CN207677470U - 一种充电装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种充电装置，用于对电池包充电，充电装置包括：外壳、电源模块、电池检测单元、功率转换模块、控制器、保护电路以及充电开关，其中充电开关为继电器开关。该充电装置能同时给多个电池包进行充电，并且多个充电电路采用同一个电源，降低硬件成本，减小了充电装置的尺寸和重量，同时提高了充电效率。进一步地，充电装置采用继电器作为充电开关，减少电子元器件的使用，简化了电路设计。

Description

一种充电装置

技术领域

本实用新型涉及一种充电装置，具体涉及一种给电动工具供电的电池包的充电装置。

背景技术

单端口的电池充电装置只能给一个电池包进行充电，这样当给需要给多个电池包进行充电时，需要依次充电，浪费时间。多端口的池充电装置能给多个电池包充电，相比单端口充电装置，并且多端口充电装置不需要频繁的更换充电装置中的电池包，节省充电时间，因此，相比单端口电池充电装置，多端口电池充电装置更具有优势。但是，传统的多端口电池充电装置中，每个充电端口采用独立的电源，这既增加了硬件成本，也增加了充电装置的尺寸和重量，同时，由于硬件的增加，也降低了电池充电装置的效率。

发明内容

为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种充电效率高、结构紧凑的多端口电池充电装置。

为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：

一种充电装置，用于对电池包充电，充电装置包括外壳，至少形成两个或两个以上用于容纳电池包的充电端口；电源模块，电连接至电源，用于向充电装置供电；电池检测单元，电连接至控制器和充电端口之间，用于检测充电端口中的电池包的信息，并发送检测到的电池包的信息；功率转换模块，电连接至电源模块，用于为充电端口提供充电电流；控制器，电连接至电池检测单元，用于接收电池检测单元检测到的电池包的信息，根据电池包的信息输出控制信号；保护电路，电连接至功率转换模块和充电端口之间，用于在充电端口中的电池包充电期间发生异常情况时，阻止流向充电端口的充电电流；充电开关，电连接至控制器和所述功率转换模块，用于接收控制器的控制信号，并响应于控制信号，切换至允许充电电流流向充电端口的第一状态或阻止充电电流流向充电端口的第二状态；其特征在于，充电开关为继电器。

进一步地，继电器包括：控制端，电连接至控制器，用于接收控制器的控制信号；第一端子，电连接至功率转换模块；第二端子，电连接至充电端口中的充电端子；在第一状态中，第一端子电连接至所述第二端子，在第二状态中，第一端子与所述第二端子断开连接。

进一步地，继电器还包括第三端子，在第二状态中，第一端子连接至所述第三端子。

进一步地，充电装置还包括保护控制电路，保护控制电路电连接至继电器的第三端子，保护控制电路被配置为根据第三端子的电信号，连接或断开充电端口和保护电路。

进一步地，在第一状态中，继电器的第三端子输出第一电压；在第二状态中，继电器的第三端子输出第二电压。

进一步地，第一电压低于第二电压。

进一步地，保护控制电路包括：电压检测电路，电连接至继电器的第三端子，用于检测继电器的第三端子的电压；电压控制电路，电连接至电压检测电路和保护开关，用于根据电压检测电路检测到的电压控制保护开关的闭合和关断；保护开关，具有控制端、输入端和输出端，控制端连接至电压控制电路，输入端连接至充电端口，输出端连接至保护电路。

进一步地，充电装置以连续的方式依次循环通过两个或两个以上的充电端口，以便确定两个或两个以上的充电端口中的任意一个是否要接收充电电流。

进一步地，充电装置还包括连接在充电电路上的保险丝。

进一步地，电池检测单元包括检测端子，检测端子连接至充电端口中的非充电端子。

本实用新型的有益之处在于：该充电装置能同时给多个电池包进行充电，并且多个充电电路采用同一个电源，降低硬件成本，减小了充电装置的尺寸和重量，同时提高了充电效率。进一步地，充电装置采用继电器作为充电开关，减少电子元器件的使用，简化了电路设计。

附图说明

图1是充电装置的示例性外观示意图；

图2是图1的充电装置的简图；

图3用于控制图1的充电装置的一个充电端口的充电电路示意图，充电端口处于不充电状态中；

图4用于控制图1的充电装置的一个充电端口的充电电路示意图，充电端口处于充电状态中。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作具体的介绍。

本实用新型的实施例涉及一种充电效率高、结构紧凑的多端口电池充电装置例如四个、六个或两个充电端口。

参照图1，充电装置100包括四个用于接收电池包200的充电端口10，充电端口10中设置有用于与电池包200的输出接口电连接的充电端子101。充电装置100具有挂墙孔（未示出），充电端口10被构造成朝向上方开口，当电池包200需要充电时，从上方***充电装置100的充电端口10中，与充电端口10中的充电端子101电连接，这样可以在重力作用下，使电池包200和充电端口10接合更可靠。在每个充电端口10的上方设置有至少一个用于充电指示的指示灯11，用于提供电池包200的充电状态的指示。该充电装置100还设置有AC电输出接口12和USB接口13，方便用户获取AC电，以及为具有USB接口的电装置提供电源。充电装置100通过电源插头14连接到外部电源，以为充电装置100提供电能。

充电装置100可以接收具有不同额定电压、额定容量的电池包200并为其充电。例如电池充电装置100可以为具有18V、36V等的额定电压的电池包200充电。充电装置100也可以为具有不同构造、形状和尺寸的电池包200充电。

图2为图1所示的充电装置100的简图，充电装置100包括四个充电端口10，每个充电端口10均包括一个继电器19以及一个或多个指示器11，四个充电端口10共用一个电源模块15、功率转换模块16和控制器17。每个充电端口均包括一个保护电路18，或者四个充电端口共用一个保护电路18。

该充电装置能同时给四个电池包进行充电，并且四个充电电路采用同一个电源，降低硬件成本，减小了充电装置的尺寸和重量，同时提高了充电效率。

控制器17包括软件和硬件，硬件被配置为控制充电开关、控制充电电压和充电电流、接收电池包200的信息以及发送信息给电池包200、激活多个指示器11等。

在一个实施例中，控制器17包括印刷电路板（“PCB”），印刷电路板上设有用于为充电装置100提供控制和保护的电路以及电子组件。在一个实施例中，PCB包括微处理器、微控制器等控制或处理单元。在一个实施例中，PCB包括单片机，例如FU68系列芯片。

参照图2，充电装置100为每个充电端口10分配有数字和字母名称，例如#1-#4，也可以采用其他类似的数字或字母。充电装置100可以一次给多个电池包200中的一个电池包200进行充电。当电池包200被***到充电装置100的充电端口10时，充电装置100依次循环通过每个充电端口10，确定哪个充电端口10中有电池包200***，以及确定哪个充电端口10中的电池包200需要充电。例如，充电装置100依次循环通过#1充电端口到#4充电端口，确定#3充电端口中存在电池包200，充电装置100确定#3充电端口中的电池包200需要充电，则充电装置100停止循环通过各个充电端口10，并标记#3充电端口需要充电，控制器17发送信号给相关以及电路、其他电子组件，给#3充电端口中的电池包200充电，直到电池包200充满电，并标记该电池包200已完成充电。控制器17确定#3充电端口中的电池包200已完成充电后，充电装置100重新依次循环通过#1充电端口到#4充电端口，如此反复，直到所有***到充电端口10中的电池包200都被标记为已完成充电。充电装置100一次只能给多个电池包200中的一个电池包200进行充电，直到该电池包200充满电，再转到下一个已***电池包200并需要充电的充电端口10，为该充电端口10中的电池包200充电。

在一个实施例中，充电装置100采用恒流-恒压充电方式对充电端口10内***的电池包200进行充电，充电初始以恒定电流（例如，2A）将电池包200充至几乎满电后，减小充电电流，以模拟恒定电压（例如，4.2V）对电池包200进行充电。在一个实施例中，充电装置100利用脉宽调制（“PWM”）或脉宽调制器控制充电电流，PWM信号由控制器17产生，其工作周期可调节，充电电流约为0.1A至5A，在该范围之外的充电电流也可用于本实用新型的其它实施例。

参照图1至图2，每个充电端口10包括至少一个指示器11，为使用者提供电池包200充电状态的指示，例如电池包200和/或充电装置100存在故障的指示，指示器示器可以是绿色或红色的发光二极管（“LED”）。

在一个实施例中，每个充电端口10包括一个红色发光二极管和一个绿色发光二极管。当充电装置100接通电源时，每个充电端口10的红色发光二极管和绿色发光二极管全部激活1秒后熄灭，直至该充电端口充电完成后绿灯激活。其中，如果电池包200或充电装置100出现故障（如电池包200过温），不能充电，则红灯继续常亮，直至该充电端口10正常或电池包200正常后，红灯熄灭。

在一个实施例中，每个充电端口10包括两个以上发光二极管。当电池包200***其中一个充电端口10时，若电池包200是可进行充电的电池包200，则该充电端口10的至少一个发光二极管显示该电池包200的电量，例如该充电端口10有四个发光二极管，当电池包200中的电量为60%时，前三个发光二极管以稳态激活。当该电池包200为故障电池或不可充电电池包200时，例如电池包200过热、损坏等，该充电端口10的所有发光二极管以高频率闪烁，例如该充电端口10以及充电装置100的所有发光二极管处于发光状态大约0. 15秒及处于不发光状态大约0.1秒。当确定电池包200是可以充电的电池后，例如该充电端口10的指示器为四个发光二极管，当电池包200中的电量为60%时，前两个发光二极管均以稳态激活，第三个发光二极管以闪态激活，例如第三个发光二极管处于发光状态大约0. 5秒及处于不发光状态大约0.25秒来指示充电装置100正提供充电电流给该充电端口10。

参照图3和图4，充电装置100的充电电路包括电源模块15、功率转换模块16、控制器17、保护电路18、继电器19、电池检测单元20、保护控制电路30以及充电回路上的保险丝21、保护二极管D。

电源模块15电连接到外部电源，例如220V AC电源，电源模块15包括用于调节来自于外部电源的功率并将功率分配给电池充电装置100内的其它组件或模块的电路。功率转换模块16电连接至电源模块15，用于为各个充电端口10中的电池包200提供合适的充电电流。控制器17被配置为利用相应的电路、模块或组件执行充电控制程序，例如选择一个充电端口10为该充电端口10中的电池包200充电、确定电池包200是否充满、PWM给定等。

每个充电端口10包括一个电连接至控制器17和功率转换模块16的继电器19，继电器19作为充电开关，允许或阻止充电电流流向充电端口10。继电器19包括控制端190、第一端子191、第二端子192、第三端子193，控制端190电连接至控制器17，第一端子191电连接至功率转换模块16，第二端子192电连接至充电端口10中的充电端子101，第三端子193电连接至保护控制电路30。

继电器19具有第一和第二两种状态，在第一状态中，继电器19的控制端190连接至第一端子191，允许来自功率转换模块16的充电电流流向充电端口10，充电端口10处于充电状态；在第二状态中，继电器19的第一端子191连接至第三端子193，阻止充电电流流向充电端口10，充电端口10处于不充电状态。在第一状态中，继电器19的第三端子193具有第一电压，在第二状态中，继电器19的第三端子193具有第二电压。在第一状态时，由于继电器19的第一端子191和第二端子192连接，此时继电器19的第三端子193与第一端子191无连接，因此第三端子193上的电压为零或低电压（即第一电压）。在第二状态中，由于继电器19的第一端子191连接到第三端子193，此时继电器19的第三端子193连接到功率转换模块16，因此第三端子193具有高电压（即第二电压）。采用继电器作为充电开关，减少了电路中使用的电子元器件(例如MOSFET管以及相应的电阻器、电容器等)，简化了电路设计。

保护电路18电连接至功率转换模块16和充电端口10之间。在充电装置100的控制器17确定其中一个充电端口10有电池包200***且已识别到电池包200需要充电后，该充电端口10中的保护电路18开始保护该电池包200。保护电路18包括软件和硬件双重保护，其在充电装置100失灵（例如，短路）或电池包200异常时（例如，电池包200过温）防止对电池包200和/或充电装置100的损害。在软件保护中，如果电池包200发生异常（例如，电池包200过温），控制器17通过软件控制继电器19，使继电器19的第一端子191和第二端子192断开，以断开充电电路，阻止充电电路流向充电端口10。在硬件保护中，如果充电装置100失灵（例如，继电器19短路），保护电路18输出一个控制信号，例如电压信号，使功率转换模块16的输出电压降低至一个安全电压，以降低电池包200的损坏风险。

保护控制电路30被配置为根据第三端子193的电压，连接或断开充电端口10和保护电路18。在一个实施例中，保护控制电路30包括电压检测电路31、电压控制电路32和保护开关33，电压检测电路31电连接至继电器19的第三端子193，电压控制电路32电连接至电压检测电路31，保护开关33具有控制端330、输入端331和输出端332，控制端330连接至电压控制电路32，输入端331连接至充电端口10以及充电端口10中的充电端子101，输出端332连接至保护电路18。

下面结合附图对充电电路的工作过程具体描述，其中示例性地功率转换模块16为每个充电端口10提供24V电压。图3是其中一个充电端口10处于不充电状态中的充电电路示意图。图4是其中一个充电端口10处于充电状态中的充电电路示意图。

参照图3，当充电端口10处于不充电状态时，控制器17不发送控制信号给继电器19，此时继电器19处于第二状态，继电器19的第一端子191连接到第三端子193，第二端子192与第一端子191之间无连接，功率转换模块16和充电端口10之间没有连接，无充电电流流向充电端口10。此时，第三端子193连接到功率转换模块16，第三端子193上的电压为高电压24V。保护控制电路30的电压检测电路31检测到第三端子193为高电压24V，电压控制电路32根据电压检测电路31检测到高电压控制保护开关33断开，使得充电端口10或充电端口10的充电端子101与保护电路18断开，于是保护电路18不能正常工作，即使该充电端口10出现异常情况，发出需要保护的信号时，保护电路18也不会启动。

参照图4，在充电端口10处于充电状态时，控制器17发送控制信号给继电器17的控制端190，使继电器19处于第一状态，继电器19的第一端子191连接到第二端子192，功率转换模块16连接到充电端口10或充电端口10中的充电端子101，此时，充电电流流向充电端口10，电池包200被充电。此时，第三端子193与第一端子191之间无连接，第三端子193上的电压为低电压0V或5V，保护控制电路30的电压检测电路31检测到第三端子193为低电压0V或5V，电压控制电路32根据电压检测电路31检测到低电压控制保护开关33闭合，使得充电端口10中的充电端子101或充电端口中的电池包200保护电路18连接，保护电路18正常工作，当电池包200出现异常情况，发出需要保护的信号时，保护电路18正常工作。

每个充电端口10中包括一个电池检测单元20，电池检测单元20包括检测端子，用于检测充电端口10中的电池包200的信息，并将检测到的电池包200的信息发送给控制器17，电池包200的信息包括电池包电流、电池包电压、电池包温度以及电池包是否存在等。

在一个实施例中，电池检测单元20的检测端子连接至充电端口10中的非充电端子102，以在电池包200***充电端口10中时，电池检测单元20的检测端子连接至该充电端口10中的电池包200的非充电端子102，例如数据端子，电池包200和充电装置100通过数据端子传递数据。当电池包200***其中一个充电端口10时，电池检测单元20接收到电池包200发送过来的有效数据，并将接收到的数据发送给控制器17，控制器17识别到该充电端口10内有电池包200。当没有电池包200***其中一个充电端口10时，电池检测单元20不会接收到电池包200传递的有效数据，控制器17识别没有电池包200***充电端口10。

在一个实施例中，电池检测单元20的检测端子具有第一电压和第二电压，当没有电池包200***其中一个充电端口10中时，该充电端口10内的电池检测单元20的检测端子输出第一电压，当有电池包200***该充电端口10中时，该充电端口10内的电池检测单元20的检测端子上的电压从第一电压改变为第二电压。例如，当没有电池包200***其中一个充电端口10时，该充电端口10内的电池检测单元20的检测端子上的电压为高电平（例如，约5V），充电装置100的控制器17根据检测端子检测到的高电平信号，识别到该充电端口10中没有***电池包200，当电池包200***充电端口10后，该充电端口10内的电池检测单元20的检测端子上的电压被拉低（例如，约4.4V），充电装置100的控制器17根据检测端子检测到的低电平信号，识别到该充电端口10中***电池包200。

在一个实施例中，电池检测单元20的检测端子连接至充电端口10中的充电端子101，以在电池包200***充电端口10时，电池检测单元20的检测端子连接至该充电端口10中的电池包200的电源端子，通过检测电池包200的电压来确认电池包200是否***，例如电池包200电压为18V，当电池包200被***充电端口10时，检测端子检测到电压为18V，充电装置100的控制器17确定该端口内有电池包200***。

控制器17执行充电过程对充电端口10中的电池包200进行充电，具体充电过程的主要步骤如下：

S1：充电装置上电；

S2：***自检；

S3：判断***是否正常，如果是则转至步骤S4，如果否则***终止；

S4：充电端口检测；

S5：判断电池包是否***，如果是则转至步骤S6，如果否则转至下一个充电端口后转至步骤S4；

S6：电池包异常检测；

S7：判断电池包是否异常，如果是则转至下一个充电端口后转至步骤S4，如果否则转至步骤S8；

S8：电池包充电同时监视充电异常情况；

S9：判断充电是否异常，如果是则终止充电，并转至下一个充电端口后转至步骤S4，如果否则转至步骤S10；

S10：判断电池包是否充满电，如果是则转至下一个充电端口后转至步骤S4，如果否则转至步骤S11；

S11：***终止。

需要说明的是，充电装置100从1#端口开始连续的依次循环通过各个充电端口10。遇到异常情况的电池包200（例如电池包200过温）则直接转至下一个充电端口10。对于过温的电池包200，在下一个电池包200充满后，再去检测其温度，判断其是否依然过温，如果是，则继续等待下一个电池包200充满电后再去检测其温度，如果不是则对电池包200进行充电。如果是其他异常情况（例如电池包200短路），则在所有电池包200充满电后，再去处理该电池包200。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，上述实施例不以任何形式限制本实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。

Claims (10)

1.一种充电装置，用于对电池包充电，所述充电装置包括：

外壳，至少形成两个或两个以上用于容纳电池包的充电端口；

电源模块，电连接至电源，用于向所述充电装置供电；

电池检测单元，电连接至控制器和所述充电端口之间，用于检测所述充电端口中的电池包的信息，并发送检测到的电池包的信息；

功率转换模块，电连接至所述电源模块，用于为所述充电端口提供充电电流；

控制器，电连接至所述电池检测单元，用于接收所述电池检测单元检测到的电池包的信息，根据所述电池包的信息输出控制信号；

保护电路，电连接至所述功率转换模块和所述充电端口之间，用于在所述充电端口中的电池包充电期间发生异常情况时，阻止流向所述充电端口的充电电流；

充电开关，电连接至所述控制器和所述功率转换模块，用于接收所述控制器的控制信号，并响应于所述控制信号，切换至允许充电电流流向所述充电端口的第一状态或阻止充电电流流向所述充电端口的第二状态；

其特征在于，所述充电开关为继电器。

2.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述继电器包括：

控制端，电连接至所述控制器，用于接收所述控制器的控制信号；

第一端子，电连接至所述功率转换模块；

第二端子，电连接至所述充电端口中的充电端子；

在所述第一状态中，所述第一端子电连接至所述第二端子，在所述第二状态中，所述第一端子与所述第二端子断开连接。

3.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于：所述继电器还包括第三端子，在所述第二状态中，所述第一端子连接至所述第三端子。

4.根据权利要求3所述的充电装置，其特征在于：所述充电装置还包括保护控制电路，所述保护控制电路电连接至所述继电器的第三端子，所述保护控制电路被配置为根据所述第三端子的电信号，连接或断开所述充电端口和所述保护电路。

5.根据权利要求2所述的充电装置，其特征在于：在所述第一状态中，所述继电器的第三端子输出第一电压，在所述第二状态中，所述继电器的第三端子输出第二电压。

6.根据权利要求5所述的充电装置，其特征在于：所述第一电压低于所述第二电压。

7.根据权利要求4所述的充电装置，其特征在于：所述保护控制电路包括：

电压检测电路，电连接至所述继电器的第三端子，用于检测所述继电器的第三端子的电压；

电压控制电路，电连接至所述电压检测电路和保护开关，用于根据所述电压检测电路检测到的电压控制所述保护开关的闭合和关断；

保护开关，具有控制端、输入端和输出端，所述控制端连接至所述电压控制电路，所述输入端连接至所述充电端口，所述输出端连接至所述保护电路。

8.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述充电装置以连续的方式依次循环通过所述两个或两个以上的充电端口，以便确定所述两个或两个以上的充电端口中的任意一个是否要接收充电电流。

9.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述充电装置还包括连接在充电电路上的保险丝。

10.根据权利要求1所述的充电装置，其特征在于：所述电池检测单元包括检测端子，所述检测端子连接至所述充电端口中的非充电端子。