CN110350262B - 电池包及充电组合 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电池包，所述电池包可拆卸地连接到所述电动工具或充电器，电池包包括：外壳；电芯组，包括多个电连接的电芯，设置在外壳内；第一电压监测模块，用于监测各个电芯的电压和/或电芯组的总电压；控制模块，与第一电压监测模块电连接，用于控制电芯组的充电过程；第二电压监测模块，用于监测各个电芯的电压以检测电芯是否处于过压状态；保护模块，与第二电压监测模块电连接，用于在第二电压监测模块监测到任一电芯处于过压状态时切断电池包的充电路径。本发明还公开了包括上述电池包的充电组合。本发明的电池包具有双重保护，能够提高充电的安全性。

Description

电池包及充电组合

技术领域

本发明涉及一种电池包及充电组合，具体涉及充电安全性好的电池包以及包括该电池包的充电组合。

背景技术

随着电动工具的动力需求越来越大，电池包作为直流电动工具的能量源，其输出电压的需求也越来越高。

然而，更高的输出电压也意味着电池包中电芯发生故障的可能性也会越来越高。因此，需要采取保护措施来解决电池包可能发生的故障（如过充、电芯不平衡等），以防止电池包内部或外部组件损坏。

发明内容

为解决现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种充电安全性高的电池包以及包括该电池包的充电组合。

为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种电池包，所述电池包可拆卸地连接到所述电动工具或充电器，所述电池包包括：外壳；电芯组，包括多个电连接的电芯，设置在所述外壳内；第一电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压和/或所述电芯组的总电压；控制模块，与所述第一电压监测模块电连接，用于控制所述电芯组的充电过程；第二电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压以检测所述电芯是否处于过压状态；保护模块，与所述第二电压监测模块电连接，用于在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时切断所述电池包与所述充电器之间构成的充电路径。

进一步地，所述电池包还包括：通信端子，至少用于传递所述电池包的信号至所述充电器或所述电动工具；所述保护模块串联在所述第二电压监测模块和所述通信端子之间，所述保护模块在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时经所述通信端子向所述充电器发送信号以在所述充电器中产生用于终止流向所述电池包的充电电流的信号。

进一步地，所述保护模块包括：电子开关，电连接至所述第二电压监测模块； 温度传感器，串联在所述电子开关和所述通信端子之间；所述电子开关在所述第二监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时断开所述温度传感器的导电路径。

进一步地，所述第一电压监测模块在所述各个电芯中的至少一个的监测电压大于等于第一预设电压时判定所述电芯处于过压状态；所述第二电压监测模块在所述各个电芯中的至少一个的监测电压大于等于第二预设电压时判定所述电芯处于过压状态；所述第二预设电压大于所述第一预设电压。

一种充电组合，包括电池包和充电器，其中，所述电池包包括：外壳；电芯组，包括多个电连接的电芯，设置在所述外壳内；第一电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压和/或所述电芯组的总电压；控制模块，与所述第一电压监测模块电连接，用于控制所述电芯组的充电过程；第二电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压以检测所述电芯是否处于过压状态；保护模块，与所述第二电压监测模块电连接，用于在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时切断所述电池包与所述充电器之间构成的充电路径。

进一步地，所述电池包还包括：通信端子，至少用于传递所述电池包的信号至所述充电器或所述电动工具；所述保护模块串联在所述第二电压监测模块和所述通信端子之间，所述保护模块在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时经所述通信端子输出禁止充电信号至充电器以使所述充电器终止流向所述电池包的充电电流。

进一步地，所述保护模块包括：电子开关，电连接至所述第二电压监测模块； 温度传感器，串联在所述电子开关和所述通信端子之间；所述电子开关在所述第二监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时断开所述温度传感器的导电路径。

进一步地，所述充电器包括：充电通信端子，用于与所述电池包的通信端子连接以接收所述禁止充电信号；充电控制模块，与所述充电通信端子电连接；充电开关，与所述充电控制模块电连接；所述充电控制模块依据接收的所述禁止充电信号输出关断所述充电开关的控制信号以使所述充电器终止流向所述电池包的充电电流。

进一步地，所述充电器包括：充电正极端子，用于与所述电池包的正极端子电连接；充电负极电子，用于与所述电池包的负极端子电连接；充电检测端子，用于与所述电池包的检测端子电连接；所述电池包的检测端子电连接至所述电池包的电芯组。

进一步地，所述充电器还包括电压检测模块，所述电压检测模块与所述充电检测端子电连接，用于经所述充电检测端子检测所述电池包的电压。

本发明的有益之处在于提供双重保护，提高电池包充电的安全性。

附图说明

图1是电池包与充电器的立体图；

图2是电池包与电动工具的立体图；

图3是第一个实施例的电池包与充电器的内部电路原理图；

图4是第二个实施例的电池包与充电器的内部电路原理图；

图5是第三个实施例的电池包与充电器的内部电路原理图；

图6是第四种实施例的电池包与充电器的内部电路原理图。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。

参照图1，电池包10可拆卸的安装至电动工具20，可以为电动工具20提供直流电。参照图2，电池包10可拆卸安装至充电器30，充电器可以为电池包10充电。

参照图3，作为一种实施方式，充电器30包括充电正极端子P3+、充电负极端子P3-、电源转换模块304、充电控制模块302、充电开关303。充电器30的充电正极端子P+和充电负极端子P-电连接至电源转换模块304，电源转换模块304用于将外部电源的电能转换成可供电池包10获取的电能。充电开关303电连接在充电正极端子P3+或充电负极端子P3-与电源转换模块304之间，用于根据充电控制模块302的信号，允许或禁止来自电源转换模块304和外部电源的电流。充电控制模块302与充电开关303电连接，用于输出控制信号给充电开关303，以允许或禁止来自电源转换模块304和外部电源的电流，外部电源例如可以是交流电。

电池包10包括外壳101，外壳内设置有多个电芯102，所述的多个电芯102通过串联和/或并联方式电连接组成电芯组103。

电池包10还包括电源端子，所述电源端子包括正极端子B1+和负极端子B1-，正极端子B1+电连接至电芯组103的正极，负极端子B1-电连接至电芯组103的负极。当电池包10连接到充电器30上时，电池包10的正极端子B1+电连接到充电器30的充电正极端子P3+，电池包10的负极端子B1+电连接到充电器30的充电负极端子P3-。这样，外部电源、充电器30、电池包10通过电池包10的正极端子B1+和负极端子B1-以及充电器30的充电正极端子P3+和充电负极端子P3-的电连接而构成充电回路。

电池包10还包括控制模块106，控制模块106用于至少在电池包10充电期间控制所述电芯组103的充电过程。控制模块106可以是具有控制功能的专用芯片，也可以是由电子元器件组成的具有控制功能的控制电路，还可以是一些电子开关，例如场效应管等。

电池包10还包括电源模块107，电源模块107电连接至电芯组103和控制模块106，用于将电芯组103的电能转换成供控制模块106使用的电能。

电池包10还包括通信模块108，通信模块108与电池包10的控制模块106电连接，用于与充电器30的通信模块301建立通信连接，以传输信号。在一些具体的实施例中，通信模块108是一种通信电路，其能够通过有线的方式与充电器30的通信模块301建立通信连接，例如，电池包10设置有与通信模块108电连接的通信端子BD1，充电器30对应设置有用于与通信端子BD1连接的充电通信端子PD3，电池包10通过电池包10的通信端子BD1和充电器30的充电通信端子PD3与充电器30的通信模块301建立通信连接。在其他的实施例中，通信模块108是一种无线通信模块，其能够通过无线的方式与充电器30的通信模块301建立通信连接。

在充电器20给电池包10充电的过程中，电池包10可能会发生故障（如过充电、电芯不平衡等），因此，需要采取保护措施来解决电池包可能发生的故障，以防止电池包内部或外部组件损坏。

为此，电池包10设置有第一电压监测模块104，用于监测各个电芯102的电压和/或所述电芯组103的总电压。第一电压监测模块104电连接与控制模块106电连接。

具体地，当第一电压监测模块104监测到各个电芯102的电压和/或电芯组103的总电压出现异常时（例如，当电池包10出现如过充、电芯不均衡等状况），控制模块106接收到表示各个电芯102的电压和/或电芯组103的总电压异常的信号，通过通信模块108输出禁止充电信号给充电器30，充电器30的充电控制模块302经通信模块301接收到该禁止充电信号后，输出控制信号控制电子开关303关断而终止流向电芯组103的充电电流，从而切断电池包10与充电器30之间构成的充电路径。

然而，可能会出现第一电压监测模块104因故障而无法提供电压监测的情况，为了解决该问题，电池包10设置有第二电压监测模块105，第二电压监测模块105用于监测各个所述电芯102的电压以检测所述电芯102是否处于过压状态，第二电压监测模块105用于在第一电压监测模块104失效的情况下起作用，提供后备的电压监测。这样，通过设置的第一电压监测模块104和第二电压监测模块105，能够提供双重保护，进一步提高电池包10的充电和/或放电的安全性。

在一些具体的实施例中，第二电压监测模块105可以是例如一些电压传感器、电压检测电路等，只要其能够监测单个电芯102的电压即可。第一电压监测模块104与第二电压监测模块105的结构组成可以相同，也可以不同，在此并不做任何限制。

第二电压监测模块105与第一电压监测模块104相互独立，以在第一电压监测模块104失效时，第二电压监测模块105能够提供备用的电压监测，以避免电池包10内部或外部损坏。通过这样的方式，使用相互独立的两个电压监测模块，在其中一个电压监测模块异常后，还可以使用另外一个电压监测模块，以提高充电的安全性。

第一电压监测模块104在各个电芯102中的至少一个的监测电压大于等于第一预设电压时判定所述电芯102处于过压状态；第二电压监测模块105在各个电芯102中的至少一个的监测电压大于等于第二预设电压时判定所述电芯102处于过压状态；所述第二预设电压大于所述第一预设电压。第一预设电压和第二预设电压的值可由用户根据实际情况设置，需保证第二预设电压大于所述第一预设电压。例如，第一预设电压设置为4.2V，第二电压例如设置为4.3V。

第二预设电压大于所述第一预设电压，这样可以保证只有在第一电压监测模块104失效时第二电压监测模块105才会起作用，而不会造成第一电压监测模块104在正常的情况下，由于第二电压监测模块105先于第一电压监测模块起作用而导致第一电压监测模块104无法工作的情况发生。

电池包10还包括保护模块110，其与第二电压监测模块105电连接，在所述第二电压监测模块105监测到任一所述电芯102处于过压状态时，用于切断电池包10与充电器30之间构成的的充电路径。

参照图3，作为第一种实施方式的保护模块110，其串联在第二电压监测模块105和电源模块107之间，保护模块110在第二电压监测模块105监测到任一所述电芯102处于过压状态时切断电芯组103与电源模块107的电连接。

具体地，当保护模块110在第二电压监测模块105监测到任一所述电芯102处于过压状态而切断电芯组103与电源模块107的电连接后，电源模块107因失电而无法为控制模块106提供电能，控制模块106无法正常工作，与控制模块106电连接的通信模块108也就无法正常工作，此时电池包10的通信模块108产生一个禁止充电信号（例如，持续的高电平信号），电池包10通过通信端子BD1向充电器30发送该禁止充电信号，充电器30接收到该禁止充电信号后，产生用于终止流向所述电池包的充电电流的信号，例如，充电器30的充电控制模块302输出控制信号控制控制电子开关303关断而终止流向电芯组103的充电电流，从而切断电池包10与充电器30之间构成的充电路径。

保护模块110具体包括控制单元111和电子开关112。其中，电子开关112与电源模块107电连接；控制单元111与电子开关112电连接，且与第二电压监测模块108电连接，控制单元111被配置为在第二电压监测模块105监测到任一电芯102处于过压状态时，控制电子开关112导通或关断以切断电芯组103与电源模块107的电连接。

其中，电子开关112可以为半导体开关，例如，双极型晶体管、场效应晶体管等。电子开关112具有第一连接端a1和第二连接端b1，以及一个控制端c1。具体地，控制单元111的输入端电连接第二电压监测模块105的输出端，控制单元111的输出端电连接至电子开关112的控制端c1，控制单元111用于根据第二电压监测模块105的信号控制电子开关112的通断状态。

控制单元111可以是MCU、电子开关、光电耦合器（图3）、电平转换电路等，可以是包含MCU的软件和硬件的组合，还可以是MCU中的软件程序，只要其能够根据第二电压监测模块105的信号控制电子开关112通断状态，以在第二电压监测模块105的信号监测到任一电芯102处于过压状态时，能够控制电子开关112导通或关断，以切断电芯组103与电源模块107的电连接，均称之为控制单元111。

作为一种实施方式，控制单元111为光电耦合器为例。当第二电压监测模块105监测到任意一个电芯102达到过电压条件时，第二电压监测模块105发送一个电信号到光电耦合器的输入端，即第二电压监测模块105在光电耦合器的输入端施加电信号使光电耦合器中的发光源（例如，发光二极管）发光，此光照射到光电耦合器110中的与发光源封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生光电流，受光器输出端引出电流。该电流转换成电压后施加到电子开关112的控制端，控制电子开关112的导通或关断，以切断电芯组103和电源模块107的电连接。

作为一种可选方案，在第二电压监测模块105监测到任一电芯102处于过压状态时，保护模块110的控制单元111控制电子开关112关断以切断电芯组103与电源模块107的电连接。电子开关112电连接在电芯组103和电源模块107之间，电子开关112的第一连接端a1电连接至电芯组103的正极，电子开关112的第二连接端b1电连接至电源模块，控制单元111与电子开关112的控制端c1电连接，且与第二电压监测模块108电连接，控制单元111在第二电压监测模块105监测到任一电芯102处于过压状态时，控制电子开关112关断以切断电芯组103与电源模块107的电连接。控制单元111例如是MCU。

图3所示为另一种可选方案，保护模块110包括上述控制单元111和电子开关112，且保护模块110还包括熔断器113，其电连接至电芯组103。在第二电压监测模块105监测到任一电芯102处于过压状态时，保护模块110的控制单元111控制电子开关112导通以切断电芯组103与电源模块107的电连接。控制单元111例如是MCU或光电耦合器。

具体地，熔断器113电连接在电芯组103和电源模块107之间。作为可选地，熔断器113的一端与电芯组103的正极电连接，另一端与电源模块107电连接。

电子开关112、熔断器113和电芯组403串联连接。具体地，电子开关112的第一连接端a1、电子开关112的第二连接端b1、熔断器113和电芯组103串联连接组成串联回路。电子开关112第一连接端a1和熔断器113电连接至电源模块107的同一端，电子开关112的第二连接端b1与电芯组103的负极或接地端电连接。

控制单元111与电子开关112的控制端c1电连接，且与第二电压监测模块105电连接，用于在第二电压监测模块105监测到任一电芯102处于过压状态时，控制电子开关112导通以使熔断器113短路，从而使熔断器113熔断。

可选地，熔断器113的极限分端能力的电流的取值范围为100 mA至200 mA。

图3所示的保护模块110的具体工作过程如下：当第二电压监测模块105监测到任意一个电芯102达到过压条件时，控制单元111识别或接收到过压信号，输出信号给电子开关112以控制电子开关112导通，熔断器113直接与电芯组连接而发生短路，导致熔断器113熔断，从而切断了电芯组103和电源模块107的电连接。这样，电源模块107失电而无法为控制模块106提供电能，控制模块106无法正常工作，与控制模块106电连接的通信模块108也就无法正常工作，通信模块108产生一个禁止充电信号（例如，持续的高电平信号），充电器30接收到该禁止充电信号后，产生用于终止流向所述电池包的充电电流的信号，例如，充电控制模块302通过输出控制信号控制电子开关303关断而禁止流向电芯组103的充电电流，从而切断电池包10与充电器30之间的充电路径。

图4是第二种实施方式的电池包40和充电器50，其中，电池包40包括外壳、正极端子B4+、负极端子B4-、电芯402、由电芯电连接构成的电芯组403、第一电压监测模块404、第二电压监测模块405、控制模块406和保护模块410。充电器50包括充电正极端子P5+、充电负极端子P5-、通信模块501、充电控制模块502、充电开关503、电源转换模块504。

本实施方式的电池包40的上述各个部件与图3所示的实施例的电池包10的对应的部件相同或类似，本实施方式的充电器50的上述各个部件与图3所示的实施例的充电器30的相同或相似，此处不再赘述，其区别在于图4所示的实施例的电池包40的保护模块410与图3所示的实施例的电池包10中的保护模块110不同。

参照图4，作为第二种实施方式的保护模块410，其串联在第二电压监测模块405和电池包40的正极端子B4+或负极电子B4-之间，保护模块410用于在第二电压监测模块105监测到任一所述电芯402处于过压状态时切断电芯组403与正极端子B4+或负极电子B4-的电连接，从而切断电池包40的充电路径。

保护模块410具体包括控制单元411和电子开关412。其中，电子开关412与电池包40的正极端子B4+或负极端子B4-电连接。控制单元111与电子开关112电连接，且与第二电压监测模块406电连接。

控制单元411与电子开关412电连接，且与第二电压监测模块405电连接。控制单元411被配置为在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时，控制电子开关412接通或关断，以切断电芯组403与正极端子B4+或负极端子B4-的电连接，从而切断电池包40与充电器50构成的充电路径。

其中，电子开关412可以为半导体开关，例如，双极型晶体管、场效应晶体管等。电子开关412具有第一连接端a4、第二连接端b4和控制端c4。控制单元411的输入端电连接第二电压监测模块405的输出端，控制单元411的输出端电连接至电子开关412的控制端，控制单元411用于根据第二电压监测模块105的信号控制电子开关412的通断状态。

控制单元411可以是电子开关、光电耦合器（图4）、电平转换电路等电路，可以是包含MCU的软件和硬件的组合，还可以是MCU中的软件程序，只要其能够根据第二电压监测模块405的信号控制电子开关411通断状态，以在第二电压监测模块405的信号监测到任一电芯402处于过压状态时，切断电芯组403与与电池包40的正极端子B4+或负极端子B4-的电连接，均称之为控制单元411。

在一些具体的实施例中，保护模块410的控制单元411为光电耦合器，当第二电压监测模块405监测到任意一个电芯402达到过电压条件时，第二电压监测模块405发送一个电信号到光电耦合器的输入端，即第二电压监测模块405在光电耦合器的输入端施加电信号使光电耦合器中的发光源（例如，发光二极管）发光，此光照射到光电耦合器410中的与发光源封装在一起的受光器上后，因光电效应而产生光电流，受光器输出端引出电流。该电流转换成电压后施加到电子开关412的控制端，控制电子开关412的通断状态，从而切断电芯组403与电池包40的正极端子B4+或负极端子B4-的电连接。

作为一种可选方案，在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时，保护模块410的控制单元411控制电子开关412关断以切断电芯组403与电源模块407的电连接。电子开关412电连接在电芯组403和电源端子之间。具体地，电子开关412的第一连接端a4电连接至电芯组403的正极或负极，电子开关412的第二连接端b4电连接至电池包40的正极端子B4+或负极端子B4-，控制单元411与电子开关412的控制端c4电连接，且与第二电压监测模块408电连接，控制单元411在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时，控制电子开关412关断以切断电芯组403与正极端子B4+的电连接。

图4为另一种可选方案，保护模块410包括上述控制单元411和电子开关412，保护模块410还包括熔断器413，其电连接至电芯组403。在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时，保护模块410的控制单元411控制电子开关412导通以切断电芯组403与电源模块407的电连接。控制单元411例如是MCU或光电耦合器。

作为可选方案，熔断器413为三端保险丝，其具有三个连接端子，分别为第一连接端d、第二连接端e、第三连接端f。在第一连接端d和第三连接端f之间通过的电流达到其分断能力时，三端保险丝熔断，从而第一连接端d和第二连接端e之间断开，能够切断导电路径。

电子开关411与熔断器413和电芯组403串联连接。具体地，电子开关412的第一连接端a4、电子开关412的第二连接端b、熔断器413的第一连接端d、熔断器413的第三连接端f、电芯组403串联连接组成串联回路。控制单元411与电子开关412的控制端c4电连接，且与第二电压监测模块405电连接，用于在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时，控制电子开关412导通以使熔断器413短路，从而使熔断器413熔断。

作为一种具体地实施方式，保护模块410串联在第二电压监测模块405和电池包40的正极端子B4+之间。保护模块410在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时切断电芯组403与电池包40的正极端子B4+的电连接，从而切断电池包40的充电路径。

具体地，熔断器412的第一连接端d电连接在电芯组403的正极，熔断器412的第二连接端e电连接至电池包40的正极端子B4+，熔断器的第三连接端f电连接至电子开关412的第一连接端a4，电子开关412的第二连接端b4电连接至电芯组403的负极或接地端，电子开关412的控制端c4电连接至控制单元411。电子开关412、熔断器413和电芯组403串联连接。

图4所示的保护模块410的具体工作过程如下：当第二电压监测模块405监测到任意一个电芯402达到过压条件时，控制单元411识别或接收到该第二电压监测模块405的过压信号，输出信号给电子开关412以控制电子开关412导通，熔断器413短路，熔断器413熔断，从而切断了电芯组403和电池包40的正极端子B4的电连接，从而切断了电池包40的充电路径。

在其他的具体实施方式中，保护模块410串联在第二电压监测模块405和电池包40的负极端子B4-之间。保护模块410在第二电压监测模块405监测到任一电芯402处于过压状态时切断电芯组403与电池包40的负极端子B4-的电连接，从而切断电池包40的充电路径。熔断器412电连接在电芯组403的负极和电池包40的负极端子B4-之间。电子开关412、熔断器413和电芯组403串联连接。

具体地，熔断器412的第一连接端d电连接在电芯组403的负极，熔断器412的第二连接端e电连接至电池包40的负极端子B4-，熔断器412的第三连接端f电连接至电子开关412的第一连接端a4，电子开关412的第二连接端b4电连接至电芯组403的负极或接地端，电子开关412的控制端c4电连接至控制单元411。电子开关412、熔断器413和电芯组403串联连接。

上述实施方式中，采用三端保险丝，在熔断器412通过较小的短路电流时就能使熔断器412熔断，这样可以避免采用传统的二端保险丝需要通过较大的短路电流才能熔断，而造成电子开关412通过的电流较大，发热较大，造成能耗损失，甚至损坏电子开关412的情况发生。

作为可选地，电池包40还包括电源模块407和控制模块406，电源模块407电连接至电芯组403，用于将电芯组403的电能转换成供控制模块406使用的电能。

作为可选地，电池包40还包括通信模块408，通信模块408与电池包40的控制模块406电连接，用于与充电器50的通信模块501建立通信连接，以传输信号。作为一种具体的实施方式，通信模块408可以是通信电路，其能够通过有线的方式与充电器50的通信模块501建立通信连接，例如，电池包40包括与通信模块408电连接的通信端子BD4，充电器50对应设置有用于与通信端子BD4连接的充电通信端子PD5，电池包40通过电池包40的通信端子BD4和充电器50的充电通信端子PD5与充电器50的通信模块501建立通信连接。在他的实施方式中，通信模块408可以是一种无线通信模块，其能够通过无线的方式与充电器50的通信模块501建立通信连接。

作为可选地，电池包40还包括第二熔断器414。其电连接在电芯组403和电源模块407之间，用于提供额外的保护。

上述实施方式，仅是示例性的说明，并不限制本发明的内容。在他的实施方式中，电池包还可以同时包括上述第一实施方式的保护模块110和第二实施方式的保护模块410，这样，可以为电池包提供三重保护，安全性和可靠性更高。

上述实施方式中，通过设置第二电压监测模块（105、405），在第一电压监测模块（104、404）异常后，还能够提供备用的保护，以提高充电的安全性和充电保护的可靠性。上述实施方式的保护模块（110、410），在第二电压监测模块（105、405）监测到任意一个电芯达到过电压条件时，通过控制电子开关（112、412）导通，从而将熔断器（113、413）与电芯组短接的方式，以切断电池包40的充电路径，使用元器件数量少，电路设计简单，且安全可靠。特别地，控制单元（111、411）采用光电耦合器，隔离性能好、响应速度快、传输效率高、抗共模干扰能力强、能很好地抑制干扰并消除噪音。

图5是第三种实施方式的电池包60和充电器70，其中，电池包60包括正极端子B6+、负极端子B6-、电芯602、由电芯602电连接构成的电芯组603、第一电压监测模块604、第二电压监测模块605、控制模块606、电子开关607和保护模块608。充电器70包括充电正极端子P7+、充电负极端子P7-、电源转换模块701、充电控制模块702、充电开关703。电池包60的上述各个部件与前述实施方式的电池包10和电池包40的对应的部件相同或类似，充电器70的上述各个部件与前述实施的充电器30和充电器50对应的部件相同或类似，此处不再赘述，其主要区别在于图5所示的保护模块608与图3所示的电池包10和图4所示的电池包40的保护模块不同。

参照图5，作为第三种实施方式的保护模块608，其串联在第二电压监测模块605和电池包60的电源端子之间，保护模块608用于在第二电压监测模块605监测到任一所述电芯602处于过压状态时切断电芯组603与电源端子的电连接，从而切断电池包60的充电路径。所述的电池包40的电源端子包括正极端子B4+和负极端子B-。

作为可选地，保护模块608串联在第二电压监测模块605和电池包60的正极端子B6+之间，保护模块608在第二电压监测模块605监测到任一电芯602处于过压状态时切断电芯组603与电池包60的正极端子B6+的电连接，从而切断电池包60的充电路径。

作为可选地，保护模块608串联在所述第二电压监测模块605和电池包60的负极端子B6-之间，保护模块608在第二电压监测模块605监测到任一电芯602处于过压状态时切断电芯组603与电池包60的负极端子B6-的电连接，从而切断电池包60的充电路径。

保护模块608具体包括控制单元609和电子开关610。其中，电子开关610与电池包60的正极端子B6+或电子开关610与电池包60的负极端子B6-电连接。控制单元609与电子开关610电连接，且与第二电压监测模块605电连接。控制单元609被配置为在第二电压监测模块605监测到任一电芯602处于过压状态时，控制电子开关612关断，以切断电芯组603与电池包60的正极端子B6+的电连接或切断电芯组603与电池包60的负极端子B6-的电连接，从而切断电池包60的充电路径。

其中，电子开关610可以为半导体开关，例如，双极型晶体管、场效应晶体管等，电子开关610具有第一连接端a6、第二连接端b6和控制端c6。控制单元610的输入端电连接第二电压监测模块605的输出端，控制单元611的输出端直接或间接电连接至电子开关610的控制端c6，控制单元609用于根据第二电压监测模块605的信号控制电子开关610的通断状态。控制单元608可以是电子开关、光电耦合器、电平转换电路等电路，可以是包含MCU的软件和硬件的组合，还可以是MCU中的软件程序，只要其能够根据第二电压监测模块605的信号控制电子开关610通断状态，以在第二电压监测模块605的信号监测到任一电芯602处于过压状态时，切断电芯组603与电池包60的正极端子B6+或切断电芯组603与电池包60的负极端子B6-的电连接，均称之为控制单元608。在本实施方式中，控制单元609为电子开关，例如场效应管。

图5所示的保护模块608的具体工作过程如下：当第二电压监测模块605监测到任意一个电芯602达到过压条件时，控制单元608识别或接收到第二电压监测模块605的过压信号，输出信号给电子开关609以控制电子开关609关断，从而断开电芯组603和电池包60的正极端子B6+或电芯组603与电池包60的负极端子B6-的电连接，从而切断了电池包60的充电路径。

作为可选地，电池包60还包括温度传感器610，用于检测电池包60内部的温度。作为可选地，温度传感器610可以设置在电芯602的附近，用于检测电芯602的温度。电池包60还包括与温度传感器610电连接的通信端子BD6，其用于与充电器70的充电通信端子PD7电连接，充电通信端子PD7与充电器70的充电控制模块702电连接。充电器70的充电控制模块702能够通过充电通信端子PD7和通信端子BD6识别电池包60中的温度传感器610检测信号以判断电池包60的温度。当判断电池包60的温度过高或过低时，充电控制模块702能够通过控制充电开关703关断而切断流向电池包60的充电电流，以进行过温保护或低温保护。

图5所示的电池包60通过设置第二电压监测模块605，在第一电压监测模块604异常后，还能够提供备用的保护，以提高电池包60充电的安全性和充电保护的可靠性。图5所示的电池包60的保护模块608，在第二电压监测模块605监测到任意一个电芯达到过电压条件时，通过控制电子开关609关断，直接断开电芯组603和电池包60的正极端子B6+或电芯组603与电池包60的负极端子B6-的电连接，从而切断电池包60的充电路径，使用元器件数量少，电路设计简单，且安全可靠。另外，本实施方式中控制模块606可以是电子开关，例如，场效应管，与采用MCU的方案相比，本实施方式的控制模块606成本更低，控制方式更简单。

图6是第四种实施方式的电池包80和充电器90，其中，电池包80包括正极端子B8+、负极端子B8-、电芯802、由电芯802电连接构成的电芯组803、第一电压监测模块804、第二电压监测模块805、控制模块806、电子开关807和保护模块808。充电器90包括充电正极端子P9+、充电负极端子P9-、电源转换模块901、充电控制模块902、充电开关903。电池包80的上述各个部件与前述实施方式的电池包（10、40、60）对应的部件相同或类似，充电器90的上述各个部件与前述实施方式的充电器（30、50、70）对应的部件相同或类似，此处不再赘述，其主要区别在于图6所示的保护模块808与图5所示的电池包60的保护模块608不同。

此外，图6所示的电池包80还包括通信端子BD8，至少用于传递所述电池包80的信号至所述充电器90或所述电动工具20。通信端子BD8用于与充电器90的充电通信端子PD9连接，充电器90的充电通信端子PD9与充电器90的充电控制模块902电连接。电池包80和充电器90能够通过充电器90的充电通信端子PD9和电池包80的通信端子BD8建立通信连接。

参照图6，作为第三种实施方式的保护模块808，其串联在第二电压监测模块805和通信端子BD8之间，保护模块808在第二电压监测模块805监测到任一电芯802处于过压状态时经通信端子BD8输出信号至充电器90以使充电器90禁止流向电池包80的充电电流，从而切断电池包80的充电路径。

在一些具体的实施方式中，保护模块808包括电子开关809和温度传感器810。其中，电子开关809电连接至第二电压监测模块805。具体地，电子开关809包括第一连接端a8、第二连接端b8和控制端c8，其中第一连接端a8与温度传感器810连接，第二连接端b8接地，控制端c8电连接至第二电压监测模块805。电子开关809能够根据第二电压监测模块805的信号改变通断状态。具体地，在第二电压监测模块805监测到任一电芯802处于过压状态时，电子开关809关断。

温度传感器810串联在电子开关809和通信端子BD8之间。温度传感器809用于检测电池包80内部的温度。具体地，温度传感器809可以设置在电芯802的附近，用于检测电芯802的温度。温度传感器809与电池包80的通信端子BD8电连接。

充电器90的充电控制模块902能够通过充电器90的充电通信端子PD9和通信端子BD9接收电池包80中的温度传感器809检测信号以判断电池包80的温度。当判断电池包80的温度过高或过低时，充电控制模块902能够通过控制充电开关903关断以切断流向电池包80的充电电流，以进行过温保护或低温保护。

在本实施方式中，电子开关809在第二监测模块监测805到任一电芯802处于过压状态时断开温度传感器810的导电路径，使温度传感器810不能正常工作，电池包80的通信端子BD8和充电器90的充电通信端子PD9的产生禁止充电信号，充电器90的充电控制模块902接收到到该禁止充电信号后，输出控制信号控制充电开关903关断，以终止流向电池包80的充电电流，从而切断电池包80的充电回路。作为可选方案，温度传感器810可以采用热敏电阻，尤其是一NTC热敏电阻。

在一些具体地实施方式中，充电器90中设置有上拉电阻R和与上拉电阻R电连接的上拉电源Vcc（例如，3.3V），上拉电阻R的另一端电连接至充电器90的充电通信端子PD9。当电池包80安装至充电器90时，电池包80的通信端子BD8与充电器的充电通信端子PD9接触连接。

在第二电压检测模块805未监测任一电芯802过压时，电子开关809保持导通状态，电池包80中的温度传感器810的一端通过电子开关809接地，上拉电源Vcc通过上拉电阻R为温度传感器810供电，由于上拉电阻R的分压作用，在通信端子BD8和充电通信端子PD9上产生一个表征温度传感器810的阻值的电压信号，且该电压信号的电压值小于上拉电源Vcc的电压值，充电器90的充电控制模块902能够根据该电压信号能够判断第二电压检测模块805未监测任一电芯802过压，从而不会控制充电开关903关断来终止流向电池包80的充电电流。

而在第二电压检测模块805监测到有一电芯802处于过压状态时，输出电信号至电子开关809使电子开关809切换到关断状态，从而电池包80中的温度传感器810的导电路径被电子开关809断开，上拉电源Vcc不能通过上拉电阻R为温度传感器810供电，因此，在通信端子BD8和充电通信端子PD9上产生的电压信号的电压值基本等于上拉电源Vcc的电压值，该电压信号即为禁止充电信号，充电器90的充电控制模块902根据该电压信号判断第二电压检测模块805监测到有电芯802处于过压状态，从而输出信号控制充电开关903关断来终止流向电池包80的充电电流。

本实施方式通过设置第二电压监测模块805，在第一电压监测模块804异常后，还能够提供备用的保护，以提高电池包80充电的安全性和充电保护的可靠性。本实施方式的保护模块808，包括温度传感器810，其在正常工作时能够检测电池包80的温度，且在第二电压监测模块605监测到任意一个电芯达到过电压条件时，还能够用于过压保护。也即是说，本实施方式的温度传感器810既能实现过温或低温保护，也能实现过压保护，可以减少元器件数量，节省成本。

为了能够进一步提高充电的安全性，在充电器90中设置有电压检测模块904，电压检测模块904与充电控制模块902电连接，用于检测电池包80的电压。充电控制模块902与电源转换模块901电连接，充电控制模块902能够根据电压检测模块904检测到的电池包90的电压控制电源转换模块901的输出电压，以提高充电电压精度。

由于现有的充电器80和电池包90分别只有一组电源端子，电压检测模块904通常设置成与充电器80的充电正极端子P9+电连接，从而在电池包80连接至充电器80时，能够与电池包90的正极端子B8+电连接，以检测电池包80的电压。由于在电池包90的内部，电池包90的充电正极端子P9+还连接有用于充电的其他电子元器件，这样会影响电压检测模块904检测的准确性，不利于充电安全和充电电压精度。

为了解决该问题，图6所示的电池包80进一步设置有检测端子B81，其与电芯组803的正极电连接。充电器90对应地设置有充电检测端子P91，其与充电器90的电压检测模块904电连接。当电池包90安装至充电器90时，电池包80的检测端子B81与充电器90的充电检测端子P91能够实现电连接，以进行电压检测。这样，电压检测模块904能够直接检测电池包80中的电芯组803的电压，使电压检测更加准确，从而提高充电器90的充电电压精度。

具体地，当电池包80连接到充电器90上时，充电器90的充电检测端子P9+与电池包80的正极端子B8+电连接进行电能传输，充电器90的充电检测端子P91与电池包80的检测端子B81电连接，此时，与充电器90的充电检测端子P91电连接的电压检测模块904能够检测电芯组103的总电压，并将电压信息发送到充电控制模块902，充电控制模块902根据接收到的电芯组103的总电压，控制电压转换模块901的输出电压，以提高充电器90的充电电压精度。

本发明还公开一种充电组合，包括上述实施方式的电池包（10、40、60、80）和充电器（30、50、70、90），此处不再赘述。所述电池包能够可拆卸地安装至所述充电器。

以上显示和描述了本发明的基本原理、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，均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种电池包，所述电池包可拆卸地连接到充电器，所述电池包包括：

外壳；

电芯组，包括多个电连接的电芯，设置在所述外壳内；

第一电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压和/或所述电芯组的总电压；所述第一电压监测模块在各个所述电芯中的至少一个的监测电压大于或等于第一预设电压时判定所述电芯处于过压状态；

控制模块，与所述第一电压监测模块电连接，用于控制所述电芯组的充电过程；在所述第一电压监测模块监测到任一所述电芯的电压和/或所述电芯组出现过压状态时输出控制信号以切断所述电池包与充电器之间构成的充电路径；

第二电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压以检测所述电芯是否处于过压状态；所述第二电压监测模块在各个所述电芯中的至少一个的监测电压大于或等于第二预设电压时判定所述电芯处于过压状态；

保护模块，与所述第二电压监测模块电连接，用于在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时切断所述电池包与所述充电器之间构成的充电路径；

所述第二预设电压大于所述第一预设电压。

2.根据权利要求1所述的电池包，其特征在于，

所述电池包还包括：

通信端子，至少用于传递所述电池包的信号至所述充电器；

所述保护模块串联在所述第二电压监测模块和所述通信端子之间，所述保护模块在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时经所述通信端子向所述充电器发送信号以在所述充电器中产生用于终止流向所述电池包的充电电流的信号。

3.根据权利要求2所述的电池包，其特征在于，

所述保护模块包括：

电子开关，电连接至所述第二电压监测模块；

温度传感器，串联在所述电子开关和所述通信端子之间；

所述电子开关在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时断开所述温度传感器的导电路径。

4.一种充电组合，包括电池包和充电器，其中，

所述电池包包括：

外壳；

电芯组，包括多个电连接的电芯，设置在所述外壳内；

第一电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压和/或所述电芯组的总电压；所述第一电压监测模块在各个所述电芯中的至少一个的监测电压大于或等于第一预设电压时判定所述电芯处于过压状态；

控制模块，与所述第一电压监测模块电连接，用于控制所述电芯组的充电过程；在所述第一电压监测模块监测到任一所述电芯的电压和/或所述电芯组出现过压状态时输出控制信号以切断所述电池包与充电器之间构成的充电路径；

第二电压监测模块，用于监测各个所述电芯的电压以检测所述电芯是否处于过压状态；所述第二电压监测模块在各个所述电芯中的至少一个的监测电压大于或等于第二预设电压时判定所述电芯处于过压状态；

保护模块，与所述第二电压监测模块电连接，用于在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时切断所述电池包与所述充电器之间构成的充电路径；

所述第二预设电压大于所述第一预设电压。

5.根据权利要求4所述的充电组合，其特征在于，

所述电池包还包括：

通信端子，至少用于传递所述电池包的信号至所述充电器；

所述保护模块串联在所述第二电压监测模块和所述通信端子之间，所述保护模块在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时经所述通信端子输出禁止充电信号至充电器以使所述充电器终止流向所述电池包的充电电流。

6.根据权利要求5所述的充电组合，其特征在于，

所述保护模块包括：

电子开关，电连接至所述第二电压监测模块；

温度传感器，串联在所述电子开关和所述通信端子之间；

所述电子开关在所述第二电压监测模块监测到任一所述电芯处于过压状态时断开所述温度传感器的导电路径。

7.根据权利要求5所述的充电组合，其特征在于，

所述充电器包括：

充电通信端子，用于与所述电池包的通信端子连接以接收所述禁止充电信号；

充电控制模块，与所述充电通信端子电连接；

充电开关，与所述充电控制模块电连接；

所述充电控制模块依据接收的所述禁止充电信号输出关断所述充电开关的控制信号以使所述充电器终止流向所述电池包的充电电流。

8.根据权利要求4所述的充电组合，其特征在于，

所述充电器包括：

充电正极端子，用于与所述电池包的正极端子电连接；

充电负极电子，用于与所述电池包的负极端子电连接；

充电检测端子，用于与所述电池包的检测端子电连接；所述电池包的检测端子电连接至所述电池包的电芯组。

9.根据权利要求8所述的充电组合，其特征在于，

所述充电器还包括电压检测模块，所述电压检测模块与所述充电检测端子电连接，用于经所述充电检测端子检测所述电池包的电压。

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