电动工具及其控制方法与流程

1.本发明属于电动工具制造技术领域，具体是关于一种电动工具及其控制方法。


背景技术：

2.随着社会的进步，电动工具越来越广泛地融入人们的生活。为了提供更长的续航能力和更好的使用体验，电动工具中通常会并联多个电池包，然而多个电池包之间由于电压差异的原因，较高电压的电池包可能会向较低电压的电池包倒灌电流，影响电池组件的供电。
3.此外，在一些电动工具中，可能会存在感性负载。对于这类电动工具而言，如何回收感性负载产生的反向电动势也是一个需要考虑的问题。反向电动势是由反抗电流发生改变的趋势而产生电动势，根据电磁定律，当磁场变化时，附近的导体会产生感应电动势，其方向符合法拉第定律和楞次定律，与原先加在线圈两端的电压正好相反，这个电压就是反向电动势。反向电动势一般出现在电磁线圈中，如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等。
4.公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种电动工具，其用于解决在应用时如何防止倒灌电流、且能吸收感性负载反向电动势的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供了一种电动工具，包括：
7.第一电池包，设置在第一单向供电路径上；
8.第二电池包，设置在第二单向供电路径上，所述第二电池包与第一电池包彼此并联；
9.第一回充路径，用于供所述第一电池包吸收与其供电方向相反的反向电动势；
10.第二回充路径，用于供所述第二电池包吸收与其供电方向相反的反向电动势；
11.其中，当所述电动工具在工作状态时，所述第一回充路径和第二回充路径被择一地控制导通，以供所述第一电池包和第二电池包中电压最高者吸收反向电动势。
12.在本发明的一个或多个实施例中，所述第一单向供电路径上设置有第一单向导通器件，所述第二单向供电路径上设置有第二单向导通器件，所述第一回充路径在所述第一单向导通器件处与所述第一单向供电路径并联，所述第二回充路径在所述第二单向导通器件处与所述第二单向供电路径并联。
13.在本发明的一个或多个实施例中，所述第一回充路径上设置有第一可控开关，所述第二回充路径上设置有第二可控开关，所述电动工具还包括用于检测所述第一电池包电压的第一电压检测模块、以及用于检测所述第二电池包电压的第二电压检测模块，所述电动工具基于所述第一电压检测模块和第二电压检测模块的检测结果，控制所述第一可控开
关和第二可控开关的开合。
14.在本发明的一个或多个实施例中，所述第一电压检测模块和第二电压检测模块分别包括分压电路。
15.在本发明的一个或多个实施例中，还包括第一控制器和第二控制器，其中，
16.所述第一控制器用于在所述第一单向导通器件两端电压差小于设定值时，控制所述第一单向导通器件开路；
17.所述第二控制器用于在所述第二单向导通器件两端电压差小于设定值时，控制所述第二单向导通器件开路。
18.在本发明的一个或多个实施例中，所述第一单向导通器件和第二单向导通器件由二极管、或mos管中的寄生二极管配置。
19.在本发明的一个或多个实施例中，还包括第一通断开关和第二通断开关，其中，
20.所述第一通断开关用于在所述第一电池包处于设定工况时，断开所述第一单向供电路径和第一回充路径；
21.所述第二通断开关用于在所述第二电池包处于设定工况时，断开所述第二单向供电路径和第二回充路径。
22.本发明还提供一种电动工具，包括：
23.至少两个并联的电池包，分别设置在对应的单向供电路径上；
24.至少两个回充路径，与所述至少两个并联的电池包分别对应，所述至少两个回充路径用于供对应的电池包吸收与其供电方向相反的反向电动势；
25.其中，当所述电动工具在工作状态时，所述至少两个回充路径被择一地控制导通，以供所述至少两个电池包中电压最高者吸收反向电动势。
26.在本发明的一个或多个实施例中，所述电动工具为手持式电动工具、自行走电动工具或手推割草机。
27.本发明还提供一种如上所述的电动工具的控制方法，所述方法包括在电动工具工作状态时：
28.控制所述第一电池包通过所述第一单向供电路径供电、以及控制所述第二电池包通过所述第二单向供电路径供电；
29.控制所述第一回充路径和第二回充路径择一地导通，以供所述第一电池包和第二电池包中电压最高者吸收反向电动势。
30.与现有技术相比，根据本发明的电动工具，对其中并联的电池包分别设置单向供电路径向目标负载供电，同时，对每个电池包设置供其吸收反向电动势的回充路径；当电动工具工作时，只有电压最高的电池包对应的回充路径会被控制地导通，使得电池包在防止电流倒灌的同时，可以通过回充路径吸收可能产生的反向电动势，提高了电池包的能源利用效率。
附图说明
31.图1是根据发明一实施方式的电动工具的电路原理示意图；
32.图2是根据发明又一实施方式的电动工具的电路原理示意图；
33.图3是根据发明又一实施方式的电动工具的电路原理示意图；
34.图4是根据本发明一实施方式的电动工具的控制方法流程图。
具体实施方式
35.下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。
36.除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。
37.参图1，介绍本发明电动工具100的一具体实施方式。在本实施方式中，该电动工具100包括第一电池包11、第二电池包12、第一单向供电路径21、第二单向供电路径22、第一回充路径31、以及第二回充路径32。
38.在图1示出的实施方式中，第一电池包11、第二电池包12、第一单向供电路径21、第二单向供电路径22、第一回充路径31、以及第二回充路径32整体地可以看做构造成一电池组件。
39.在一些应用场景中，上述的电池组件可以是构造为固定在电动工具100内的不可拆卸式电池组件，又或者以可替换电池组件的形式被结合至电动工具100中。
40.电动工具100中的第一电池包11、第二电池包12为充电电池，并可以选自锂电池、镍氢电池、镍镉电池等常见的充电电池形式。第一电池包11和第二电池包12以并联的形式构造成电池组件，其中，第一电池包11和第二电池包12可以由多个电芯串联组成，并且同一电池组件中的第一电池包11和第二电池包12可以具有相同的额定电压
41.电动工具100中的第一电池包11和第二电池包12具有可以输出电能的正极和负极，并可以通过正负极引线将电能输送至目标负载。
42.在本实施方式电动工具100的应用中，与电池组件配合的目标负载可以是感性负载200，其通常是指带有电感参数的负载，对应到电动工具100中，可以例如是电动机、变压器等。这类感性负载200在接通电源或者断开电源的一瞬间，会产生反向电动势。
43.第一电池包11设置在第一单向供电路径21上，第二电池包12设置在第二单向供电路径22上。这里提及的“单向供电”是指电池包只能通过对应的供电路径向一个固定的电流传输方向的进行电能供应。在附图1中，部分性地示意出了第一单向供电路径21向目标负载供电时其中的电流方向p11、以及第二单向供电路径22向目标负载供电时其中的电流方向p12。
44.在具体的实施方式中，第一单向供电路径21上设置有第一单向导通器件41，第二单向供电路径22上设置有第二单向导通器件42。利用第一单向导通器件41和第二单向导通器件42的单向导通性实现第一单向供电路径21和第二单向供电路径22的单向供电。
45.参图1，一实施例中，第一单向导通器件41和第二单向导通器件42可以采用二极管。以第一电池包11的电压大于第二电池包12的电压为例，此时节点a处的电压会高于第二电池包12的正极输出电压，由于二极管正向导通、反向截止的器件特性，此时作用在第二单向导通器件42上的反向电压并不能使第二单向供电路径22导通，从而实现防止电流倒灌进第二电池包12的功能。
46.二极管的规格可以根据电动工具100的规格和实际应用环境的不同进行合理选
择，以能够防止电流倒灌时被反向击穿为准。
47.参图2，又一实施例电动工具100a中，第一单向供电路径21a和第二单向供电路径22a上的第一单向导通器件41a和第二单向导通器件42a可以采用mos管中的寄生二极管进行配置。这样的实施例中，电动工具100a还可以包括与第一单向导通器件41a配合的第一控制器81a、以及与第二单向导通器件42a配合的第二控制器82a。
48.第一控制器81a可以在第一单向导通器件41a两端电压差小于设定值时，控制第一单向导通器件41a开路；第二控制器82a可以在第二单向导通器件42a两端电压差小于设定值时，控制第二单向导通器件42a开路。
49.具体地，第一控制器81a可以对第一单向导通器件41a两端的电压差进行检测，对应到本实施例中也即第一电池包11a的正极输出电压和节点a处电压的压差。如果此时的压差小于0，则表明第一电池包11a的电压小于第二电池包12a的电压，需要防止第二电池包12a向第一电池包11a的电流倒灌，对应地，第一控制器81a会在此时控制第一单向导通器件41a开路，阻断第二电池包12a通过第一单向供电路径21a向第一电池包11a的电流倒灌。
50.类似地，第二控制器82a也可以对第二单向导通器件42a两端的电压差进行检测，并根据检测结果和设定值的比较，控制第二单向导通器件42a的开路或通路。
51.在本实施例中，所说的供第一控制器81a和第二控制器82a进行比较的设定值可以为0。并且，第一控制器81a和第二控制器82a还可以是不直接检测对应的第一单向导通器件41a、第二单向导通器件42a两端的电压，而直接通过电流的流向判断此时的电压差是否小于0，以同样实现对第一单向导通器件41a和第二单向导通器件42a的控制。
52.在一些情况下，第一控制器81a检测到的第一电池包11a和第二控制器82a检测到的第二电池包12a的电压可能相等，此时第一控制器81a和第二控制器82a也可以分别控制第一单向导通器件41a和第二单向导通器件42a通路。这样，在第一电池包11a通过第一单向供电路径21a进行供电的同时，第二电池包12a也可以通过第二单向供电路径22a进行供电。
53.继续参图1，本实施方式中，第一回充路径31用于供第一电池包11吸收与其供电方向相反的反向电动势，第二回充路径32用于供第二电池包12吸收与其供电方向相反的反向电动势。并且，在电动工具100处于工作状态时，第一回充路径31和第二回充路径32只会被择一地控制导通，从而供第一电池包11和第二电池包12中电压最高者吸收反向电动势。
54.在附图1中，部分性地示意出了第一回充路径31吸收反向电动势时其中的电流方向p21、以及第二回充路径32吸收反向电动势时其中的电流方向p22。以电动工具100工作状态时，第一回充路径31被控制导通为例，此时第一回充路径31对应的第一电池包11具有最高电压；在感应负载200产生反向电动势时，电动工具100中具有自感性负载200向电池组件方向的正电压，此时，由于第一单向供电路径21和第二单向供电路径22只能沿着示出的p11和p12的方向传输电流，并不能用于传输这里方向相反的反向电动势，因此反向电动势只能沿着可以导通的第一回充路径31回充至第一电池包11中(沿p21示出的电流方向)。类似地，如果是第二回充路径32被控制导通，反向电动势则只能沿着可以导通的第二回充路径32回充至第二电池包12中(沿p22示出的电流方向)。
55.第一回充路径31在第一单向导通器件41处与第一单向供电路径21并联，第二回充路径32在第二单向导通器件42处与第二单向供电路径22并联。从电路结构上看，第一回充路径31和第一单向供电路径21可以共用部分的电路(两者未并联的部分)，第二回充路径32
和第二单向供电路径22也可以共用部分的电路(两者未并联的部分)。
56.第一回充路径31上设置有第一可控开关51，第二回充路径32上设置有第二可控开关52。电动工具100还可以包括检测第一电池包11电压的第一电压检测模块61、以及检测第二电池包12电压的第二电压检测模块62。
57.第一电压检测模块61和第二电压检测模块62可以采用各种适合的电路构造。例如电压跟随器、差分放大及钳位电路等。本实施方式中，第一电压检测模块61和第二电压检测模块62示范性地包括分压电路，该分压电路包括两个彼此连接的分压电阻，通过对两个分压电阻之间引出的输出电压u0的检测，可以得到对应的第一电池包11和第二电池包12的电压。
58.第一可控开关51和第二可控开关52可以采用任何合适的具有开关作用的器件或部件，例如mos管、继电器等。
59.电动工具100基于第一电压检测模块61和第二电压检测模块62的检测结果，控制第一可控开关51和第二可控开关52的开合。具体地，如果第一电压检测模块61检测出的第一电池包11的电压大于第二电压检测模块62检测出的第二电池包12的电压，则可以控制第一可控开关51闭合且第二可控开关52打开以导通第一回充路径31；相反地，如果第一电压检测模块61检测出的第一电池包11的电压小于第二电压检测模块62检测出的第二电池包12的电压，则可以控制第二可控开关52闭合且第一可控开关51打开以导通第二回充路径32。
60.在本发明的实施方式中，电动工具100在工作状态时，各回充路径中始终只有一个会被控制地导通，且该导通的回充路径对应的回充对象为电压最高的电池包。这样，其它电压更低的电池包的电流也不会通过此时导通的回充路径进行倒灌。
61.在第一电池包11的电压和第二电池包12的电压相等时，电动工具100可以择一地控制第一回充路径31或第二回充路径32导通，以使感性负载200的反向电动势始终通过一条回充路径被对应的电池包吸收。
62.电动工具100中还可以包括第一通断开关71和第二通断开关72，第一通断开关71用于在第一电池包11处于设定工况时，断开第一单向供电路径21和第一回充路径31；第二通断开关72用于在第二电池包12处于设定工况时，断开第二单向供电路径22和第二回充路径32。
63.这里的设定工况可以例如是电池包的温度过高或过低、电压过高或过低、放电电流过大或过小等。同样可以理解的是，为了实现对设定工况的检测，电动工具100中或者电动工具100可配合地与相应的功能检测电路、传感器等结合。
64.示范性地，上述实施方式中的第一电压检测模块61和第二电压检测模块62的检测结果，可以被用于这里判断第一电池包11和第二电池包12是否处于电压过高或过低的设定工况；又或者，第一电池包11和第二电池包12分配可以配置温度传感器，以实现对电池包温度过高或过低的设定工况检测。
65.在以上的实施方式和各实施例中，电动工具100可以是通过控制器实现对第一电池包11和第二电池包12电压的比较、第一回充路径31和第二回充路径32导通和断开的控制，且示出了通过第一控制器、第二控制器控制第一单向导通器件41、第二单向导通器件42开路的原理。这些提及的的控制器都可以是包括微控制器(micro controller unit,mcu)
的集成电路，本领域技术人员所熟知的是，微控制器可以包括中央处理单元(central processing unit,cpu)、只读存储模块(read-only memory,rom)、随机存储模块(random access memory,ram)、定时模块、数字模拟转换模块(a/d converter)、以及若干输入/输出端口。当然，控制器也可以采用其它形式的集成电路，如特定用途集成电路(application specific integrated circuits,asic)或现场可编程门阵列(field-programmable gate array,fpga)等。
66.在以上的实施方式和各实施例中，是以电动工具包括两个电池包为例对本发明的技术方案进行描述。可以看出的是，在更多的实施方式中，电动工具中还可以包括更多个的电池包，并分别配置相应的单向供电路径和回充路径，以实现更多电池包并联的方案。在具体的配置中，可以根据续航能力的需求等设计电动工具100中并联的电池包的数量。
67.参图3，总体上而言，本发明电动工具100n的各实施方式中，电池包11、
…
、1n的数量设置为至少两个，并分别设置在对应的单向供电路径21、
…
、2n上；回充路径31、
…
、3n的数量也设置为至少两个，且与电池包11、
…
、1n一一对应。当电动工具100n在工作状态时，这些回充路径31、
…
、3n被择一地控制导通，以供全部电池包11、
…
、1n中电压最高者吸收反向电动势。
68.在这样的实施方式中，关于各单向供电路径21、
…
、2n，各回充路径31、
…
、3n，各单向导通器件41、
…
、4n，各可控开关51、
…
、5n，各电压检测模块61、
…
、6n，各通断开关71、
…
、7n等的实施细节都可以部分或者全部地引用上一实施方式中的内容，在此不再赘述。
69.上述的各实施方式和实施例中，提及的电动工具可以是手持式电动工具，例如手持式割草机、手持式吸尘器、手持式冲击锤、手持式洗地机等；还可以是自行走电动工具，例如智能割草机、扫地机器人、洗地机器人等；又或者是手推式割草机。
70.参图4，本发明还提供上述实施方式中电动工具的控制方法的一具体实施方式。
71.以电动工具包括两个电池包：第一电池包和第二电池包为例。在本实施方式中，该方法包括在电动工具工作状态时：
72.s11、控制第一电池包通过第一单向供电路径供电、以及控制第二电池包通过第二单向供电路径供电。
73.具体地，在第一电池包和第二电池包电压不同时，第一电池包和第二电池包中电压较高者通过对应的单向供电路径供电，在第一电池包和第二电池包电压相等时，第一电池包和第二电池包也可以同时通过对应的单向供电路径供电。
74.s12、控制第一回充路径和第二回充路径择一地导通，以供第一电池包和第二电池包中电压最高者吸收反向电动势。
75.具体地，可以通过对第一电池包和第二电池包的电压进行检测，从而确定其中的电压最高者。如果是第一电池包的电压最高，则控制第一回充路径导通，第一电池包可以通过该第一回充路径吸收反向电动势；如果是第二电池包的电压最高，则控制第二回充路径导通，第二电池包可以通过该第二回充路径吸收反向电动势。
76.在更多的实施例中，如果电动工具中包括更多数量的电池包，在控制这些电池包通过对应的单向供电路径供电的同时，同样可以控制其中电压最高的电池包对应的回充路径导通，从而吸收反向电动势。
77.前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述
并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本发明的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。