專利名稱：直流電動扳手專用鋰電池電源系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計一種是電動扳手在啟動以及工作時如何保護(hù)鋰電池的裝置，尤其是一 種直流電動扳手專用鋰電池電源系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
直流電動扳手一般應(yīng)用于汽車輪胎拆卸、工作機(jī)器維修、裝配等。一般以大功率為 主導(dǎo)。但由于目前用的大部分都是鎳鎘、鎳氫電池，體積大、重量重、工作時間短、壽命短、大 電流工作實(shí)現(xiàn)不了等得不到廣泛應(yīng)用。而鋰電池由于安全性問題得不到用戶認(rèn)可，所以我 們研制了 一款鋰電池電源系統(tǒng)來解決上述問題。本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有電池技術(shù)上的不足，提供一種直流電動扳手專用鋰電池 電源系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大提高了電動扳手的電源的使用壽命、延長了工作時間，解決了大電流 放電以及電池的安全性問題。本發(fā)明的技術(shù)方案是通過如下技術(shù)實(shí)現(xiàn)的一種直流電動扳手專用鋰電池電源系 統(tǒng)，包括鋰離子電池、防止鋰離子電池過充過放的保護(hù)板、用于防止鋰離子電池發(fā)熱導(dǎo)致電 池爆炸的一種溫度傳感器、一種特制的平面散熱板、充放電保護(hù)電路和MC控制電路組成。 其特征是鋰離子電池組為四節(jié)鋰離子電池串聯(lián)，在鋰離子電池組上裝有鋰離子電池保護(hù) 板，鋰離子電池保護(hù)板與四節(jié)鋰離子電池電連接，在鋰離子電池保護(hù)板上裝有一種溫度傳 感器、并連接一種特制的和保護(hù)板平面相同的平面散熱板。在保護(hù)板的兩端設(shè)有充電端口 和放電端口。在保護(hù)板上還裝有充放電保護(hù)電路和MC控制電路，充放電保護(hù)電路和MC控 制電路通過保護(hù)板與鋰離子電池連接。所述的充放電保護(hù)電路包括充電保護(hù)電路、均衡電路、放電保護(hù)電路。其中，充電保護(hù)電路U1_U4為單節(jié)電池保護(hù)芯片，在充電過程中，當(dāng)任何一節(jié)鋰 離子電池電壓達(dá)到4. 25V時，相對應(yīng)的芯片充電端口輸出低電平，Q2-Q4中對應(yīng)的三極管導(dǎo) 通，驅(qū)動Q20-Q23中相連接的三極管，使Q20-Q23相對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，使Q12導(dǎo)通，調(diào)節(jié) R87和R87A的阻值，使Q28、Q29 MOS管微導(dǎo)通，充電電流從大電流變?yōu)樾‰娏?，從而?shí)現(xiàn)鋰 離子電池的單節(jié)充電保護(hù)。均衡電路在對應(yīng)充電端口輸出低電平的同時，使均衡MOS管Q31-Q34相對應(yīng)導(dǎo) 通，使鋰離子電池兩端電壓保持恒定，達(dá)到均衡的作用。放電保護(hù)U1_U4為單節(jié)電池保護(hù)芯片，在放電過程中，當(dāng)任何一節(jié)鋰離子電池電 壓達(dá)到2. 5V時，相對應(yīng)的芯片放電端口輸出低電平時，Q8-Q11中對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，驅(qū)動 Q14-Q17中相連接的三極管，使Q14-Q17相對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，使Q27、Q26M0S管的控制極 電壓為零，MOS管被關(guān)斷。實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的單節(jié)放電保護(hù)放電保護(hù)。所述的MCU控制電路包括溫度控制、充電過流保護(hù)、放電電流保護(hù)、MCU的喚醒、低 功耗的設(shè)定。其中，溫度控制鋰離子電池處于大倍率放電和大電流充電狀態(tài)時，電池發(fā)熱。因 此需要對鋰離子電池的充放電溫度進(jìn)行有效控制。
RT2為溫度檢測電阻，當(dāng)溫度升高時，RT2阻值變小，相對應(yīng)R84與RT2分壓點(diǎn)電壓 變小，將此電壓送入MCUll腳，在充電時當(dāng)檢測到鋰離子電池溫度達(dá)到45°時，MCU 6腳輸 出高電平，ICl導(dǎo)通，A2端口與C-導(dǎo)通，使充電MOS管控制極變成零電位，充電MOS管Q28、 Q29關(guān)斷，達(dá)到充電溫度控制的作用，而當(dāng)停止充電后，溫度達(dá)到40°時，MCU 6腳輸出低電 平，ICl關(guān)斷，A2端口與C-截止，充電MOS管Q28、Q29導(dǎo)通，允許鋰離子電池再充電。在放電時當(dāng)檢測到電池溫度達(dá)到75°時，MCU 4腳輸出高電平，IC2導(dǎo)通，Al端口 與B-導(dǎo)通，使放電MOS管控制極變成零電位，放電MOS管Q26、Q27關(guān)斷，達(dá)到放電溫度控制 的作用，而當(dāng)停止放電后，溫度達(dá)到70°時，MCU 4腳輸出低電平，IC2關(guān)斷，Al端口與B-截 止，充電MOS管Q26、Q27導(dǎo)通，允許電池再放電。充電過流保護(hù)R95為充電電流檢測器件， 將其取樣信號送入MCU 10腳B-充電檢測端口，當(dāng)出現(xiàn)過流或短路現(xiàn)象時，MCU 6腳輸出高 電平，ICl導(dǎo)通，A2端口與C-導(dǎo)通，使充電MOS管控制極變成零電位，充電MOS管Q28、Q29 關(guān)斷，達(dá)到充電過流控制的作用。故障排除后自動恢復(fù)。放電電流保護(hù)R49_R52為放電電流檢測器件，將放電MOS管內(nèi)阻與放電檢測器 件作為放電取樣，其取樣信號送入MCU 9腳P-放電檢測端口，其保護(hù)電流的值通過調(diào)整 R79與R81的分壓值確定，具體公式為R79與R81的分壓值=(Q26的內(nèi)阻+Q27的內(nèi)阻 +R49-R52的內(nèi)阻)X保護(hù)電流，當(dāng)出現(xiàn)過流或短路現(xiàn)象時，MCU4腳輸出高電平，IC2導(dǎo)通， Al端口與B-導(dǎo)通，使放電MOS管控制極變成零電位，放電MOS管Q26、Q27關(guān)斷，達(dá)到放電 過流控制的作用。MCU的喚醒為了減少靜態(tài)功耗，MCU設(shè)置了休眠功能，喚醒方式如下從FX 口取 得的喚醒信號經(jīng)AP放大器進(jìn)行放大處理，推動Q37導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)喚醒MCU的功能。在鋰離子 電池充電時，F(xiàn)X端口通過R95可以檢測到充電信號；在鋰離子電池放電時，通過R49-R52， FX端口檢測到放電信號。低功耗的設(shè)定為了減少電池因為保護(hù)板帶來的自放電，應(yīng)盡量減少保護(hù)板的靜 態(tài)功耗，本保護(hù)板MCU設(shè)置了睡眠功能，在沒有充電或放電的條件下，MCU處于休眠功能；同 時為了減少M(fèi)CU各對電源耗電的要求，除MCU工作的5V主電源由電池提供外，其他5V電源 均由MCU自身提供，減小保護(hù)板的功耗。由于采用上述技術(shù)方案即可使該系統(tǒng)大大提高了電動扳手的電源的使用壽命、 延長了工作時間，解決了大電流放電以及電池的安全性問題。


下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。圖1為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為充放電保護(hù)電路原理圖；圖3為MCU控制電路原理圖。圖中，1.散熱板，2.保護(hù)板，3.溫度控制器，4.充電端口，5、鋰離子電池，6.放電端□。
具體實(shí)施例方式參照圖1、圖2和圖3，本發(fā)明包括鋰離子電池5、防止鋰離子電池過充過放的保護(hù)板2、用于防止電池發(fā)熱導(dǎo)致電池爆炸的一種溫度傳感器3、一種特制的平面散熱裝置、充 放電保護(hù)電路和MC控制電路組成。鋰離子電池組為四節(jié)鋰離子電池5串聯(lián)，在鋰離子電池 組上裝有鋰離子電池保護(hù)板2，鋰離子電池保護(hù)板2與四節(jié)鋰離子電池5電連接，鋰離子電 池保護(hù)板2上裝有一種溫度控制器、并連接一種特制的和保護(hù)板2平面相同的平面散熱板 1。在保護(hù)板2的兩端設(shè)有充電端口 4和放電端口 6。在保護(hù)板2上還裝有充放電保護(hù)電路 和MC控制電路，充放電保護(hù)電路和MC控制電路通過保護(hù)板2與鋰離子電池5連接。所述的充放電保護(hù)電路包括充電保護(hù)電路、均衡電路、放電保護(hù)電路。其中，充電保護(hù)原理U1_U4為單節(jié)電池保護(hù)芯片，在充電過程中，當(dāng)任何一節(jié)鋰 離子電池電壓達(dá)到4. 25V時，相對應(yīng)的芯片充電端口輸出低電平(低于4. 25V時，充電端口 輸出對應(yīng)電池電壓)，將充電端口和其檢測的對應(yīng)單體鋰離子電池的正極電壓送入Q2-Q4 進(jìn)行比較，當(dāng)其中任意一個芯片的充電端口輸出低電平時，Q2-Q4中對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，驅(qū) 動Q20-Q23中相連接的三極管，使Q20-Q23相對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，使Q12導(dǎo)通，調(diào)節(jié)R87和 R87A的阻值，使Q28、Q29M0S管微導(dǎo)通，充電電流從大電流變?yōu)樾‰娏?，從而?shí)現(xiàn)鋰離子電 池的單節(jié)充電保護(hù)。均衡電路原理在對應(yīng)芯片充電端口輸出低電平的同時，使均 衡MOS管Q31-Q34相 對應(yīng)導(dǎo)通，使鋰離子電池兩端電壓保持恒定，達(dá)到均衡的作用。放電保護(hù)原理U1_U4為單節(jié)鋰離子電池保護(hù)芯片，在放電過程中，當(dāng)任何一節(jié)鋰 離子電池電壓達(dá)到2. 5V時，相對應(yīng)的芯片放電端口輸出低電平(高于2. 5V時，放電端口輸 出對應(yīng)電池電壓)，將放電端口和其檢測的對應(yīng)單體鋰離子電池的正極電壓送入Q8-Q11進(jìn) 行比較，當(dāng)其中任意一個芯片的放電端口輸出低電平時，Q8-Q11中對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，驅(qū)動 Q14-Q17中相連接的三極管，使Q14-Q17相對應(yīng)的三極管導(dǎo)通，使Q27、Q26M0S管的控制極 電壓為零，MOS管被關(guān)斷。實(shí)現(xiàn)鋰離子電池的單節(jié)放電保護(hù)放電保護(hù)。所述的MCU控制電路包括溫度控制、充電過流保護(hù)、放電電流保護(hù)、MCU的喚醒、低 功耗的設(shè)定。其中，溫度控制鋰離子電池處于大倍率放電和大電流充電狀態(tài)時，鋰離子電池發(fā) 熱。因此需要對電池的充放電溫度進(jìn)行有效控制。RT2為溫度檢測電阻，當(dāng)溫度升高時，RT2阻值變小，相對應(yīng)R84與RT2分壓點(diǎn)電 壓變小，將此電壓送入MCUll腳，在充電時當(dāng)檢測到電池溫度達(dá)到45°時，MCTO腳輸出高 電平，ICl導(dǎo)通，A2端口與C-導(dǎo)通，使充電MOS管控制極變成零電位，充電MOS管Q28、Q29 關(guān)斷，達(dá)到充電溫度控制的作用，而當(dāng)停止充電后，溫度達(dá)到40°時，MCU 6腳輸出低電平， ICl關(guān)斷，A2端口與C-截止，充電MOS管Q28、Q29導(dǎo)通，允許電池再充電。在放電時當(dāng)檢測到鋰離子電池溫度達(dá)到75°時，MCU 4腳輸出高電平，IC2導(dǎo)通， Al端口與B-導(dǎo)通，使放電MOS管控制極變成零電位，放電MOS管Q26、Q27關(guān)斷，達(dá)到放電 溫度控制的作用，而當(dāng)停止放電后，溫度達(dá)到70°時，MCU 4腳輸出低電平，IC2關(guān)斷，Al端 口與B-截止，充電MOS管Q26、Q27導(dǎo)通，允許電池再放電。充電過流保護(hù)R95為充電電流檢測器件，將其取樣信號送入MCU 10腳B-充電檢 測端口，當(dāng)出現(xiàn)過流或短路現(xiàn)象時，MCU 6腳輸出高電平，ICl導(dǎo)通，A2端口與C-導(dǎo)通，使充 電MOS管控制極變成零電位，充電MOS管Q28、Q29關(guān)斷，達(dá)到充電過流控制的作用。故障排 除后自動恢復(fù)。
放電電流保護(hù)R49_R52為放電電流檢測器件，將放電MOS管內(nèi)阻與放電檢測器 件作為放電取樣，其取樣信號送入MCU 9腳P-放電檢測端口，其保護(hù)電流的值通過調(diào)整 R79與R81的分壓值確定，具體公式為R79與R81的分壓值=(Q26的內(nèi)阻+Q27的內(nèi)阻 +R49-R52的內(nèi)阻)X保護(hù)電流，當(dāng)出現(xiàn)過流或短路現(xiàn)象時，MCU 4腳輸出高電平，IC2導(dǎo)通， Al端口與B-導(dǎo)通，使放電MOS管控制極變成零電位，放電MOS管Q26、Q27關(guān)斷，達(dá)到放電 過流控制的作用。MCU的喚醒為了減少靜態(tài)功耗，MCU設(shè)置了休眠功能，喚醒方式如下從FX 口取 得的喚醒信號經(jīng)AP放大器進(jìn)行放大處理，推動Q37導(dǎo)通，實(shí)現(xiàn)喚醒MCU的功能。在電池充 電時，F(xiàn)X端口通過R95可以檢測到充電信號；在電池放電時，通過R49-R52，F(xiàn)X端口檢測到 放電信號。低功耗的設(shè)定為了減少電池因為保護(hù)板帶來的自放電，應(yīng)盡量減少保護(hù)板的靜 態(tài)功耗，MCU還設(shè)置了睡眠功能，在沒有充電或放電的條件下，MCU處于休眠功能；同時為了 減少M(fèi)CU各對電源耗電的要求，除MCU工作的5V主電源由電池提供外，其他5V電源均由 MCU自身提供，減小保護(hù)板的功耗。該系統(tǒng)大大提高了電動扳手的電源的使用壽命、延長了工作時間，解決了大電流 放電以及電池的安全性問題。
權(quán)利要求
一種直流電動扳手專用鋰電池電源系統(tǒng)，包括鋰離子電池、防止鋰離子電池過充過放的保護(hù)板、用于防止鋰離子電池發(fā)熱導(dǎo)致電池爆炸的一種溫度傳感器、一種特制的平面散熱板、充放電保護(hù)電路和MC控制電路組成；其特征是鋰離子電池組為四節(jié)鋰離子電池串聯(lián)，在鋰離子電池組上裝有鋰離子電池保護(hù)板，鋰離子電池保護(hù)板與四節(jié)鋰離子電池電連接，在鋰離子電池保護(hù)板上裝有一種溫度傳感器、并連接一種特制的和保護(hù)板平面相同的平面散熱板；在保護(hù)板的兩端設(shè)有充電端口和放電端口；在保護(hù)板上還裝有充放電保護(hù)電路和MC控制電路，充放電保護(hù)電路和MC控制電路通過保護(hù)板與鋰離子電池連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電動扳手專用鋰電池電源系統(tǒng)，其特征是所述的充放 電保護(hù)電路包括充電保護(hù)電路、均衡電路、放電保護(hù)電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流電動扳手專用鋰電池電源系統(tǒng)，其特征是所述的MCU 控制電路包括溫度控制、充電過流保護(hù)、放電電流保護(hù)、MCU的喚醒、低功耗的設(shè)定。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流電動扳手專用鋰電池電源系統(tǒng)，包括鋰離子電池、防止鋰離子電池過充過放的保護(hù)板、用于防止鋰離子電池發(fā)熱導(dǎo)致電池爆炸的一種溫度傳感器、一種特制的平面散熱板、充放電保護(hù)電路和MC控制電路組成。其特征是鋰離子電池組為四節(jié)鋰離子電池串聯(lián)，在鋰離子電池組上裝有鋰離子電池保護(hù)板，鋰離子電池保護(hù)板上裝有一種溫度傳感器、并連接一種特制的和保護(hù)板平面相同的平面散熱板。在保護(hù)板的兩端設(shè)有充電端口和放電端口。在保護(hù)板上還裝有充放電保護(hù)電路和MC控制電路，充放電保護(hù)電路和MC控制電路通過導(dǎo)線與電池連接。其優(yōu)點(diǎn)是使該系統(tǒng)大大提高了電動扳手的電源的使用壽命、延長了工作時間，解決了大電流放電以及電池的安全性問題。
文檔編號H02H7/18GK101814764SQ20091023167
公開日2010年8月25日 申請日期2009年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2009年12月11日
發(fā)明者劉新良, 吳海梅, 葛崇舉 申請人:葛崇舉