CN109245237B - 一种智能适配电源及其适配方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能适配电源及其适配方法，属于供电电源技术领域。该电源包括至少两个电池单元组及智能切换控制器件；各电池单元组的正极和负极分别通过正极开关器件和负极开关器件与充电器/用电器插接口的两端电连接，并且相邻两电池单元组的正极和负极之间通过切换开关器件电连接；智能切换控制器件根据判断采样端采集的是相对高压还是相对低压，对各开关器件进行相应控制，使电池单元组之间构成所需的串联或并联供电电路。因而使得电池包、电动工具以及充电器接口完全可以通用化、标准化，结构简化，操控方便，由于无需任何机械切换装置或切换环节，完全避免了其长期使用引起的种种故障，保证了安全可靠。

Description

一种智能适配电源及其适配方法

技术领域

本发明涉及一种便携电源，尤其是一种智能适配电源,同时还涉及其适配方法，属于供电电源技术领域。

背景技术

近年来，随着电动工具等用电装置制造业的发展，希望电池组构成的便携电源能够满足在不同场合提供二种或二种以上供电电压或供电功率的需求；例如对于电动工具而言，希望除提供传统的18V电压外，还能提供36V电压。为此，供电电源主要有如下几种典型创新：

申请号为201010145919.1、申请日为2010.04.12的中国发明专利申请公开的电池包用于和无绳电气装置连接来进行放电为其提供电力，该电池包可提供两种或两种以上的电压或容量给无绳电气装置,电池包设置有与电池组对应电性连接的第一连接端子组,第一连接端子组上设置有转换开关,通过转换开关将两组或两组以上电池组串联或并联输出两种或两种以上电压或容量。可以对不同电压的电气装置进行供电，从而使得电池包可以用于额定电压不同的电气装置。

此外，申请号为201580011830.7、申请日为2015-03-06的中国专利申请公开了一种电动工具和电池组的组件，其包括用于与电动工具连接以在被连接时为电动工具的运转提供电力的电池组。电池组包括多个电力单元电池，并且设置有连接器件，以允许从电池组向电动工具选择性地以至少第一或第二电压水平供应电力。

还有，专利号为US9406915B、申请日为2015.5.18的美国专利公开一种动力工具***，包括：第一动力工具，其具有低功率工具额定电压；第二动力工具，其具有中等功率工具额定电压，该额定电压高于低功率工具额定电压；第三动力工具，其具有高功率工具额定电压，该额定电压高于中等功率工具额定电压；第一电池包，其具有相应于第一动力工具的低功率工具额定电压的低功率电池包额定电压；以及可转换电池包，其可操作在第一配置状态，可转换电池包具有相应于第一动力工具额定电压的第一可转换电池包额定电压，以及在第二配置状态，可转换电池包具有相应于第二动力工具额定电压的第二可转换电池包额定电压，其中第一电池包能够与第一动力工具耦合使第一动力工具能够运作，可转换电池包在第一配置状态能够与第一动力工具耦合使第一动力工具能够运作，可转换电池包在第二配置状态能够与第二动力工具耦合使第二动力工具能够运作，以及多个可转换电池包能够与第三动力工具耦合是第三动力工具能够运作。

上述现有技术虽然分别从用电装置内部电路切换、电池包供电端子切换以及两者插接时的适配切换角度，实现以同一便携电源满足不同用电需求，但多少都需借助操作转换开关之类的机械环节实现串并联电路的切换，不仅结构复杂，操控不便，难以实现电池包、电动工具以及充电器接口的通用化，而且长期使用可靠性欠佳。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述现有技术存在的缺点，提出一种可以识别充电器/用电器额定电压并自动切换至相应工作电压的智能适配电源，从而显著提高使用的方便性与可靠性，同时给出相应的适配方法。

为了达到以上目的，本发明智能适配电源的基本技术方案为：包括至少两个电池单元组以及智能切换控制器件；

各电池单元组的正极和负极分别通过正极开关器件和负极开关器件与充电器/用电器插接口的两端电连接，并且相邻两电池单元组的正极和负极之间通过切换开关器件电连接；

所述智能切换控制器件的采样端与充电器/用电器插接口构成电压识别回路；

所述智能切换控制器件的控制输出端分别接各正极开关器件、负极开关器件与切换开关器件的受控端；

所述智能器件含有

判断识别装置——用以判断采样端采集的是相对高压还是相对低压，如判断是相对高压则启动串联控制装置，如判断是相对低压则启动并联控制装置；

并联控制装置——用以输出控制信号，开启各正极开关器件、负极开关器件、并关闭切换开关器件，构成电池单元组的并联供电电路；

串联控制装置——用以输出控制信号，关闭前级电池单元组的负极开关器件以及相邻后级电池单元组的正极开关器件、并开启切换开关器件，构成电池单元组的串联供电电路。

采用本发明后，按需将电池包与充电器/用电器（电动工具或电动机具等）接口插接，智能器件即自动按以下步骤实现智能适配：

判断识别步骤——判断采样端采集的是相对高压还是相对低压，如判断是相对高压则进行串联控制步骤，如判断是相对低压则进行并联控制步骤；

并联控制步骤——输出控制信号，开启各正极开关器件、负极开关器件、并关闭切换开关器件，构成电池单元组的并联供电电路；

串联控制步骤——输出控制信号，关闭前级电池单元组的负极开关器件以及相邻后级电池单元组的正极开关器件、并开启切换开关器件，构成电池单元组的串联供电电路。

因此，电池包、电动工具以及充电器的接口完全可以通用化、标准化，结构简化，操控方便，由于无需任何机械切换装置或切换环节，因此完全避免了其长期使用引起的种种故障，保证了安全可靠。

本发明进一步，所述电池单元组中各电池单元的两端之间分别通过受控端接智能充放控制器件相应控制端脚的均衡开关器件，构成均衡控制电路。

本发明进一步，所述智能充放控制器件的充电控制端脚和放电控制端脚分别接串接于电池充放电回路中的充电控制开关器件和放电控制开关器件的受控端。

本发明进一步，所述充电器/用电器插接口具有通讯端口，所述智能切换控制器件具有与充放电器件插接口通讯端口连接的通讯端脚，所述智能切换控制器件的充放控制端脚分别接相应智能充放控制器件的充电控制端脚和放电控制端脚。

本发明进一步，所述智能切换控制器件的采样端通过分压电阻接高电平，所述分压电阻的中点接充放电器件插接口的采样端，与接地电阻形成电压识别回路。

本发明进一步，还含有供电唤醒电路，所述供电唤醒电路，主要由开关器件组控制上电的稳压芯片构成，所述开关器件组的受控端接充电器/用电器插接口，所述稳压芯片的输出端接智能切换控制器件的电源端脚，所述智能切换控制器件的电源维持端脚接所述开关器件组的受控端。

本发明进一步，还含有按键电量显示电路，所述按键电量显示电路的按键开关的一端接智能切换控制器件的电量检查端脚，所述智能切换控制器件的电量显示端脚分别接相应的显示发光二极管，且所述按键开关的一端还通过智能切换控制器件的电源维持端脚接供电唤醒电路开关器件组的受控端。

本发明进一步， 还含有温度监测电路，所述温度监测电路具有位于电池单元组的温敏传感器，所述温敏传感器的信号输出端接智能切换控制器件的温度监测端脚。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明优选实施例的电池组部分的电路原理图。

图2为图1实施例的控制电路部分的电路原理图。

具体实施方式

实施例一

本实施例的智能适配电源如图1和图2所示，接口P1、P4分别连接第一和第二两个18V串联的电池单元组，此两电池单元组的正极和负极分别通过作为正极开关器件（包括单个器件和组合器件）的莫氏管Q2和Q4、Q17和Q19和负极开关器件的莫氏管Q11和Q14、Q24与通用的充电器/用电器插接口P2的两端电连接，并且此两组电池单元的正极和负极之间通过作为切换开关组合器件的莫氏管Q15-Q16电连接。

接口P1连接的第一18V电池单元组中各电池单元的两端之间分别通过受控端接智能充放控制器件（锂电管理芯片）U1（R5432V404BA）相应控制端脚14-22的均衡开关器件（莫氏管）Q3、Q5、Q7、Q9、Q10连接，构成均衡控制电路，可以在每个电池单元充、放电达到预定电压是通过对相应莫氏管通断状态的控制，短接该电池单元，从而保持各电池单元充、放电状态的基本均衡一致。

第一电池单元组的智能充放控制器件U1的充电控制端脚3和放电控制端脚6分别接串接于电池充放电回路中的充电控制开关器件（莫氏管）Q13和放电控制开关器件（莫氏管）Q12的受控端。第二电池单元组的智能充放控制器件U4具有与上述U1相同的电路结构，可以类推。

因此，当任何一节电池充电达到预定值（例如4.25V）时，U1、U4的3脚输出低电平，分别关闭对应的Q13和Q26，形成充电保护；当任何一节电池放电达到预定值（例如2.50V）U1、U4的6脚输出低电平，分别关闭对应的Q12和Q25，形成放电保护。

本实施例采用的智能切换控制器件U3采用型号为PIC16F15354的MCU，该智能切换控制器件的采样端9脚通过分压电阻R38、R39接高电平VDD，分压电阻R38、R39的中点接充放电器件插接口P2的采样端，与接地电阻R21形成电压识别回路。

该智能切换控制器件的控制输出端脚11-15分别接作为正极开关器件的莫氏管Q2和Q4、Q17和Q19和负极开关器件的莫氏管Q11和Q14、Q24以及切换开关器件Q15-Q16的受控端。

当将插接口P2与充电器/用电器（例如电动工具或电动机具）对应的接插口插接后，智能切换控制器件MCU将自动按以下步骤实现智能适配：

判断识别步骤——根据采集到的接地电阻端压判断所插接的充电器或用电器是相对高压36V还是相对低压18V，如判断是相对高压36V则进行串联控制步骤，如判断是相对低压18V则进行并联控制步骤；

并联控制步骤——输出控制信号，开启两组电池单元的正极开关器件Q2和Q4、Q17和Q19和负极开关器件Q11和Q14、Q24，并关闭切换开关器件Q15-Q16，从而构成两组电池单元并联的18V供电电路；

串联控制步骤——输出控制信号，关闭前级电池单元组的负极开关器件Q11和Q14以及相邻后级电池单元组的正极开关器件Q17和Q19，并开启切换开关器件Q15-Q16，构成两组电池单元串联的36V供电电路。

从而实现自动识别并提供电动工具或充电器相应工作电压，十分便捷可靠。

本实施例的充电器/用电器插接口P2具有通讯端口，智能切换控制器件U3也具有充、放电控制功能，其充放控制端脚2、3、4、5分别接相应智能充放控制器件U1、U4的充电控制端脚3和放电控制端脚6，且U3具有与充放电器件插接口P1、P4通讯端口连接的通讯端脚17、18，因此工作时可以根据对U1、U4的3、6端脚状态的判断，通过通讯端脚与充电器或用电器进行通讯，发送充电器或放电器做相应保护的指令信号，从而与U1、U4共同实现对充电或放电的双重保护。

此外，本实施例还含有：

1）图2上部所示的供电唤醒电路，主要由二个三极管Q6、Q1构成的开关器件组控制上电的L78M05CDT稳压芯片U2构成，开关器件组的受控端接充电器/用电器插接口P2，稳压芯片的输出端接智能切换控制器件MCU的电源端脚，智能切换控制器件MCU的电源维持端脚25接开关器件组的受控端。因此，当充电器或用电器***瞬间，Q6导通，经Q1直接激活稳压芯片向MCU供电，之后MCU通过25端脚维持供电。

2）图2右下部所示的按键电量显示电路，该电路按键开关K1的一端接智能切换控制器件MCU的电量检查端脚24，智能切换控制器件MCU的电量显示端脚21、22、23分别接相应的显示发光二极管D4、D5、D6，因此可以在需要时检查电池的电量，并且按键开关K1的一端还通过智能切换控制器件MCU的端脚26接供电唤醒电路开关器件组的受控端，因此按键开关在进行显示电量操作的同时，也可以通过MCU的端脚26脚维持供电电路，直至设定的休眠断电，起到节能作用。

3）图2左下中部所示的温度监测电路，含有位于电池单元组的温敏传感器TH1，其信号输出端接智能切换控制器件MCU的温度监测端脚10，因此可以将电池单元组充电、放电的温度变化通过通信端口发送给充电器/用电器，进而进行相应的控制。

归纳起来，本实施例由于将切换控制以及充放控制两级智能器件有机结合，因此具有如下特点：

1. 可以自动检测电池电源的接***，并根据电压需求的判断，按需通过对切换开关器件的控制组配电池单元组，提供相应的供电电压。

2. 可以通过对电池单元组电流的检测，实现电流均衡等锂电自主管理功能。

3. 具有电平检测功能，充电过程通过判断COU1、COU2， 放电过程判断DOU1、DOU2；充电过程中，U3的2脚和4脚分别监控U1和U4的3脚电平变化，当监控到有电平变化则经通讯端口发送数据给充电器实现关断控制；放电过程中，U3的3脚和5脚分别监控U1和U4的6脚电平变化，当监控到有电平变化则经通讯端口发送数据给用电器实现关断控制；并且，U3通过通讯端口可以将电池包内的所有监控信息（电压、电流、电池类型、温度等）传输充电器或用电器，以便进行相应的实时控制。

4. 可以通过检测温度传感器件TH1实时检测***的充电、放电温度变化，判断并提示进行相应的操控。

5. 可以将电池单元组类型、电压、温度等信息时刻与充电器/用电器进行通讯，进行数据交换并分工进行相应控制，从而构成多重安全保障体系。

6. 可以通过多种灵活的方式实现供电的唤醒激活，具有显著的节能效果。

7. 具有电量显示功能，通过按键操控，根据电压的判断借助LED显示电池单元组的电量。

除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。例如，开关器件除莫氏管之外，还可以是继电器等其它电控器件；又如，由于MCU具有通讯功能，因此电池单元组的串、并联控制也可以通过外设（充电器/用电器）通讯完成切换控制；再如，电池单元组也可以是二组以上。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种智能适配电源，包括至少两个电池单元组，其特征在于：还包括智能切换控制器件；

各电池单元组的正极和负极分别通过正极开关器件和负极开关器件与充电器/用电器插接口的两端电连接，并且相邻两电池单元组的正极和负极之间通过切换开关器件电连接；

所述智能切换控制器件的采样端与充电器/用电器插接口构成电压识别回路；

所述智能切换控制器件的控制输出端分别接各正极开关器件、负极开关器件与切换开关器件的受控端；

所述智能切换控制器件含有

判断识别装置——用以判断采样端采集的是相对高压还是相对低压，如判断是相对高压则启动串联控制装置，如判断是相对低压则启动并联控制装置；

并联控制装置——用以输出控制信号，开启各正极开关器件、负极开关器件、并关闭切换开关器件，构成电池单元组的并联供电电路；

串联控制装置——用以输出控制信号，关闭前级电池单元组的负极开关器件以及相邻后级电池单元组的正极开关器件、并开启切换开关器件，构成电池单元组的串联供电电路，

所述电池单元组中各电池单元的两端之间分别通过受控端接智能充放控制器件相应控制端脚的均衡开关器件，构成均衡控制电路，

所述智能充放控制器件的充电控制端脚和放电控制端脚分别接串接于电池充放电回路中的充电控制开关器件和放电控制开关器件的受控端，

所述充电器/用电器插接口具有通讯端口，所述智能切换控制器件具有与充放电器件插接口通讯端口连接的通讯端脚，所述智能切换控制器件的充放控制端脚分别接相应智能充放控制器件的充电控制端脚和放电控制端脚。

2.根据权利要求1所述的智能适配电源，其特征在于： 所述智能切换控制器件的采样端通过分压电阻接高电平，所述分压电阻的中点接充放电器件插接口的采样端，与接地电阻形成电压识别回路。

3.根据权利要求2所述的智能适配电源，其特征在于： 还含有供电唤醒电路，所述供电唤醒电路，主要由开关器件组控制上电的稳压芯片构成，所述开关器件组的受控端接充电器/用电器插接口，所述稳压芯片的输出端接智能切换控制器件的电源端脚，所述智能切换控制器件的电源维持端脚接所述开关器件组的受控端。

4.根据权利要求3所述的智能适配电源，其特征在于： 还含有按键电量显示电路，所述按键电量显示电路的按键开关的一端接智能切换控制器件的电量检查端脚，所述智能切换控制器件的电量显示端脚分别接相应的显示发光二极管，且所述按键开关的一端还通过智能切换控制器件的电源维持端脚接供电唤醒电路开关器件组的受控端。

5.根据权利要求4所述的智能适配电源，其特征在于： 还含有温度监测电路，所述温度监测电路具有位于电池单元组的温敏传感器，所述温敏传感器的信号输出端接智能切换控制器件的温度监测端脚。

6.采用权利要求1至5任一所述智能适配电源的适配方法，其特征在于将电池包与电动工具或充电器接口插接时，所述智能切换控制器件即自动按以下步骤实现智能适配：

判断识别步骤——判断采样端采集的是相对高压还是相对低压，如判断是相对高压则进行串联控制步骤，如判断是相对低压则进行并联控制步骤；

并联控制步骤——输出控制信号，开启各正极开关器件、负极开关器件、并关闭切换开关器件，构成电池单元组的并联供电电路；

串联控制步骤——输出控制信号，关闭前级电池单元组的负极开关器件以及相邻后级电池单元组的正极开关器件、并开启切换开关器件，构成电池单元组的串联供电电路。