一种双向充放电的电池组件、电池模块及充放电方法与流程

本发明涉及电动工具电池包，特别是涉及一种双向充放电的电池组件、电池模块及充放电方法。

背景技术：

1、在电动工具中，为了提高工具的便携性能，通常会给电动工具配制可拆卸的电池包，其中在电池包上设置有用于连接电动工具的电极槽，实现和电动工具的电连接。另一方面，为了提高电池包的通用性能，还会在电池包上设置有用于放电或者充电的usb接口，比如授权公告号为cn114447457b以及授权公告号为cn221574087u的专利中所示的内容。但是现有的电池包中，usb接口都是集成于电池包上的，在电池包生产过程中就需要进行设计，对于不同容量的电池包需要单独设计，增加了电池包的生产和设计成本，不具有通用性；而且，现有的电池包中，usb接口通常用于单一的充电或者放电功能，其功能较为单一。因此需要一种具有通用性的双向充放电的电池组件，以及包含电池组件的电池模块，以及电池模块的充放电方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是解决现有技术的不足，提供一种双向充放电的电池组件、电池模块及充放电方法。

2、为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：

3、一种双向充放电的电池组件，包括外壳，外壳上设置有用于连接外部电池包的电源接口；还包括控制电路；所述控制电路设置于外壳内部；外壳上还设置有usb-c接口以及usb-a接口，usb-c接口以及usb-a接口分别与控制电路连接；控制电路包括控制芯片、双向升降压电路以及降压控制电路；控制芯片与电源接口连接，控制芯片还与双向升降压电路连接；双向升降压电路还分别于电源接口以及usb-c接口连接；usb-a接口通过降压控制电路与电源接口连接。

4、进一步的，所述usb-a接口为4脚接口；降压控制电路包括降压芯片u2、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、电容c5、电容c6、电阻r1以及电感l1；其中降压芯片u2采用八引脚的集成芯片ip6520；降压芯片u2的2号引脚与电源接口连接，2号引脚还与相互并联的电容c1和电容c2的一端连接，电容c1和电容c2的另外一端接信号地；降压芯片u2的4号引脚与电容c3的一端连接，电容c3的另一端与电阻r1以及电容c4串联后接信号地，电容c3连接电阻r1的一端还与降压芯片u2的3号引脚连接；降压芯片u2的3号引脚还与电感l1的一端连接，电感l1的另一端分别与电容c5的一端、电容c6的一端以及usb-a接口的1号引脚连接，电容c5和电容c6的另一端接信号地；降压芯片u2的6号引脚与usb-a接口中的3号引脚连接，作为d+输出，降压芯片u2的5号引脚与usb-a接口中的2号引脚连接，作为d-输出。

5、进一步的，所述电源接口还与滤波电路连接，电源接口与滤波电路串联后与控制芯片、双向升降压电路以及降压控制电路分别连接。

6、进一步的，所述控制芯片表示为u6，控制芯片u6采用cm32m53xx系列的mcu；双向升降压电路包括电阻r53、电阻r54、电阻r55、电阻r56、电容c33、电容c34、电容c35、电容c36、电感l3、二极管dtvs1、二极管dtvs2、mos管q12、mos管q13、mos管q14以及mos管q15；其中电阻r53的一端与控制芯片u6的26号引脚连接，电阻r53的另一端串联电阻r54后与控制芯片u6的25号引脚连接；控制芯片u6的25号引脚和26号引脚之间还设置有电容c33；mos管q12的漏极与控制芯片u6的24号引脚连接，控制芯片u6的24号引脚还连接于电阻r53和电阻r54之间；mos管q12的栅极与控制芯片u6的23号引脚连接；mos管q12的源极与mos管q13的漏极连接；mos管q13的栅极与控制芯片u6的20号引脚连接；mos管q13的源极接信号地；mos管q13的源极还与二极管dtvs1的正极连接，二极管dtvs1的负极与控制芯片u6的22号引脚连接；控制芯片u6的21号引脚还与mos管q12的漏极以及电感l3的一端连接，电感l3的另一端与控制芯片u6的18号引脚连接；控制芯片u6的22号引脚与21号引脚之间设置有电容c34；控制芯片u6的17号引脚与18号引脚之间设置有电容c35；控制芯片u6的17号引脚还与二极管dtvs2的负极连接，二极管dtvs2的正极与mos管q14的源极连接，mos管q14的源极还接信号地；mos管q14的栅极与控制芯片u6的19号引脚连接；mos管q14的漏极与mos管q15的源极连接，mos管q14的漏极还与控制芯片u6的18号引脚连接；mos管q15的栅极与控制芯片u6的16号引脚连接；mos管q15的漏极与控制芯片u6的15号引脚连接；控制芯片u6的13号引脚和14号引脚之间设置有电容c36；控制芯片u6的13号引脚还与电阻r56的一端连接，电阻r56的另一端串联电阻r55后与控制芯片u6的14号引脚连接；电阻r56与电阻r55之间还连接有mos管q15的漏极；控制芯片u6的13号引脚还与其10号引脚连接；控制芯片的12号引脚还与其8号引脚连接；控制芯片的8号引脚、40号引脚、41号引脚、39号引脚以及38号引脚作为输出或者输入与usb-c接口分别连接。

7、进一步的，所述usb-c接口为16脚接口，以八个脚为一组，两组引脚分别设置于ucb-c接口的两侧，两组引脚关于csb-c接口的中心旋转对称；usb-c接口的其中一组引脚中的2号引脚与控制芯片u6的8号引脚连接；usb-c接口中的6号引脚与控制芯片u6的39号引脚连接；usb-c接口中的5号引脚与控制芯片u6的40号引脚连接；usb-c接口中的3号引脚与控制芯片u6的38号引脚连接；usb-c接口中的4号引脚与控制芯片u6的41号引脚连接；usb-c接口中的1号引脚接信号地。

8、进一步的，所述控制芯片的12号引脚与其8号引脚之间还设置有用于开关控制的mos管q16；mos管q16的栅极与控制芯片u6的9号引脚连接。

9、进一步的，所述控制芯片的12号引脚还与滤波电路连接。

10、进一步的，所述控制电路还包括用于显示电量和充电状态的发光电路，发光电路分别与控制芯片u6的43号引脚、42号引脚、4号引脚以及5号引脚连接。

11、一种双向充放电的电池模块，包括上述的电池组件，还包括电池包，电池组件的电源接口与电池包上设置的电极区域可拆式连接。

12、一种电池模块的充放电方法，基于上述的电池模块，所述充放电方法包括如下步骤：

13、步骤1：控制芯片控制mos管q12、mos管q13、mos管q14以及mos管q15均关断，检测usb-a接口或者usb-c接口接入的电压值，并判断电池模块处于充电模式还是放电模式；其中接入的电压值超过设定值，则认为是充电模式，进入步骤2；否则，认为是放电模式，进入步骤3；

14、步骤2：电池模块进入充电模式，控制芯片采集电池包的当前电池电压v1；

15、步骤21：控制芯片将当前电池电压v1与设定的充电基准电压v2进行比较；若当前电池电压v1大于等于充电基准电压v2，则进入降压充电状态，进入步骤22；否则，则进入升压充电状态，进入步骤23；

16、步骤22：电池模块进入降压充电状态，控制芯片控制mos管q12保持导通，mos管q13保持关断；控制芯片还控制mos管q15和mos管q14交替导通和关断；直至电池模块的当前电池电压v1达到设定的满电电压，则控制mos管q12、mos管q13、mos管q14以及mos管q15保持关断，结束步骤；

17、步骤23：电池模块进入升压充电状态，控制芯片控制mos管q15保持导通，mos管q14保持关断；控制芯片还控制mos管q12和mos管q13交替导通和关断；直至电池模块的当前电池电压v1大于等于充电基准电压v2，返回步骤21；

18、步骤3：电池进入放电模式，控制芯片采集usb-c接口和usb-a接口的输出电压v3；

19、步骤31：控制芯片将输出电压v3与设定的输出基准电压v4进行比较；若输出电压v3大于等于输出基准电压v4，则进入降压放电状态，进入步骤32；否则，则进入升压放电状态，进入步骤33；

20、步骤32：电池模块进入降压放电状态，控制芯片控制mos管q15保持导通，mos管q14保持关断；控制芯片还控制mos管q12和mos管q13交替导通和关断；直至输出电压v3低于输出基准电压v4，返回步骤31；

21、步骤33：电池模块进入升压放电状态，控制芯片控制mos管q12保持导通，mos管q13保持关断；控制芯片还控制mos管q14和mos管q15交替导通和关断，结束步骤。

22、本发明的有益效果为：

23、通过设置能够与电池包连接的电池组件，配合电池组件上设置的接口以及其壳体内部设置的控制电路，实现通过电池组件对连接的电池包的充放电行为，使电池组件能够与电池包结合使用，并且在不使用时能够分离，实现对不同电池包的适配的可能，提高其泛用性；

24、通过设置控制电路包括四个mos管以及其他元器件，实现对电池包的升降压充电和放电，保证用电安全；

25、通过设置二极管dtvs1、二极管dtvs2，抑制mos管在导通和关断时产生的尖峰电压；

26、通过设置电池模块中电池组件和电池包的连接方式，方便将电池组件和电池包进行连接和分离；

27、通过设置电池模块的充放电方法，实现电池模块的升降压双向充放电控制。