一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包的制作方法

本實(shí)用新型涉及鋰電池技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，尤其涉及一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包，特別適合用作電焊機(jī)、切割機(jī)、交流移動電源以及小型電動汽車的供電電源，可直接作為直流供電電源。

背景技術(shù)：

傳統(tǒng)用電設(shè)備在野外、停電等情況下使用非常不便，尤其在應(yīng)急、搶修、搶險(xiǎn)等場所使用的電焊機(jī)、切割機(jī)、交流移動電源等用電設(shè)備，通常需要搬運(yùn)燃油發(fā)電機(jī)或駕駛移動電力車等大型發(fā)電設(shè)備來供應(yīng)電源。此類方法不僅耗費(fèi)大量人力物力，而且在一些無鋪裝道路的地方行進(jìn)緩慢甚至無法前行，延誤時(shí)間，造成生命財(cái)產(chǎn)損失。

現(xiàn)有技術(shù)提出了一種高壓鋰電池包+用電設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，達(dá)到了便攜性的要求。但此種方案在鋰電池充電技術(shù)上采用多組并聯(lián)充電，存在硬件電路復(fù)雜、可靠性低、體積大、成本高、接線困難等缺點(diǎn)；同時(shí)這種設(shè)計(jì)導(dǎo)致鋰電池組充電電流不一致，帶來電池不均衡問題，縮短電池壽命，存在安全隱患。此外，此種方案在鋰電池包放電時(shí)僅連接可控開關(guān)，缺少放電保護(hù)裝置，鋰電池安全性得不到保障。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型主要解決的技術(shù)問題是提供一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包，是將若干單節(jié)鋰電池通過串、并聯(lián)組合成多串多并的高壓鋰電池組，擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，特別適合用作電焊機(jī)、切割機(jī)、交流移動電源以及小型電動汽車的供電電源，可直接作為直流供電電源，具有體積小、重量輕、功率大，成本低、方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)全橋DC/DC升壓電路對高壓鋰電池組整體串聯(lián)充電，能夠保證鋰電池組的充電電流、時(shí)長一致，避免由充電導(dǎo)致電池不均衡帶來的安全隱患，大大延長電池使用壽命。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的一個(gè)技術(shù)方案是：提供了一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包，包括電池管理系統(tǒng)、高壓鋰電池組和放電保護(hù)裝置，所述電池管理系統(tǒng)輸入端連接DC12V-DC42V直流電源，輸出端正極連接所述高壓鋰電池組的正極，輸出端負(fù)極連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極；所述電池管理系統(tǒng)還連接所述高壓鋰電池組每一串電池的正極和負(fù)極；所述高壓鋰電池組由若干單節(jié)鋰電池通過串、并聯(lián)組合成多串多并的鋰電池組；所述放電保護(hù)裝置的輸入端分別連接所述高壓鋰電池組的正極和負(fù)極，輸出端為鋰電池包的電源輸出。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述高壓鋰電池組的電壓范圍為DC90V-DC273V。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述電池管理系統(tǒng)包括充/放電控制電路和被動均衡系統(tǒng)，

所述充/放電控制電路的輸入端連接DC12V-DC42V直流電源，所述充/放電控制電路的輸出端正極連接所述高壓鋰電池組的正極，充/放電控制電路的輸出端負(fù)極連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極；所述充/放電控制電路還和所述被動均衡系統(tǒng)連接；

所述被動均衡系統(tǒng)包括至少2組被動均衡電路，依次串聯(lián)連接，每一組用于管理所述高壓鋰電池組中的子鋰電池組；所述被動均衡電路連接所述子鋰電池組的每一串的正極和負(fù)極，用于監(jiān)測、均衡每一串電池的電壓。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述充/放電控制電路包括PTC、第三可控開關(guān)、全橋DC/DC升壓電路、第二可控開關(guān)、溫度監(jiān)測電路、放電檢測電路和第一控制器，

所述PTC的第一端連接DC12V-DC42V直流電源的正極，第二端連接所述全橋DC/DC升壓電路的輸入端正極，用于提供充電時(shí)過流、過溫的一級保護(hù)功能；

所述第三可控開關(guān)的第一端連接DC12V-DC42V直流電源的負(fù)極，第二端連接所述全橋DC/DC升壓電路的輸入端負(fù)極；所述第三可控開關(guān)的控制端連接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器發(fā)出的控制信號，接通或斷開DC12V-DC42V直流電源的負(fù)極和所述全橋DC/DC升壓電路的負(fù)極，用于充電產(chǎn)生異常時(shí)提供二級保護(hù)功能；

所述全橋DC/DC升壓電路的輸出端正極連接所述高壓鋰電池組的正極，輸出端負(fù)極連接所述第二可控開關(guān)第一端；

所述第二可控開關(guān)的第二端連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極，所述第二可控開關(guān)的控制端連接所述被動均衡系統(tǒng)的輸出端，用于接通或斷開所述全橋DC/DC升壓電路的輸出端負(fù)極和所述高壓鋰電池組的負(fù)極，提供充電時(shí)的三級保護(hù)功能；

所述溫度監(jiān)測電路的輸出端連接所述第一控制器的輸入端，用于監(jiān)測所述高壓鋰電池組的溫度數(shù)據(jù)，并將其輸出至所述第一控制器，由所述第一控制器進(jìn)行分析處理，執(zhí)行相應(yīng)動作；

所述放電檢測電路的輸出端連接所述第一控制器的輸入端，用于檢測所述高壓鋰電池組放電時(shí)的電流、電壓等信息，并將其輸出至所述第一控制器，由所述第一控制器進(jìn)行分析處理，執(zhí)行相應(yīng)動作；

所述第一控制器包括至少2組串口通信1端口，分別和所述被動均衡電路連接，用于傳輸所述高壓鋰電池組的電壓、電流、電量和溫度等信息，綜合數(shù)據(jù)分析、管理；

所述第一控制器還包括串口通信0端口，在鋰電池包的合適位置引出此端口，用于鋰電池包和鋰電池包之外的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述全橋DC/DC升壓電路對所述高壓鋰電池組整體串聯(lián)充電，能夠保證高壓鋰電池組的充電電流、時(shí)長一致，電壓均衡，大大延長電池使用壽命。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述被動均衡系統(tǒng)的每一組所述被動均衡電路包括電壓監(jiān)測電路、第二控制器和多組電阻耗能電路，

所述電壓監(jiān)測電路輸入端經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)連接所述子鋰電池組每一串鋰電池的正極和負(fù)極，用于監(jiān)測每一串鋰電池的電壓；所述電壓監(jiān)測電路的輸出端與所述第二控制器連接，用于輸出每一串鋰電池的電壓；

所述電壓監(jiān)測電路輸出端還連接所述第二可控開關(guān)的控制端，用于控制接通或關(guān)斷所述第二可控開關(guān)；

所述第二控制器輸出端（OPJ1-OPJ13）依次與所述電阻耗能電路的輸入端連接，用于根據(jù)輸入端接收到的每一串鋰電池的電壓信息，控制每一組所述電阻耗能電路打開或關(guān)閉；

所述第二控制器還包括串口通信1端口，與所述第一控制器的1組串口通信1端口連接，用于數(shù)據(jù)傳輸。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，每一組所述電阻耗能電路均包括第一電阻（RJ）、光耦（OC）、第二電阻（RB）、第三電阻（RD）和三極管（BJT），

所述第一電阻（RJ）兩端分別連接所述光耦（OC）的陽極和所述第二控制器的一個(gè)輸出端，所述光耦（OC）的陰極接地；

所述光耦（OC）的集電極連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的正極，所述光耦（OC）的發(fā)射極連接所述三極管（BJT）的基極；

所述第二電阻（RB）的第一端連接所述三極管（BJT）的基極，第二端連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的負(fù)極；

所述第三電阻（RD）的第一端連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的正極，第二端連接所述三極管（BJT）的集電極；

所述三極管（BJT）的發(fā)射極連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的負(fù)極。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述放電保護(hù)裝置包括過流保護(hù)和第一可控開關(guān)，

所述過流保護(hù)的第一端連接所述高壓鋰電池組的正極，過流保護(hù)的第二端為鋰電池包輸出端的正極；

所述第一可控開關(guān)的第一端連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極，第一可控開關(guān)的第二端為鋰電池包輸出端的負(fù)極，所述第一可控開關(guān)的控制端連接所述第一控制器的輸出端，用于接收所述第一控制器發(fā)出的控制信號，接通或斷開所述高壓鋰電池組的負(fù)極。

在本實(shí)用新型一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述過流保護(hù)為不可恢復(fù)保險(xiǎn)絲或PTC。

本實(shí)用新型的有益效果是：本實(shí)用新型的一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包，是將若干單節(jié)鋰電池通過串、并聯(lián)組合而成多串多并的高壓鋰電池組，擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，特別適合用作電焊機(jī)、切割機(jī)、交流移動電源以及小型電動汽車的供電電源，可直接作為直流供電電源，具有體積小、重量輕、功率大，成本低、方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)全橋DC/DC升壓電路對高壓鋰電池組整體串聯(lián)充電，能夠保證鋰電池組的充電電流、時(shí)長一致，避免由充電導(dǎo)致電池不均衡帶來的安全隱患，大大延長電池使用壽命。

附圖說明

為了更清楚地說明本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實(shí)用新型的一些實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖，其中：

圖1 是本實(shí)用新型一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包的一較佳實(shí)施例的結(jié)構(gòu)框圖；

圖2是圖1中電池管理系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是圖2中充/放電控制電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖4是圖2中被動均衡電路的結(jié)構(gòu)框圖；

圖5是圖1中放電保護(hù)裝置的結(jié)構(gòu)框圖。

具體實(shí)施方式

下面將對本實(shí)用新型實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅是本實(shí)用新型的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒緦?shí)用新型中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實(shí)施例，都屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。

如圖1所示，本實(shí)用新型實(shí)施例包括：

一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包，包括電池管理系統(tǒng)、高壓鋰電池組和放電保護(hù)裝置；

所述電池管理系統(tǒng)的輸入端連接DC12V-DC42V直流電源，高壓充電電路的輸出端分別連接高壓鋰電池組的正極和負(fù)極；

所述電池管理系統(tǒng)還連接所述高壓鋰電池組中每一串鋰電池的正極和負(fù)極；

所述高壓鋰電池組由若干單節(jié)鋰電池通過串、并聯(lián)組合而成多串多并的鋰電池組，組成后電壓范圍為DC90V-DC273V；

所述放電保護(hù)裝置的輸入端分別連接所述高壓鋰電池組的正極和負(fù)極，輸出端為鋰電池包的電源輸出。

如圖2所示，所述電池管理系統(tǒng)包括充/放電控制電路和被動均衡系統(tǒng)，

所述充/放電控制電路的輸入端連接DC12V-DC42V直流電源；充/放電控制電路的輸出端正極連接所述高壓鋰電池組的正極，充/放電控制電路的輸出端負(fù)極連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極；所述充/放電控制電路還和所述被動均衡系統(tǒng)連接；

所述被動均衡系統(tǒng)包括至少2組被動均衡電路，依次串聯(lián)連接，每一組用于管理所述高壓鋰電池組中的子鋰電池組；所述被動均衡電路連接所述子鋰電池組的每一串的正極和負(fù)極，用于監(jiān)測、均衡每一串電池的電壓。

如圖3所示，所述充/放電控制電路包括PTC、第三可控開關(guān)、全橋DC/DC升壓電路、第二可控開關(guān)、溫度監(jiān)測電路、放電檢測電路和第一控制器，

所述PTC的第一端連接DC12V-DC42V直流電源的正極，第二端連接所述全橋DC/DC升壓電路輸入端的正極，用于提供充電時(shí)過流、過溫的一級保護(hù)功能；

所述第三可控開關(guān)的第一端連接DC12V-DC42V直流電源的負(fù)極，第二端連接所述全橋DC/DC升壓電路輸入端的負(fù)極；所述第三可控開關(guān)的控制端連接所述第一控制器，用于接收所述第一控制器發(fā)出的控制信號，接通或斷開DC12V-DC42V直流電源的負(fù)極和所述全橋DC/DC升壓電路的負(fù)極，用于充電產(chǎn)生異常時(shí)提供二級保護(hù)功能；

所述全橋DC/DC升壓電路的輸出端正極連接所述高壓鋰電池組的正極，輸出端負(fù)極連接所述第二可控開關(guān)第一端；

所述全橋DC/DC升壓電路對所述高壓鋰電池組整體串聯(lián)充電，能夠保證鋰電池組的充電電流、時(shí)長一致，電壓均衡，大大延長電池使用壽命；

所述第二可控開關(guān)的第二端連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極，所述第二可控開關(guān)的控制端連接所述被動均衡系統(tǒng)的輸出端，用于接通或斷開所述全橋DC/DC升壓電路的輸出端負(fù)極和所述高壓鋰電池組的負(fù)極，提供充電時(shí)的三級保護(hù)功能；

所述溫度監(jiān)測電路的輸出端連接所述第一控制器的輸入端，用于監(jiān)測所述高壓鋰電池組的溫度數(shù)據(jù)，并將其輸出至所述第一控制器，由所述第一控制器進(jìn)行分析處理，執(zhí)行相應(yīng)動作；

所述放電檢測電路的輸出端連接所述第一控制器的輸入端，用于檢測所述高壓鋰電池組放電時(shí)的電流、電壓等信息，并將其輸出至所述第一控制器，由所述第一控制器進(jìn)行分析處理，執(zhí)行相應(yīng)動作；

所述第一控制器包括至少2組串口通信1端口，分別和所述被動均衡電路連接，用于傳輸所述高壓鋰電池組的電壓、電流、電量和溫度等信息，綜合數(shù)據(jù)分析、管理；

所述第一控制器還包括串口通信0端口，在鋰電池包的合適位置引出此端口，用于鋰電池包和鋰電池包之外的控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。

如圖4所示，所述被動均衡系統(tǒng)的每一組所述被動均衡電路包括電壓監(jiān)測電路、第二控制器和多組電阻耗能電路，

所述電壓監(jiān)測電路的輸入端經(jīng)過RC網(wǎng)絡(luò)連接所述子鋰電池組每一串鋰電池的正極和負(fù)極，用于監(jiān)測每一串鋰電池的電壓；所述電壓監(jiān)測電路的輸出端與所述第二控制器連接，用于輸出每一串鋰電池的電壓；

所述電壓監(jiān)測電路的輸出端還連接所述第二可控開關(guān)的控制端，用于控制接通或關(guān)斷所述第二可控開關(guān)；

所述第二控制器的輸出端（OPJ1-OPJ13）依次與所述電阻耗能電路的輸入端連接，用于根據(jù)輸入端接收到的每一串鋰電池的電壓信息，控制每一組所述電阻耗能電路打開或關(guān)閉；

所述第二控制器還包括串口通信1端口，與所述第一控制器的1組串口通信1端口連接，用于數(shù)據(jù)傳輸；

每一組所述電阻耗能電路均包括第一電阻（RJ）、光耦（OC）、第二電阻（RB）、第三電阻（RD）和三極管（BJT），

所述第一電阻（RJ）的兩端分別連接所述光耦（OC）的陽極和所述第二控制器的一個(gè)輸出端，所述光耦（OC）的陰極接地；

所述光耦（OC）的集電極連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的正極，所述光耦（OC）的發(fā)射極連接所述三極管（BJT）的基極；

所述第二電阻（RB）的第一端連接所述三極管（BJT）的基極，第二端連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的負(fù)極；

所述第三電阻（RD）的第一端連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的正極，第二端連接所述三極管（BJT）的集電極；

所述三極管（BJT）發(fā)射極連接所述子鋰電池組中一串鋰電池的負(fù)極。如圖5所示，所述放電保護(hù)裝置包括過流保護(hù)和第一可控開關(guān)，

所述過流保護(hù)的第一端連接所述高壓鋰電池組的正極，過流保護(hù)的第二端為鋰電池包輸出端的正極；

優(yōu)選地，所述過流保護(hù)為不可恢復(fù)保險(xiǎn)絲或PTC；

所述第一可控開關(guān)的第一端連接所述高壓鋰電池組的負(fù)極，第一可控開關(guān)的第二端為鋰電池包輸出端的負(fù)極；所述第一可控開關(guān)的控制端連接第一控制器的輸出端，用于接收所述第一控制器發(fā)出的控制信號，接通或斷開所述高壓鋰電池組的負(fù)極。

與國內(nèi)現(xiàn)有技術(shù)方案相比，本實(shí)用新型技術(shù)方案具有下述明顯優(yōu)點(diǎn)：

1、大功率便攜式電動工具用鋰電池包可直接作為直流供電電源，具有體積小、重量輕、功率大，成本低、方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)；

2、本實(shí)用新型一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包是將若干單節(jié)鋰電池通過串、并聯(lián)組合而成多串多并的鋰電池組，擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣；特別適合用作電焊機(jī)、切割機(jī)、交流移動電源以及小型電動汽車的供電電源；

3、本實(shí)用新型對高壓鋰電池組采用全橋DC/DC升壓電路進(jìn)行高壓串聯(lián)充電，與現(xiàn)有的低壓分組充電方案相比，具有電路簡單、成本低、接線容易、生產(chǎn)效率高等優(yōu)點(diǎn)；同時(shí)本實(shí)用新型全橋DC/DC升壓電路能夠保證鋰電池組的充電電流、時(shí)長一致，避免由充電導(dǎo)致電池不均衡帶來的安全隱患，大大延長電池使用壽命；

4、本實(shí)用新型放電保護(hù)裝置具有可控開關(guān)和過流保護(hù)的兩級保護(hù)功能，進(jìn)一步提升了鋰電池放電時(shí)的安全性與可靠性，顯著降低了風(fēng)險(xiǎn)等級。

綜上所述，本實(shí)用新型的一種大功率便攜式電動工具用鋰電池包，是將若干單節(jié)鋰電池通過串、并聯(lián)組合而成多串多并的高壓鋰電池組，擴(kuò)展性強(qiáng)、應(yīng)用范圍廣，特別適合用作電焊機(jī)、切割機(jī)、交流移動電源以及小型電動汽車的供電電源，可直接作為直流供電電源，具有體積小、重量輕、功率大，成本低、方便攜帶等優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)全橋DC/DC升壓電路能夠保證鋰電池組的充電電流、時(shí)長一致，避免由充電導(dǎo)致電池不均衡帶來的安全隱患，大大延長電池使用壽命。

以上所述僅為本實(shí)用新型的實(shí)施例，并非因此限制本實(shí)用新型的專利范圍，凡是利用本實(shí)用新型說明書內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效流程變換，或直接或間接運(yùn)用在其它相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本實(shí)用新型的專利保護(hù)范圍內(nèi)。