CN106208197B - 一种大功率便携式电动工具用锂电池包 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种大功率便携式电动工具用锂电池包，包括电池管理系统、高压锂电池组和放电保护装置，所述电池管理系统的输入端连接直流电源，输出端正极连接高压锂电池组的正极，输出端负极连接高压锂电池组的负极；所述电池管理系统还连接高压锂电池组每一串电池的正极和负极；所述放电保护装置的输入端分别连接高压锂电池组的正极和负极，输出端为锂电池包的电源输出。通过上述，本发明可直接作为直流供电电源，具有体积小、重量轻、功率大，成本低、方便携带等优点，同时电池管理系统能够保证锂电池组的充电电流、时长一致，电压均衡，大大延长电池使用寿命。

Description

一种大功率便携式电动工具用锂电池包

技术领域

本发明涉及锂电池技术应用领域，尤其涉及一种大功率便携式电动工具用锂电池包，特别适合用作电焊机、切割机、交流移动电源以及小型电动汽车的供电电源，可直接作为直流供电电源。

背景技术

传统用电设备在野外、停电等情况下使用非常不便，尤其在应急、抢修、抢险等场所使用的电焊机、切割机、交流移动电源等用电设备，通常需要搬运燃油发电机或驾驶移动电力车等大型发电设备来供应电源。此类方法不仅耗费大量人力物力，而且在一些无铺装道路的地方行进缓慢甚至无法前行，延误时间，造成生命财产损失。

现有技术提出了一种高压锂电池包+用电设备的设计方案，达到了便携性的要求。但此种方案在锂电池充电技术上采用多组并联充电，存在硬件电路复杂、可靠性低、体积大、成本高、接线困难等缺点；同时这种设计导致锂电池组充电电流不一致，带来电池不均衡问题，缩短电池寿命，存在安全隐患。此外，此种方案在锂电池包放电时仅连接可控开关，缺少放电保护装置，锂电池安全性得不到保障。

发明内容

本发明主要解决的技术问题是提供一种大功率便携式电动工具用锂电池包，是将若干单节锂电池通过串、并联组合成多串多并的高压锂电池组，扩展性强、应用范围广，特别适合用作电焊机、切割机、交流移动电源以及小型电动汽车的供电电源，可直接作为直流供电电源，具有体积小、重量轻、功率大，成本低、方便携带等优点，同时全桥DC/DC升压电路对高压锂电池组整体串联充电，能够保证锂电池组的充电电流、时长一致，避免由充电导致电池不均衡带来的安全隐患，大大延长电池使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：提供了一种大功率便携式电动工具用锂电池包，包括电池管理系统、高压锂电池组和放电保护装置，所述电池管理系统输入端连接DC12V-DC42V直流电源，输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述电池管理系统还连接所述高压锂电池组每一串电池的正极和负极；所述高压锂电池组由若干单节锂电池通过串、并联组合成多串多并的锂电池组；所述放电保护装置的输入端分别连接所述高压锂电池组的正极和负极，输出端为锂电池包的电源输出。

在本发明一个较佳实施例中，所述高压锂电池组的电压范围为DC90V-DC273V。

在本发明一个较佳实施例中，所述电池管理系统包括充/放电控制电路和被动均衡系统，

所述充/放电控制电路的输入端连接DC12V-DC42V直流电源，所述充/放电控制电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，充/放电控制电路的输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述充/放电控制电路还和所述被动均衡系统连接；

所述被动均衡系统包括至少2组被动均衡电路，依次串联连接，每一组用于管理所述高压锂电池组中的子锂电池组；所述被动均衡电路连接所述子锂电池组的每一串的正极和负极，用于监测、均衡每一串电池的电压。

在本发明一个较佳实施例中，所述充/放电控制电路包括PTC、第三可控开关、全桥DC/DC升压电路、第二可控开关、温度监测电路、放电检测电路和第一控制器，

所述PTC的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的正极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路的输入端正极，用于提供充电时过流、过温的一级保护功能；

所述第三可控开关的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的负极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路的输入端负极；所述第三可控开关的控制端连接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开DC12V-DC42V直流电源的负极和所述全桥DC/DC升压电路的负极，用于充电产生异常时提供二级保护功能；

所述全桥DC/DC升压电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述第二可控开关第一端；

所述第二可控开关的第二端连接所述高压锂电池组的负极，所述第二可控开关的控制端连接所述被动均衡系统的输出端，用于接通或断开所述全桥DC/DC升压电路的输出端负极和所述高压锂电池组的负极，提供充电时的三级保护功能；

所述温度监测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于监测所述高压锂电池组的温度数据，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述放电检测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于检测所述高压锂电池组放电时的电流、电压等信息，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述第一控制器包括至少2组串口通信1端口，分别和所述被动均衡电路连接，用于传输所述高压锂电池组的电压、电流、电量和温度等信息，综合数据分析、管理；

所述第一控制器还包括串口通信0端口，在锂电池包的合适位置引出此端口，用于锂电池包和锂电池包之外的控制系统进行数据通信。

在本发明一个较佳实施例中，所述全桥DC/DC升压电路对所述高压锂电池组整体串联充电，能够保证高压锂电池组的充电电流、时长一致，电压均衡，大大延长电池使用寿命。

在本发明一个较佳实施例中，所述被动均衡系统的每一组所述被动均衡电路包括电压监测电路、第二控制器和多组电阻耗能电路，

所述电压监测电路输入端经过RC网络连接所述子锂电池组每一串锂电池的正极和负极，用于监测每一串锂电池的电压；所述电压监测电路的输出端与所述第二控制器连接，用于输出每一串锂电池的电压；

所述电压监测电路输出端还连接所述第二可控开关的控制端，用于控制接通或关断所述第二可控开关；

所述第二控制器输出端（OPJ1-OPJ13）依次与所述电阻耗能电路的输入端连接，用于根据输入端接收到的每一串锂电池的电压信息，控制每一组所述电阻耗能电路打开或关闭；

所述第二控制器还包括串口通信1端口，与所述第一控制器的1组串口通信1端口连接，用于数据传输。

在本发明一个较佳实施例中，每一组所述电阻耗能电路均包括第一电阻（RJ）、光耦（OC）、第二电阻（RB）、第三电阻（RD）和三极管（BJT），

所述第一电阻（RJ）两端分别连接所述光耦（OC）的阳极和所述第二控制器的一个输出端，所述光耦（OC）的阴极接地；

所述光耦（OC）的集电极连接所述子锂电池组中一串锂电池的正极，所述光耦（OC）的发射极连接所述三极管（BJT）的基极；

所述第二电阻（RB）的第一端连接所述三极管（BJT）的基极，第二端连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极；

所述第三电阻（RD）的第一端连接所述子锂电池组中一串锂电池的正极，第二端连接所述三极管（BJT）的集电极；

所述三极管（BJT）的发射极连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极。

在本发明一个较佳实施例中，所述放电保护装置包括过流保护和第一可控开关，

所述过流保护的第一端连接所述高压锂电池组的正极，过流保护的第二端为锂电池包输出端的正极；

所述第一可控开关的第一端连接所述高压锂电池组的负极，第一可控开关的第二端为锂电池包输出端的负极，所述第一可控开关的控制端连接所述第一控制器的输出端，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开所述高压锂电池组的负极。

在本发明一个较佳实施例中，所述过流保护为不可恢复保险丝或PTC。

本发明的有益效果是：本发明的一种大功率便携式电动工具用锂电池包，是将若干单节锂电池通过串、并联组合而成多串多并的高压锂电池组，扩展性强、应用范围广，特别适合用作电焊机、切割机、交流移动电源以及小型电动汽车的供电电源，可直接作为直流供电电源，具有体积小、重量轻、功率大，成本低、方便携带等优点，同时全桥DC/DC升压电路对高压锂电池组整体串联充电，能够保证锂电池组的充电电流、时长一致，避免由充电导致电池不均衡带来的安全隐患，大大延长电池使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1 是本发明一种大功率便携式电动工具用锂电池包的一较佳实施例的结构框图；

图2是图1中电池管理系统的结构框图；

图3是图2中充/放电控制电路的结构框图；

图4是图2中被动均衡电路的结构框图；

图5是图1中放电保护装置的结构框图。

具体实施方式

下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明实施例包括：

一种大功率便携式电动工具用锂电池包，包括电池管理系统、高压锂电池组和放电保护装置；

所述电池管理系统的输入端连接DC12V-DC42V直流电源，高压充电电路的输出端分别连接高压锂电池组的正极和负极；

所述电池管理系统还连接所述高压锂电池组中每一串锂电池的正极和负极；

所述高压锂电池组由若干单节锂电池通过串、并联组合而成多串多并的锂电池组，组成后电压范围为DC90V-DC273V；

所述放电保护装置的输入端分别连接所述高压锂电池组的正极和负极，输出端为锂电池包的电源输出。

如图2所示，所述电池管理系统包括充/放电控制电路和被动均衡系统，

所述充/放电控制电路的输入端连接DC12V-DC42V直流电源；充/放电控制电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，充/放电控制电路的输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述充/放电控制电路还和所述被动均衡系统连接；

所述被动均衡系统包括至少2组被动均衡电路，依次串联连接，每一组用于管理所述高压锂电池组中的子锂电池组；所述被动均衡电路连接所述子锂电池组的每一串的正极和负极，用于监测、均衡每一串电池的电压。

如图3所示，所述充/放电控制电路包括PTC、第三可控开关、全桥DC/DC升压电路、第二可控开关、温度监测电路、放电检测电路和第一控制器，

所述PTC的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的正极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路输入端的正极，用于提供充电时过流、过温的一级保护功能；

所述第三可控开关的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的负极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路输入端的负极；所述第三可控开关的控制端连接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开DC12V-DC42V直流电源的负极和所述全桥DC/DC升压电路的负极，用于充电产生异常时提供二级保护功能；

所述全桥DC/DC升压电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述第二可控开关第一端；

所述全桥DC/DC升压电路对所述高压锂电池组整体串联充电，能够保证锂电池组的充电电流、时长一致，电压均衡，大大延长电池使用寿命；

所述第二可控开关的第二端连接所述高压锂电池组的负极，所述第二可控开关的控制端连接所述被动均衡系统的输出端，用于接通或断开所述全桥DC/DC升压电路的输出端负极和所述高压锂电池组的负极，提供充电时的三级保护功能；

所述温度监测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于监测所述高压锂电池组的温度数据，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述放电检测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于检测所述高压锂电池组放电时的电流、电压等信息，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述第一控制器包括至少2组串口通信1端口，分别和所述被动均衡电路连接，用于传输所述高压锂电池组的电压、电流、电量和温度等信息，综合数据分析、管理；

所述第一控制器还包括串口通信0端口，在锂电池包的合适位置引出此端口，用于锂电池包和锂电池包之外的控制系统进行数据通信。

如图4所示，所述被动均衡系统的每一组所述被动均衡电路包括电压监测电路、第二控制器和多组电阻耗能电路，

所述电压监测电路的输入端经过RC网络连接所述子锂电池组每一串锂电池的正极和负极，用于监测每一串锂电池的电压；所述电压监测电路的输出端与所述第二控制器连接，用于输出每一串锂电池的电压；

所述电压监测电路的输出端还连接所述第二可控开关的控制端，用于控制接通或关断所述第二可控开关；

所述第二控制器的输出端（OPJ1-OPJ13）依次与所述电阻耗能电路的输入端连接，用于根据输入端接收到的每一串锂电池的电压信息，控制每一组所述电阻耗能电路打开或关闭；

所述第二控制器还包括串口通信1端口，与所述第一控制器的1组串口通信1端口连接，用于数据传输；

每一组所述电阻耗能电路均包括第一电阻（RJ）、光耦（OC）、第二电阻（RB）、第三电阻（RD）和三极管（BJT），

所述第一电阻（RJ）的两端分别连接所述光耦（OC）的阳极和所述第二控制器的一个输出端，所述光耦（OC）的阴极接地；

所述光耦（OC）的集电极连接所述子锂电池组中一串锂电池的正极，所述光耦（OC）的发射极连接所述三极管（BJT）的基极；

所述第二电阻（RB）的第一端连接所述三极管（BJT）的基极，第二端连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极；

所述第三电阻（RD）的第一端连接所述子锂电池组中一串锂电池的正极，第二端连接所述三极管（BJT）的集电极；

所述三极管（BJT）发射极连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极。如图5所示，所述放电保护装置包括过流保护和第一可控开关，

所述过流保护的第一端连接所述高压锂电池组的正极，过流保护的第二端为锂电池包输出端的正极；

优选地，所述过流保护为不可恢复保险丝或PTC；

所述第一可控开关的第一端连接所述高压锂电池组的负极，第一可控开关的第二端为锂电池包输出端的负极；所述第一可控开关的控制端连接第一控制器的输出端，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开所述高压锂电池组的负极。

与国内现有技术方案相比，本发明技术方案具有下述明显优点：

1、大功率便携式电动工具用锂电池包可直接作为直流供电电源，具有体积小、重量轻、功率大，成本低、方便携带等优点；

2、本发明一种大功率便携式电动工具用锂电池包是将若干单节锂电池通过串、并联组合而成多串多并的锂电池组，扩展性强、应用范围广；特别适合用作电焊机、切割机、交流移动电源以及小型电动汽车的供电电源；

3、本发明对高压锂电池组采用全桥DC/DC升压电路进行高压串联充电，与现有的低压分组充电方案相比，具有电路简单、成本低、接线容易、生产效率高等优点；同时本发明全桥DC/DC升压电路能够保证锂电池组的充电电流、时长一致，避免由充电导致电池不均衡带来的安全隐患，大大延长电池使用寿命；

4、本发明放电保护装置具有可控开关和过流保护的两级保护功能，进一步提升了锂电池放电时的安全性与可靠性，显著降低了风险等级。

综上所述，本发明的一种大功率便携式电动工具用锂电池包，是将若干单节锂电池通过串、并联组合而成多串多并的高压锂电池组，扩展性强、应用范围广，特别适合用作电焊机、切割机、交流移动电源以及小型电动汽车的供电电源，可直接作为直流供电电源，具有体积小、重量轻、功率大，成本低、方便携带等优点，同时全桥DC/DC升压电路能够保证锂电池组的充电电流、时长一致，避免由充电导致电池不均衡带来的安全隐患，大大延长电池使用寿命。

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它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，包括电池管理系统、高压锂电池组和放电保护装置，所述电池管理系统的输入端连接DC12V-DC42V直流电源，输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述电池管理系统还连接所述高压锂电池组中每一串电池的正极和负极；所述高压锂电池组由若干单节锂电池通过串、并联组合而成；所述放电保护装置的输入端分别连接所述高压锂电池组的正极和负极，输出端为锂电池包的电源输出，所述电池管理系统包括充/放电控制电路和被动均衡系统，所述充/放电控制电路的输入端连接DC12V-DC42V直流电源，所述充/放电控制电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，充/放电控制电路的输出端负极连接所述高压锂电池组的负极；所述充/放电控制电路还和所述被动均衡系统连接；所述被动均衡系统包括至少2组被动均衡电路，依次串联连接，每一组用于管理所述高压锂电池组中的子锂电池组；所述被动均衡电路连接所述子锂电池组的每一串的正极和负极，用于监测、均衡每一串电池的电压；

其中，所述充/放电控制电路包括PTC、第三可控开关、全桥DC/DC升压电路、第二可控开关、温度监测电路、放电检测电路和第一控制器，

所述PTC的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的正极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路输入端的正极，用于提供充电时过流、过温的一级保护功能；

所述第三可控开关的第一端连接DC12V-DC42V直流电源的负极，第二端连接所述全桥DC/DC升压电路输入端的负极；所述第三可控开关的控制端连接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开DC12V-DC42V直流电源的负极和所述全桥DC/DC升压电路的负极，用于充电产生异常时提供二级保护功能；

所述全桥DC/DC升压电路的输出端正极连接所述高压锂电池组的正极，输出端负极连接所述第二可控开关第一端；

所述第二可控开关的第二端连接所述高压锂电池组的负极，所述第二可控开关的控制端连接所述被动均衡系统的输出端，用于接通或断开所述全桥DC/DC升压电路的输出端负极和所述高压锂电池组的负极，提供充电时的三级保护功能；

所述温度监测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于监测所述高压锂电池组的温度数据，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述放电检测电路的输出端连接所述第一控制器的输入端，用于检测所述高压锂电池组放电时的电流、电压信息，并将其输出至所述第一控制器，由所述第一控制器进行分析处理，执行相应动作；

所述第一控制器包括至少2组串口通信1端口，分别和所述被动均衡电路连接，用于传输所述高压锂电池组的电压、电流、电量和温度信息，综合数据分析、管理；

所述第一控制器还包括串口通信0端口，在锂电池包的合适位置引出此端口，用于锂电池包和锂电池包之外的控制系统进行数据通信。

2.根据权利要求1所述的大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，所述高压锂电池组的电压范围为DC90V-DC273V。

3.根据权利要求1所述的大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，所述全桥DC/DC升压电路对所述高压锂电池组整体串联充电。

4.根据权利要求1所述的大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，所述被动均衡系统的每一组所述被动均衡电路包括电压监测电路、第二控制器和多组电阻耗能电路，

所述电压监测电路的输入端经过RC网络连接所述子锂电池组每一串锂电池的正极和负极，用于监测每一串锂电池的电压；所述电压监测电路的输出端与所述第二控制器连接，用于输出每一串锂电池的电压；

所述电压监测电路的输出端还连接所述第二可控开关的控制端，用于控制接通或关断所述第二可控开关；

所述第二控制器的输出端依次与所述电阻耗能电路的输入端连接，用于根据输入端接收到的每一串锂电池的电压信息，控制每一组所述电阻耗能电路打开或关闭；

所述第二控制器还包括串口通信1端口，与所述第一控制器的1组串口通信1端口连接，用于数据传输。

5.根据权利要求4所述的大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，每一组所述电阻耗能电路均包括第一电阻、光耦、第二电阻、第三电阻和三极管，

所述第一电阻的两端分别连接所述光耦的阳极和所述第二控制器的一个输出端，所述光耦的阴极接地；

所述光耦的集电极连接所述子锂电池组中一串锂电池的正极，所述光耦的发射极连接所述三极管的基极；

所述第二电阻的第一端连接所述三极管的基极，第二端连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极；

所述第三电阻的第一端连接所述子锂电池组中一串锂电池的正极，第二端连接所述三极管的集电极；

所述三极管的发射极连接所述子锂电池组中一串锂电池的负极。

6.根据权利要求5所述的大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，所述放电保护装置包括过流保护和第一可控开关，

所述过流保护的第一端连接所述高压锂电池组的正极，过流保护的第二端为锂电池包输出端的正极；

所述第一可控开关的第一端连接所述高压锂电池组的负极，第一可控开关的第二端为锂电池包输出端的负极，所述第一可控开关的控制端连接所述第一控制器的输出端，用于接收所述第一控制器发出的控制信号，接通或断开所述高压锂电池组的负极。

7.根据权利要求6所述的大功率便携式电动工具用锂电池包，其特征在于，所述过流保护为不可恢复保险丝或PTC。