CN111799875B - 用于电池包的插入充电器可复位的电路系统与电池包 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于电池包的插入充电器可复位的电路系统与电池包，包括电池组、充电口、二极管、延时模块、上电模块、工作模块以及控制模块和物理按键，在工具和电池包不设置单独的物理开关按钮进行断开电路的情况下，尤其是当控制端口故障的情况下，按钮开关已经无法完成电路的复位工作，无法修复故障的情况下，可实现当电池包插入充电器后即可实现复位的效果。

Description

用于电池包的插入充电器可复位的电路系统与电池包

技术领域

本发明涉及电路设计技术领域，具体而言涉及一种用于电池包的插入充电器可复位的电路系统、电池包以及筋膜枪。

背景技术

随着科技的进步与社会的发展，人们对生活品质的要求也逐渐提高，各种无绳DC电动工具随之进入人们的生活，为人们的生活带来了极大便利。筋膜枪是一种使用电池作为电源，通过电机的往复运动，驱动按摩附件的高频振动冲击来放松身体的软组织的一种软组织康复工具。

在以往的设计中，筋膜枪主体内包括电源模块、控制模块和电机工作模块。电池模块以拆卸或者不可拆卸的方式设置在主体的底部，尤其是可同时作为握持手柄而存在。电池模块的底部通常设置物理开关以及充电接口。通过物理开关（例如滑动式按钮开关）实现电池与主机之间的电力供应的通断切换。

当电路系统出现故障时，可以通过切断电源模块的物理开关来排查故障、复位重启。在由按钮开关控制的电源模块中，可以根据按钮开关闭合的时间来判断电路系统是否工作，即：由主机判断开关闭合持续的时间，若时长超过预设标准时长，则发出关机指令，在开关断开后电路系统随之停止工作；若时长未达到预设标准时长，则发出工作指令，在开关断开后通过另一电路回路继续为电路系统供电，以此达到复位重启的效果。

现有技术中，主机对电路的控制往往是通过对特定的控制端口输入高低电平实现的，一旦对该端口写入信号的程序运行过程中发生偶然故障，则需要对整个电路进行复位重启才可修复。而在控制端口故障的情况下，按钮开关已经无法完成电路的复位工作，无法修复故障。

发明内容

针对上述技术中存在的不足之处，本发明提供用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，旨在实现当电池包插入充电器后即可实现复位的效果。

基于以上技术问题，本发明的第一方面提出用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，包括：

电池组，所述电池组包括至少一个电池单元，且所述电池组的负极接地；

充电口，所述充电口具有三个端口，其中，第一端口作为正极输入端口，第二端口在插入充电器时与第三端口电气相通，在未插入充电器时悬空，第三端口接地；

二极管，所述二极管的阳极与所述充电口相接，阴极与电池组的阳极相接；

延时模块，所述延时模块包括RC电路和第一N-MOS管，所述RC电路一端与所述充电口(U6)相接，另一端与所述第一N-MOS管的g极相接；

上电模块，所述上电模块包括第一电阻和P-MOS管，且所述上电模块的输入端与所述电池组的正极相接；

工作模块，所述工作模块的输入端与所述上电模块相接；所述工作模块为用于控制电池包向工具主机供电的管理模块，

控制模块，所述控制模块包括第二电阻、第二N-MOS管和通信端子，且所述控制模块的输入端与所述充电口相接，所述通信端子用于接收主机发出的控制信号；所述主机为由电池包提供电力供应并与其装配在一起的工具主机；

物理按键，所述物理按键一端与所述控制模块、所述上电模块、所述延时模块相连，另一端接地。

优选地，所述电池组的电压大于所述P-MOS管的导通电压。

优选地，所述延时模块中，所述RC电路包括第三电阻、第四电阻和第一电容，其中，第三电阻与第一电容串联后再与第四电阻并联，且第三电阻与第一电容的连接点接地。

优选地，所述延时模块中，所述第一N-MOS管的g极与所述RC电路相接，d极与物理按键(相接，s极接地。

优选地，所述第三电阻阻值为100KΩ，第四电阻阻值为10MΩ，第一电容容值为1μF。

优选地，所述第二电阻阻值均为100KΩ。

优选地，在所述上电模块中，所述P-MOS管的g极和s极分别与所述第一电阻的两端相接。

优选地，在所述控制模块中，所述第二N-MOS管的g极和s极分别与所述第二电阻的两端相接，所述第二N-MOS管的d极与物理按键相接。

根据本发明得第二方面还提出一种电池包，包括前述电路系统以及输出端子，所述电路系统通过工作模块控制电池组的电流输出，并通过输出端子输出至工具主机。

根据本发明得第三方面还提出一种筋膜枪，包括电池包以及筋膜枪主机，所述电池包设置在筋膜枪外壳内并向筋膜枪主机的主机控制器供电，其中电池包通过电池包的输出端子与筋膜枪主机的接收端子电连接，将电力供应至筋膜枪主机的主机控制器。

应当理解，前述构思以及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在这样的构思不相互矛盾的情况下都可以被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。

结合附图从下面的描述中可以更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面的描述中显见，或通过根据本发明教导的具体实施方式的实践中得知。

附图说明

附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组成部分可以用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：

图1是本发明示例性实施例的电路系统的示意图。

图2是未插充电器时的有效电路示意图；

图3是插入充电器时的有效电路示意图；

图4是延时过程进行中的有效电路示意图；

图5是延时过程结束后的有效电路示意图；

图6是本发明示例性实施例的工具的控制界面的示意图。

具体实施方式

为了更了解本发明的技术内容，特举具体实施例并配合所附图式说明如下。

在本公开中参照附图来描述本发明的各方面，附图中示出了许多说明的实施例。本公开的实施例不必定意在包括本发明的所有方面。应当理解，上面介绍的多种构思和实施例，以及下面更加详细地描述的那些构思和实施方式可以以很多方式中任意一种来实施，这是因为本发明所公开的构思和实施例并不限于任何实施方式。另外，本发明公开的一些方面可以单独使用，或者与本发明公开的其他方面的任何适当组合来使用。

结合图1-图5所示，本发明提出的用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，可应用到筋膜枪等工具中，通过锂电池包等电池进行供电，并且电池包可以是内置形式安装到工具（例如筋膜枪）的机身内，并且不在设置传统的切断电源的物理按键，而是精简化设计，保留对电机的控制以及充电口，但主机对电路的控制往往是通过对特定的控制端口输入高低电平实现的，一旦对该端口写入信号的程序运行过程中发生偶然故障，则需要对整个电路进行复位重启才可修复。而在不设置单独的物理开关按钮进行断开电路的情况下，尤其是当控制端口故障的情况下，按钮开关已经无法完成电路的复位工作，无法修复故障。

为此，本发明提出的电路系统，旨在解决该问题，提出一种用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，其包括电池组B1、充电口U6、二极管D3、延时模块、上电模块、工作模块以及控制模块和按键。按键为物理按键S1，例如点动式按钮开关。

电池组B1，电池组包括至少一个电池单元（Cell），且电池组B1的负极接地。

充电口U6，充电口可以是充电器提供的充电接口，其具有三个端口，其中，第一端口作为正极输入端口，第二端口在插入充电器时与第三端口电气相通，在未插入充电器时悬空，第三端口接地。

二极管D3，其阳极与充电口相接，阴极与电池组的阳极相接。

延时模块，延时模块包括RC电路和第一N-MOS管U5，RC电路一端与充电口U6相接，另一端与第一N-MOS管U5的g极相接。

上电模块，上电模块包括第一电阻R2和P-MOS管U1，且上电模块的输入端与电池组的正极相接。

工作模块，工作模块的输入端与上电模块相接；工作模块为用于控制电池包向工具主机供电的管理模块。尤其优选地，工作模块包括一电源管理IC芯片，例如图示采用78L05型芯片U2，构成电池组BMS的核心，在其输入和输出端均并联电容器接地。如图所示，输入端连接第三电容C3，输出端连接第二电容C2，均与IC芯片的接地端共接地。优选地，2个电容器C2和C3可以采用相同的配置为1μF。

控制模块，控制模块包括第二电阻R9、第二N-MOS管U4和通信端子CTRL，且控制模块的输入端与充电口U6相接，通信端子CTRL用于接收主机发出的控制信号；主机为由电池包提供电力供应并与其装配在一起的工具主机。在可选的实施例中，前述的工具为筋膜枪，工具主机内设置有电机以及控制电机运行的电机控制电路，电池包通过工作模块向电机控制电路供电，以实现对电机的驱动，包括启动/停止、正反转以及转速控制等。可选地，电机控制电路可基于PWM进行调速控制。

如图1所示，物理按键S1，其一端与控制模块、上电模块、延时模块相连，另一端接地。

可选的实施例中，电池组B1可以由多节18650锂电池串/并联组成。其中一个示例中，以三节串联为例，标称电源电压达到为10.8V，图1中P-MOS管的导通电压可以为-0.4V，两个N-MOS管的开启电压可以为5V。电池组B1的电压需要设定成大于P-MOS管U1的导通电压。

充电器的充电电压可以为12V（1A）。当主机控制CTRL发出高电平时，CTRL端子电位为12V，当主机控制CTRL发出低电平时，CTRL端子电位为-12V。

结合图1所示，延时模块中的RC电路包括第三电阻R10、第四电阻R8和第一电容C4，其中，第三电阻R10与第一电容C4串联后再与第四电阻R8并联，并联的节点连接到充电器的第二端口。如图1所示，第三电阻R10与第一电容C4的连接点接地。

其中的第一N-MOS管U5的g极与RC电路相接，d极与物理按键S1相接，s极接地。

在本发明的示例中，第三电阻R10阻值为100KΩ，第四电阻R8阻值为10MΩ，第一电容C4容值为1μF。

第二电阻R9阻值均为100KΩ。

在上电模块中，P-MOS管U1的g极和s极分别与第一电阻R2的两端相接。

结合图1所示，在控制模块中，第二N-MOS管U4的g极和s极分别与第二电阻R9的两端相接，第二N-MOS管U4的d极与物理按键S1相接。

下面结合附图2-5所示，更加具体的描述前述电路系统的实施。

图6示例性的表示了工具的控制界面，具有控制按钮101和电量显示模块102，控制按钮101被设置成具有开关机控制与速度控制的功能，例如控制按钮101短按为开机，并以默认的档位开始运行，例如1挡，再次短按控制按钮101，则按照预定的顺序切换档位，可选地以1挡-2挡-3挡-4挡的顺序进行切换，当当前档位运行时在4挡时，再次短按下控制按钮，则重新返回至1挡开始运行，以此规律，实现1挡-4挡的循环操作。在另外的实施例中，档位的设置可以是更多或者更少的数量，每个档位的速度数值可以根据需要进行设定，尤其是预先设定。

在可选的实施例中，所述控制按钮101被设置成电量检测按钮，在按钮按下的动作触发一电量检测电路103检测电池组的电量，并在电量显示模块102显示。可选地，电量显示模块102可以采用多种方式显示，例如根据电量百分比确定点亮不同的LED指示灯的数量或者设置数码管等显示元件，显示电量参数。

在可选的实施例中，控制按钮101在被长按时，例如检测触发时间高于设定的预设时长，则判定为长按，则执行关机动作，而不再是切换档位。

在另外的实施例中，控制面板界面上还可以设置更多的按钮以实现单独或者集合的功能，包括但不限于前述的开关机、调速和档位切换、电量显示等。

结合图1、2，在第一实施例中，由工具主机控制的通信端子CTRL处于正常工作状态。当未插充电器时，充电口的端子1处于悬空状态，端子2和端子3接地。由于二极管D3的单向导通特性，限制电流方向只能从充电口U6流向电池组，因此在此状态下有效电路模块为：电池组B1、上电模块、工作模块、控制模块和物理按键S1，如图2所示。其中虚线部分为不工作状态。同样的，在附图3-5中，虚线部分表示不工作状态

以图6所示的界面为例，当用户按下工具的按键开关例如控制按钮101时，如果按键时长未达到预设时长时，主机判断用户对此电动工具发出开机命令，对通信端子CTRL发出低电平-12V。

由于N-MOS管的导通条件为在栅极和源极之间加大于开启电压的正向电压，且未插入充电器时充电口的第二端子接地，因此第二N-MOS管U4的栅源电压为反向电压，第二N-MOS管U4处于截止状态。第二N-MOS管U4的d极与P-MOS管U1的g极相接，因此P-MOS管U1的栅源电压为反向电压，此时栅源电压为-10.8V，U1导通。此状态下电流从电池组B1输入上电模块，通过上电模块输入工作模块，通过工作模块的IC芯片控制向工具主机供电，例如通过工作模块的IC芯片控制电池组B1的电流输出，并通过输出端子输出至工具主机，工具主机内的电机控制电路控制驱动电机运行。

应当理解，电池组B1提供的电能通过输出端子与工具主机200的接收端子电连接，通过工作模块的IC芯片控制电流的输出，将电力供应至工具主机内。输出端子与工具主机的接收端子可以采用现有的电接线方式实现。

在本发明的实施例中，电池组B1或者包括了这样的电池组B1与电路系统的电池包，内置固定到工具机壳内，例如筋膜枪的机壳内。

当用户长按控制按钮101达到预设时长，如2s，主机判断用户发出关机指令，控制通信端子CTRL输出高电平12V。此时对于控制模块中的第二N-MOS管U4，栅源之间加以正向电压12V，大于开启电压，第二N-MOS管U4处于导通状态。由于位于上电模块中的P-MOS管U1的g极与位于控制模块中的第二N-MOS管U4的d极相接，因此P-MOS管U1的栅源电压约为1.2V，为正向电压，P-MOS管U1处于截止状态。此时电池组与工作模块的连接断开，工具关机。

在第二实施例中，由工具主机控制的通信端子CTRL处于故障状态，故障发生的原因可以是由于主机对CTRL的控制程序在运行过程中突发中断等偶然情况，无法由第一实施例中的工作方式正常驱动工作。为了修复此程序故障，需要对电路系统进行复位重启。而此时长按控制开关101已经无法使主机控制CTRL输出高电平，CTRL为持续输出低电平状态。

在本示例性实施例中，插入充电器后，此时充电口的第一端口为充电端口，输入充电电压；充电口的第二端口悬空；第三端口接地。此状态下电路中的有效模块为：电池组B1、上电模块、延时模块和工作模块。如图3所示。充电电流通过二极管正向导通流入电池组和上电模块，可以在为电池组充电的同时为上电模块、工作模块供电。

在本示例性实施例中，延时模块的输入端与充电口的第一端口直接相连，充电器为延时模块中的第一电容C4充电。该充电过程将持续一段时间，在第一电容C4两端电压达到第一N-MOS管U5的开启电压前，第一N-MOS管U5处于截止状态，因此位于上电模块中的P-MOS管U1也截止，工作模块处于短暂的断电状态。此时电路系统中的有效回路如图3所示。

结合图4所示的延伸过程中的等效回路和图5所示延时结束后的等效回路，当第一电容C4两端电压达到第一N-MOS管U5的开启电压时，延时模块中的第一N-MOS管导通。此时第一N-MOS管U5的g极电位即为第一电容C4正极电位，栅源电压大于开启电压，第一N-MOS管导通。充电器的第二端口为悬空状态，使得控制模块失效，此时位于上电模块中的P-MOS管U1的g极与延时模块的第一N-MOS管U5的d极相连，而第一N-MOS管在导通状态下d极与s极电气相通，处于接地状态，因此P-MOS管U1的g极接地，栅源电压约为-10.8V，P-MOS管U1导通，上电模块为工作模块供电。至此，整个电路系统已完成复位操作。

虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视权利要求书所界定者为准。

Claims (5)

1.一种用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，其特征在于，包括：

电池包(B1)，所述电池包包括至少一个电池单元，且所述电池包的负极接地；

充电口(U6)，所述充电口具有三个端口，其中，第一端口作为正极输入端口，第二端口在插入充电器时与第三端口电气相通，在未插入充电器时悬空，第三端口接地；

二极管(D3)，所述二极管（D3）的阳极与所述充电口（U6）的第一端口相接，二极管（D3）的阴极与电池包的正极相接；

延时模块，所述延时模块包括RC电路和第一N-MOS管(U5)，所述RC电路包括第三电阻（R10）、第四电阻（R8）和第一电容（C4），其中，第四电阻（R8）与第一电容（C4）串联后与第三电阻（R10）并联，第四电阻（R8）与第三电阻（R10）相连的连接点与充电口（U6）的第一端口连接，第四电阻（R8）与第一电容（C4）相连的连接点与第一N-MOS管（U5）的g极相连；

上电模块，所述上电模块包括第一电阻(R2)和P-MOS管(U1)，其中第一电阻（R2）并联在P-MOS管（U1）的s极和g极之间，第一电阻（R2）与P-MOS管（U1）的s极相连的连接点作为上电模块的输入端与所述电池包的正极相连接，P-MOS管（U1）的d极作为上电模块的输出端；

工作模块，所述工作模块的输入端与所述上电模块的输出端相接；所述工作模块为用于控制电池包向工具主机供电的管理模块；

控制模块，所述控制模块包括第二电阻(R9)、第二N-MOS管(U4)和通信端子(CTRL)，其中第二电阻（R9）并联在第二N-MOS管（U4）的s极和g极之间，通信端子（CTRL）接第二N-MOS管（U4）的g极，第二电阻（R9）与第二N-MOS管（U4）的s极相连的连接点与所述充电口（U6）的第二端口相接；所述通信端子(CTRL)用于接收主机控制器发出的控制信号；所述工具主机为由电池包提供电力供应并与其装配在一起的工具主机；主机控制器包括设置在工具主机内的、用于控制电机运行的电机控制电路；

物理按键(S1)，所述物理按键（S1）的一端与所述控制模块中的第二N-MOS管（U4）的d极、所述上电模块中的P-MOS管（U1）的g极以及所述延时模块中第一N-MOS管（U5）的d极相连，另一端接地。

2.根据权利要求1所述的用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，其特征在于，所述电池包(B1)的电压大于所述P-MOS管(U1)的导通电压。

3.根据权利要求1所述的用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，其特征在于，所述第三电阻（R10）的阻值为100KΩ，第四电阻（R8）的阻值为10MΩ，第一电容（C4）的容值为1μF。

4.根据权利要求1所述的用于电池包的插入充电器可复位的电路系统，其特征在于，所述上电模块的第二电阻(R9)阻值为100KΩ。

5.一种筋膜枪，其特征在于，包括权利要求1所述的电路系统，还包括筋膜枪主机，所述电池包设置在筋膜枪主机的外壳内并向筋膜枪主机内的主机控制器供电，其中电池包通过电池包的输出端子与筋膜枪主机的接收端子电连接，将电力供应至筋膜枪主机的主机控制器。

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