CN107302248B - 一种电动工具 - Google Patents

Abstract

一种电动工具，包括有电池包组件及控制部件，其特征在于：电池包组件包括有电压相同的第一电池组和第二电池组，第一电池组和第二电池组的正极之间有常闭第一微动开关，第一电池组和第二电池组的负极之间有常闭第二微动开关；控制部件包括有第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，还包括有使第一微动开关和第二微动开关同时打开的驱动部件；控制部件输出端以第一电池组和第二电池组并联获得的第一电压或以第一电池组和第二电池组串联获得的第二电压向电动工具供电。本发明的优点在于：控制部件自身完成电池组的串并联，减小电路体积，降低电路自身发热率和故障率；电池包组件内设置两个常闭微动开关，有效抑制两组电池端口形成压差，保护锂电池并延长使用寿命。

Description

一种电动工具

技术领域

本发明涉及一种电动工具，特别是涉及一种可实现双电压平台转换的电动工具。

背景技术

现有技术中，无绳电动工具所使用的传统电池包一般以特定标称电压的形式存在，常见的电池包有18V和36V两种电压平台。通常，18V的电池包只能配18V的电动工具及充电器，而36V的电池包只能配36V的电动工具及充电器，由于两种电压的电池包不通用，使得实际使用中电池包和充电器的种类增多、资源利用率不高，还会使用户的购买成本明显增加。

于是，为了有效简化电池包和充电器的种类，提高电动工具的使用灵活性和便携性，如何提供一种可实现双电压输出的电池包成为电动工具设计人员研究的新方向。

目前，已有申请号为201580011830.7的中国发明专利申请《便携式电源的改进》就提出了一种可实现双电压输出电池包的技术方案，该技术方案采用位于电池包内的两组18V电池组E1’、E2’，通过这两组18V电池组E1’、E2’的串并联分别实现36V和18V两种输出电压。上述专利的实现原理可以具体对应为如图8、图9所示的电路原理图，其中，当两组18V电池组串联实现36V输出电压时，K1’闭合，K2’和K3’断开，参见图8；当两组18V电池组E1’、E2’并联实现18V输出电压时，K1’断开，K2’和K3’闭合，参见图9；具体实现时，上述电路中的K1’、K2’和K3’无非是采用机械触点开关或电子无触点开关，按照该专利的实现原理，这些开关要求均需能承受几十安的持续通流，乃至上百安的脉冲通流能力(如电机负载、开机或发生短路时)，可见，无论是串联还是并联，采用上述专利技术方案的具体电路至少需要额外增加三处大电流通流控制点，使得电路实现的切换控制复杂、成本高，而且这样设计出来的电路往往体积较大，电路自身发热率和故障率高。

另外，采用上述专利的技术方案还存在一个极大的安全隐患，由于用户正常使用中的电池包反复充放电，加上电池组内部存在的保护板自耗电以及长期静置的电芯自耗电，使得电池包内的两个电池组会产生一定的端口电压差，当端口电压差较大时，参见图6(其中，Va和Vb为分别代表两个电池组的端口电压，I为两个电池组并联后的电流波形图)，因为锂电池的内阻小(通常为毫欧级)，将两个电池组并联的瞬间会产生很大的互充电电流(端口电压高的电池组向端口电压低的电池组充电)，然后趋向大倍率充电，电流随压差变小而变小，直至两个端口电压完全相等。这种大倍率充电会造成锂电池充电速度过快，不仅使得锂电池的使用寿命大大缩短，而且也对电动工具的使用带来一定的安全隐患。

因此，上述专利所公开的技术内容只是给出了一个可实现双电压输出的电动工具电源的概念性解决方案，其电路原理并不适合实际操作和实施，还存在如上所述的种种问题，有待于做出进一步的改进和完善。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种电路切换控制简单、电池使用寿命长且更为安全可靠的电动工具。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种电动工具，包括有电池包组件以及可与所述电池包组件配合并向电动工具提供电压的控制部件，其特征在于：所述电池包组件包括有电压相同的第一电池组和第二电池组，所述第一电池组正极和第二电池组正极之间电连接并设置有常闭第一微动开关，所述第一电池组负极和第二电池组负极之间电连接并设置有常闭第二微动开关；相应地，所述控制部件包括有输入端和输出端，所述控制部件的输入端包括有分别对应连接所述第一电池组正极、第二电池组正极、第一电池组负极和第二电池组负极的第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，该控制部件的输入端还包括有使得第一微动开关和第二微动开关同时打开的驱动部件；所述控制部件的输出端以所述第一电池组和第二电池组并联获得的第一电压或者以所述第一电池组和第二电池组串联获得的第二电压向所述电动工具供电。

作为优选，所述第一电池组和第二电池组分别包括有多个相互串联的单元电池，所述第一电池组和第二电池组的电压可以根据电动工具的实际工作电压进行选择，由至少两个或两个以上的单元电池串联获得。

为了进一步增大工作电压，扩大电动工具的应用范围，作为进一步优选，所述电池包组件还可以包括有三个或三个以上电压相同的电池组，在三个或三个以上电池组的情况下，所述控制部件的输出端仍然以所述三个或三个以上电池组并联获得的第一电压或者所述三个或者三个以上电池组串联获得第二电压向所述电动工具供电，此时，三个或三个以上电池组串联的第二电压比两个电池组串联获得第二电压要大，以用于电动工具在较大工作电压的应用场合。

作为优选，所述第一微动开关和第二微动开关为相互独立的单联开关，相应地，所述驱动部件包括有第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件与所述第一微动开关配合并保持该第一微动开关为打开状态，所述第二驱动件和所述第二微动开关配合并保持该第二微动开关为打开状态。第一微动开关和第二微动开关相互独立设置，可以提高电路的可靠性，只有同时打开第一微动开关和第二微动开关才能保证电路的正常工作，有效避免误操作和干扰。

为了方便控制，并保证第一微动开关和第二微动开关始终保持同步打开状态，作为另一优选，所述第一微动开关和第二微动开关可以为相互联动的双联开关，相应地，所述驱动部件包括有第三驱动件，所述第三驱动件与所述双联开关配合并保持该双联开关为打开状态。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将两个电池组的串并联电路转换放在对电动工具输出工作电压的控制部件内完成，控制部件自身完成电池组的串联或并联，这种串联或并联转换电路结构更为简单，没有增加新的开关点或接触点，能够减小电路体积，降低电路自身发热率和故障率；另外，在电池包组件内设置两个常闭微动开关，当电池包组件处于非工作状态下，可以有效抑制两组电池端口形成压差，从而保证两组电池端口电压相近或相等，避免端口压差增加而造成很大的互充电电流，从而达到保护锂电池并延长使用寿命的目的；当电池包组件插入控制部件后，设计在控制部件上的驱动件结构可提前顶开在电池包组件上的微动开关，保证电池包正常工作。

附图说明

图1为本发明实施例的电池组并联电路结构示意图。

图2为本发明实施例的电池组串联电路结构示意图。

图3为本发明实施例的微动开关配合结构示意图。

图4为本发明实施例的微动开关插座结构示意图。

图5为本发明实施例的微动开关插头结构示意图。

图6为两组具有端口压差的电池组并联后的电流波形图之一(端口压差较大)。

图7为两组具有端口压差的电池组并联后的电流波形图之二(端口压差较小)。

图8为现有技术中的双电池组串联获得36V输出电压的电路图。

图9为现有技术中的双电池组并联获得18V输出电压的电路图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1～图5所示，本实施例的电动工具包括有电池包组件1和控制部件2，其中，电池包组件1可以实现充放电功能，该电池包组件1包括有电压相同的第一电池组E1和第二电池组E2，本实施例中第一电池组E1和第二电池组E2均为由多个电池单元串联而成的18V电池组，第一电池组正极e11和第二电池组正极e21之间电连接并设置有常闭第一微动开关K1，第一电池组负极e12和第二电池组负极e22之间电连接并设置有常闭第二微动开关K2。

本实施例的控制部件2可与电池包组件1配合并向电动工具提供电压，控制部件2包括有输入端和输出端，控制部件2的输入端包括有分别对应连接第一电池组正极e11、第二电池组正极e21、第一电池组负极e12和第二电池组负极e22的第一端子P1、第二端子P2、第三端子P3和第四端子P4，控制部件2的输入端还包括有使得第一微动开关K1和第二微动开关K2同时打开的驱动部件。

本实施例中，第一微动开关K1和第二微动开关K2为相互独立的单联开关，第一微动开关K1设置于第一电池组正极e11和第二电池组正极e21之间，第二微动开关K2设置于第一电池组负极e12和第二电池组负极e22之间，相应地，驱动部件包括有第一驱动件21和第二驱动件22，第一驱动件21设置于第一端子P1和第二端子P2之间，第二驱动件22设置于第三端子P3和第四端子P4之间，参见图3～图5，第一驱动件21与第一微动开关K1配合可保持该第一微动开关K1为打开状态，第二驱动件22和第二微动开关K2配合可保持该第二微动开关K2为打开状态，当控制部件2插入电池包组件1后，第一微动开关K1和第二微动开关K2被同时打开；第一微动开关K1和第二微动开关K2相互独立设置，可以提高电路的可靠性，只有同时打开第一微动开关K1和第二微动开关K2才能保证电路的正常工作，有效避免误操作和干扰。

为了保证第一微动开关K1和第二微动开关K2始终保持同步打开状态，并且方便控制与操作，第一微动开关K1和第二微动开关K2也可以为相互联动的双联开关，相应地，驱动部件包括有可打开双联开关的第三驱动件，当控制部件2插入电池包组件1后，第三驱动件打开双联开关，使得第一微动开关K1和第二微动开关K2同时断开，保证两个微动开关的操作同步性。

本实施例电池包组件1对外有四个极片11，即第一电池组正极e11、第二电池组正极e21、第一电池组负极e12和第二电池组负极e22，控制部件2的输入端也有四个极片23，即第一端子P1、第二端子P2、第三端子P3和第四端子P4，所有极片均采用五金件，可承载大电流；本实施例电池包组件1的第一微动开关K1和第二微动开关K2呈可按压的凸点，参见图4，控制部件2的第一驱动件21和第二驱动件呈两个凸块，参见图5，当控制部件2插入电池包组件1中，凸块压下凸点，第一微动开关K1和第二微动开关K2从闭合状态转换为打开状态；控制部件2的输出端以第一电池组E1和第二电池组E2并联获得的第一电压(18V)或者以第一电池组E1和第二电池组E2串联获得的第二电压(36V)向电动工具供电；

本实施例将串并转换电路直接放在控制部件2内，电池包组件1内部无需设置复杂切换电路，当电动工具的工作电压为18V(第一电压)时，此时，与电动工具匹配的控制部件2采用如图1所示的转换电路，控制部件2的第一端子P1、第二端子P2、第三端子P3和第四端子P4分别对应连接第一电池组正极e11、第二电池组正极e21、第一电池组负极e12和第二电池组负极e22，并且，控制部件2的第一端子P1和第二端子P2电连接作为输出端第一电压的正极，第三端子P3和第四端子P4电连接作为输出端第一电压的负极；

当电动工具的工作电压为36V(第二电压)时，此时，与电动工具匹配的控制部件2采用如图2所示的转换电路，控制部件2的第一端子P1、第二端子P2、第三端子P3和第四端子P4分别对应连接第一电池组正极e11、第二电池组正极e21、第一电池组负极e12和第二电池组负极e22，并且，控制部件2的第一端子P1作为输出端第二电压的正极，控制部件2的第三端子P3作为输出端第二电压的负极，第二端子P2和第四端子P4直接相连；也可以将控制部件2的第二端子P2作为输出端第二电压的正极，第四端子P4作为输出端第二电压的负极，第一端子P1和第三端子P3直接相连(省略电路结构)，同样能够获得36V的输出电压。

在实际应用中，第一电池组E1和第二电池组E2的电压可以根据电动工具的实际工作电压进行选择；本实施例的电池包组件1采用两个电池组通过串并联方式提供两个输出电压的方式，为了进一步扩大输出电压的多样性，电池包组件1也可以包括三个或三个以上电压相同的电池组，在三个或三个以上电池组的情况下，控制部件的输出端仍然以三个或三个以上电池组并联获得的第一电压或者三个或者三个以上电池组串联获得第二电压向电动工具供电，比如，电池包组件1采用三个18V电池组，当三个电池包并联时，可获得18V的输出电压，当三个电池包串联时，则可以获得54V的输出电压，以满足36V以上更大电流电工工具的使用要求，控制部件内部的串并联转换电路和本实施例的基本原理相同，在此不作赘述。

图6和图7是在不同端口压差情况下的两个电池组并联后的电流波形图，可以看到，当端口压差较大的情况下(Va＝21V，Vb＝12V,)，两个电池组并联的瞬间会产生很大的互充电电流I，电流随压差变小而变小，直至两个端口电压完全相等，这种情况电流波动较大，会造成锂电池充电过快，大大降低锂电池使用寿命；而当端口压差较小的情况下(Va＝19.1V，Vb＝18V)，两个电池组并联的瞬间电流较小，在两个电池组的端口电压相等的过程中，电流波动小，对锂电池的损害也小；

本实施例在电池包组件1内设置微动开关，使得电池包静置时，两组电池组的正极之间和负极之间可以分别自动短接，确保两组电池的电压持续相等，不会因自耗等形成压差；同时，由控制部件本身完成电池组的串并联转换，这种串联或并联转换，没有增加新的开关点或接触点，也没有增加新的控制部件，不存在电路切换控制复杂、成本高和电路自身发热率高等问题。

Claims (5)

1.一种电动工具，包括有电池包组件以及可与所述电池包组件配合并向电动工具提供电压的控制部件，其特征在于：所述电池包组件包括有电压相同的第一电池组和第二电池组，所述第一电池组正极和第二电池组正极之间电连接并设置有常闭第一微动开关，所述第一电池组负极和第二电池组负极之间电连接并设置有常闭第二微动开关，第一微动开关和第二微动开关使得电池包静置时，两组电池组的正极之间和负极之间可以分别自动短接，确保两组电池的电压持续相等；相应地，所述控制部件包括有输入端和输出端，所述控制部件的输入端包括有分别对应连接所述第一电池组正极、第二电池组正极、第一电池组负极和第二电池组负极的第一端子、第二端子、第三端子和第四端子，该控制部件的输入端还包括有使得第一微动开关和第二微动开关同时打开的驱动部件，第一微动开关和第二微动开关呈可按压的凸点，控制部件的驱动件呈凸块，当控制部件插入电池包组件中，凸块压下凸点，第一微动开关和第二微动开关从闭合状态转换为打开状态；控制部件的输出端以第一电池组和第二电池组并联获得的第一电压或者以第一电池组和第二电池组串联获得的第二电压向电动工具供电，并且，第一电压小于第二电压。

2.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述第一电池组和第二电池组分别包括有多个相互串联的单元电池。

3.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述电池包组件包括有三个或三个以上电压相同的电池组，所述控制部件的输出端以所述三个或三个以上电池组并联获得的第一电压或者所述三个或者三个以上电池组串联获得第二电压向所述电动工具供电。

4.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述第一微动开关和第二微动开关为相互独立的单联开关，相应地，所述驱动部件包括有第一驱动件和第二驱动件，所述第一驱动件与所述第一微动开关配合并保持该第一微动开关为打开状态，所述第二驱动件和所述第二微动开关配合并保持该第二微动开关为打开状态。

5.根据权利要求1所述的电动工具，其特征在于：所述第一微动开关和第二微动开关为相互联动的双联开关，相应地，所述驱动部件包括有第三驱动件，所述第三驱动件与所述双联开关配合并保持该双联开关为打开状态。