电池包管理装置及电池包的制作方法

1.本公开属于电池技术领域，本公开尤其涉及一种电池包管理装置及电池包。


背景技术：

2.在电动工具例如扫地机器人、吸尘器、无人机等应用中，电池包大多数为3s、5s，少数电池包会在7s、8s串联，以提供系统所需要的足够的电压。
3.但是，不同电池包的串数不一样，相应的，厂商提供的电池充电器也不一样，规格不同，质量不一，这样将导致设备的重复，不利于节约和重复利用。
4.另外，电池包在可拆卸的场景下，使用者可能使用未知的第三方充电器对电池组进行充电，这会引起安全风险。


技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题中的至少一个，本公开提供一种电池包管理装置及电池包。
6.本公开的电池包管理装置及电池包通过以下技术方案实现。
7.根据本公开的一个方面，提供一种电池包管理装置，包括：
8.充电电路模块，所述充电电路模块至少包括第一类型充电电路以及第二类型充电电路，经由所述充电电路模块能够对电池包内的至少一个电池组件进行充电；以及，
9.充电电路控制器，所述充电电路控制器能够控制所述充电电路模块，以使用所述第一类型充电电路或者所述第二类型充电电路对电池包内的至少一个电池组件进行充电。
10.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述充电电路模块还包括第三类型充电电路，所述第三类型充电电路为所述第一类型充电电路与所述第二类型充电电路的组合。
11.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述充电电路控制器控制所述充电电路模块，以使用所述第三类型充电电路对电池包内的至少一个电池组件进行充电。
12.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括处理器，所述处理器与所述充电电路控制器连接，所述充电电路控制器基于来自所述处理器的控制信号控制所述充电电路模块，以使用所述第一类型充电电路或者所述第二类型充电电路对电池包内的至少一个电池组件进行充电。
13.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括处理器，所述处理器与所述充电电路控制器连接，所述充电电路控制器基于来自所述处理器的控制信号控制所述充电电路模块，以使用所述第一类型充电电路、所述第二类型充电电路或者所述第三类型充电电路对电池包内的至少一个电池组件进行充电。
14.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括第一开关，所述第一开关与所述充电电路模块连接，所述充电电路控制器控制所述第一开关的接通或断开，从
而控制所述充电电路模块的接通或断开。
15.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括放电回路控制器以及第二开关，所述放电回路控制器控制所述第二开关的接通或断开，使得电池包内的至少一个电池组件放电或者不放电。
16.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述充电电路控制器基于来自所述处理器的控制信号至少控制所述第一开关的接通或断开。
17.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述放电回路控制器基于来自所述处理器的控制信号至少控制所述第二开关的接通或断开。
18.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括放电电压采集部，所述放电电压采集部采集电池包内的至少一个电池组件的放电电压并传输至所述放电回路控制器，当所述放电电压大于放电电压阈值时，所述放电回路控制器控制所述第二开关以使得所述第二开关断开。
19.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括充电电流采集部，所述充电电流采集部对所述充电电路模块的充电电流进行采集，所述充电电路控制器能够基于所述充电电流的大小对所述第一开关进行控制。
20.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，当所述充电电流大于充电电流阈值时，所述充电电路控制器控制所述第一开关以使得所述第一开关断开。
21.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括充电电压采集部，所述充电电压采集部对所述充电电路模块的充电电压进行采集，所述充电电路控制器能够基于所述充电电压的大小对所述第一开关进行控制。
22.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，当所述充电电压大于充电电压阈值时，所述充电电路控制器控制所述第一开关以使得所述第一开关断开。
23.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括交互模块，所述交互模块能够接收外部操作或者外部信号，所述处理器能够基于所述交互模块接收的所述外部操作或者外部信号生成控制信号。
24.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括输入开关以及模数转换器，所述模数转换器经由所述输入开关采集电池包内的至少一个电池组件中的各个电池的电压和/或温度进行采集，并将采集的各个电池的电压和/或温度传输至所述处理器。
25.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述输入开关为多路复用器。
26.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，还包括电流采样器，所述电流采样器对电池包内的至少一个电池组件的放电电流或者充电电流进行采样，并传输至所述处理器。
27.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述充电电路模块包括三种以上类型的充电电路。
28.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述处理器为单片机或者fpga。
29.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述充电电路模块包括第一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管以及电感器，第
一场效应晶体管、第二场效应晶体管、第三场效应晶体管、第四场效应晶体管通过各自的源极端及漏极端依次串联连接，所述电感器与串联后的所述第二场效应晶体管和第三场效应晶体管并联。
30.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述第一开关由串联连接的两个场效应晶体管组成。
31.根据本公开的至少一个实施方式的电池包管理装置，所述第二开关由串联连接的两个场效应晶体管组成。
32.根据本公开的另一个方面，提供一种电池包，包括：至少一个电池组件；以及上述任一项的电池包管理装置，所述电池包管理装置用于对所述至少一个电池组件进行管理。
附图说明
33.附图示出了本公开的示例性实施方式，并与其说明一起用于解释本公开的原理，其中包括了这些附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图包括在本说明书中并构成本说明书的一部分。
34.图1是本公开的一个实施方式的电池包管理装置及电池包的结构示意图。
35.图2是本公开的一个实施方式的电池包管理装置的充电电路模块的结构示意图。
36.图3是本公开的又一个实施方式的电池包管理装置及电池包的结构示意图。
37.附图标记说明
38.100 电池包管理装置
39.101 处理器
40.102 充电电路控制器
41.103 充电电路模块
42.104 放电回路控制器
43.105 第一开关
44.106 第二开关
45.107 交互模块
46.200 电池组件
47.1021 充电电流采集部
48.1022 充电电压采集部
49.1041 放电电压采集部。
具体实施方式
50.下面结合附图和实施方式对本公开作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于解释相关内容，而非对本公开的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本公开相关的部分。
51.需要说明的是，在不冲突的情况下，本公开中的实施方式及实施方式中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施方式来详细说明本公开的技术方案。
52.除非另有说明，否则示出的示例性实施方式/实施例将被理解为提供可以在实践中实施本公开的技术构思的一些方式的各种细节的示例性特征。因此，除非另有说明，否则
在不脱离本公开的技术构思的情况下，各种实施方式/实施例的特征可以另外地组合、分离、互换和/或重新布置。
53.在附图中使用交叉影线和/或阴影通常用于使相邻部件之间的边界变得清晰。如此，除非说明，否则交叉影线或阴影的存在与否均不传达或表示对部件的具体材料、材料性质、尺寸、比例、示出的部件之间的共性和/或部件的任何其它特性、属性、性质等的任何偏好或者要求。此外，在附图中，为了清楚和/或描述性的目的，可以夸大部件的尺寸和相对尺寸。当可以不同地实施示例性实施例时，可以以不同于所描述的顺序来执行具体的工艺顺序。例如，可以基本同时执行或者以与所描述的顺序相反的顺序执行两个连续描述的工艺。此外，同样的附图标记表示同样的部件。
54.当一个部件被称作“在”另一部件“上”或“之上”、“连接到”或“结合到”另一部件时，该部件可以直接在所述另一部件上、直接连接到或直接结合到所述另一部件，或者可以存在中间部件。然而，当部件被称作“直接在”另一部件“上”、“直接连接到”或“直接结合到”另一部件时，不存在中间部件。为此，术语“连接”可以指物理连接、电气连接等，并且具有或不具有中间部件。
55.为了描述性目的，本公开可使用诸如“在
……
之下”、“在
……
下方”、“在
……
下”、“下”、“在
……
上方”、“上”、“在
……
之上”、“较高的”和“侧(例如，在“侧壁”中)”等的空间相对术语，从而来描述如附图中示出的一个部件与另一(其它)部件的关系。除了附图中描绘的方位之外，空间相对术语还意图包含设备在使用、操作和/或制造中的不同方位。例如，如果附图中的设备被翻转，则被描述为“在”其它部件或特征“下方”或“之下”的部件将随后被定位为“在”所述其它部件或特征“上方”。因此，示例性术语“在
……
下方”可以包含“上方”和“下方”两种方位。此外，设备可被另外定位(例如，旋转90度或者在其它方位处)，如此，相应地解释这里使用的空间相对描述语。
56.这里使用的术语是为了描述具体实施例的目的，而不意图是限制性的。如这里所使用的，除非上下文另外清楚地指出，否则单数形式“一个(种、者)”和“所述(该)”也意图包括复数形式。此外，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”以及它们的变型时，说明存在所陈述的特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组，但不排除存在或附加一个或更多个其它特征、整体、步骤、操作、部件、组件和/或它们的组。还要注意的是，如这里使用的，术语“基本上”、“大约”和其它类似的术语被用作近似术语而不用作程度术语，如此，它们被用来解释本领域普通技术人员将认识到的测量值、计算值和/或提供的值的固有偏差。
57.图1是本公开的一个实施方式的电池包管理装置及电池包的结构示意图。图2是本公开的一个实施方式的电池包管理装置的充电电路模块的结构示意图。图3是本公开的又一个实施方式的电池包管理装置及电池包的结构示意图。
58.下文结合图1至图3对本公开的电池包管理装置及电池包做详细说明。
59.本领域技术人员应当理解，图1、图3中示出的电池包管理装置及电池包的结构中的所有部件并非均是必需的，图1、图3仅是本公开的两个优选的实施方式的电池包管理装置及电池包的结构示意图。
60.根据本公开的一个实施方式的电池包管理装置100，包括：
61.充电电路模块103，充电电路模块103至少包括第一类型充电电路以及第二类型充
电电路，经由充电电路模块103能够对电池组件200进行充电；以及，
62.充电电路控制器102，充电电路控制器102能够控制充电电路模块103，以使用第一类型充电电路或者第二类型充电电路对电池组件200进行充电。
63.其中，电池组件200包括多个串联连接的电池，图1、图3中示例性地示出了5个电池。
64.本领域技术人员应当理解，电池包可以包括一个电池组件200，也可以包括两个以上的电池组件200。两个以上的电池组件200可以串联。
65.本实施方式的电池包管理装置100中，充电电路模块103至少包括两种类型的充电电路，各种类型的充电电路可以是互相独立的电路，也可以是通过对某两种或某多种充电电路进行组合后实现的充电电路。
66.本公开的充电电路模块103可以包括三种以上类型的充电电路。
67.优选地，上述实施方式的电池包管理装置100中，充电电路模块103还包括第三类型充电电路，第三类型充电电路为第一类型充电电路与第二类型充电电路的组合。
68.图2示例性地示出了充电电路模块103的结构示意图。
69.上述实施方式的电池包管理装置100，充电电路控制器102可以基于接收到的控制信号对充电电路模块103进行控制，以使用多种类型的充电电路中的一种类型的充电电路对电池组件200进行充电。
70.根据本公开的一个实施方式的电池包管理装置100，充电电路控制器102控制充电电路模块103，以使用上文描述的第三类型充电电路对电池组件200进行充电。
71.根据本公开的一个优选的实施方式的电池包管理装置100，在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括处理器101，处理器101与充电电路控制器102连接，充电电路控制器102基于来自处理器101的控制信号控制充电电路模块103，以使用第一类型充电电路或者第二类型充电电路对电池组件200进行充电。
72.根据本公开的一个优选的实施方式的电池包管理装置100，在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，包括处理器101，处理器101与充电电路控制器102连接，充电电路控制器102基于来自处理器101的控制信号控制充电电路模块103，以使用第一类型充电电路、第二类型充电电路或者第三类型充电电路对电池组件200进行充电。
73.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括第一开关105，第一开关105与充电电路模块103连接，充电电路控制器102控制第一开关105的接通或断开，从而控制充电电路模块103的接通或断开。
74.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括放电回路控制器104以及第二开关106，放电回路控制器104控制第二开关106的接通或断开，使得电池组件200放电或者不放电。
75.上述各个实施方式中，优选地，电池包管理装置100的充电电路控制器102基于来自处理器101的控制信号至少控制第一开关105的接通或断开。
76.上述各个实施方式中，优选地，放电回路控制器104基于来自处理器101的控制信号至少控制第二开关106的接通或断开。
77.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括放电电压采集部1041，放电电压采集部1041采集电池组件200的放电电压并传输至放电回路控制器104，当
放电电压大于放电电压阈值时，放电回路控制器104控制第二开关106以使得第二开关106断开。
78.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括充电电流采集部1021，充电电流采集部1021对充电电路模块103的充电电流进行采集，充电电路控制器102能够基于充电电流的大小对第一开关105进行控制。
79.优选地，当充电电流大于充电电流阈值时，充电电路控制器102控制第一开关105以使得第一开关105断开。
80.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括充电电压采集部1022，充电电压采集部1022对充电电路模块103的充电电压进行采集，充电电路控制器102能够基于充电电压的大小对第一开关105进行控制。
81.优选地，当充电电压大于充电电压阈值时，充电电路控制器102控制第一开关105以使得第一开关105断开。
82.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括交互模块107，交互模块107能够接收外部操作或者外部信号，处理器101能够基于交互模块107接收的外部操作或者外部信号生成控制信号。
83.其中，交互模块107可以包括触控操作装置、按钮装置等，处理器101基于触控操作装置、按钮装置等接收的外部操作来生成充电电路类型控制、第一开关控制、第二开关控制等控制信号。
84.交互模块107还可以包括信号接收装置，处理器101基于信号接收装置接收的外部信号(例如来自遥控器的信号)来生成充电电路类型控制、第一开关控制、第二开关控制等控制信号。
85.处理器101还可以经由交互模块107将电池状态信号传输给电池包管理装置100之外的装置或设备。
86.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括输入开关以及模数转换器，模数转换器经由输入开关采集电池组件200中的各个电池的电压和/或温度进行采集，并将采集的各个电池的电压和/或温度传输至处理器101。
87.其中，充电电路控制器102可以基于模数转换器采样的电池组件200的各个电池的电压的大小或温度的大小对第一开关105进行控制，例如，当各个电池的电压的大小或温度的大小大于阈值时，处理器101生成相应的控制信号，充电电路控制器102基于该相应的控制信号控制第一开关105断开。
88.优选地，上文描述的输入开关为多路复用器。
89.在上述各个实施方式的电池包管理装置100的基础上，还包括电流采样器，电流采样器对电池组件200的放电电流或者充电电流进行采样，并传输至处理器101。
90.其中，充电电路控制器102可以基于电流采样器采样的电池组件200的充电电流的大小对第一开关105进行控制，例如，当充电电流大于充电电流阈值时，处理器101生成相应的控制信号，充电电路控制器102基于该相应的控制信号控制第一开关105断开。
91.上述各个实施方式的电池包管理装置100的处理器101可以为单片机或者fpga。
92.处理器101用于实现对电池包的控制逻辑，包括状态机的控制逻辑等。
93.如图3所示，对于上述各个实施方式的电池包管理装置100，充电电路模块103包括
第一场效应晶体管q1、第二场效应晶体管q2、第三场效应晶体管q3、第四场效应晶体管q4以及电感器l，第一场效应晶体管q1、第二场效应晶体管q2、第三场效应晶体管q3、第四场效应晶体管q4通过各自的源极端及漏极端依次串联连接，电感器l与串联后的第二场效应晶体管q2和第三场效应晶体管q3并联。
94.如图3所示，对于上述各个实施方式的电池包管理装置100，第一开关105由串联连接的两个场效应晶体管qc1、qc2组成。
95.如图3所示，对于上述各个实施方式的电池包管理装置100，第二开关106由串联连接的两个场效应晶体管qd1、qd2组成。
96.上述各个实施方式中，充电电流采集部1021可以通过采集采样电阻rs的第一端电压实现，采样电阻rs的第二端接地(gnd)。
97.如图3所示，可以通过控制q1接通且q2关断，以及控制q3和q4交替地接通、关断，来实现boost型充电电路。
98.可以通过控制q4接通且q3关断，以及控制q1和q2交替地接通、关断，来实现buck型充电电路。
99.可以通过控制q1、q3与q2、q4交替地接通、关断，来实现boost
‑
buck型充电电路。
100.对于上述各个实施方式的电池包管理装置100，还可以包括用于均衡控制的均衡控制器，用于对电池组件进行保护的保护器。
101.均衡控制器以及保护器可以采用现有技术中的器件，本公开不再赘述。
102.根据本公开的另一个方面，提供一种电池包，包括：至少一个电池组件200；以及上述任一个实施方式的电池包管理装置100，电池包管理装置100用于对至少一个电池组件200进行管理。
103.本公开的电池包管理装置集成了充电电路类型选择功能，在电池包内部的电池管理装置中，集成多种类型的充电电路，例如boost型、buck型、buck
‑
boost型等等，以适用于各种充电适配器的输入，包括typec充电器等充电设备。
104.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例/方式”、“一些实施例/方式”、“示例”、“具体示例”或“一些示例”等的描述意指结合该实施例/方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本公开的至少一个实施例/方式或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例/方式或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例/方式或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例/方式或示例以及不同实施例/方式或示例的特征进行结合和组合。
105.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
106.本领域的技术人员应当理解，上述实施方式仅仅是为了清楚地说明本公开，而并非是对本公开的范围进行限定。对于所属领域的技术人员而言，在上述公开的基础上还可以做出其它变化或变型，并且这些变化或变型仍处于本公开的范围内。