与所述主控模块相连，用于调整充电电压；

其特征在于，当电池温度小于10℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第一充电电压；当电池温度大于或者等于10℃且小于30℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第二充电电压；当电池温度大于或者等于30℃且小于45℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第三充电电压；

当电池温度大于或者等于45℃且小于60℃时，充电电压控制模块控制充电电压为第四充电电压；当电池温度大于或者等于60℃时，停止充电。

2.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于：所述电池为锂离子电池。

3.如权利要求2所述的充电管理系统，其特征在于：所述第一充电电压的范围为4.10V～4.25V，所述第二充电电压的范围为4.10V～4.25V，所述第三充电电压的范围为4.10V～4.20V，所述第四充电电压的范围为4.00V～4.15V。

4.如权利要求3所述的充电管理系统，其特征在于：所述第二充电电压和所述第三充电电压为4.25V，所述第四充电电压为4.15V。

5.如权利要求3所述的充电管理系统，其特征在于：所述第二充电电压和所述第三充电电压为4.2V，所述第四充电电压为4.05V。

6.如权利要求1所述的充电管理系统，其特征在于：所述电池为铅酸电池。

7.一种动力工具，包括壳体、收容于壳体内的马达、为马达提供工作能量的电池包组以及如权利要求1～6任一所述的充电管理系统。