CN211456726U

CN211456726U - 一种优化的电动工具的充放电保护系统

Info

Publication number: CN211456726U
Application number: CN201922388881.XU
Authority: CN
Inventors: 施磊; 万自信; 黄守怀
Original assignee: Suzhou Techsum Power Technology Co ltd
Current assignee: Suzhou Techsum Power Technology Co ltd
Priority date: 2019-12-26
Filing date: 2019-12-26
Publication date: 2020-09-08
Anticipated expiration: 2029-12-26

Abstract

本实用新型提出了一种优化的电动工具的充放电保护系统，包括设置在电池组内的充电保护板和设置在电动工具的工具本体内的放电保护板，所述放电保护板包括包括MCU管理模块、放电保护模块以及短路保护模块。本实用新型将充电控制保护部分和放电控制部分分开，在更换电池部分时，仅更换充电控制保护部分，降低了电池包的成本；同时，放电控制部分通过单独的MCU控制，使得放电保护电流自由控制，短路控制也可以自由设定，放开了放电控制的设定权限，在一定程度上提高了放电控制保护的安全性。

Description

一种优化的电动工具的充放电保护系统

技术领域

本实用新型涉及电动工具的电池领域，尤其是涉及一种优化的电动工具的充放电保护系统。

背景技术

目前，电动工具的应用十分广泛，例如割草机、钻机、砂光机等，电动工具的应用大大提高了人们的工作效率和工作舒适性、方便性。电动工具普遍采用电池包提供动力，使电动工具便于携带。

由于锂电池有着使用寿命长、安全性高、充放电速度快、无记忆效果、体积小且容量大、经济环保等诸多的优点，所以在目前阶段可谓是电子产品中最为理想的蓄电池，然而锂电池的充电和放电是要求比较高，不合适的充电或放电都往往会损坏锂电池，导致锂电池容量变小甚至报废，甚至出现更危险的情况，如引起爆炸事故。

为确保电池的使用寿命和使用安全，往往需要在电动工具电池包上设置充放电保护电路，当进行电池部分的更换时，充电控制和放电控制的均随着电池一起更换，增加了电池包的成本；且放电控制部分电流的保护阈值和延迟完全取决于其采用的保护芯片，限制了电动工具的安全设置。

发明内容

为解决上述问题，本实用新型提出了一种优化的电动工具的充放电保护系统。

本实用新型的主要内容包括：

一种优化的电动工具的充放电保护系统，所述电动工具包括工具本体、电池架以及可拆卸地安装在所述电池架上的电池组，所述电池组包括电池组壳体以及设置在所述电池组壳体内的电池；所述充放电保护系统包括充电保护板以及放电保护板，所述充电保护板固定设置在所述电池组壳体内，所述放电保护板设置在所述工具本体内；所述充电保护板通过电池组的接线座与外部的充电设备连接；所述放电保护板包括MCU管理模块、放电保护模块以及短路保护模块；其中，所述放电保护模块与所述MCU管理模块连接，所述短路保护模块与所述放电保护模块连接。

优选的，所述充电保护板包括充电保护模块、两条供电母线、第一充电线路和第二充电线路，所述第一充电线路的一端与电池的正极连接，所述第一充电线路和所述第二充电线路上均配置有保险丝，所述第一充电线路上还串联有整流二极管D4；所述第二充电线路的两端与电池的负极和充电负接口C-连接；所述充电保护模块包括充电保护单元以及充电开关单元；所述充电保护单元通过RC滤波电路与所述电池连接；所述充电保护单元通过串联的第一电阻R31和N沟道 MOSFET管M2与所述充电开关单元连接；

两条所述供电母线之间连接有并联的第一超快恢复二极管D3和第一滤波电容C9；所述第一充电线路和所述第二充电线路之间连接有并联的第二超快恢复二极管D5和第二滤波电容C8。

优选的，所述充电保护单元为充电保护芯片U1，所述充电保护芯片U1的型号为PT6605，所述充电保护芯片U1的5个电池检测输入端B1、B2、B3、B4 和B5分别通过RC滤波电路中的滤波电阻R1、R2、R3、R4和R5与所述电池的电池单体的正极连接，且所述充电保护芯片的5个电池检测输入端分别通过 RC滤波电路中的滤波电容C1、C2、C3、C4和C5与所述电池的负极连接；所述充电保护芯片的充电控制端CO与第一电阻R31的一端连接，所述第一电阻R31的另一端与所述N沟道MOSFET管M2的栅极连接，所述N沟道MOSFET 管M2的源极接地，其漏极与第二电阻R6连接；所述N沟道MOSFET管M2 的栅极和源极之间连接有第三电阻R32。

优选的，所述充电开关单元包括第一开关管U2和第二开关管U3，第一开关管U2和第二开关管U3的源极与充电正接口C+连接；所述第一开关管U2和所述第二开关管U3的栅极与所述第二电阻R6连接；所述第一开关管U2和所述第二开关管U3的漏极与第一充电线路连接。

优选的，所述MCU管理模块包括MCU芯片U4，所述MCU芯片U4的型号为STM8S003F3，所述放电保护模块与所述MCU芯片U4的PC3引脚连接；所述MCU芯片U4的VSS引脚接地，其VDD引脚与5V电源连接，且经并联的第一管理电容C61和第二管理电容C62接地；其VCAP引脚经第三管理电容 C63接地。

优选的，所述放电保护模块包括放电驱动电路和放电开关电路，所述放电驱动电路包括依次串联有第一放电二极管D107、第一放电电阻R203、第一放电三极管Q26、第二放电电阻R205、第二放电三极管Q20、第三放电电阻R208、第二放电二极管D36以及第三放电三极管Q27；所述第一放电电阻D107与所述 MCU芯片的PC3引脚连接；所述第一放电三极管Q26为NPN型三极管，其基极与所述第一放电电阻R203连接，其集电极与所述第二放电电阻R205连接，其发射极接地，且其基极和发射极之间连接有第四放电电阻R204；所述第二放电三极管Q20为PNP型三极管，其基极与所述第二放电电阻R205连接，其发射极与外部电压输入Vin连接，其集电极与所述第三放电电阻R208连接，且其基极和发射极之间连接有第五放电电阻R206，其集电极与所述第三放电电阻 R208之间的线路中连接有一端接地的第六放电电阻R207；所述第三放电三极管 Q27为PNP型三极管，其基极连接在所述第三放电电阻R208和所述第二放电二极管D36之间，其集电极接地，其发射极与所述放电开关电路连接；所述第一放电二极管D107与所述第一放电电阻R203之间设置有MOS_C接头。

优选的，所述放电开关电路串联在所述第二充电线路上，所述放电开关电路包括第一连接点、第一开关电阻RS1、第二连接点、第一开关二极管D17、第二开关电阻R159、第一偏置管M30、第三开关电阻R160、第二偏置管M31、第四开关电阻R166、第三连接点、第一开关电容C43和第二开关二极管D14；所述第一连接点通过第五开关电阻R210与所述短路保护模块连接；所述第二连接点通过所述第六开关电阻R202与所述短路保护模块连接；所述第一开关二极管 D17与所述第二开关电阻R159并联，且其正极与所述第一开关电阻RS1连接，其负极与第三连接点连接，所述第三连接点与所述第三放电三极管Q27的发射极连接；第一偏置管M30和第二偏置管M31均为N沟道MOSFET管，所述第一开关二极管D17的正极与所述第一偏置管M30的源极连接，所述第一偏置管 M30的栅极通过所述第三开关电阻R160与所述第三连接点连接，其漏极与供电母线负极P-连接；所述第二偏置管的源极与第一MOS管的源极连接，其栅极通过第四开关电阻R166与第三连接点连接，其漏极与所述第一MOS管的漏极连接；所述第一开关电容C43和所述第二开关电容D14的两端连接在两条供电母线之间；所述第二开关电容D14的正极与供电母线的负极连接，其正极与供电母线的正极连接。

优选的，所述短路保护电路包括短路保护芯片U5，所述短路保护芯片U5 的型号为TP1672-VR，所述短路保护芯片U5的+INA引脚通过第一保护电阻 R124与所述第六开关电阻R202的一端连接，且+INA引脚通过第三保护电阻 R128接地，所述短路保护芯片U5的-INA引脚通过第二保护电阻R122与第五开关电阻R210的一端连接，且-INA引脚通过第四保护电阻R121与OUT A引脚连接；所述短路保护芯片U5的V+引脚连接有5V电源，且通过第一保护电容C66接地，其OUT B引脚通过串联的第五保护电阻R123和正向的第一保护二极管D106与所述MOS_C接头连接；其-INB引脚与并联的第六保护电阻R130和第二保护电容C67的一端连接，且-INB引脚通过第七保护电阻R118与5V电源连接，所述第六保护电阻R130和第二保护电容C67的另一端接地；其+INB引脚连接有保护稳压二极管D104的负极，所述保护稳压二极管D104的正极与第一保护二极管106的正极连接。

本实用新型的有益效果在于：本实用新型提出了一种优化的电动工具的充放电保护系统，将充电控制保护部分和放电控制部分分开，在更换电池部分时，仅更换充电控制保护部分，降低了电池包的成本；同时，放电控制部分通过单独的 MCU控制，使得放电保护电流自由控制，短路控制也可以自由设定，放开了放电控制的设定权限，在一定程度上提高了放电控制保护的安全性。

附图说明

图1为本实用新型的充电保护模块的电路图；

图2为MCU管理模块的电路图；

图3为放电驱动单元的电路图；

图4为放电开关单元的电路图；

图5为短路保护模块的电路图。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型所保护的技术方案做具体说明。

请参阅图1至图5。本实用新型提出了一种优化的电动工具的充放电保护系统，所述电动工具包括工具本体、电池架以及可拆卸地安装在所述电池架上的电池组，所述电池组包括电池组壳体以及设置在所述电池组壳体内的电池；所述充放电保护系统包括充电保护板以及放电保护板，所述充电保护板固定设置在所述电池组壳体内，也即用于充电控制保护的充电保护板被设置在电池包内，随电池组的拆卸而被拆卸，而将所述放电保护板设置在所述工具本体内，当更换电池组时，用于放电控制保护的放电保护板不会被同时更换，降低了电池包的成本。

具体地，所述充电保护板通过电池组的接线座与外部的充电设备连接，两者的连接方式通过现有的方式即可，在此不再赘述；下面将详细描述充电控制保护和放电控制保护部分的电路设计。

在本实施例中，所述充电保护板包括充电保护模块、两条供电母线、第一充电线路和第二充电线路，如图1所示，所述第一充电线路的一端与电池的正极连接，另一端连接充电正极C+，电池的正极和负极均连接有一条供电母线，两条供电母线分别连接有正极端P+和负极端P-；第二充电线路即为供电母线的一种；所述第一充电线路和所述第二充电线路上均配置有保险丝F，所述第一充电线路上还串联有整流二极管D4；所述第二充电线路的两端与电池的负极和充电负接口C-连接。

具体地，所述充电保护模块包括充电保护单元以及充电开关单元；所述充电保护单元通过RC滤波电路与所述电池连接；所述充电保护单元通过串联的第一电阻R31和N沟道MOSFET管M2与所述充电开关单元连接；两条所述供电母线之间连接有并联的第一超快恢复二极管D3和第一滤波电容C9；所述第一充电线路和所述第二充电线路之间连接有并联的第二超快恢复二极管D5和第二滤波电容C8。

更进一步地，所述充电保护单元为充电保护芯片U1，所述充电保护芯片U1 的型号为PT6605，所述充电保护芯片U1的5个电池检测输入端B1、B2、B3、 B4和B5分别通过RC滤波电路中的滤波电阻R1、R2、R3、R4和R5与所述电池的电池单体的正极连接，且所述充电保护芯片的5个电池检测输入端分别通过 RC滤波电路中的滤波电容C1、C2、C3、C4和C5与所述电池的负极连接；所述充电保护芯片的充电控制端CO与第一电阻R31的一端连接，所述第一电阻 R31的另一端与所述N沟道MOSFET管M2的栅极连接，所述N沟道MOSFET 管M2的源极接地，其漏极与第二电阻R6连接；所述N沟道MOSFET管M2 的栅极和源极之间连接有第三电阻R32。

在其中一个实施例中，所述充电开关单元包括第一开关管U2和第二开关管 U3，第一开关管U2和第二开关管U3的源极均与充电正接口C+连接；所述第一开关管U2和所述第二开关管U3的栅极与所述第二电阻R6连接；所述第一开关管U2和所述第二开关管U3的漏极与第一充电线路连接。

在其中一个实施例中，所述放电保护板包括MCU管理模块、放电保护模块以及短路保护模块；其中，所述放电保护模块与所述MCU管理模块连接，所述短路保护模块与所述放电保护模块连接；所述MCU管理模块控制放电保护模块的电流，可以做到放电保护电流自由控制。

本实用新型提出的充放电保护系统，将充电控制保护和放电控制保护分开，电池包部分只有充电保护功能，电路成本可以降低，且由于电池包为可重复替代的产品，使得系统的使用成本也可以大大降低；同时，放电部分通过单独的MCU 控制，可以做到放电保护电流自由控制，短路控制也可以通过软件自由控制延迟时间。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims

1.一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述电动工具包括工具本体、电池架以及可拆卸地安装在所述电池架上的电池组，所述电池组包括电池组壳体以及设置在所述电池组壳体内的电池；所述充放电保护系统包括充电保护板以及放电保护板，所述充电保护板固定设置在所述电池组壳体内，所述放电保护板设置在所述工具本体内；所述充电保护板通过电池组的接线座与外部的充电设备连接；所述放电保护板包括MCU管理模块、放电保护模块以及短路保护模块；其中，所述放电保护模块与所述MCU管理模块连接，所述短路保护模块与所述放电保护模块连接。

2.根据权利要求1所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述充电保护板包括充电保护模块、两条供电母线、第一充电线路和第二充电线路，所述第一充电线路的一端与电池的正极连接，所述第一充电线路和所述第二充电线路上均配置有保险丝，所述第一充电线路上还串联有整流二极管D4；所述第二充电线路的两端与电池的负极和充电负接口C-连接；所述充电保护模块包括充电保护单元以及充电开关单元；所述充电保护单元通过RC滤波电路与所述电池连接；所述充电保护单元通过串联的第一电阻R31和N沟道MOSFET管M2与所述充电开关单元连接；

3.根据权利要求2所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述充电保护单元为充电保护芯片U1，所述充电保护芯片U1的型号为PT6605，所述充电保护芯片U1的5个电池检测输入端B1、B2、B3、B4和B5分别通过RC滤波电路中的滤波电阻R1、R2、R3、R4和R5与所述电池的电池单体的正极连接，且所述充电保护芯片的5个电池检测输入端分别通过RC滤波电路中的滤波电容C1、C2、C3、C4和C5与所述电池的负极连接；所述充电保护芯片的充电控制端CO与第一电阻R31的一端连接，所述第一电阻R31的另一端与所述N沟道MOSFET管M2的栅极连接，所述N沟道MOSFET管M2的源极接地，其漏极与第二电阻R6连接；所述N沟道MOSFET管M2的栅极和源极之间连接有第三电阻R32。

4.根据权利要求3所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述充电开关单元包括第一开关管U2和第二开关管U3，第一开关管U2和第二开关管U3的源极与充电正接口C+连接；所述第一开关管U2和所述第二开关管U3的栅极与所述第二电阻R6连接；所述第一开关管U2和所述第二开关管U3的漏极与第一充电线路连接。

5.根据权利要求2所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述MCU管理模块包括MCU芯片U4，所述MCU芯片U4的型号为STM8S003F3，所述放电保护模块与所述MCU芯片U4的PC3引脚连接；所述MCU芯片U4的VSS引脚接地，其VDD引脚与5V电源连接，且经并联的第一管理电容C61和第二管理电容C62接地；其VCAP引脚经第三管理电容C63接地。

6.根据权利要求5所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述放电保护模块包括放电驱动电路和放电开关电路，所述放电驱动电路包括依次串联有第一放电二极管D107、第一放电电阻R203、第一放电三极管Q26、第二放电电阻R205、第二放电三极管Q20、第三放电电阻R208、第二放电二极管D36以及第三放电三极管Q27；所述第一放电电阻D107与所述MCU芯片的PC3引脚连接；所述第一放电三极管Q26为NPN型三极管，其基极与所述第一放电电阻R203连接，其集电极与所述第二放电电阻R205连接，其发射极接地，且其基极和发射极之间连接有第四放电电阻R204；所述第二放电三极管Q20为PNP型三极管，其基极与所述第二放电电阻R205连接，其发射极与外部电压输入Vin连接，其集电极与所述第三放电电阻R208连接，且其基极和发射极之间连接有第五放电电阻R206，其集电极与所述第三放电电阻R208之间的线路中连接有一端接地的第六放电电阻R207；所述第三放电三极管Q27为PNP型三极管，其基极连接在所述第三放电电阻R208和所述第二放电二极管D36之间，其集电极接地，其发射极与所述放电开关电路连接；所述第一放电二极管D107与所述第一放电电阻R203之间设置有MOS_C接头。

7.根据权利要求6所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述放电开关电路串联在所述第二充电线路上，所述放电开关电路包括第一连接点、第一开关电阻RS1、第二连接点、第一开关二极管D17、第二开关电阻R159、第一偏置管M30、第三开关电阻R160、第二偏置管M31、第四开关电阻R166、第三连接点、第一开关电容C43和第二开关二极管D14；所述第一连接点通过第五开关电阻R210与所述短路保护模块连接；所述第二连接点通过第六开关电阻R202与所述短路保护模块连接；所述第一开关二极管D17与所述第二开关电阻R159并联，且其正极与所述第一开关电阻RS1连接，其负极与第三连接点连接，所述第三连接点与所述第三放电三极管Q27的发射极连接；第一偏置管M30和第二偏置管M31均为N沟道MOSFET管，所述第一开关二极管D17的正极与所述第一偏置管M30的源极连接，所述第一偏置管M30的栅极通过所述第三开关电阻R160与所述第三连接点连接，其漏极与供电母线负极P-连接；所述第二偏置管M31的源极与第一MOS管的源极连接，其栅极通过第四开关电阻R166与第三连接点连接，其漏极与所述第一MOS管的漏极连接；所述第一开关电容C43和所述第二开关电容D14的两端连接在两条供电母线之间；所述第二开关电容D14的正极与供电母线的负极连接，其正极与供电母线的正极连接。

8.根据权利要求7所述的一种优化的电动工具的充放电保护系统，其特征在于，所述短路保护电路包括短路保护芯片U5，所述短路保护芯片U5的型号为TP1672-VR，所述短路保护芯片U5的+INA引脚通过第一保护电阻R124与所述第六开关电阻R202的一端连接，且+INA引脚通过第三保护电阻R128接地，所述短路保护芯片U5的-INA引脚通过第二保护电阻R122与第五开关电阻R210的一端连接，且-INA引脚通过第四保护电阻R121与OUT A引脚连接；所述短路保护芯片U5的V+引脚连接有5V电源，且通过第一保护电容C66接地，其OUT B引脚通过串联的第五保护电阻R123和正向的第一保护二极管D106与所述MOS_C接头连接；其-INB引脚与并联的第六保护电阻R130和第二保护电容C67的一端连接，且-INB引脚通过第七保护电阻R118与5V电源连接，所述第六保护电阻R130和第二保护电容C67的另一端接地；其+INB引脚连接有保护稳压二极管D104的负极，所述保护稳压二极管D104的正极与第一保护二极管106的正极连接。