电动工具及其供电电路

授权公告号：CN105337319B

授权公告日：2018.02.23

专利权人：南京德朔实业有限公司

发 明 人：章智；杨德中；李江

在现有的电动工具在使用过程中，一个工具主机通常仅能使用一种具有特定输出电压的电池包，例如，工具主机在额定功率下工作时的额定电压为18V，那么该工具主机只能使用具有18V输出电压的电池包，而通常不能使用具有56V、36V输出电压的电池包。这样，一个具有18V额定电压的工具主机需要一个电池包供电时，而受到工作条件的限制，身边仅具有一个36V输出电压的电池包，这时，该电池包则不能为该工具主机供电，影响工作的继续。

发明内容

为解决现有技术的不足，发明的目的在于提供一种电动工具及其供电电路，该供电电路能够将具有不同于额定电压的电芯电压的电池包转换成适合用电器的电池包。技术方案如下：

一种供电电路，包括：电池芯组、用电器以及控制电路，其中，电池芯组由多个电芯单元组成，用电器与电池芯组构成电连接；控制电路包括：MCU控制器、电压采集电路，电压采集电路至少部分电连接在电池芯组与MCU控制器之间，其能采集电池芯组的电芯电压并反馈给MCU控制器；控制电路还包括：第一控制开关、补偿控制开关，第一控制开关、补偿控制开关均包括两个开关端和一个能控制两个开关端连通或断开的控制端，供电电路还包括：分别驱动第一控制开关、补偿控制开关的控制端的第一驱动电路和补偿驱动电路；第一控制开关的两个开关端之间的线路串联在用电器与电池芯组构成电连接的线路中，补偿控制开关的两个开关端之间的线路与用电器构成并联；第一驱动电路分别与MCU控制器和第一控制开关的控制端电连接，MCU控制器根据电压采集电路所采集的电芯电压与用电器的额定电压之比通过第一驱动电路向第一控制开关的控制端发送第一控制信号，补偿驱动电路电连接至补偿控制开关的控制端，且补偿驱动电路在MCU控制器发送第一控制信号的间隔控制补偿控制开关导通。

MCU控制器与补偿驱动电路电连接，MCU控制器通过补偿驱动电路向补偿控制开关的控制端发送第二控制信号，MCU控制器在发送第一控制信号的间隔发送第二控制信号。

补偿驱动电路中至少包括一个与用电器并联连接的控制电容，控制电容与用电器负极相连接的一端作为控制信号输入点与补偿控制开关的控制端构成电连接。

控制电路还包括：串联在用电器与电池芯组构成电连接的线路中的采样电阻、具有两个开关端和一个控制端的第二控制开关以及驱动第二控制开关的控制端的第二驱动电路；采样电阻的高压端电连接至MCU控制器；第二控制开关的两个开关端之间的线路串联在用电器与电池芯组构成电连接的线路中；MCU控制器与第二驱动电路构成电连接，MCU控制器在采样电阻上的电流小于预设值时控制第二控制开关的两个开关端连通，而在采样电阻上的电流大于等于预设值时控制第二控制开关的两个开关端关断。

第一控制开关、第二控制开关以及补偿控制开关均为MOSFET开关。

电压采集电路至少包括：一个采样电容，采样电容的一端与电池芯组的正极连接，并且该端作为电压采用点电连接至MCU控制器。

发明还提出一种电动工具，其包括：一个工具主机以及至少一个电池包，工具主机包括以上所述的用电器，电池包包括：以上所述的电池芯组，不同的电池包的电池芯组具有不同数目的电芯单元；电池包在安装至工具主机为其供电时，电池包和工具主机所构成的整体至少构成以上所述的供电电路。

控制电路设置在工具主机中。控制电路设置在电池包中。用电器为电机。

发明的有益之处在于：发明的供电电路，可以使具有较高电芯电压的电池包使用于低额定电压的用电器，从而使一个电池包可以应用于至少两种电压平台，增加了电池包的通用性。另一方面，具有较高电芯电压的电池包也具有较高的电容量，因此，将具有较高电芯电压的电池包使用于低额定电压的用电器，可以有效地提高电动工具的工作时间，而且，用户无须另外购买备用电池包，极大地降低了工作成本。

实施方式

图1

发明提出一种电动工具，以及电动工具中的各组件所构成的供电电路。图1所示为发明的电动工具的结构示意图，以电锯为例。明所指的电动工具100并不以此为限，可以为领域内技术人员常见的各种工具，例如割草机、剪枝机、电钻等。在发明中，该电动工具100包括工具主机110和电池包120。

图2所示为发明的电动工具中的供电电路的第一实施例的结构示意图，可一并参照图1和图2：工具主机110作为电动工具100的主体部分，其除了包括实现工具功能的功能附件（图未标），还包括为功能附件提供动力的用电器111，电器111优选为电机。

电池包120用于给工具主机110提供能量，其包括电池芯组121，为了尽可能扩大电池包120的容量，使得电池芯组121由多个电芯单元（图未标）组成。不同的电池包120的电池芯组121通常具有不同数目的电芯单元，从而形成具有不同电芯电压的电池包120。在例中，电池芯组121与用电器111构成电连接，包括正输出端b+和负输出端b-，从而电动工具100工作时通过电池包120中的电池芯组121给工具主机110中的用电器111供电，并在电动工具100中形成一供电电路。

供电电路用于将电池芯组121中的电能提供给用电器111，其除了包括电池芯组121和用电器111之外，还包括一个能够控制电池芯组121和用电器111之间的电连接的控制电路，该控制电路可以设置在工具主机110中，也可以设置在电池包120中，可以根据实际需要进行设置。

该控制电路包括电压采集电路131、第一控制开关Q1、补偿控制开关Q2、第一驱动电路132、补偿驱动电路133、MCU控制器134、采样电阻R1、第二控制开关Q3以及第二驱动电路135。

电压采集电路131用于采集电池芯组121的电芯电压。电压采集电路131分别与电池芯组121和MCU控制器134连接，使得电压采集电路131电连接在电池芯组121和MCU控制器134之间，从而能将采集到的电池芯组121的电芯电压反馈为MCU控制器134。

第一控制开关Q1包括两个开关端P1、P2和一个控制端P3。第一控制开关Q1中的两个开关端P1、P2之间的线路串联在用电器111和电池芯组121构成电连接的线路中，更具体的，其中一个开关端P1连接到电池芯组121的负输出端b-，另一个开关端P2电连接到采样电阻R1的低压端；第一控制开关Q1的控制端P3通过接收到的信号能够控制第一控制开关Q1的两个开关端P1、P2之间的连通或者断开。

补偿控制开关Q2也包括两个开关端P4、P5和一个控制端P6。补偿控制开关Q2的两个开关端P4、P5之间的线路与用电器111构成并联，更具体的，其中一个开关端P5连接到用电器111的正输入端m+，另一个开关端P4电连接到用电器111的负输入端m-。补偿控制开关Q2的控制端P6通过接收到的信号也能够控制补偿控制开关Q2的两个开关端P4、P5之间的连通或者断开。在本实施例中，第一控制开关Q1和补偿控制开关Q2均为MOSFET开关。

第一驱动电路132和补偿驱动电路133分别用于驱动第一控制开关Q1、补偿控制开关Q2的开闭。其中，第一驱动电路132分别与第一控制开关Q1的控制端P3和MCU控制器134连接，从而能将接受到的控制信号发送给第一控制开关Q1的控制端P3；补偿驱动电路133分别与补偿控制开关Q2的控制端P6和MCU控制器134连接，从而能将接收到的控制信号发送给补偿控制开关Q2的控制端P6。

图2

MCU控制器134分别与第一驱动电路132和补偿驱动电路133电连接，并通过第一驱动电路132和补偿驱动电路133向第一控制开关Q1和补偿控制开关Q2发出控制信号。具体的，MCU控制器134通过第一驱动电路132向第一控制开关Q1的控制端P3发送第一控制信号，其是根据电压采集电路131所采集的电池芯组121的电芯电压与用电器111的额定电压之比来发出第一控制信号，并且，在MCU控制器134发送第一控制信号的间隔中，MCU控制器134还通过补偿驱动电路133向补偿控制开关Q2的控制端P6发送第二控制信号，并在第二控制信号的作用下使得在MCU控制器134发送第一控制信号的间隔内补偿控制开关Q2处于导通状态。例如，当电池包120内电池芯组121的电芯电压为36V时，而用电器111的额定电压为18V，这样为了该电池包120能够正常为该用电器111供电，在第一个周期内的前半个周期内，MCU控制器134通过第一驱动电路132向第一控制开关Q1的控制端P3发送第一控制信号，此时并没有向补偿控制开关Q2发出任何控制信号，而在后半个周期时，MCU控制器134停止发送第一控制信号，而此时通过补偿驱动电路133向补偿控制开关Q2发送第二控制信号。

采样电阻R1串联在用电器111与电池芯组121构成电连接的线路中。采样电阻R1的一端连接至第一控制开关Q1的一个开关端P2上，另一端与第二控制开关Q3连接，且采样电阻R1的高压端还与MCU控制器134电连接，也即是采样电阻R1与第二控制开关Q3相连的一端与MCU控制器134电连接。

第二控制开关Q3也包括两个开关端P7、P8和一个控制端P9。第二控制开关Q3的两个开关端P7、P8之间的线路串联在用电器111与电池芯组121构成电连接的线路中，也即是其中一个开关端P8连接到用电器111的负输出端b-，另一个开关端P7与采样电阻R1的高压端电连接；第二控制开关Q3的控制端P9通过接收到的信号能够控制第二控制开关Q3的两个开关端P7、P8之间的连通或者断开。在本实施例中，第二控制开关Q3也为MOSFET开关。

第二驱动电路135用于驱动第二控制开关Q3的开闭，其分别与第二控制开关Q3的控制端P9和MCU控制器134电连接。当流经采样电阻R1上的电流小于一预设值时，MCU控制器134可以通过第二驱动电路135向第二控制开关Q3的控制端P9发出第三控制信号使得第二控制开关Q3的两个开关端P7、P8连通，而当流经采样电阻R1上的电流大于该预设值时，MCU控制器134控制第二控制开关Q3的两个开关端P7、P8断开。这里，该预设值对应于用电器111的额定功率，可以为额定电流，因此，当流经采样电阻R1的电流大于额定电流时，通过MCU控制器134断开第二控制开关Q3，从而切断供电电路，保护电动工具100。

图3

图3所示为图2中的电压采集电路的结构示意图。参照图3，电压采集电路131包括采样电容C1和电压采样电阻R2，采样电容C1的一端与电池芯组121的正输出端b+连接，该正输出端b+即为电池芯组121的正极，且采样电容C1与电池芯组121的正极相连的该端还作为电压采用点电连接到MCU控制器134上，另外，电压采样电阻R2的未与采样电容C1相连的一端接地，从而MCU控制器134能够通过采样电容C1和电压采样电阻R2采集到电池芯组121的电芯电压。

图4所示为发明的电动工具中的供电电路的第二实施例的结构示意图，图5所示为图4中的补偿驱动电路的结构示意图。参照图4和图5，介绍区别部分，相同部分不再赘述。在实施例中，补偿驱动电路133也可以不通过MCU控制器134来控制补偿控制开关的开闭，具体的，补偿驱动电路133中包括一个控制电容C2，该控制电容C2与用电器111并连，控制电容C2的一端与用电器111的正输入端m+相连，另一端与用电器111的负输入端m-相连，且控制电容C2与用电器111负输入端m-相连的一端还作为控制信号输入点与补偿控制开关Q2的控制端P6构成电连接，这样，当第一控制开关Q1断开时，此时因为流经用电器111的电流不能发生突变，因此流经用电器111的电流将会给控制电容C2充电，被充电的控制电容C2能够触发补偿控制开关Q2打开，从而控制电容C2被已经打开的补偿控制开关Q2短路，最终在用电器111和控制电容C2之间形成电流回路，能够维持用电器111的正常工作状态。

图4

图5

供电电路的整个工作过程和原理：以用电器111的额定电压为18V，而接入的电池包120的电芯电压为36V，补偿驱动电路133通过MCU控制器134来控制为例。在一个周期内，首先，由电压采集电路131采集电池包120的电芯电压，MCU控制器134根据用电器111的额定电压18V和电压采集电路131采集的电芯电压36V之比为0.5调节第一控制开关Q1和补偿控制开关Q2的占空比为0.5，也即是，在前0.5周期内，MCU控制器134通过第一驱动电路132向第一控制开关Q1发出第一控制信号，而在后0.5个周期内，MCU控制器134向补偿控制开关Q2发出第二控制信号，更具体的，即是在前0.5周期内，第一控制开关Q1的控制端P3接收到的信号时高电平，而此时补偿控制开关Q2的控制端P6接收的信号是低电平，从而第一控制开关Q1的两个开关端P1、P2连通，补偿控制开关Q2的两个开关端P4、P5断开，第一控制开关Q1打开，补偿控制开关Q2断开，用电器111能够正常工作；然后，当前0.5个周期满足时长时，第一控制开关Q1的控制端P3接收到的信号为低电平，第一控制开关Q1断开，36v电池包120停止工作，而因为电流的电感作用，因而流经用电器111的电流不能发生突变，而与此同时补偿控制开关Q2接收到的信号为高电平，补偿控制开关Q2打开，从而流

经用电器111上的不能突变的电流将流经补偿控制开关Q2，形成电流回路，因而用电器111依然能够工作，从而能够使得用电器111在整个工作周期中表现近似于由18V电池包120供电的情况。

综上，发明的供电电路中，可以使得具有较高电芯电压的电池包可以使用于低额定电压的用电器，从而使一个电池包可以应用于至少两种电压平台，增加了电池包的通用性。另一方面，具有较高电芯电压的电池包也具有较高的电容量，因此，将具有较高电芯电压的电池包使用于低额定电压的用电器，可有效地提高电动工具的工作时间，而且，用户无须另外购买备用电池包，极大地降低了工作成本。

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