充电器和充电系统的制作方法

1.本实用新型涉及一种充电器和充电系统。


背景技术：

2.诸如电钻、电圆锯、砂光机、割草机等的电动工具通常使用电池包作为能量源，这样，这些电动工具在使用过程中比较环保，不会污染环境。电池包能够存储一定的电量，当电池包电量不足时，电池包需要使用充电器进行充电。但是，现有的充电器的体积较大、重量也比较大，且适配性比较差。这样，当用户需要出门工作时，不能随意的找到适配电池包的充电器，则需要一并将充电器带着。而现有的充电器的重量较重，使得用户在携带过程中比较费力。而且充电器的体积较大，用户需要准备一个较大的工具包才能容纳电动工具、电池包和充电器。


技术实现要素：

3.为解决现有技术的不足，本实用新型的目的在于提供一种体积小且重量轻的充电器和充电系统。
4.为了实现上述目标，本实用新型采用如下的技术方案：
5.一种充电器，包括：充电输入接口，用于接入第一交流电；第一整流滤波电路，用于将第一交流电转换成第一直流电；转换电路，用于调制第一直流电以输出第二交流电；第二整流滤波电路，用于将第二交流电转换成第二直流电；充电输出接口，用于输出第二直流电；控制电路，用于控制转换电路；第二整流滤波电路包括：整流电路，包括整流二极管；滤波电路，包括用于储能的电解电容组件；其中，电解电容组件的总容量与充电器的输出功率的比值大于等于2.8uf/w且小于等于4.0uf/w。
6.在一些实施例中，电解电容组件的总体积与充电器的输出功率的比值大于等于5mm3/w且小于等于20mm3/w。
7.在一些实施例中，转换电路包括：变压器；开关电路，连接至第一整流滤波电路和变压器；开关电路包括一个开关元件，开关元件包括与控制电路电连接的控制端，控制电路控制开关元件以大于等于150khz且小于等于1000khz的开关频率导通。
8.在一些实施例中，变压器的励磁电感大于等于140uh且小于等于200uh。
9.在一些实施例中，充电器的输出电压大于等于10v且小于等于100v。
10.一种充电系统，包括电池包和用于给电池包充电的充电器，电池包包括用于存储电能的电芯组件，电芯组件包括电芯单元，电芯单元的数量大于等于3；充电器包括：充电输入接口，用于接入第一交流电；第一整流滤波电路，用于将第一交流电转换成第一直流电；转换电路，用于调制第一直流电以输出第二交流电；第二整流滤波电路，用于将第二交流电转换成第二直流电；充电输出接口，用于输出第二直流电；控制电路，用于控制转换电路；第二整流滤波电路包括：整流电路，包括整流二极管；滤波电路，包括用于储能的电解电容组件；其中，电解电容组件的总容量与充电器的输出功率的比值大于等于2.8uf/w且小于等于
4.0uf/w。
11.在一些实施例中，电解电容组件的总体积与充电器的输出功率的比值大于等于5mm3/w且小于等于20mm3/w。
12.在一些实施例中，转换电路包括：变压器；开关电路，连接至第一整流滤波电路和变压器；开关电路包括一个开关元件，开关元件包括与控制电路电连接的控制端，控制电路控制开关元件以大于等于150khz且小于等于1000khz的开关频率导通。
13.在一些实施例中，变压器的励磁电感大于等于140uh且小于等于200uh。
14.在一些实施例中，充电器的输出电压大于等于10v且小于等于100v。
15.本实用新型的有益之处在于：充电系统中充电器的体积较小，充电器也比较轻，方便用户携带，降低了成本。
附图说明
16.图1是第一实施例的电动工具系统的立体图；
17.图2是图1中的电动工具系统中的充电系统的爆炸图；
18.图3是图2中的充电系统的另一立体图；
19.图4是图3中的电池包在去掉部分电池包壳体时的立体图；
20.图5是图2中的充电系统的电路图；
21.图6是图2中的充电器的主体在充电器壳体的一部分被剖开时的立体图；
22.图7是图2中的充电器的主体在充电器壳体的另一部分被剖开时的立体图；
23.图8是图1中的充电系统还包括第二电池包时的立体图；
24.图9是图1中的充电器的电路图；
25.图10是第二实施例的充电系统的立体图；
26.图11是图10中的充电系统的爆炸图；
27.图12是图10中的充电系统的另一爆炸图；
28.图13是第三实施例的充电系统的立体图；
29.图14是图13所示的充电系统的爆炸图；
30.图15是图13所示的充电系统的另一爆炸图；
31.图16是图13所示的充电系统的电路图；
32.图17是第四实施例的充电系统的立体图；
33.图18是图17所示的充电系统的爆炸图；
34.图19是图17所示的充电系统的另一爆炸图；
35.图20是第五实施例的充电系统的立体图。
具体实施方式
36.如图1所示的第一实施例的电动工具系统100包括：充电系统10a和电动工具10b。电动工具10b可以是扭力输出类工具，例如电钻、螺丝批、电锤、电动扳手、搅拌机等。电动工具10b还可以是锯类工具，例如电圆锯、往复锯、曲线锯、带锯、台型切割机、斜切锯等。电动工具10b还可以是磨砂类工具，例如角磨、砂光机、砂带机等。电动工具10b还可以是园林工具，例如割草机、打草机、修枝机、链锯、吹风机等。当然，电动工具10b还可以是灯、扫雪机
等。事实上，只要采用本实用新型下面的实质性的内容的电动工具系统100均属于本实用新型所保护的技术方案。
37.如图1至图3所示，充电系统10a包括充电器10和电池包20，电池包20用于给电动工具10b供电。在本实施中，电池包20相对电动工具10b独立设置。电池包20与电动工具10b构成可拆卸连接。当需要使用电动工具10b工作时，用户可以将电池包20插装至电动工具10b以给电动工具10b供电。当不使用电动工具10b或者电池包20电量不足时，用户可以将电池包20从电动工具10b上拆卸下来。
38.电动工具10b形成有工具接口10c，电池包20形成有电池包接口21，电池包接口21能与工具接口10c适配。当电池包20安装至电动工具10b时，电池包接口21与工具接口10c构成机械连接以保证电池包20不脱离电动工具10b。电池包20还与工具接口10c构成电连接以使得电池包20与电动工具10b构成电连接。
39.如图3和图4所示，电池包20包括电池包壳体22和电芯组件23。电池包壳体22围绕形成有第一容纳腔221，电芯组件23设置在电池包壳体22内。电池包壳体22上形成上述的电池包接口21，电池包接口21设置有多个电池包极片，电池包极片与电芯组件23构成电连接。电芯组件23包括多个电芯单元231a，电芯单元231a的数量大于等于3，电池包20的标称电压大于等于10v且小于等于100v。当然可以理解的，电芯单元231a的数量不限制于3。在本实施例中，电芯单元231a的数量为10，5个电芯单元231a构成一个电芯单元组231，电芯组件23包括两个电芯单元组231，每个电芯单元组231内的电芯单元231a构成串联，两个电芯单元组231之间构成并联。每个电芯单元组231包括5个电芯单元231a。在本实施例中，电池包20的标称电压为20v。
40.在一些实施例中，电池包的标称电压可以大于等于10v且小于等于20v，例如，电池包的标称电压可以为12v，18v，20v等。在其它一些实施例中，电池包的标称电压可以大于等于20v且小于等于100v，例如，电池包的标称电压可以为24v，40v，56v，80v等。在一些实施例中，一个电芯单元组中所包含的电芯单元的数目可以大于等于3且小于等于5，例如一个电芯单元组中所包含的电芯单元的数目可以为3个，4个或者5个。在一些实施例中，一个电芯单元组中所包含的电芯单元的数目可以大于等于6且小于等于25，例如，一个电芯单元组中所包含的电芯单元的数目可以为6个，10个，14个，20个等。
41.在一些实施例中，电池包可以仅包括一个电芯单元组，这样，电池包的体积会比较小。在一些实施例中，电池包还可以包括三个电芯单元组或者四个电芯单元组，这样可以提高电池包的容量，延长电池包的续航时间。在本事实例中，电池包的容量大于等于1.5ah且小于等于20ah。
42.电芯单元231a为圆柱形电芯，进一步地，电芯单元231a为圆柱形的锂电芯。在本实施例中，电芯单元231a为18650锂电芯，每个电芯单元231a的重量大于等于35g且小于等于55g，每个电芯单元231a的容量大于等于1200mah 且小于等于3600mah。
43.在其它一些实施例中，电芯单元也可以为21700锂电芯，每个电芯单元的重量大于等于60g且小于等于75g，每个电芯单元的容量大于等于3000mah 且小于等于5000mah。
44.电池包20采用18650锂电芯或者21700锂电芯，使得电池包20的容量比较高，从而更适合给电动工具10b进行供电。
45.充电器10用于给电池包20充电，当电池包20电量不足时，充电器10可以连接电网
以给电池包20充电。
46.如图2至图7所示，充电器10包括：主体11和连接线12，主体11包括：充电器壳体111、充电输入接口112、电路板组件113，连接线12包括第一端121和第二端122，第一端121与主体11连接，第二端122形成充电输出接口122a，充电输出接口122a用于与电池包20连接。充电器壳体111围绕形成有用于容纳电路板组件113的第二容纳腔111a，电路板组件113设置在第二容纳腔111a内。电路板组件113与充电输入接口112以及充电输出接口122a电连接。充电输入接口112安装至充电器壳体111上。在本实施例中，充电输入接口112包括正极极片和负极极片，正极极片和负极极片均固定安装至充电器壳体111。连接线12与充电器壳体111连接。连接线12可以与充电器壳体111构成可拆卸连接，充电器壳体111上形成有连接孔111b，第一端121能插入至连接孔111b。
47.充电器10还包括：充电控制电路13，充电控制电路13用于控制充电器10输出一个与电池包20匹配的电压以给电池包20进行充电，从而使得充电输出接口122a的输出电压与电池包20的标称电压相同。充电控制电路13设置在充电器壳体111内，充电控制电路13布置在电路板组件113上。在其它实施例中，充电控制电路也可以设置在电池包内。
48.在本实施中，连接线12的第二端122与电池包20构成可拆卸连接，电池包20包括用于与充电输出接口122a连接的电池包输入接口24。在本实施例中，电池包输入接口24与电池包接口21为不同的接口，电池包输入接口24用于与充电器10连接，电池包接口21用于与电动工具10b连接以给电动工具10b供电。当然，可以理解的，在其它实施中，电池包接口和电池包输入接口也可以是同一个接口。充电输出接口122a与电池包输入接口24连接时，充电器10能够获取电池包20的标称电压，从而充电控制电路13能够对充电器10内部的电路进行控制以使得充电输出接口122a输出具有与电池包20的标称电压相同的电压值的直流电。
49.连接线12的第一端121也形成充电输出接口121a，该充电输出接口121a与第二端122的充电输出接口122a的结构相同。这样，用户也可以使得连接线12的第一端121与电池包20连接并且第二端122与主体11连接。从而，用户可以不用分辨连接线12的哪一端与电池包20连接，从而提高的操作的便捷性。
50.在本实施中，充电系统10a包括电池包20，电池包20可以定义为第一电池包。如图8所示，充电系统10a包括电池包20，还包括第二电池包30。第二电池包30形成有第二电池包输入接口34。当充电输出接口122a与电池包20的电池包输入接口24连接时，这时充电器10识别到电池包20的标称电压，充电控制电路13根据识别到的标称电压控制充电器10的充电输出接口122a输出具有与电池包20的标称电压相同的第一电压值的直流电。而当充电输出接口122a与第二电池包30的第二电池包输入接口34连接时，这时充电器10识别到第二电池包30的第二标称电压，充电控制电路13根据识别到的第二标称电压控制充电器10的充电输出接口122a输出具有与第二标称电压相同的第二电压值的直流电。标称电压大于第一标称电压，第一电压值与第二电压值不同，第一电压值大于第二电压值。这样，充电器10能够输出具有第一电压值的直流电，也可以输出具有第二电压值的直流电，从而可以提高充电器10的适配能力。通过一个充电器10能够给具有不同标称电压的电池包20进行充电，降低了用户的使用成本和使用的方便性。
51.如图5和图9所示，充电器10还包括设置在充电输入接口112和充电控制电路13之间的充电电路14。充电电路14用于将交流电转换成直流电，电路板组件113承载至少部分充
电电路14。充电控制电路13用于对充电电路14进行控制，以使得充电器10输出与电池包20的标称电压相同的直流电。充电电路14包括：emi滤波电路141、第一整流滤波电路142、转换电路15、第二整流滤波电路143、采样电路144、补偿反馈电路145和控制电路146。emi滤波电路141、第一整流滤波电路142、转换电路15、第二整流滤波电路143、采样电路144、补偿反馈电路145和控制电路146所构成的整体的至少部分设置在电路板组件113上。
52.在本实施例中，充电器10的充电输入接口112用于与电网连接以将电网中的第一交流电接入到充电器10中。
53.emi滤波电路141用于防止电网中其他频率的交流信号对充电器10和电池包20造成干扰。emi滤波电路141与充电输入接口112电连接，emi滤波电路141设置在充电输入接口112和第一整流滤波电路143之间。emi滤波电路141使电网中预设频率的第一交流电输入到充电器10中，同时也能减少对外界的电磁干扰。
54.第一整流滤波电路142设置在emi滤波电路141和转换电路15之间，第一整流滤波电路142用于将第一交流电转换成第一直流电。第一整流滤波电路142具体包括第一整流电路和第一滤波电路。第一整流电路用于将第一交流电转换成脉动的直流电。在本实施例中，第一整流电路可以为全桥整流电路。第一滤波电路用于将脉动的直流电转换成平滑的直流电。
55.转换电路15用于将第一直流电进行调制以输出第二交流电。转换电路15具体包括：开关电路151、变压器152和驱动电路153。开关电路151连接在第一整流滤波电路142和变压器152之间。开关电路151用于对第一整流滤波电路142输出的第一直流电进行调制并输出至变压器152，变压器152对调制后的直流电进行电压的变化以输出第二交流电。驱动电路153用于驱动开关电路151导通或者断开。
56.开关电路151包括一个开关元件151a，开关元件151a为一个功率开关。开关元件151a包括与驱动电路153连接的控制端151b，驱动电路153能够驱动开关元件151a是否导通。在本实施中，开关元件151a和驱动电路153集成为一个芯片16，芯片16安装至电路板组件113上。
57.在本实施例中，开关元件151a能以大于等于150khz且小于等于1000khz的开关频率开关。这样，开关元件151a能以大于等于150khz且小于等于1000khz的开关频率进行导通和断开。开关元件151a的开关频率设置的比较大，这样使得充电器10内的其它的电容、电感等电子元件的体积、重量被大大减小，从而有利于减小充电器10的体积和重量。进一步而言，开关元件151a能以大于等于150khz且小于等于500khz的开关频率开关。
58.开关元件151a的开关频率被设置在一个合理的范围内，充电器10在具有较大的输出功率的情况下还能使得充电器10的体积比较小。具体而言，在本实施例中，充电器10的输出功率与充电器壳体111的体积的比值大于等于0.3w/cm3且小于等于1.2w/cm3。或者，在一些实施例中，充电器10的体积比电池包20的体积还要小，充电器10的输出功率与充电器壳体111的体积的比值大于等于0.4w/cm3且小于等于0.8w/cm3。其中，充电器10的输出功率指的是充电器10的额定输出功率。充电器壳体111的体积可以为充电器壳体111的长度、宽度以及高度的乘积。
59.表一
60.型号开关频率（khz）输出功率（w）体积（cm3）输出功率/体积（w/cm3）
dc18re小于1504230730.014样品1大于15065960.68样品2大于15040900.44
61.如表一所示的现有的dc18re充电器的输出功率与充电器壳体的体积的比值大为0.014 w /cm3，充电器的体积较大。而本实用新型的充电器的对应的样品1的输出功率与充电器壳体的体积的比值为0.68 w /cm3，样品2的输出功率与充电器壳体的体积的比值为0.44 w /cm3。这样，充电器10的体积远远小于现有的充电器，提高了充电器的体积利用率。
62.开关元件151a的开关频率被设置在一个合理的范围内，充电器10在具有较大的输出功率的情况下还能使得充电器10的重量比较小。具体而言，在本实施例中，充电器10的输出功率与充电器10的重量的比值大于等于0.2w/g且小于等于1w/g。或者，在一些实施例中，充电器10的重量比电池包20的重量还要小，充电器10的输出功率与充电器10的重量的比值大于等于0.3w/g且小于等于0.8w/g。或者，在一些实施例中，充电器10的输出功率与充电器10的重量的比值大于等于0.4w/g且小于等于0.8w/g。在本实施例中，充电器10的重量与一个电芯单元231a的重量的比值大于等于1.5且小于等于3.4，充电器壳体111的体积与一个电芯单元231a的体积的比值大于等于4且小于等于8。在一些实施例中，充电器10的重量与一个电芯单元231a的重量的比值大于1.5等于且小于等于3，充电器壳体111的体积与一个电芯单元231a的体积的比值大于等于6且小于等于7.5。
63.表二
64.型号开关频率（khz）输出功率（w）重量（g）输出功率/重量（w/g）wa3854小于150222700.08devon5340小于150756700.11样品3大于150651000.65样品4大于15040980.42
65.如表二所示的现有的wa3854充电器的输出功率与充电器的重量的比值为0.08w /g，充电器的重量较大。devon5340充电器的输出功率与充电器的重量的比值为0.11 w /g，充电器的重量较大。而本实用新型的充电器的对应的样品3的输出功率与重量的比值为0.65 w /g，样品4的输出功率与重量的比值为0.42 w /g。这样，充电器10的重量远远小于现有的充电器。
66.在本实施例中，充电器10的充电输出接口122a能输出大于等于5v且小于等于21v的输出电压。这样，对于标称电压大于等于5v且小于等于21v的电池包20而言，这些电池包20包括两个电芯单元组231，充电器10的重量与电池包20的重量的比值大于等于0.1且小于等于0.7，充电器壳体111的体积与电池包20的体积的比值大于等于0.1且小于等于0.5。进一步而言，充电器10的重量与电池包20的重量的比值大于等于0.1且小于等于0.4，充电器壳体111的体积与电池包20的体积的比值大于等于0.1且小于等于0.3。
67.变压器152设置在开关电路151和第二整流滤波电路143之间。变压器152的励磁电感大于等于140uh且小于等于200uh。开关元件151a的开关频率设置的较高，变压器152的励磁电感可以被设置的较小，从而可以减小变压器152的体积。
68.第二整流滤波电路143连接在变压器152和充电输出接口122a之间，用于对变压器152输出的第二交流电进行整流和滤波，从而将第二交流电转换成第二直流电。充电输出接
口122a将第二直流电输出至电池包20。第二整流滤波电路143包括第二整流电路143a和第二滤波电路143b。第二整流电路143a用于将第二交流电转换成脉动的直流电，第二滤波电路143b用于将脉动的直流电转换成平滑的直流电。在本实施例中，第二整流电路143a为半波整流电路，第二整流电路143a包括二极管。第二滤波电路143b包括用于储能的电解电容组件143c，电解电容组件143c的总容量与充电器10的输出功率的比值大于等于2.8uf/w且小于等于4.0uf/w，电解电容组件143c的总体积与充电器10的输出功率的比值大于等于5mm3/w且小于等于20mm3/w。这样，在充电器10的输出功率比较大的情况下，依然能够减小电解电容组件143c的总容量和总体积，从而缩小了充电器10的体积，也减小了充电器10的重量。进一步的，电解电容组件143c的总容量与充电器10的输出功率的比值大于等于3uf/w且小于等于3.5uf/w，电解电容组件143c的总体积与充电器10的输出功率的比值大于等于5mm3/w且小于等于10mm3/w。
69.在本实施例中，电解电容组件143c设置在电路板组件113上，电解电容组件143c包括两个并联的电解电容，这样可以有效的利用充电器壳体111内部的空间，使得结构更紧凑。
70.采样电路144可以为电压采样电路，也可以为电流采样电路。采样电路144与第二整流滤波电路143和充电输出接口122a之间的电路连接。电压采样电路能采集第二整流滤波电路143输出的第二直流电的电压，电流采样电路能采集第二整流滤波电路143输出的第二直流电的电流。
71.采样电路144还与补偿反馈电路145电连接。补偿反馈电路145用于将采样电路144采集的电流或者电压与电池包20的标称电压进行比较并生成误差信号，补偿反馈电路145再将误差信号放大补偿后生成反馈信号，并将反馈信号反馈给控制电路146。
72.控制电路146用于控制转换电路15。控制电路146与开关元件151a的控制端151b连接以控制开关元件151a导通。控制电路146控制开关元件151a的开关频率，以使开关元件151a以大于等于150khz且小于等于1000khz的开关频率进行开关。在本实施例中，控制电路146通过驱动电路153与开关元件151a的控制端151b电连接。控制电路146将控制信号发送给驱动电路153，驱动电路153对控制信号进行放大以驱动开关元件151a导通。
73.通过采样电路144、补偿反馈电路145以及控制电路146对转换电路15进行闭环的控制，最终使得充电输出接口122a的输出电压与电池包20的标称电压相同。
74.在本实施例中，开关元件151a的开关频率较大，并通过软开关技术降低开关元件151a的发热功率。充电器10在工作过程中不会产生很多的热量，从而充电器壳体111内可以不设置散热风扇，可以进一步的减小充电器10的体积和重量。充电器壳体111还可以做成封闭的结构，不需要在充电器壳体111上设置用于散热的风口，从而提高了充电器10的防水性能。
75.如图10至图12所示的充电系统40a包括电池包41和充电器42。现有电池包41上通常仅仅设置有电池包接口411，为了在不改变电池包41结构的情况下也能给电池包41供电，充电系统40a还包括用于连接充电器42和电池包41的适配器43。适配器43包括用于与电池包41电连接的适配器输出接口431，适配器输出接口431可以与电池包接口411匹配。也即是说，电池包接口411不仅能够与电动工具连接还能够与适配器43连接。这样，充电器42的适用范围可以更广泛。适配器43还包括适配器输入接口432，适配器输入接口432用于与连接
线421的充电输出接口421a电连接。连接线421的第二端421b还可以与适配器输入接口432构成可拆卸连接，从而方便用户的使用。充电器42的重量与适配器43的重量的比值大于等于0.8且小于等于1.5，这样，充电器42的重量和适配器43的重量均被减小。
76.同样的，连接线421的第一端421c也形成充电输出接口421d，充电输出接口421d可以与适配器43连接且第二端421b与主体422连接。从而，用户可以不用管连接线421的哪一端与适配器43连接，从而提高的操作的便捷性。
77.这样，充电控制电路可以设置在适配器43内，充电控制电路使适配器输出接口431输出的充电电压与电池包41的标称电压相同。
78.如图13至图16所示的第三实施例的充电系统50a中的连接线511与充电器51的主体512固定连接，用户不能将连接线511从主体512上拆卸下来。连接线511的第一端511a与充电器51的主体512固定连接，连接线511的第二端511b形成充电输出接口511c，充电输出接口511c与适配器52构成可拆卸连接。用于将交流电转换成直流电的充电电路513设置在充电输入接口512a和充电输出接口511c之间。充电器51所包含的充电电路513与图5中的充电电路14相同。充电输出接口511c与适配器输入接口521连接，充电控制电路522可以设置在适配器52内，充电控制电路522连接在适配器输入接口521和适配器输出接口523之间。适配器输出接口523与电池包输入接口531适配，从而给电芯组件532进行充电。
79.如图17至图19所示的第四实施例的充电系统60a包括充电器61和电池包62。充电器61的充电输出接口611与电池包62的电池包接口621匹配，这样则不需要在在充电器61和电池包62之间再设置连接线。在电池包62的电量不足时，电池包接口621与充电输出接口611连接，这时充电器61能给电池包62充电。而当需要使用电动工具工作时，电池包接口621与工具接口连接，这时电池包62能给电动工具供电。本实施例中的充电器61所包含的充电电路也与图5中的充电电路14相同。
80.如图20所示的第五实施例的充电系统70a包括充电器71，第一电池包72和第二电池包。充电器71的充电器壳体711上形成有第一充电输出接口711a和第二充电输出接口711b，第一电池包72包括与第一充电输出接口711a适配的第一电池包接口721，第二电池包73包括与第二充电输出接口711b适配的第二电池包接口731。本实施例中的充电器71所包含的充电电路也与图5中的充电电路14相同。
81.以上显示和描述了本实用新型的基本原理、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实用新型，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本实用新型的保护范围内。