CN112259866A - 电池包、电动工具及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种电池包、电动工具及系统，所述电池包包括壳体组件及收容在所述壳体组件内的电池组件和电路板，所述电池组件与所述电路板电性连接，所述壳体组件上设有插接装置，所述插接装置与所述电路板电性连接，以实现电池组件与插接装置之间的电性连接。相较于现有技术，本发明的电池包既可以给电动工具和园林工具供电，也能给手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

Description

电池包、电动工具及系统

技术领域

本发明涉及一种电池包及应用该电池包的电动工具和系统，属于电池包技术领域。

背景技术

近年来，随着电池材料技术的发展，锂电池的应用范围已被大幅度提升。目前市场上的电动工具和园林工具产品已大量使用，应用方式为铜管连接端子给相应工具供电。但是，这样的电池包只能对相同电压的电气装置供电，输出较为单一，局限性比较大，其他消费类电子产品无法使用此电源供电。

有鉴于此，确有必要对现有的电池包提出改进，以解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电池包，该电池包既可以给电动工具和园林工具供电，也能给手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

为实现上述目的，本发明提供了一种电池包，包括壳体组件及收容在所述壳体组件内的电池组件和电路板，所述电池组件与所述电路板电性连接，所述壳体组件上设有插接装置，所述插接装置与所述电路板电性连接，以实现电池组件与插接装置之间的电性连接。

作为本发明的进一步改进，所述壳体组件的相对设置的两侧边上均设置有所述插接装置，所述插接装置为电连接器，所述电连接器设有与所述电路板焊接固定的插脚。

作为本发明的进一步改进，所述电连接器为Type-C连接器，该Type-C连接器的输出电压为5-20V、输出电流为1-5A、输出功率为15-100W。

作为本发明的进一步改进，所述壳体组件上还设有显示装置，所述显示装置用于显示电池包的剩余电量和/或电压和/或电流和/或电芯温度和/或故障。

作为本发明的进一步改进，所述壳体组件包括外壳体和组装在所述外壳体上的按压件，所述显示装置固定在所述外壳体上并位于所述按压件的旁侧。

作为本发明的进一步改进，所述显示装置为LCD显示屏。

作为本发明的进一步改进，所述电路板上集成有供电端子、第一供电系统及第二供电系统，所述第一供电系统与所述供电端子相连，所述第二供电系统与所述插接装置相连，以在所述电池包内形成第一供电电路和第二供电电路。

作为本发明的进一步改进，所述第一供电电路包括第一控制单元及与第一控制单元相连的检测单元、第一驱动单元、通讯单元及第一隔离单元，当所述电池包利用第一供电电路进行充/放电时，所述检测单元对电池组件内所有电芯的电压、整个充/放电回路的电流以及电芯的温度进行检测，并通过所述通讯单元将检测到的数据传送给所述第一控制单元，以便所述第一控制单元对所述电池组件的当前电荷量进行计算。

作为本发明的进一步改进，所述第二供电电路包括第二控制单元及与第二控制单元相连的全桥驱动单元、第二驱动单元及第二隔离单元，当所述电池包利用第二供电电路进行充/放电时，所述第二控制单元发出控制信号给全桥驱动单元，使全桥驱动单元提供充/放电电压，所述第二控制单元还实时监测充/放电电压和充/放电电流。

作为本发明的进一步改进，所述电池包的输出电压为24V，输出功率为960W。

本发明的目的还在于提供一种电动工具，所述电动工具包括执行相应功能的功能模块，所述功能模块由前述的电池包驱动。

作为本发明的进一步改进，所述电动工具可以是打草机、修枝机、吹风机、链锯、推草机、清洗机、吸尘器、电钻、电锤、坐骑式割草机、智能割草机、智能清洁设备之一。

本发明的目的还在于提供一种系统，所述系统包括前述的电池包、由前述电池包供能的第一用电设备与第二用电设备，所述第一用电设备为前述的电动工具，所述第二用电设备由所述电池包的插接装置供能。

作为本发明的进一步改进，所述第二用电设备的工作电压为5-20V。

作为本发明的进一步改进，所述第二用电设备可以是手机、笔记本电脑、可穿戴智能设备之一。

本发明的有益效果是：本发明的电池包通过在壳体组件上设置插接装置，从而可利用插接装置与电路板的电性连接，来实现电池组件与插接装置之间的电性连接，为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电提供了可能。

附图说明

图1是本发明电池包的立体图。

图2是图1所示电池包的分解图。

图3是图2中壳体组件的分解图。

图4是图2中插接装置焊接在电路板上的组合立体图。

图5是图4中插接装置的立体图。

图6是图5所示插接装置的另一角度立体图。

图7是图4所对应的电路框图。

图8是图7所对应的电路原理图。

图9是本发明的电池包应用于吸尘器的结构示意图。

图10是本发明的电池包应用于推草机的结构示意图。

图11是本发明的电池包应用于修枝机的结构示意图。

图12是本发明的电池包应用于打草机的结构示意图。

图13是本发明的电池包应用于电钻的结构示意图。

图14是本发明的电池包应用于手持式清洗机的结构示意图。

图15是本发明的电池包应用于吹风机的结构示意图。

图16是本发明的电池包应用于链锯的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述。

如图1与图2所示，本发明揭示了一种电池包100，用于给第一用电设备和第二用电设备供电。所示电池包100包括壳体组件10及收容在所述壳体组件10内的电池组件20和电路板30，所述电池组件20与所述电路板30电性连接。所述电池包100的输出电压为24V、输出电流为40A、输出功率为960W，但不应以此为限。所述第一用电设备包括但不限于打草机、吹风机、修枝机、链锯、推草机、清洗机、吸尘器、智能割草机、智能清洁设备、坐骑式割草机的至少其中之一。

如图3所示，所述壳体组件10包括外壳体11和组装在所述外壳体11上的按压件12，所述按压件12用于在插拔电池包100时使电池包100能够较轻松的脱离出来。所述外壳体11包括相互组装固定的上壳体111和下壳体112，电池组件20和电路板30收容在由上壳体111和下壳体112组装形成的收容空间113内。

所述外壳体11上开设有插接口114，所述电池包100还包括安装在所述外壳体11内并暴露于插接口114的插接装置40，所述插接装置40与所述电路板30电性连接，以实现电池组件20与插接装置40之间的电性连接，从而便于利用插接装置40来实现电池组件20的电源输出/输入。

所述外壳体11大致呈长方形设置，所述插接装置40设置在外壳体11的长边上，按压件12靠近外壳体11的短边设置。本实施例中，所述外壳体11的相对设置的两侧长边上均设置有所述插接装置40，当然，在其他实施例中，所述插接装置40也可以只设置有一个，或设置有多个，只要能够实现电源的传输即可，此处不作限制。对应的，插接口114开设有两个并分设在外壳体11的两个长边上，具体为开设在上壳体111的两个长边上；插接口114的朝向垂直于该两个长边。

如图4至图6所示，所述插接装置40为可实现充放电的电连接器，优选的，所述电连接器为Type-C连接器，且该Type-C连接器的输出电压为5-20V，优选的为5V、9V、12V、15V、20V；输出电流为1-5A，优选的为1A、2A、3A、4A、5A；输出功率为15-100W，优选的为15W、18W、30W、45W、60W、100W。

所述电连接器40包括绝缘本体41、固定在所述绝缘本体41上的导电端子42以及遮罩在所述绝缘本体41和导电端子42外侧的遮罩壳体43，所述导电端子42与所述遮罩壳体43均由金属材料制成，且导电端子42与遮罩壳体43的内侧壁相接触，从而实现导电端子42与遮罩壳体43的电性导通，所述遮罩壳体43上设有与电路板30焊接固定的插脚44。通过这样的设计，使得电连接器40的导电端子42能够通过遮罩壳体43的插脚44及电路板30与电池组件20实现电性连接，继而能够通过该电连接器40对包括手机、笔记本、数码相机、可穿戴智能设备等电子产品的第二用电设备进行充电。

本实施例中，电连接器40与电路板30平行设置，该平行设置既包括电连接器40固定在电路板30的上侧的情形，也包括电连接器40固定在电路板30的下侧的情形，因电连接器40与电路板30直接焊接，所以插接口114的外边缘与电路板30之间的距离要小于插接口114的纵向长度，具体地，插接口114的外边缘与电路板30之间的距离为0-20mm，优选为0-15mm，进一步的优选为0-10mm，最佳的为7.75mm。

所述电路板30上集成有供电端子31，该供电端子31也通过电路板30与电池组件20电性连接，外壳体11的远离按压件12的一端开设有插孔115，供电端子31靠近插孔115设置并部分暴露于插孔115。供电端子31的延伸方向以及插孔115的朝向均平行于两个长边。供电端子31与插孔115的设计，使得本发明的电池包100还能够插接在电动工具上，从而为电动工具供电。供电端子31中包括有电源电子和信号端子，属于公知常识，此处不再详细描述。

如图1至图3所示，所述壳体组件10上还设有显示装置50，该显示装置50可以用于显示电池包100的剩余电量，也可以用于显示电池包100的电压、电流以及电芯温度和故障等等。当电池包100与电动工具相结合并进行工作时，该显示装置50还可以显示电动工具的运行参数，比如电机的转速等等。所述显示装置50优选为LCD显示屏，但不应以此为限。

所述显示装置50固定在所述外壳体11上并位于所述按压件12的旁侧。具体地，按压件12包括按压部121和卡扣部122，按压部121用于供操作者操作，以释放电池包100与电动工具之间的锁扣；卡扣部122用于实现按压件12与外壳体11之间的固定连接，以防按压件12在外壳体11上随意的移动。

较佳的，显示装置50固定在上壳体111上并位于按压部121与卡扣部122之间，目的在于：当电池包100与电动工具相结合时，操作者能够在使用的过程中看到显示装置50上显示的内容，当操作过程中或者电池包100和/或电动工具工作过程中发生异常时，能够及时的发现并做出处理，避免了危险的发生。

当然，显示装置50也可以安装在电池包100的前侧，即位于按压部121的远离卡扣部122的一侧。只不过，这样的安装方案需要考虑显示装置50与电路板30之间的引线是否会受到按压部121的干扰，布线会有局限。

以下将对本发明电池包100的充、放电过程进行详细说明。

如图7与图8所示，所述电路板30上集成有供电端子31、第一供电系统及第二供电系统，所述第一供电系统与所述供电端子31相连，所述第二供电系统与所述插接装置40相连，以在所述电池包100内形成第一供电电路和第二供电电路。第一供电系统主要包括电池组件(以串联设置的cell1～cell6为例)、对电池组件进行管理和控制的电池管理单元、第一电压正极端口P+、与电池管理单元相连的充电端口CH+和通讯端口COM以及总负端口CH-/P-。第二供电系统主要包括与第一电压正极端口P+相连的DC-DC电源单元和与该DC-DC电源单元相连的Type-C接口(即插接口114)，Type-C接口处设有第二电压正极端口、第二通讯端口及负极端口等。

更具体地，所述第一供电电路包括第一控制单元(即图8中的控制单元1)及与第一控制单元相连的检测单元、第一驱动单元(即图8中的驱动单元1)、通讯单元、第一隔离单元(即图8中的隔离单元1)、激活单元、LCD驱动和LCD显示；所述第二供电电路包括第二控制单元(即图8中的控制单元2)及与第二控制单元相连的全桥驱动单元、第二驱动单元(即图8中的驱动单元2)及第二隔离单元(即图8中的隔离单元2)，将图7与图8进行对比，可以看出：第一供电电路实质是指电池管理单元内部所形成的电路，第二供电电路实质是指DC-DC电源单元内部所形成的电路。

当电池包100利用第一供电电路进行充电时(即利用工业快充适配器通过CH+和CH-/P-端口对电池组件20进行充电时)，所述检测单元对电池组件20内所有电芯的电压、整个充电回路的电流以及电芯的温度等重要信息进行检测，然后通过所述通讯单元将检测到的数据传送给第一控制单元，以便第一控制单元对电池组件20的当前电荷量进行计算。正常充电时，第一控制单元中的电量计算模块通过采集到的电芯的电压、电流和温度信息计算电池组件20实时的SOC值，当SOC＝100％时，电量计算模块发送满电通讯标志位给充电器(即工业快充适配器)，充电器接收到满电通讯标志位后立即停止充电。充电异常时，第一控制单元发送异常通讯标志位给充电器，充电器接收到异常通讯标志位后立即停止充电。

当电池包100利用第二供电电路进行充电时(即利用Type-C接口对电池组件20进行充电时)，第二控制单元发出控制信号(优选为PWM信号)给全桥驱动单元，使全桥驱动单元提供适配的充电电压，第二控制单元实时监测充电电压Vbus和Vin，以及通过电阻RS1监测充电电流，当充电电压以及充电电流出现异常时，第二控制单元可以实时调整，若在重复5次调整后仍然存在异常，则第二控制单元通过第二隔离单元发送异常信号给第一控制单元，第一控制单元立即发送关断信号MCU_EN1给第二驱动单元，使开关Q5，Q6关闭。在Type-C接口正常充电过程中，第一控制单元同时也实时监控整个电池组件20的电压、电流以及电芯的温度，当第一控制单元中电量计算模块的SOC＝100％时，第一控制单元通过第一隔离单元发送异常信号给第二控制单元，第二控制单元关闭全桥驱动单元的输出，充电停止；当第一控制单元检测到单个电芯电压异常或温度异常时，第一控制单元发送关断信号MCU_EN1给第二驱动单元，使开关Q5，Q6关闭，充电停止。

当电池包100利用第一供电电路进行放电时(即利用电动工具通过P+和CH-/P-端口对电池组件20进行放电时)，所述检测单元对电池组件20内所有电芯的电压、整个放电回路的电流以及电芯的温度等重要信息进行检测，然后通过所述通讯单元将检测到的数据传送给第一控制单元，以便第一控制单元对电池组件20的当前电荷量进行计算。正常放电时，第一控制单元中的电量计算模块通过采集到的电芯的电压、电流和温度信息计算电池组件20实时的SOC值，当SOC＝0％时，电量计算模块发送满电通讯标志位给电动工具，电动工具接收到满电通讯标志位后立即停止放电。放电异常时，第一控制单元发送异常通讯标志位给电动工具，电动工具接收到异常通讯标志位后立即停止放电。

当电池包100利用第二供电电路进行放电时(即利用Type-C接口对电池组件20进行放电时)，第二控制单元发出控制信号(优选为PWM信号)给全桥驱动单元，使全桥驱动单元提供适配的放电电压，第二控制单元实时监测放电电压Vbus和Vin，以及通过电阻RS1监测放电电流，当放电电压以及放电电流出现异常时，第二控制单元可以实时调整，若在重复5次调整后仍然存在异常，则第二控制单元通过第二隔离单元发送异常信号给第一控制单元，第一控制单元立即发送关断信号MCU_EN1给第二驱动单元，使开关Q5，Q6关闭。在Type-C接口正常放电过程中，第一控制单元同时也实时监控整个电池组件20的电压、电流以及电芯的温度，当第一控制单元中电量计算模块的SOC＝0％时，第一控制单元通过第一隔离单元发送异常信号给第二控制单元，第二控制单元关闭全桥驱动单元的输出，放电停止；当第一控制单元检测到单个电芯电压异常或者温度异常时，第一控制单元发送关断信号MCU_EN1给第二驱动单元，使开关Q5，Q6关闭，放电停止。

对于显示装置50(优选为LCD显示屏)的显示功能，当利用工业充电器和电动工具对电池包100进行充放电时，电池组件20通过对一系列电气设备的用电习惯进行深度学习，掌握对应电压、电流、温度等重点因子条件下的实时容量值，形成电量计算法模型1，在功能软件的模型框架下，实际应用时根据对应的因子调用此时对应的容量值，通过LCD显示屏50对容量进行实时显示。

当消费类电子设备通过Type-C接口对电池包100进行充放电时，此时的电压、电流、温度等重点因子较为稳定，可以通过固定的充放电模型形成电量计算法模型2，在功能软件的模型框架下，在相应的设备供电或用电时进行调用，通过LCD显示屏50对容量进行实时显示。

本发明的电池包100可以应用于多种电动工具和园林工具，适用范围较广。以下将对主要的8种电动工具进行举例说明。

如图9所示，为应用本发明电池包100的吸尘器200。当电池包100应用到吸尘器200后，不仅可以为吸尘器200供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口201)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图10所示，为应用本发明电池包100的推草机300。当电池包100应用到推草机300后，不仅可以为推草机300供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口301)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图11所示，为应用本发明电池包100的修枝机400。当电池包100应用到修枝机400后，不仅可以为修枝机400供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口401)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图12所示，为应用本发明电池包100的打草机500。当电池包100应用到打草机500后，不仅可以为打草机500供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口501)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图13所示，为应用本发明电池包100的电钻600。当电池包100应用到电钻600后，不仅可以为电钻600供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口601)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图14所示，为应用本发明电池包100的手持式清洗机700。当电池包100应用到手持式清洗机700后，不仅可以为手持式清洗机700供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口701)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图15所示，为应用本发明电池包100的吹风机800。当电池包100应用到吹风机800后，不仅可以为吹风机800供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口801)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

如图16所示，为应用本发明电池包100的链锯900。当电池包100应用到链锯900后，不仅可以为链锯900供电，同时还能够通过Type-C接口(即插接口901)为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电。

综上所述，本发明的电池包100通过在壳体组件10上设置插接装置40，从而可利用该插接装置40与电路板30的电性连接，来实现电池组件20与插接装置40之间的电性连接，为手机、笔记本、数码相机等电子产品供电提供了可能。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (15)

1.一种电池包，包括壳体组件及收容在所述壳体组件内的电池组件和电路板，所述电池组件与所述电路板电性连接，其特征在于：所述壳体组件上设有插接装置，所述插接装置与所述电路板电性连接，以实现电池组件与插接装置之间的电性连接。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：所述壳体组件的相对设置的两侧边上均设置有所述插接装置，所述插接装置为电连接器，所述电连接器设有与所述电路板焊接固定的插脚。

3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于：所述电连接器为Type-C连接器，该Type-C连接器的输出电压为5-20V、输出电流为1-5A、输出功率为15-100W。

4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：所述壳体组件上还设有显示装置，所述显示装置用于显示电池包的剩余电量和/或电压和/或电流和/或电芯温度和/或故障。

5.根据权利要求4所述的电池包，其特征在于：所述壳体组件包括外壳体和组装在所述外壳体上的按压件，所述显示装置固定在所述外壳体上并位于所述按压件的旁侧。

6.根据权利要求5所述的电池包，其特征在于：所述显示装置为LCD显示屏。

7.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：所述电路板上集成有供电端子、第一供电系统及第二供电系统，所述第一供电系统与所述供电端子相连，所述第二供电系统与所述插接装置相连，以在所述电池包内形成第一供电电路和第二供电电路。

8.根据权利要求7所述的电池包，其特征在于：所述第一供电电路包括第一控制单元及与第一控制单元相连的检测单元、第一驱动单元、通讯单元及第一隔离单元，当所述电池包利用第一供电电路进行充/放电时，所述检测单元对电池组件内所有电芯的电压、整个充/放电回路的电流以及电芯的温度进行检测，并通过所述通讯单元将检测到的数据传送给所述第一控制单元，以便所述第一控制单元对所述电池组件的当前电荷量进行计算。

9.根据权利要求7所述的电池包，其特征在于：所述第二供电电路包括第二控制单元及与第二控制单元相连的全桥驱动单元、第二驱动单元及第二隔离单元，当所述电池包利用第二供电电路进行充/放电时，所述第二控制单元发出控制信号给全桥驱动单元，使全桥驱动单元提供充/放电电压，所述第二控制单元还实时监测充/放电电压和充/放电电流。

10.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：所述电池包的输出电压为24V，输出功率为960W。

11.一种电动工具，包括执行相应功能的功能模块，其特征在于：所述功能模块由权利要求1-10中任一项所述的电池包驱动。

12.根据权利要求11所述的电动工具，其特征在于：所述电动工具可以是打草机、修枝机、吹风机、链锯、推草机、清洗机、吸尘器、电钻、电锤、坐骑式割草机、智能割草机、智能清洁设备之一。

13.一种系统，其特征在于：包括权利要求1-10中任一项所述的电池包、由所述电池包供能的第一用电设备与第二用电设备，所述第一用电设备为权利要求11或12所述的电动工具，所述第二用电设备由所述电池包的插接装置供能。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于：所述第二用电设备的工作电压为5-20V。

15.根据权利要求14所述的系统，其特征在于：所述第二用电设备可以是手机、笔记本电脑、可穿戴智能设备之一。

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