CN107394833A - 适配器、电源装置及过放的保护方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适配器、电源装置及过放的保护方法，电源装置包括电池包和适配器，其中，电池包包括：电池，连接电池正极的电源正极端子，连接电池负极的电源负极端子；第一控制器，用于检测电池包的电压；第一通讯端子电性连接到第一控制器；适配器包括：与电源正极端子连接的接入正极端子；与电源负极端子连接的接入负极端子；第二通讯端子与第一通讯端子电性连接；控制开关，用于控制适配器的电能输出；第二控制器，用于接收第一控制器所发出的信号并当电池包电压小于预设阈值的时长满足预设时长时通过控制开关使所述适配器停止输出电能。本发明实现了通过适配器输出电能的电池包的过放保护。

Description

适配器、电源装置及过放的保护方法

技术领域

本发明涉及适配器、包括该适配器的电源装置以及通过该适配器输出电能的电池包的过放保护方法。

背景技术

作为电动工具供电电源的电池包通常具有较大的电池容量，其充放电过程中有较大的电流和电压输出。在某些无法获得其他电源的场景下，为满足用户能够使用用于电动工具的电池包给其它用电装置如手机等供电的需求，需要设计种可适配电池包的适配器，使得用于电动工具的电池包能够通过该适配器输出电能给手机、平板电脑等充电。

电池包在不断消耗自身电能给手机等用电装置充电的过程中，由于电池包电能的损耗使得电池包电压不断降低，同样存在可能使电池包过度放电的问题，而电池包的过度放电将会导致电池包的损坏，影响电池包的使用寿命。

发明内容

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：一种电源装置，包括：电池包，至少用于为一种电动工具供电；适配器，用于输出电池包存储的电能；其中，电池包包括： 电池，用于存储电能；电源正极端子，连接至电池的正极；电源负极端子，连接至电池的负极；第一控制器，用于检测电池包的电压；第一通讯端子，电性连接到第一控制器；适配器包括：接入正极端子，用于与电源正极端子连接；接入负极端子，用于与电源负极端子连接；第二通讯端子，用于与第一通讯端子电性连接；控制开关，用于控制适配器的电能输出；第二控制器，用于接收第一控制器所发出的信号并当电池包电压小于预设阈值的时长满足预设时长时通过控制开关使适配器停止输出电能；第二通讯端子电性连接至第二控制器。

进一步，第一控制器向第二控制器发送关于电池包电压的信号的频率定义为信号频率；电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

一种适用于电池包的适配器，包括：适配器包括：接入正极端子，用于与电源正极端子连接；接入负极端子，用于与电源负极端子连接；控制开关，用于控制适配器的电能输出；第二控制器，用于接收电池包所发出的信号并当电池包的电压小于预设阈值的时长满足预设时长时使适配器停止输出电能。

进一步，电池包向适配器发送关于电池包电压的信号的频率定义为信号频率；电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

进一步，适配器用于适配为电动工具供电的电池包。

一种通过适配器输出电能的电池包的过放保护方法，包括：检测电池包的电压；判断电压是否小于预设阈值；当电压小于预设阈值时记录电池包向适配器发送关于电池包电压信号的时长；判断时长是否大于预设时长；当时长大于预设时长时使适配器停止输出电能。

进一步，电池包向适配器发送关于电池包电压的信号的频率定义为信号频率；电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

一种电池包的过放保护方法，包括：检测电池包的电压；判断电压是否小于预设阈值；当电压小于预设阈值且时长大于预设时长时使电池包停止放电。

进一步，电池包发送关于电池包电压的信号的频率定义为信号频率；电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

另一种电源装置，包括：电池包，用于存储电能；适配器，用于输出电池包存储的电能；其中，电池包包括：第一控制器，用于检测电池包的电压；适配器包括：第二控制器，用于接收第一控制器所发出的信号并在电池电压小于预设阈值的时长满足预设时长时使适配器停止输出电能。

本发明的有益之处在于实现了通过适配器输出电能的电池包的过放保护。

附图说明

图1是作为一个示例的电源装置的结构示意图；

图2是图1所示的电源装置中的电池包的结构示意图；

图3是图1所示的电源装置中的适配器的结构示意图；

图4是图1所示的电源装置的电路框图；

图5是一种防止图1所示的电源装置中的电池包过放的流程图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参考图1至图4所示，电源装置包括：电池包10和适配器20。

参考图2所示，电池包10至少包括：用于存储电能的电池11和用于容纳电池的第一壳体16，在第一壳体16上形成能使电池包10包结合至适配器20的第一结合部17，电池包10结合至适配器20时，电池包10与适配器20电性连接，在电池包10与适配器20分离时，电池包10可独立为电动工具供电。

电池11的数量和连接方式根据实际的电能需求设计组合，如图4所示，电池11的正极连接有电源正极端子12，电池11的正极连接有电源负极端子13，电池包10通过电源正极端子12和电源负极端子13输出电能。第一控制器14能够检测电池包10的电压，也就是电源正极端子12与电源负极端子13两端的电压，同时第一控制器14与第一通讯端子1515连接。

参考图3所示，适配器20至少包括：第二壳体28，接入正极端子21，接入负极端子22，第二通讯端子23，其中，第二壳体28形成有与第一结合部17相结合的第二结合部29，电池包10的第一结合部17结合至第二结合部29时，接入正极端子21与电源正极端子12连接，接入负极端子22与电源负极端子13连接、第二通讯端子23与第一通讯端子1515连接。具体而言，第二结合部29形成插槽，接入正极端子21、接入负极端子22以及第二通讯端子23均设置在第二插槽中。

参考图4所示，适配器20还包括：控制开关24、第二控制器25、接出正极端子26以及接出负极端子27，第二控制器25接收第一控制器14所发出的信号，第二控制器25连接有第二通讯端子23，当第二通讯端子23与第一通讯端子1515连接时，电池包10和适配器20可以进行数据通讯和信号交互。适配器20还包括用于电能输出的接出正极端子26和接出负极端子27，接出正极端子26电性连接接入正极端子21，接出负极端子27电性连接接入负极端子22，控制开关24以串联的方式设置在从接入正极端子21、接入负极端子22到接出正极端子26、接出负极端子27的通电路径上，第二控制器25通过控制控制开关24的导通或关闭以控制适配器20的电能输出，当然，适配器20中还包含电压转换模块（未示出），使得电池包10的电压经适配器20转换为适配于用电装置的电压后供用电器使用。

图4所示的第一控制器14和第二控制器25由以CPU、MCU等为中心的微处理器构成，通过内置的控制程序执行相应的电压检测和控制功能。而且第二控制器25沿着如图5所示的流程执行防止使用适配器20输出电能时电池包10过度放电的控制处理。该控制处理是本发明的主要处理，故在后面进行详细说明。

电池包10和适配器20之间通讯，是为了使电池包10在过放时使设配器中的控制器停止电能输出从而避免电池包10中的电池处于过放状态。在电池包10通过适配器20给用电装置供电时，电池的电压随着其存储的电能的下降而逐渐下降，也就是说电池包10自身随着使用时间的增加而接近自己需要保护的欠压临界值。因此，出于保护电池包10的考虑，需要在电池包10接近欠压临界值时，保证适配器20能够及时作出反馈和保护动作。

对适配器20中第二控制器25执行的放电保护处理进行说明。

该放电控制处理是由第二控制器25以规定时间为单位实时执行处理。

一方面，第二控制器25导通控制开关24使得电池包10使用适配器20输出电能至用电装置，由于用电装置工作消耗电池包10电能，电池包10处于放电状态。

另一方面，第二控制器25接收第一控制器14发出的电池包10状态信号，这里的电池包10状态信号包括电池包10内部以一定采样频率检测的电池包10的电流、电压信号。具体来说，为第一控制器14检测的电池包10的电压。

判断电池包10电压是否小于预设阈值，其中，预设阈值的设置与电池包10自身的标称电压、欠压临界值以及适配器20所能承载的最大输出电压有关。可选的，预设阈值的取值范围在所检测电池包10的标称电压值和欠压临界值之间。当然，适配器20接出不同的用电装置其对应的预设阈值也不同，可依据实际的设计需要选择合适的预设阈值写入第二控制器25中。

当判断电池包10电压小于预设阈值时，则记录电池包10和适配器20之间放电的时长；否则继续采集电池包10的电压直至其小于预设阈值。当电池包10小于预设阈值时表明电池包10将接近自身的过放状态。

判断时长是否大于预设时长，其中，预设时长的设置与电池包10的电量（包括电池包10总电量和电池包10剩余电量）、适配器20能承载的最大电量以及适配器20的工作电流有关。可选的，预设时长的取值可为适配器20能承载的最大电量以及适配器20的工作电流之比。检测电池包10电压获得单个电池电压，设置预设阈值为单个电池电压的阈值也应理解为本方法的等同方式。当然，适配器20接入的电池包10的不同以及接出的用电装置的不同均会影响预设时间的取值，实际产品中只需根据产品涉及需求选择合适的预设时长即可。

当时长大于等于预设时间时，第二控制器25输出关断控制开关24的指令，使得适配器20停止输出电能，若时长小于预设时间则继续计时直至满足到达预设时间为止。第二控制器25结束放电控制。

将电池包10向适配器20发送关于电池包10电压的信号的频率定义为信号频率，当电池包10的电压小于预设阈值时，电池包10即将进入过放状态，第二控制器25在电池包10的电压小于预设阈值的时长满足预设时长时输出关断控制开关24的控制指令使适配器20停止输出电能，从而避免电池包10过放。具有运算能力的第二控制器25中仅需要设置一个将电压作为可变的运算参数的计算公式，然后通过比较即时带入即时的电压即可输出关断控制开关24的控制指令。

以标称电压为18V的电池包10为例，其预设阈值为17V，预设时长为适配器20保证以最大放电能力进行放电的时间，比如60s，第二控制器25在检测的电池包10电压小于17V时，维持电池包10向适配器20通讯的时间为60s后关断控制开关24使适配器20停止输出电能。

进一步，电池包10与适配器20通讯将消耗电池包10的电能，为了节省损耗在电池包10与适配器20通讯的电能，第二控制器25在电池包10的电压小于预设阈值时降低信号频率，也就是说使得电池包10的电压大于预设阈值时的信号频率大于电池包10的电压小于预设阈值时的信号频率。

通常为准确判断电池包10是否过放，需要设置较高的采样频率和信号频率以保证电池包10电压检测的准确，过高的采样频率和信号频率消耗电池包10的大量电能。单纯地通过降低采样频率和信号频率的方式将影响电池包10过放的判断。为了在保证能够准确判断电池包10过放的同时降低电池包10与适配器20通讯所消耗的电能，如图5所示的一种通过适配器输出电能的电池包的过放保护方法,包括如下步骤：

S101.检测电池包的电压；

S102.判断电压是否小于预设阈值；

S103.当电压小于预设阈值时记录电池包向适配器发送关于电池包电压信号的时长；

S104.判断时长是否大于预设时长；

S105.当时长大于预设时长时使适配器停止输出电能。

作为一种具体方案，预设阈值存储在相应的控制器中，预设阈值依据电池包的标称电压和电池包的欠压临界值设定，预设阈值的取值范围在所检测电池包的标称电压值和欠压临界值之间。

需要说明的是，检测电池包电压获得单个电池电压，设置预设阈值为单个电池电压的阈值也应理解为本方法的等同方式。

预设时长存储在相应的控制器中。预设时长的取值小于等于适配器所能承载的最大电量与适配器工作电流之比。需要说明的是，在具体应用中，当适配器具有两个输出端口以输出不同的电压适配用电装置时，例如USB接口和12V直流电源输出接口，对应不同的输出端口的输出能力设置不同的预设时长，两个不同的预设时长均写入上述适配器的第二控制器中，通过第二控制器依据输出接口输出相应的预设时长。

此外，为了进一步节能，当电压小于预设阈值时降低电池包的信号频率。具体而言，电池包电压大于等于预设阈值时，设置电池包发送关于电池包电压的信号的频率为第一信号频率；当电池包电压小于预设阈值时，调节电池包发送关于电池包电压的信号的频率为第二信号频率，其中，第二信号频率小于第一信号频率。

作为可选方案，采集电池包电压的频率与适配器与电池包的信号频率是相等的。

另外，适配器与电池包之间的通讯，可以是由电池包发起的，也可以是由适配器先激活电池包发起，每次通讯之间的时间间隔（与信号频率成反比）可以由电池包控制也可以由适配器控制。

相似的，基于同一设计构思，根据预设阈值的判断来维持电池包工作满足预设时长的方法还可以用于使得电池包停止放电。一种防止电池包过放的方法，包括如下步骤：

检测电池包的电压；

判断电压是否小于预设阈值；

当电压小于预设阈值且时长大于预设时长时使电池包停止放电。

采用上述方法使得电池包停止放电的好处在于，可完全关断电池包的放电能力，避免了电池包内部自身继续消耗电能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种电源装置，包括：

电池包，至少用于为一种电动工具供电；

适配器，用于输出所述电池包存储的电能；

其中，所述电池包包括：

电池，用于存储电能；

电源正极端子，连接至所述电池的正极；

电源负极端子，连接至所述电池的负极；

第一控制器，用于检测所述电池包的电压；

第一通讯端子，电性连接到所述第一控制器；

所述适配器包括：

接入正极端子，用于与所述电源正极端子连接；

接入负极端子，用于与所述电源负极端子连接；

第二通讯端子，用于与所述第一通讯端子电性连接；

控制开关，用于控制所述适配器的电能输出；

第二控制器，用于接收所述第一控制器所发出的信号并当所述电池包电压小于预设阈值的时长满足预设时长时通过所述控制开关使所述适配器停止输出电能；

所述第二通讯端子电性连接至所述第二控制器。

2.根据权利要求1所述的电源装置，其特征在于：

所述第一控制器向所述第二控制器发送关于所述电池包电压的信号的频率定义为信号频率；所述电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于所述电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

3.一种适用于电池包的适配器，包括：

所述适配器包括：

接入正极端子，用于与所述电源正极端子连接；

接入负极端子，用于与所述电源负极端子连接；

控制开关，用于控制所述适配器的电能输出；

第二控制器，用于接收所述电池包所发出的信号并当所述电池包的电压小于预设阈值的时长满足预设时长时使所述适配器停止输出电能。

4.根据权利要求3所述的适配器，其特征在于：

所述电池包向所述适配器发送关于所述电池包电压的信号的频率定义为信号频率；所述电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于所述电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

5.根据权利要求3所述的适配器，其特征在于：

所述适配器用于适配为电动工具供电的电池包。

6.一种通过适配器输出电能的电池包的过放保护方法，包括：

检测所述电池包的电压；

判断电压是否小于预设阈值；

当电压小于预设阈值时记录所述电池包向所述适配器发送关于所述电池包电压信号的时长；

判断时长是否大于预设时长；

当时长大于预设时长时使所述适配器停止输出电能。

7.根据权利要求6所述的电池包过放的方法，其特征在于，

所述电池包向所述适配器发送关于所述电池包电压的信号的频率定义为信号频率；所述电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于所述电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

8.一种电池包的过放保护方法，包括：

检测所述电池包的电压；

判断电压是否小于预设阈值；

当电压小于预设阈值且时长大于预设时长时使所述电池包停止放电。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述电池包发送关于所述电池包电压的信号的频率定义为信号频率；所述电池包的电压小于预设阈值时的信号频率小于所述电池包的电压大于预设阈值时的信号频率。

10.一种电源装置，包括：

电池包，用于存储电能；

适配器，用于输出所述电池包存储的电能；

其中，

所述电池包包括：

第一控制器，用于检测所述电池包的电压；

所述适配器包括：

第二控制器，用于接收所述第一控制器所发出的信号并在所述电池电压小于预设阈值的时长满足预设时长时使所述适配器停止输出电能。