CN117477067A - 电池包 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种电池包，包括：壳体；多个电池组，收容于所述壳体中，且所述多个电池组的串并联连接方式可切换；以及供电系统，包括：开关控制电路，配置为与所述多个电池组连接，并用于控制所述多个电池组的串并联连接方式；主控制芯片，与所述多个电池组及所述开关控制电路连接，用于通过所述开关控制电路控制所述多个电池组放电；扩展电源输出接口，与所述多个电池组连接，用于输出功率给外部设备充电；其中，当所述电池包与电动工具连接时，所述多个电池组的串并联连接方式被锁定，所述开关控制电路与所述主控制芯片的链路断开，实现了电池包的稳定放电。

Description

电池包
技术领域
本发明涉及一种电池包。
背景技术
目前电池包行业，为了扩展电池包的通用性，采用两组电池串、并联方式，组成双压电池包(以下简称电池包)。电池包提供两种电压规格为电动工具供电，比较常见的有20V/40V电池包、24V/48V电池包、40V/80V电池包。
实现两组电池串并联的方法有电子开关方式和机械结构方式；电子开关方式是通过三个受控的电子开关来实现；机械结构方式是两组电池通过与电动工具或充电器对插的母插片来实现串联或者并联，如母插片将A组电池和B组电池的正负极连在一起，则将两组电池形成并联关系；如母插片将A组电池的负极连到B组电池的正极，从A组正极和B组负极输出，则形成串联关系。
传统的双压锂电池包只是单纯为电动工具提供功率，而无法实现其它功能。
有鉴于此，确有必要对现有的电池包进行改进，以扩展电池包的用途。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电池包，该电池包不仅可以给电动工具供电，而且还可以直接给手机等外部设备充电，扩展了电池包的用途。
为实现上述目的，本发明提供了一种电池包，包括：
壳体；
多个电池组，收容于所述壳体中，且所述多个电池组的串并联连接方式可切换；
供电系统，包括：
开关控制电路，配置为与所述多个电池组连接，并用于控制所述多个电池组的串并联连接方式；
主控制芯片，与所述多个电池组及所述开关控制电路连接，用于通过所述开关控制电路控制所述多个电池组放电；
扩展电源输出接口，与所述多个电池组连接，用于输出功率给外部设备充电；
其中，当所述电池包与电动工具连接时，所述多个电池组的串并联连接方式被锁定，所述开关控制电路与所述主控制芯片的链路断开。
作为本发明的进一步改进，所述多个电池组包括第一电池组和第二电池组，所述第一电池组和所述第二电池组的串联或并联的连接方式由所述开关控制电路控制。
作为本发明的进一步改进，所述开关控制电路包括第一开关、第二开关及第三开关，当所述主控制芯片控制所述第一开关和第二开关闭合、第三开关打开时，所述第一电池组与第二电池组相互并联；当所述主控制芯片控制所述第一开关和第二开关打开、第三开关闭合时，所述第一电池组与第二电池组相互串联。
作为本发明的进一步改进，还包括唤醒电路，与所述主控制芯片连接，当所述主控制芯片接收到唤醒信号时，唤醒所述电池包的供电系统。
作为本发明的进一步改进，所述唤醒电路包括按键唤醒电路，所述按键唤醒电路包括设置在所述壳体上的按钮，所述按钮与所述主控制芯片电连接，按压所述按钮后，所述电池包的供电系统被唤醒。
作为本发明的进一步改进，所述唤醒电路包括微动开关唤醒电路，所述微动开关唤醒电路包括微动开关，当所述微动开关被触发时，所述电池包的供电系统被唤醒。
作为本发明的进一步改进，所述壳体上设置有用于遮盖所述扩展电源输出接口的盖板，所述盖板滑动设置，以暴露或遮挡所述扩展电源输出接口，当所述扩展电源输出接口暴露时，所述微动开关被触发，所述电池包的供电系统被唤醒。
作为本发明的进一步改进，所述扩展电源输出接口包括Mini USB接口或MicroUSB接口或Type系列接口。
作为本发明的进一步改进，还包括自锁电路，与所述开关控制电路相连，用于在所述电池包与电动工具连接时，使所述开关控制电路被禁止。
为实现上述目的，本发明还提供了一种电池包，包括：
壳体；
多个电池组，收容于所述壳体中，且所述多个电池组的串并联连接方式可切换；
主控制芯片，与所述多个电池组连接，并用于控制所述多个电池组的串并联连接方式；
扩展电源输出接口，与所述多个电池组连接，用于输出来自所述多个电池组的功率给外部设备充电；
其中，当所述电池包与电动工具连接时，所述多个电池组的串并联连接方式被锁定。
本发明的有益效果是：本发明一方面设置开关控制电路，从而可利用该开关控制电路来控制多个电池组的串并联连接方式，实现放电；另一方面设置扩展电源输出接口，以与多个电池组连接，从而当电池包与电动工具连接时，可以利用该扩展电源输出接口输出功率给电动工具充电，且当电池包与电动工具连接时，多个电池组的串并联连接方式被锁定，开关控制电路与主控制芯片的链路断开，实现了电池包的稳定放电。
附图说明
图1是本发明电池包供电系统的第一实施例结构示意图。
图2是微动开关与盖板相配合时的分解示意图。
图3是电动工具的接触插片的立体结构示意图。
图4是图3的分解示意图。
图5是图1中自锁电路的工作原理图。
图6是与图1相对应的电池包供电方法的流程图。
图7是本发明电池包供电系统的第二实施例结构示意图。
图8是与图7相对应的电池包供电方法的流程图。
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至图4所示，本发明揭示了一种电池包供电系统，应用于电池包。所述电池包供电系统包括壳体(未图示)和收容在壳体内的第一电池组11、第二电池组12及电路板(未图示)，所述电路板与所述第一电池组11和第二电池组12电性连接，所述电路板上形成有开关控制电路、主控制芯片(MCU)、唤醒电路、USB电路及自锁电路。
所述壳体上设有与所述USB电路相连的扩展电源输出接口20和用于遮盖所述扩展电源输出接口20的盖板30，所述盖板30滑动设置，以暴露或遮挡所述扩展电源输出接口20。具体来讲，所述扩展电源输出接口20为与USB电路相匹配的USB接口，所述盖板30包括遮盖在扩展电源输出接口20上方的遮盖部31和自遮盖部31向后延伸的触发部32。
第一电池组11与第二电池组12可以串联连接或并联连接，继而可以输出两种工作电压，用于给不同需求的电动工具供电。当然，在电池包供电系统自身不充电且未与电动工具连接时，第一电池组11和第二电池组12也可通过扩展电源输出接口20输出电压供手机等外部设备充电，此时第一电池组11与第二电池组12可以串联连接，也可以并联连接，具体根据实际情况而定。本发明中，第一电池组11与第二电池组12的串联连接或并联连接，主要是根据USB电路检测到对应外部设备的电压需求来定的。
所述开关控制电路上连接有电子开关，用于控制所述第一电池组11与第二电池组12串联连接或并联连接；所述主控制芯片(MCU)分别与第一电池组11、第二电池组12及开关控制电路相连，用于控制所述电子开关打开或闭合，使所述第一电池组和第二电池组放电。具体地，所述电子开关包括第一开关KEY1、第二开关KEY2及第三开关KEY3，当所述主控制芯片(MCU)控制所述第一开关KEY1和第二开关KEY2闭合、第三开关KEY3打开时，所述第一电池组11与第二电池组12相互并联；当所述主控制芯片(MCU)控制所述第一开关KEY1和第二开关KEY2打开、第三开关KEY3闭合时，所述第一电池组11与第二电池组12相互串联。
所述自锁电路与所述开关控制电路相连，用于在所述开关控制电路被禁止时使所述电子开关KEY1～KEY3失效(即电子开关KEY1～KEY3全部断开)，此时开关控制电路不再受主控制芯片(MCU)控制。需要说明的是：“开关控制电路被禁止”通常发生在电池包供电系统安装至电动工具后，扩展电源输出接口20没有被遮挡、可以正常使用的时候，电池包与电动工具的接触插片40相互对接，为了防止第一电池组11与第二电池组12短路，需要将开关控制电路自动锁住，此时开关控制电路不再受主控制芯片(MCU)控制。
具体来讲，接触插片40包括基座41和穿插在基座41上的公插片42，公插片42包括沿基座41的长度方向依次排布的第一公插片421、通信公插片422、连接公插片423以及第二公插片424，第一公插片421、第二公插片424以及连接公插片423均包括并排设置的两个连接片420，连接片420的延伸方向与基座41的长度方向垂直。当电池包供电系统插入电动工具内时，电池包内的对接端子(未图示)直接与第一公插片421、第二公插片424和连接公插片423的连接片420以及通信公插片422进行选择性对接，以此来实现第一电池组11和第二电池组12的串、并联。
自锁电路是基于结构配合电子的机制，相当于一个开关，在电池包内对接端子与接触插片40对接的瞬间等同于开关闭合，对接端子与接触插片40电性导通，此时接触插片40会禁止电子开关作用，使电子开关KEY1～KEY3全部断开，不再起任何作用，第一电池组11和第二电池组12的串并联仅受接触插片40控制。
具体来讲，如图5所示，自锁电路的插片座内设有接触插片1、接触插片2、接触插片3及接触插片4，该4个接触插片分别对应A、B两组电池的正负极，其中，接触插片1对应B组电池的正极(B+)、接触插片2对应A组电池的正极(A+)、接触插片3对应B组电池的负极(B-)、接触插片4对应A组电池的负极(A-，也是主控制芯片MCU的参考地GND)。接触插片4和接触插片5是自锁电路的关键器件。
因电子开关KEY1～KEY3的开关控制电路和开关电路是一样的，所以取其中一个进行讲解。图5中，MCU_GPIO_x连接主控制芯片MCU的输出引脚，当MCU_GPIO_x输出高电平时，Q1导通，从而Q2和Q3也会导通，对应的电子开关闭合；当MCU_GPIO_x输出低电平时，Q1截止，从而Q2和Q3也会截止，对应的电子开关断开；所以，电子开关的闭合和断开由MCU_GPIO_x输出的高、低电平决定。
插片座内的接触插片4接地、接触插片5连接R2与R1的结合点处，当电动工具或充电器的接触插片40插入插片座时，公插片42会使接触插片4和接触插片5短接，即短接R2，此时Q1不再受主控制芯片MCU控制，电子开关KEY1～KEY3全部断开，不再起任何作用，第一电池组11和第二电池组12的串并联仅受接触插片40控制。
当然，上述对于接触插片40的具体结构的描述只是示例性的，本领域技术人员可根据实际情况进行更改，此处不作限制。
所述主控制芯片(MCU)用于控制整个电池包供电系统，所述唤醒电路与所述主控制芯片(MCU)相连，用于唤醒整个电池包供电系统。本实施例中，所述唤醒电路包括微动开关唤醒电路和按键唤醒电路，所述微动开关唤醒电路包括微动开关13，所述盖板30滑动至使所述扩展电源输出接口20暴露时，所述盖板30同步触发所述微动开关13，使整个电池包供电系统被唤醒。
所述微动开关13包括开关本体131和收容在开关本体131中并与电路板电性连接的端子(未图示)，端子通过电路板与第一电池组11和第二电池组12电性连接。所述微动开关13还包括设置在开关本体131上的触点(未标号)和长方形的触片132，触片132的一端固定在开关本体131上、另一端为自由端；触点位于触片132的内侧且靠近触片132的固定端，触片132以杠杆的方式反复触动微动开关13的触点，触片132与开关本体131之间设置有弹性件(未图示)，触片132通过触发部32按下触点，端子导通；触片132在弹性件的作用下离开触点，触点恢复至未触发状态，端子断开。触发部32优选为板状结构，以方便推动触片132转动。
所述微动开关唤醒电路用于同时给电池包和USB电路上电，使电池包和USB电路同步唤醒；所述按键唤醒电路用于唤醒电池包，而USB电路则根据实际情况选择性唤醒。当电池包供电系统不工作时，若想查看电池包电量，此时无需插入USB充电线、无需触发微动开关13，直接按下电池包壳体上的按钮，利用按键唤醒电路进行查看即可，非常方便且安全系数很高。
USB电路分别与第一电池组11、第二电池组12及主控制芯片(MCU)相连，用于在主控制芯片(MCU)的控制下输出功率给外部设备充电。可以理解地，随着外部设备的更新换代，外部设备的充电接口也在不知不觉中更换了好几种，比较常见的有：Mini USB接口、Micro USB接口(含2.0和3.0两种)、Type系列接口(包括Type-A、Type-B和Type-C)，本发明中的USB电路可以设置成与前述的其中一种接口相对应，也可以直接设置成标准的USB2.0或USB3.0，之后再利用一个转接器进行转接，只要能够对外部设备(包括手机、电脑、打印机、显示器等)进行充电即可，此处不做限制。
所述USB电路内设有降压部件(如变压器，未图示)和限流部件(如DC-DC调压限流芯片，未图示)，以对电池包供电系统输出的电压进行降压和限流，使降压限流后的电压可以输出给外部设备进行充电。当然，当主控制芯片(MCU)检测到USB电路没有充电电流时，直接禁止USB电路，1分钟后整个电池包供电系统关机。
所述电池包供电系统还包括与第一电池组11并联连接的第一模拟前端14和与第二电池组12并联连接的第二模拟前端15，所述第一模拟前端14与主控制芯片(MCU)相连，用于实时采集第一电池组11的电压并转换成数字量传输至所述主控制芯片(MCU)；所述第二模拟前端15也与主控制芯片(MCU)相连，用于实时采集第二电池组12的电压并转换成数字量传输至所述主控制芯片(MCU)。当然，当第一电池组11和第二电池组12的电压小于一定值时，主控制芯片(MCU)会禁止USB电路，停止给外部设备充电并控制整个电池包供电系统关机，等待充电。
所述第一模拟前端14与主控制芯片(MCU)之间通过第一通信通道16进行通信，从而在主控制芯片(MCU)需要对第一电池组11中任一节电芯的电压进行采集时，可利用该第一通信通道16进行指令的传输，第一模拟前端14在接收到这样的指令后，会迅速检测并提取出相应电芯的电压值，之后再转换成数字量并通过所述第一通信通道16发送给主控制芯片(MCU)。
所述电池包供电系统还包括通信隔离电路17，所述通信隔离电路17的一端与所述第二模拟前端15相连、另一端与所述主控制芯片(MCU)相连，以便所述第二模拟前端15通过所述通信隔离电路17与所述主控制芯片(MCU)进行双向隔离通信，继而控制和读取第二模拟前端15的信息。较佳地，所述第二模拟前端15、通信隔离电路17及主控制芯片(MCU)之间通过第二通信通道18进行通信，且具体的通信过程可参考第一模拟前端14与主控制芯片(MCU)之间的通信过程，此处不再描述。
如图6所示，本发明还提供了一种电池包供电方法，应用于前述电池包供电系统，主要包括以下步骤：
S1、拨动盖板30的遮盖部31，使盖板30滑动，将外部设备USB充电线插入到扩展电源输出接口20中，使外部设备USB充电线与USB电路电性导通；
S2、当盖板30滑动至使扩展电源输出接口20暴露时，盖板30的触发部32同步触发微动开关13的触点，使整个电池包供电系统被唤醒；
S3、主控制芯片(MCU)检测到微动开关13被触发，主控制芯片(MCU)控制开关控制电路闭合第一开关KEY1和第二开关KEY2，使第一电池组11与第二电池组12并联连接，或者闭合第三开关KEY3使第一电池组11和第二电池组12串联连接，此时所述第一电池组11和第二电池组12放电；
S4、主控制芯片(MCU)使能USB电路，USB电路输出功率给外部设备充电；
S5、若主控制芯片(MCU)检测到USB电路没有充电电流，则禁止USB电路；
S6、若主控制芯片(MCU)检测到USB电路的充电电流大于一定值，则使能USB电路并继续检测USB电路的充电电流；
S7、第一模拟前端14和第二模拟前端15持续对第一电池组11和第二电池组12的电压进行实时检测，当第一电池组11和第二电池组12的电压小于一定值时，主控制芯片(MCU)禁止USB电路，停止给外部设备充电并控制整个电池包供电系统关机。
当然，本实施例主要应用在电池包供电系统没有放到电动工具内时，此时USB电路可用于为手机等外部设备进行充电；当电池包供电系统插入电动工具后，扩展电源输出接口20被遮挡而无法使用，与此同时，电池包供电系统与电动工具的接触插片40相互对接，以此来实现第一电池组11与第二电池组12的串联或并联，此时开关控制电路被禁止(即自动锁住)，自锁电路使电子开关KEY1～KEY3失效。
如图7所示，为本发明电池包供电系统的第二实施例。与图1所示的第一实施例相比，两者的区别主要在于：本实施例中取消了微动开关唤醒电路，并且在电池包供电系统插入电动工具后也可以使用扩展电源输出接口20对外部设备进行充电。
本实施例中，所述唤醒电路为按键唤醒电路，所述按键唤醒电路包括设置在所述壳体上的按钮(未图示)，从而在按压所述按钮后，整个电池包供电系统被唤醒。其他相同结构(如开关控制电路、自锁电路、USB电路、主控制芯片MCU、第一模拟前端14、第二模拟前端15及通信隔离电路17等)均不再描述。
如图8所示，本实施例的电池包供电方法主要包括以下步骤：
S1、拨动盖板30的遮盖部31，使盖板30滑动，将外部设备USB充电线插入到扩展电源输出接口20中，使外部设备USB充电线与USB电路电性导通；
S2、按压所述按钮，使整个电池包供电系统被唤醒；
S3、主控制芯片(MCU)检测到按钮被按下，主控制芯片(MCU)控制开关控制电路闭合第一开关KEY1和第二开关KEY2，使第一电池组11与第二电池组12并联连接，或者闭合第三开关KEY3使第一电池组11和第二电池组12串联连接，此时所述第一电池组11和第二电池组12放电；
S4、主控制芯片(MCU)使能USB电路，USB电路输出功率给外部设备充电；
S5、若主控制芯片(MCU)检测到USB电路没有充电电流，则禁止USB电路；
S6、若主控制芯片(MCU)检测到USB电路的充电电流大于一定值，则使能USB电路并继续检测USB电路的充电电流；
S7、第一模拟前端14和第二模拟前端15持续对第一电池组11和第二电池组12的电压进行实时检测，当第一电池组11和第二电池组12的电压小于一定值时，主控制芯片(MCU)禁止USB电路，停止给外部设备充电并控制整个电池包供电系统关机。
当然，本实施例在电池包供电系统放到电动工具内部和没有放到电动工具内部时都可以使用，USB电路用于为手机等外部设备进行充电；当电池包供电系统插入电动工具后，扩展电源输出接口20准备为外部设备充电，与此同时，电池包供电系统与电动工具的接触插片40相互对接，以此来实现第一电池组11与第二电池组12的串联或并联，此时开关控制电路被禁止(即自动锁住)，自锁电路使电子开关KEY1～KEY3失效(即电子开关KEY1～KEY3全部断开)。
自锁电路的使用充分保护了电池包不被损坏。这是因为：电子开关KEY1～KEY3的连接方式是串联或并联，而电动工具的接触插片40却是并联或串联，如果不禁止电子开关KEY1～KEY3，则会造成两个电池组短路，而自锁电路刚好解决了此问题，在电池包与电动工具的接触插片40接触瞬间，接触插片40会禁止电子开关KEY1～KEY3作用，使电子开关KEY1～KEY3全部处于失效(断开)状态，不再起任何作用，第一电池组11和第二电池组12的串、并联仅受电动工具的接触插片40控制。
综上所述，本发明一方面设置USB电路，从而可利用该USB电路对电池包供电系统输出的电压进行降压和限流，使降压限流后的电压可以对手机等外部设备进行充电，扩展了电池包的用途；另一方面设置自锁电路，从而在开关控制电路被禁止时，可利用该自锁电路来使电子开关KEY1～KEY3失效、不再受主控制芯片(MCU)控制，保护了整个电池包供电系统。
此外，本发明通过设置开关控制电路，从而可利用该开关控制电路来控制多个电池组的串并联连接方式，实现放电；还设置扩展电源输出接口20，以与多个电池组连接，从而当电池包与电动工具连接时，可以利用该扩展电源输出接口20输出功率给电动工具充电，且当电池包与电动工具连接时，多个电池组的串并联连接方式被锁定，开关控制电路与主控制芯片(MCU)的链路断开，实现了电池包的稳定供电。
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 (10)

1.一种电池包，其特征在于，包括：
壳体；
多个电池组，收容于所述壳体中，且所述多个电池组的串并联连接方式可切换；
供电系统，包括：
开关控制电路，配置为与所述多个电池组连接，并用于控制所述多个电池组的串并联连接方式；
主控制芯片，与所述多个电池组及所述开关控制电路连接，用于通过所述开关控制电路控制所述多个电池组放电；
扩展电源输出接口，与所述多个电池组连接，用于输出功率给外部设备充电；
其中，当所述电池包与电动工具连接时，所述多个电池组的串并联连接方式被锁定，所述开关控制电路与所述主控制芯片的链路断开。
2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：所述多个电池组包括第一电池组和第二电池组，所述第一电池组和所述第二电池组的串联或并联的连接方式由所述开关控制电路控制。
3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于：所述开关控制电路包括第一开关、第二开关及第三开关，当所述主控制芯片控制所述第一开关和第二开关闭合、第三开关打开时，所述第一电池组与第二电池组相互并联；当所述主控制芯片控制所述第一开关和第二开关打开、第三开关闭合时，所述第一电池组与第二电池组相互串联。
4.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：还包括唤醒电路，与所述主控制芯片连接，当所述主控制芯片接收到唤醒信号时，唤醒所述电池包的供电系统。
5.根据权利要求4所述的电池包，其特征在于：所述唤醒电路包括按键唤醒电路，所述按键唤醒电路包括设置在所述壳体上的按钮，所述按钮与所述主控制芯片电连接，按压所述按钮后，所述电池包的供电系统被唤醒。
6.根据权利要求4所述的电池包，其特征在于：所述唤醒电路包括微动开关唤醒电路，所述微动开关唤醒电路包括微动开关，当所述微动开关被触发时，所述电池包的供电系统被唤醒。
7.根据权利要求6所述的电池包，其特征在于：所述壳体上设置有用于遮盖所述扩展电源输出接口的盖板，所述盖板滑动设置，以暴露或遮挡所述扩展电源输出接口，当所述扩展电源输出接口暴露时，所述微动开关被触发，所述电池包的供电系统被唤醒。
8.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：所述扩展电源输出接口包括MiniUSB接口或Micro USB接口或Type系列接口。
9.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于：还包括自锁电路，与所述开关控制电路相连，用于在所述电池包与电动工具连接时，使所述开关控制电路被禁止。
10.一种电池包，其特征在于，包括：
壳体；
多个电池组，收容于所述壳体中，且所述多个电池组的串并联连接方式可切换；
主控制芯片，与所述多个电池组连接，并用于控制所述多个电池组的串并联连接方式；
扩展电源输出接口，与所述多个电池组连接，用于输出来自所述多个电池组的功率给外部设备充电；
其中，当所述电池包与电动工具连接时，所述多个电池组的串并联连接方式被锁定。
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