電動(dòng)工具及其供電電路

授權(quán)公告號(hào)：CN105337319B

授權(quán)公告日：2018.02.23

專利權(quán)人：南京德朔實(shí)業(yè)有限公司

發(fā) 明 人：章智；楊德中；李江

在現(xiàn)有的電動(dòng)工具在使用過(guò)程中，一個(gè)工具主機(jī)通常僅能使用一種具有特定輸出電壓的電池包，例如，工具主機(jī)在額定功率下工作時(shí)的額定電壓為18V，那么該工具主機(jī)只能使用具有18V輸出電壓的電池包，而通常不能使用具有56V、36V輸出電壓的電池包。這樣，一個(gè)具有18V額定電壓的工具主機(jī)需要一個(gè)電池包供電時(shí)，而受到工作條件的限制，身邊僅具有一個(gè)36V輸出電壓的電池包，這時(shí)，該電池包則不能為該工具主機(jī)供電，影響工作的繼續(xù)。

發(fā)明內(nèi)容

為解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，發(fā)明的目的在于提供一種電動(dòng)工具及其供電電路，該供電電路能夠?qū)⒕哂胁煌陬~定電壓的電芯電壓的電池包轉(zhuǎn)換成適合用電器的電池包。技術(shù)方案如下：

一種供電電路，包括：電池芯組、用電器以及控制電路，其中，電池芯組由多個(gè)電芯單元組成，用電器與電池芯組構(gòu)成電連接；控制電路包括：MCU控制器、電壓采集電路，電壓采集電路至少部分電連接在電池芯組與MCU控制器之間，其能采集電池芯組的電芯電壓并反饋給MCU控制器；控制電路還包括：第一控制開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)，第一控制開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)均包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)端和一個(gè)能控制兩個(gè)開(kāi)關(guān)端連通或斷開(kāi)的控制端，供電電路還包括：分別驅(qū)動(dòng)第一控制開(kāi)關(guān)、補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)的控制端的第一驅(qū)動(dòng)電路和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路；第一控制開(kāi)關(guān)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端之間的線路串聯(lián)在用電器與電池芯組構(gòu)成電連接的線路中，補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端之間的線路與用電器構(gòu)成并聯(lián)；第一驅(qū)動(dòng)電路分別與MCU控制器和第一控制開(kāi)關(guān)的控制端電連接，MCU控制器根據(jù)電壓采集電路所采集的電芯電壓與用電器的額定電壓之比通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路向第一控制開(kāi)關(guān)的控制端發(fā)送第一控制信號(hào)，補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路電連接至補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)的控制端，且補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路在MCU控制器發(fā)送第一控制信號(hào)的間隔控制補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)導(dǎo)通。

MCU控制器與補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路電連接，MCU控制器通過(guò)補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路向補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)的控制端發(fā)送第二控制信號(hào)，MCU控制器在發(fā)送第一控制信號(hào)的間隔發(fā)送第二控制信號(hào)。

補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路中至少包括一個(gè)與用電器并聯(lián)連接的控制電容，控制電容與用電器負(fù)極相連接的一端作為控制信號(hào)輸入點(diǎn)與補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)的控制端構(gòu)成電連接。

控制電路還包括：串聯(lián)在用電器與電池芯組構(gòu)成電連接的線路中的采樣電阻、具有兩個(gè)開(kāi)關(guān)端和一個(gè)控制端的第二控制開(kāi)關(guān)以及驅(qū)動(dòng)第二控制開(kāi)關(guān)的控制端的第二驅(qū)動(dòng)電路；采樣電阻的高壓端電連接至MCU控制器；第二控制開(kāi)關(guān)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端之間的線路串聯(lián)在用電器與電池芯組構(gòu)成電連接的線路中；MCU控制器與第二驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成電連接，MCU控制器在采樣電阻上的電流小于預(yù)設(shè)值時(shí)控制第二控制開(kāi)關(guān)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端連通，而在采樣電阻上的電流大于等于預(yù)設(shè)值時(shí)控制第二控制開(kāi)關(guān)的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端關(guān)斷。

第一控制開(kāi)關(guān)、第二控制開(kāi)關(guān)以及補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)均為MOSFET開(kāi)關(guān)。

電壓采集電路至少包括：一個(gè)采樣電容，采樣電容的一端與電池芯組的正極連接，并且該端作為電壓采用點(diǎn)電連接至MCU控制器。

發(fā)明還提出一種電動(dòng)工具，其包括：一個(gè)工具主機(jī)以及至少一個(gè)電池包，工具主機(jī)包括以上所述的用電器，電池包包括：以上所述的電池芯組，不同的電池包的電池芯組具有不同數(shù)目的電芯單元；電池包在安裝至工具主機(jī)為其供電時(shí)，電池包和工具主機(jī)所構(gòu)成的整體至少構(gòu)成以上所述的供電電路。

控制電路設(shè)置在工具主機(jī)中。控制電路設(shè)置在電池包中。用電器為電機(jī)。

發(fā)明的有益之處在于：發(fā)明的供電電路，可以使具有較高電芯電壓的電池包使用于低額定電壓的用電器，從而使一個(gè)電池包可以應(yīng)用于至少兩種電壓平臺(tái)，增加了電池包的通用性。另一方面，具有較高電芯電壓的電池包也具有較高的電容量，因此，將具有較高電芯電壓的電池包使用于低額定電壓的用電器，可以有效地提高電動(dòng)工具的工作時(shí)間，而且，用戶無(wú)須另外購(gòu)買備用電池包，極大地降低了工作成本。

實(shí)施方式

圖1

發(fā)明提出一種電動(dòng)工具，以及電動(dòng)工具中的各組件所構(gòu)成的供電電路。圖1所示為發(fā)明的電動(dòng)工具的結(jié)構(gòu)示意圖，以電鋸為例。明所指的電動(dòng)工具100并不以此為限，可以為領(lǐng)域內(nèi)技術(shù)人員常見(jiàn)的各種工具，例如割草機(jī)、剪枝機(jī)、電鉆等。在發(fā)明中，該電動(dòng)工具100包括工具主機(jī)110和電池包120。

圖2所示為發(fā)明的電動(dòng)工具中的供電電路的第一實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，可一并參照?qǐng)D1和圖2：工具主機(jī)110作為電動(dòng)工具100的主體部分，其除了包括實(shí)現(xiàn)工具功能的功能附件（圖未標(biāo)），還包括為功能附件提供動(dòng)力的用電器111，電器111優(yōu)選為電機(jī)。

電池包120用于給工具主機(jī)110提供能量，其包括電池芯組121，為了盡可能擴(kuò)大電池包120的容量，使得電池芯組121由多個(gè)電芯單元（圖未標(biāo)）組成。不同的電池包120的電池芯組121通常具有不同數(shù)目的電芯單元，從而形成具有不同電芯電壓的電池包120。在例中，電池芯組121與用電器111構(gòu)成電連接，包括正輸出端b+和負(fù)輸出端b-，從而電動(dòng)工具100工作時(shí)通過(guò)電池包120中的電池芯組121給工具主機(jī)110中的用電器111供電，并在電動(dòng)工具100中形成一供電電路。

供電電路用于將電池芯組121中的電能提供給用電器111，其除了包括電池芯組121和用電器111之外，還包括一個(gè)能夠控制電池芯組121和用電器111之間的電連接的控制電路，該控制電路可以設(shè)置在工具主機(jī)110中，也可以設(shè)置在電池包120中，可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行設(shè)置。

該控制電路包括電壓采集電路131、第一控制開(kāi)關(guān)Q1、補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2、第一驅(qū)動(dòng)電路132、補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133、MCU控制器134、采樣電阻R1、第二控制開(kāi)關(guān)Q3以及第二驅(qū)動(dòng)電路135。

電壓采集電路131用于采集電池芯組121的電芯電壓。電壓采集電路131分別與電池芯組121和MCU控制器134連接，使得電壓采集電路131電連接在電池芯組121和MCU控制器134之間，從而能將采集到的電池芯組121的電芯電壓反饋為MCU控制器134。

第一控制開(kāi)關(guān)Q1包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P1、P2和一個(gè)控制端P3。第一控制開(kāi)關(guān)Q1中的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P1、P2之間的線路串聯(lián)在用電器111和電池芯組121構(gòu)成電連接的線路中，更具體的，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)端P1連接到電池芯組121的負(fù)輸出端b-，另一個(gè)開(kāi)關(guān)端P2電連接到采樣電阻R1的低壓端；第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3通過(guò)接收到的信號(hào)能夠控制第一控制開(kāi)關(guān)Q1的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P1、P2之間的連通或者斷開(kāi)。

補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2也包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P4、P5和一個(gè)控制端P6。補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P4、P5之間的線路與用電器111構(gòu)成并聯(lián)，更具體的，其中一個(gè)開(kāi)關(guān)端P5連接到用電器111的正輸入端m+，另一個(gè)開(kāi)關(guān)端P4電連接到用電器111的負(fù)輸入端m-。補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的控制端P6通過(guò)接收到的信號(hào)也能夠控制補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P4、P5之間的連通或者斷開(kāi)。在本實(shí)施例中，第一控制開(kāi)關(guān)Q1和補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2均為MOSFET開(kāi)關(guān)。

第一驅(qū)動(dòng)電路132和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133分別用于驅(qū)動(dòng)第一控制開(kāi)關(guān)Q1、補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的開(kāi)閉。其中，第一驅(qū)動(dòng)電路132分別與第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3和MCU控制器134連接，從而能將接受到的控制信號(hào)發(fā)送給第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3；補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133分別與補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的控制端P6和MCU控制器134連接，從而能將接收到的控制信號(hào)發(fā)送給補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的控制端P6。

圖2

MCU控制器134分別與第一驅(qū)動(dòng)電路132和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133電連接，并通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路132和補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133向第一控制開(kāi)關(guān)Q1和補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2發(fā)出控制信號(hào)。具體的，MCU控制器134通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路132向第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3發(fā)送第一控制信號(hào)，其是根據(jù)電壓采集電路131所采集的電池芯組121的電芯電壓與用電器111的額定電壓之比來(lái)發(fā)出第一控制信號(hào)，并且，在MCU控制器134發(fā)送第一控制信號(hào)的間隔中，MCU控制器134還通過(guò)補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133向補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的控制端P6發(fā)送第二控制信號(hào)，并在第二控制信號(hào)的作用下使得在MCU控制器134發(fā)送第一控制信號(hào)的間隔內(nèi)補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2處于導(dǎo)通狀態(tài)。例如，當(dāng)電池包120內(nèi)電池芯組121的電芯電壓為36V時(shí)，而用電器111的額定電壓為18V，這樣為了該電池包120能夠正常為該用電器111供電，在第一個(gè)周期內(nèi)的前半個(gè)周期內(nèi)，MCU控制器134通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路132向第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3發(fā)送第一控制信號(hào)，此時(shí)并沒(méi)有向補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2發(fā)出任何控制信號(hào)，而在后半個(gè)周期時(shí)，MCU控制器134停止發(fā)送第一控制信號(hào)，而此時(shí)通過(guò)補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133向補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2發(fā)送第二控制信號(hào)。

采樣電阻R1串聯(lián)在用電器111與電池芯組121構(gòu)成電連接的線路中。采樣電阻R1的一端連接至第一控制開(kāi)關(guān)Q1的一個(gè)開(kāi)關(guān)端P2上，另一端與第二控制開(kāi)關(guān)Q3連接，且采樣電阻R1的高壓端還與MCU控制器134電連接，也即是采樣電阻R1與第二控制開(kāi)關(guān)Q3相連的一端與MCU控制器134電連接。

第二控制開(kāi)關(guān)Q3也包括兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P7、P8和一個(gè)控制端P9。第二控制開(kāi)關(guān)Q3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P7、P8之間的線路串聯(lián)在用電器111與電池芯組121構(gòu)成電連接的線路中，也即是其中一個(gè)開(kāi)關(guān)端P8連接到用電器111的負(fù)輸出端b-，另一個(gè)開(kāi)關(guān)端P7與采樣電阻R1的高壓端電連接；第二控制開(kāi)關(guān)Q3的控制端P9通過(guò)接收到的信號(hào)能夠控制第二控制開(kāi)關(guān)Q3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P7、P8之間的連通或者斷開(kāi)。在本實(shí)施例中，第二控制開(kāi)關(guān)Q3也為MOSFET開(kāi)關(guān)。

第二驅(qū)動(dòng)電路135用于驅(qū)動(dòng)第二控制開(kāi)關(guān)Q3的開(kāi)閉，其分別與第二控制開(kāi)關(guān)Q3的控制端P9和MCU控制器134電連接。當(dāng)流經(jīng)采樣電阻R1上的電流小于一預(yù)設(shè)值時(shí)，MCU控制器134可以通過(guò)第二驅(qū)動(dòng)電路135向第二控制開(kāi)關(guān)Q3的控制端P9發(fā)出第三控制信號(hào)使得第二控制開(kāi)關(guān)Q3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P7、P8連通，而當(dāng)流經(jīng)采樣電阻R1上的電流大于該預(yù)設(shè)值時(shí)，MCU控制器134控制第二控制開(kāi)關(guān)Q3的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P7、P8斷開(kāi)。這里，該預(yù)設(shè)值對(duì)應(yīng)于用電器111的額定功率，可以為額定電流，因此，當(dāng)流經(jīng)采樣電阻R1的電流大于額定電流時(shí)，通過(guò)MCU控制器134斷開(kāi)第二控制開(kāi)關(guān)Q3，從而切斷供電電路，保護(hù)電動(dòng)工具100。

圖3

圖3所示為圖2中的電壓采集電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D3，電壓采集電路131包括采樣電容C1和電壓采樣電阻R2，采樣電容C1的一端與電池芯組121的正輸出端b+連接，該正輸出端b+即為電池芯組121的正極，且采樣電容C1與電池芯組121的正極相連的該端還作為電壓采用點(diǎn)電連接到MCU控制器134上，另外，電壓采樣電阻R2的未與采樣電容C1相連的一端接地，從而MCU控制器134能夠通過(guò)采樣電容C1和電壓采樣電阻R2采集到電池芯組121的電芯電壓。

圖4所示為發(fā)明的電動(dòng)工具中的供電電路的第二實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖，圖5所示為圖4中的補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路的結(jié)構(gòu)示意圖。參照?qǐng)D4和圖5，介紹區(qū)別部分，相同部分不再贅述。在實(shí)施例中，補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133也可以不通過(guò)MCU控制器134來(lái)控制補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)的開(kāi)閉，具體的，補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133中包括一個(gè)控制電容C2，該控制電容C2與用電器111并連，控制電容C2的一端與用電器111的正輸入端m+相連，另一端與用電器111的負(fù)輸入端m-相連，且控制電容C2與用電器111負(fù)輸入端m-相連的一端還作為控制信號(hào)輸入點(diǎn)與補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的控制端P6構(gòu)成電連接，這樣，當(dāng)?shù)谝豢刂崎_(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)時(shí)，此時(shí)因?yàn)榱鹘?jīng)用電器111的電流不能發(fā)生突變，因此流經(jīng)用電器111的電流將會(huì)給控制電容C2充電，被充電的控制電容C2能夠觸發(fā)補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2打開(kāi)，從而控制電容C2被已經(jīng)打開(kāi)的補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2短路，最終在用電器111和控制電容C2之間形成電流回路，能夠維持用電器111的正常工作狀態(tài)。

圖4

圖5

供電電路的整個(gè)工作過(guò)程和原理：以用電器111的額定電壓為18V，而接入的電池包120的電芯電壓為36V，補(bǔ)償驅(qū)動(dòng)電路133通過(guò)MCU控制器134來(lái)控制為例。在一個(gè)周期內(nèi)，首先，由電壓采集電路131采集電池包120的電芯電壓，MCU控制器134根據(jù)用電器111的額定電壓18V和電壓采集電路131采集的電芯電壓36V之比為0.5調(diào)節(jié)第一控制開(kāi)關(guān)Q1和補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的占空比為0.5，也即是，在前0.5周期內(nèi)，MCU控制器134通過(guò)第一驅(qū)動(dòng)電路132向第一控制開(kāi)關(guān)Q1發(fā)出第一控制信號(hào)，而在后0.5個(gè)周期內(nèi)，MCU控制器134向補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2發(fā)出第二控制信號(hào)，更具體的，即是在前0.5周期內(nèi)，第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3接收到的信號(hào)時(shí)高電平，而此時(shí)補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的控制端P6接收的信號(hào)是低電平，從而第一控制開(kāi)關(guān)Q1的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P1、P2連通，補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2的兩個(gè)開(kāi)關(guān)端P4、P5斷開(kāi)，第一控制開(kāi)關(guān)Q1打開(kāi)，補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2斷開(kāi)，用電器111能夠正常工作；然后，當(dāng)前0.5個(gè)周期滿足時(shí)長(zhǎng)時(shí)，第一控制開(kāi)關(guān)Q1的控制端P3接收到的信號(hào)為低電平，第一控制開(kāi)關(guān)Q1斷開(kāi)，36v電池包120停止工作，而因?yàn)殡娏鞯碾姼凶饔?，因而流?jīng)用電器111的電流不能發(fā)生突變，而與此同時(shí)補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2接收到的信號(hào)為高電平，補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2打開(kāi)，從而流

經(jīng)用電器111上的不能突變的電流將流經(jīng)補(bǔ)償控制開(kāi)關(guān)Q2，形成電流回路，因而用電器111依然能夠工作，從而能夠使得用電器111在整個(gè)工作周期中表現(xiàn)近似于由18V電池包120供電的情況。

綜上，發(fā)明的供電電路中，可以使得具有較高電芯電壓的電池包可以使用于低額定電壓的用電器，從而使一個(gè)電池包可以應(yīng)用于至少兩種電壓平臺(tái)，增加了電池包的通用性。另一方面，具有較高電芯電壓的電池包也具有較高的電容量，因此，將具有較高電芯電壓的電池包使用于低額定電壓的用電器，可有效地提高電動(dòng)工具的工作時(shí)間，而且，用戶無(wú)須另外購(gòu)買備用電池包，極大地降低了工作成本。

以上顯示和描述了發(fā)明的基本原理、主要特征和優(yōu)點(diǎn)。行業(yè)的技術(shù)人員應(yīng)該了解，上述實(shí)施例不以任何形式限制該發(fā)明，凡采用等同替換或等效變換的方式所獲得的技術(shù)方案，均落在該發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。