一种用于电动工具的电压变换转接装置及其电压变换方法与流程

本发明涉及电动工具领域，具体涉及一种用于电动工具的电压变换转接装置及其电压变换方法。

背景技术：

对于电池供电的电动工具，由于每个厂家、每个品牌没有统一的充放电保护标准，结构上也各不相同。同时，针对不同的运用场所以及不同的商业策略，同一厂家也存在不同电压的电池包和工具；这样的结果就是，市场充满不同结构、接口不同、电压不同的电池包和充电器。

目前，越来越多的电动工具转向更加便携、更加高效的电池供电；而电池包又是易耗品，导致电动工具后续的电池包更换带来很多的不便：要么使用同一品牌的电池包，价格很贵；要么就是没有后续的电池包可更换。加上同时拥有不同品牌的电动工具，电池包不能相互使用，降低了电池包的使用效率；对于整个社会来说，不同电压的电池包，也造成电池包种类繁多、相互不通用的浪费。

公开号为CN103856048A的专利文献公开了一种用于电动工具的DC/DC转换器，具体公开了所述DC/DC转换器还包括处理模块和输出电压控制模块，所述处理模块与所述输出电压控制模块相连，所述输出电压控制模块与所述DC/DC模块相连，所述处理模块通过所述输出电压控制模块控制所述DC/DC模块的输出电压，这样就能得到所需要的输出电压，从而使得电池包输出的电压与所述电动工具所需的工作电压相适配。

进一步地，该文献中还公开了：该DC/DC转换器还包括工具开关检测模块。该工具开关检测模块与处理模块和电动工具相连，用于判断电动工具是否在工作。从该文献的附图中公开的工具开关检测模块可知，该工具开关检测模块仅能够用于检测直流电动工具是否在工作，而无法检测交流电动工具是否在工作，因此，其适用性受到局限。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于现有技术中用于电动工具的电压转换器无法检测交流电动工具是否在工作导致其使用受限，从而提供一种用于电动工具的电压变换转接装置及其电压变换方法。

本发明实施例提供了一种用于电动工具的电压变换转接装置，包括：第一电压变换模块，输入端与电池包连接口相连接，输出端与电动工具的极片相连接，用于将所述电池包输出的电压转换为所述电动工具工作所需的电压；启动电路，包括第二电压变换模块，输入端与所述电池包连接口相连接，输出端与电动工具的极片相连接，用于向所述电动工具提供启动电压；启停侦测模块，与所述第二电压变换模块的输出端相连接，用于根据所述第二电压变换模块的输出端的电信号判断所述电动工具是否启动，其中，在所述电动工具启动的情况下，所述第一电压变换模块启动并输出所述电动工具工作所需的电压。

进一步地，所述电动工具包括：控制板和电机，所述控制板用于控制所述电机启动，其中，所述第一电压变换模块用于向所述电机提供其工作所需的电压；所述第二电压变换模块用于向所述控制板提供所述启动电压。

进一步地，所述第二电压变换模块的功率小于所述第一电压变换模块的功率。

进一步地，所述启动电路还包括：二极管，串联在所述第二电压变换模块的输出端，用于控制所述第二电压变换模块的单向输出。

进一步地，所述第一电压变换模块为DC/DC模块，所述DC/DC模块同极的输入端与输出端之间通过直通开关直连，在所述电池包的输出电压处于所述电动工具工作所需的电压范围内的情况下，控制所述直通开关闭合。

进一步地，还包括：控制器，与所述第一电压变换模块相连接，用于对所述第一电压变换模块进行控制；电源模块，与所述控制器和所述启停侦测模块分别相连接，用于向所述控制器供电，其中，所述启停侦测模块在所述电动工具启动的情况下控制所述电源模块启动。

进一步地，还包括：信号模拟模块，与所述控制器、所述电源模块和所述控制板分别相连接，用于与所述控制板进行通信以获取所述电动工具工作所需的电压信息。

进一步地，所述控制器还用于检测电池包的电压信息，并在所述电池包的输出电压处于所述电动工具工作所需的电压范围内的情况下，控制所述直通开关闭合。

进一步地，所述控制器包括：电压检测模块，用于检测所述电池包的电压信息；电流检测模块，用于检测所述电池包的电流信息；温度检测模块，用于检测所述电池包的温度信息；以及控制模块，与所述电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块分别相连接。

进一步地，还包括：报警模块，与所述控制器相连接，用于输出报警提示信息。

本发明实施例还提供了一种用于电动工具的电压变换方法，包括：检测电动工具是否启动；在所述电动工具启动的情况下，检测电池包的电压信息；在所述电池包的输出电压处于所述电动工具工作所需的电压范围内的情况下，控制直通开关闭合，不启动第一电压变换模块；在所述电池包的输出电压处于所述电动工具工作所需的电压范围外的情况下，启动所述第一电压变换模块，以控制第一电压变换模块的输出电压处于所述电动工具工作所需的电压范围内。

进一步地，在所述电动工具启动之后，所述方法还包括：判断所述电池包的输出电压是否小于预设保护电压；在所述电池包的输出电压小于预设保护电压的情况下，控制所述直通开关断开，或者停止所述第一电压变换模块。

根据本发明实施例，由于通过采用启动电路和启停侦测模块来检测电动工具是否启动，其中，启动电路包括第二电压变换模块，用于向电动工具提供启动电压，可以适用于交流电动工具或者直流电动工具，使得本实施例的电压变换转接装置的适用性广。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例1中用于电动工具的电压变换转接装置的一个具体示例的示意图；

图2为本发明实施例1中用于电动工具的电压变换转接装置的另一个具体示例的示意图；

图3为本发明实施例1中第一电压变换模块的升压曲线示意图；

图4为本发明实施例1中第一电压变换模块的降压曲线示意图；

图5为本发明实施例2中电压变换方法的一个具体示例的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

本实施例提供一种用于电动工具的电压变换转接装置，该装置可以使得同一款电池包用于不同电压（包括交流或者直流）需求的电动工具。

如图1所示，该电压变换转接装置1包括：第一电压变换模块11、启动电路12和启停侦测模块13。

第一电压变换模块11的输入端与电池包2连接口相连接，输出端与电动工具3的极片相连接，用于将电池包2输出的电压转换为电动工具3工作所需的电压。

第一电压变换模块11可以是DC/DC（直流转直流）模块，也可以是DC/AC（直流转交流）模块，可以是升压模块，也可以是降压模块。

启动电路12包括第二电压变换模块121，输入端与电池包2连接口相连接，输出端与电动工具3的极片相连接，用于向电动工具3提供启动电压。本实施例中，通过增加启动电路12，用于向电动工具3提供启动电压，具体由第二电压变换模块121将电池包2的输出电压转化为电动工具3的启动电压输出，该启动电压可以用于启动电动工具3的控制板。当电动工具3的开关S1闭合时，电池包2启动电路12和电动工具3之间形成回路，产生电流。

启停侦测模块13与第二电压变换模块121的输出端相连接，用于根据第二电压变换模块121的输出端的电信号判断电动工具3是否启动，其中，在电动工具3启动的情况下，第一电压变换模块11启动并输出电动工具3工作所需的电压。其中，电信号可以反映启动电路的输出电压、电流的变化，启停侦测模块13能够是依据该信号线侦测启动电路12的电压、电流变化，从而判断电动工具3的启动。

当电动工具3的开关S1闭合时，第二电压变换模块121输出电压；断开时，第二电压变换模块121停止输出电压。基于该原理，启停侦测模块13通过检测第二电压变换模块121输出端的电信号可以判断电动工具的开关是否闭合，也即是电动工具是否启动。只有在电动工具3启动的情况下，第一电压变换模块11启动并输出电动工具3工作所需的电压。如果未启动，或者停止，则停止第一电压变换模块11的输出，以减少第一电压变换模块11的电能消耗，提高电池包的使用时长。

根据本发明实施例，由于通过采用启动电路和启停侦测模块来检测电动工具是否启动，其中，启动电路包括第二电压变换模块，用于向电动工具提供启动电压，可以适用于交流电动工具或者直流电动工具，使得本实施例的电压变换转接装置的适用性广。

如图2所示，电动工具3包括：控制板PCB和电机M，控制板PCB用于控制电机M启动，作为一种优选实施方式，第一电压变换模块11用于向电机M提供其工作所需的电压；第二电压变换模块121用于向控制板PCB提供启动电压。

当开关S1闭合时，第二电压变换模块向电动工具的控制板提供启动电压，该控制板启动工作，以驱动电机接通电路（控制开关S3接通）。当第一电压变换模块启动后，向电机输出工作所需的电压。优选地，本实施例的第二电压变换模块的功率小于第一电压变换模块的功率。

如图2所示，本实施例的启动电路12还包括：二极管122，串联在第二电压变换模块121的输出端，用于控制第二电压变换模块121的单向输出。

本实施例的启动电路包含至少一个小功率的电压变换模块以及一个二极管；用于为电动工具提供启动电压，且其输出电压符合电动工具所需的范围内；该电压变换模块可以是升压电路，也可以是降压电路；二极管是确保该小功率的电压变换电路的单向输出。

作为一种可选实施方式，第一电压变换模块11为DC/DC模块，电动工具3为直流电动工具，DC/DC模块同极的输入端与输出端之间通过直通开关S2直连。在电池包2的输出电压处于电动工具3工作所需的电压范围内的情况下，也即是电池包2的输出电压可以直接给电动工具3使用，而无需进行电压变换，因此，控制直通开关S2闭合，以将电池包2与电动工具3直接接通，从而减少由第一电压变换块11进行电压变换时消耗的电能，延长电池包2的使用时长。

直通开关S2可以是继电器、MOS管、IGBT、三极管、固态继电器等电子开关，通过控制器14进行通断控制。

当电池包2的输出电压处于电动工具3工作所需的电压范围外的情况下，断开直通开关S2，由第一电压变换模块11进行直流升压或者降压变换，使第一电压变换模块11的输出电压处于电动工具3工作所需的电压范围内。

如图3和4所示，电动工具3工作所需的电压范围为[U0,U1]，其中，Ub为电池包的输出电压，Uout为第一电压变换模块11的输出电压，Up为预设保护电压。当电池包的输出电压Ub小于U0时，则控制第一电压变换模块11对其进行升压，使得第一电压变换模块11的输出电压Uout处于[U0,U1]内，如图3所示；当电池包的输出电压Ub大于U1时，则控制第一电压变换模块11对其进行降压，使得第一电压变换模块11的输出电压Uout处于[U0,U1]内，如图4所示。

如图2所示，本实施例的电压变换转接装置还包括：控制器14，与第一电压变换模块11相连接，用于对第一电压变换模块11进行控制；电源模块15，与控制器14和启停侦测模块13分别相连接，用于向控制器14供电，其中，启停侦测模块13在电动工具3启动的情况下控制电源模块15启动。电源模块15启动后向控制器14提供电源，使其启动工作。也即是在电动工具3启动之前，第一电压变换模块11、电源模块15、控制器14等均处于未启动状态，从而降低能耗，延长电池包2的工作时长。

本实施例中，启停侦测模块13还与控制器14连接，以便于根据启停侦测模块13侦测到的电动工具3的启动情况对第一电压变换模块11进行控制，这里主要是控制第一电压变换模块11的启停。

优选地，如图2所示，本实施例的电压变换转接装置还包括：信号模拟模块16，与控制器14、电源模块15和电动工具3的控制板PCB分别相连接，用于与控制板PCB进行通信以获取电动工具3工作所需的电压信息。

电源模块15向信号模拟模块16供电，信号模拟模块16则可以实现控制器14与控制板PCB之间的数据通信，主要将电动工具3工作所需的电压信息传输给控制器14，以便于控制器14对电压变换转接装置的输出电压进行控制。

优选地，控制器14还用于检测电池包2的电压信息，并在电池包2的输出电压处于电动工具3工作所需的电压范围内的情况下，控制直通开关S2闭合。

图2所示的电压变换转接装置的工作流程具体如下：

闭合开关S1，启动电动工具3，通过与第一电压变换模块11并联的启动电路12以及启停侦测模块13检测到电动工具3的启动，然后启停侦测模块13控制电源模块15的启动；利用电源模块15的启动，给控制器14及信号模拟模块16提供电源并使之开始工作；控制器14工作之后，通过其本身侦测的电池包2的输出电压信息，判断是否需要启动第一电压变换模块11；在电池包2输出电压正常时，且电池包2输出电压Ub在控制器14内预设电压U0～U1范围内(U0<=Ub<=U1)，控制器14则控制与第一电压变换模块11并联的直通电路开关S2闭合，将电池包2的输出与电动工具3直接连通；电动工具3开始工作；在电池包2输出电压正常时，且电池包2的输出电压Ub在控制器14内预设电压U0～U1范围外(Ub>U1或Ub<U0)，控制器14则控制第一电压变换模块11启动,确保电动工具3所得到的电压符合要求(U0<=Uout<=U1)。上述中控制器14内预设电压U0～U1范围也即是控制器14从电动工具3获取到的电动工具3工作所需的电压范围。

另外，当电池包2的输出电压小于控制器14内预设保护电压Up,控制器则控制S2断开且第一电压变换模块11不输出，电动工具无法启动工作。在工作状态中，如果启停侦测模块13监测到电动工具3停机，控制器14则控制S2断开且第一电压变换模块11不输出，电动工具3停机；然后关闭电源模块15，结束工作。

本实施例中，控制器14可以是为控制单元（MCU），能够进行电池包2电压、电流、温度等信息的采集和处理；并能够对电源模块15、第一电压变换模块11以及信号模拟模块16进行控制。具体地，控制器14包括：电压检测模块，用于检测电池包的电压信息；电流检测模块，用于检测电池包的电流信息；温度检测模块，用于检测电池包的温度信息；以及控制模块，与电压检测模块、电流检测模块和温度检测模块分别相连接。

控制模块主要起到控制作用，控制电池包电压检测、电流检测及与电池包的电路连接，用于保护电池包2，也防止电池包2的电压或电流过大对电动工具3造成损坏。

本实施例中，控制器14还可以通过侦测电动工具3的工作电压、工作电流，来判断电动工具3处于空载、中载、重载，并控制第一电压变换模块电压输出，从而达到节能和工作效率的平衡。

本实施例中，所述电池包内还设有温度控制模块，所述温度控制模块与本实施例的电压变换转接装置的控制器相连。

本发明实施例中，控制器启动工作之后，可以通过电池包连接片传来的电池包信息，以及其本身侦测的电池包工作信息，侦测电池包状态是否正常。具体地，电动工具在工作过程中，控制器一直工作，控制器将其侦测的电池包工作状态信息与电池包本身的信息做对比，如果对比的信息在正常范围之内，则电池包处于正常工作状态；如果对比的信息不在正常范围之内，则电池包保护模块会检测到电池包状态不正常。其中，电池包信息包括电池包的类型、电压、温度及电流信息；所述电池包保护模块侦测的电池包工作信息包括电池包在工作过程中的电压、电流及温度信息。

如果控制器检测到电池包状态不正常，控制器根据电池包类型针对性的实时启动保护，并将保护信息通过信号模拟模块转换成电动工具能解析及接收的保护信息，启动电动工具本身的保护功能，电动工具停机，结束工作。电动工具启动本身的保护功能之后，电动工具停机，这样不会对电动工具造成损坏，有效起到保护电动工具的作用。

优选地，本实施例的电压变换转接装置，还包括：报警模块，与控制器相连接，用于输出报警提示信息。该报警模块包括警示灯（如LED灯）和/或蜂鸣器。当电动工具或电池包工作状态处于保护状态，由蜂鸣器蜂鸣报警及警示灯变换颜色或者闪烁报警。

电动工具处于工作状态中，如果启停侦测模块监测到电动工具停机，控制器利用信号模拟模块发出不正常信号模拟，然后控制报警模块发出报警提示，然后断开控制回路，切断电池包与电动工具的电路连接，并关闭电源模块，结束工作。

上述报警模块能够实时提醒使用人员电动工具及电池包的工作状态是否正常。其中，启停侦测模块侦测的是电动工具的启停信息，控制器则主要监测电池包的工作状态，由两者配合侦测电动工具及电池包，可以判定是电池包或者电动工具的问题，可以让使用者通过蜂鸣器蜂鸣报警及LED灯变换颜色或者闪烁报警信息判定是正常停机或者不正常停机。

本实施例的电压变换转接装置在结构设计上主要包括外壳、工具连接片、电池包连接片及转接机构，其中，所述转接机构设置于所述外壳内部，所述工具连接片设置于所述壳体顶部，与电动工具的极片相匹配，所述电池包连接片设置于所述壳体底部，与电池包的极片相匹配，且所述工具连接片的一端经转接机构与所述电池包连接片相连，所述外壳底部与所述电池包卡接，所述电动工具顶部与所述外壳顶部卡接相连。

本实施例中的电压变换转接装置在其结构设计可以是：所述电压变换转接装置底部与电池包的顶部相连，顶部与电动工具的底部相连；所述电压变换转接装置包括外壳、工具连接片、电池包连接片及转接机构,其中，上述中所述的第一电压变换模块、启动电路、启停侦测模块、控制器、电源模块、信号模拟模块等均设置在转接机构中，所述转接机构设置于所述外壳内部，所述工具连接片设置于所述壳体顶部，与电动工具的极片相匹配，所述电池包连接片设置于所述壳体底部，与电池包的极片相匹配，且所述工具连接片的一端经转接机构与所述电池包连接片相连，所述外壳底部与所述电池包卡接，所述电动工具顶部与所述外壳顶部卡接相连。

在本实施例中，电池包底部两侧设有滑槽，对应外壳的底部两侧设有卡片，卡片卡插于滑槽内，实现外壳与电池包的卡接安装，其中，在外壳与电池包卡接安装的过程中，电池包连接片与电池包顶部的极片匹配，实现电连接，将电池包的正负极及电池包检测信号传输于转接机构内，利用转接机构进行处理。外壳顶部设有上滑槽及工具连接片，电动工具底部设有下卡片及极片，下卡片插于上滑槽内，实现外壳与电动工具的连接，同时工具连接片与电动工具底部的极片匹配，实现电连接，将电动工具的正负极及开关机信号传输于转接机构内，利用转接机构进行处理。在本实施例中，外壳用于连接电动工具与电池包，起到连接固定作用，电池包连接片及电动工具连接片起到连接电池包及电动工具电能及信息的作用，转接机构起到信息监测及处理的作用。

在本实施例中，在实际使用时，工具连接片及电池包连接片的位置，根据不同厂家及不同信号的电池包或电动工具进行组装，确保工具连接片能与电动工具的极片电连接，电池包连接片能与电池包的极片电连接，确保电动工具经转接装置与电池包电连接。

基于上面的描述，本发明实施例与现有技术相比具有下列优点：

1、本发明中通过电压变换转接装置的设置，利用转接装置的设置，不同品牌或者型号的电动工具可以用于匹配不同的电池包，减少了资源的浪费，降低了使用者的成本；

2、本发明实施例中利用外壳连接不同接口的电动工具与电池包，利用电池包连接片匹配相应电池包的极片，利用工具连接片匹配电动工具的极片，再利用转接机构起到电气连通及保护作用，实现电动工具匹配不同品牌或型号的电池包，与以往电动工具只能匹配相同品牌或相同型号的电池包相比，同一电动工具与不同品牌或不同型号电池包之间利用转接装置即可连接使用，不仅降低了使用者的成本，同时还减少了资源的浪费，便于使用者管理。

实施例2

本施例提供一种用于电动工具的电压变换方法，该方法可以用于本发明实施例1所述的电压变换转接装置，下面方法描述中所涉及的元器件均与实施例1所述的电压变换转接装置中所提到的元器件相同。如图5所示，该方法包括：

步骤S501，检测电动工具是否启动；

步骤S502，在电动工具启动的情况下，检测电池包的电压信息；

步骤S503，在电池包的输出电压处于电动工具工作所需的电压范围内的情况下，控制直通开关闭合，不启动第一电压变换模块；

步骤S504，在电池包的输出电压处于电动工具工作所需的电压范围外的情况下，启动第一电压变换模块，以控制第一电压变换模块的输出电压处于电动工具工作所需的电压范围内。

具体地，闭合开关S1，启动电动工具3，通过与第一电压变换模块11并联的启动电路12以及启停侦测模块13检测到电动工具3的启动，然后启停侦测模块13控制电源模块15的启动；利用电源模块15的启动，给控制器14及信号模拟模块16提供电源并使之开始工作；控制器14工作之后，通过其本身侦测的电池包2的输出电压信息，判断是否需要启动第一电压变换模块11；在电池包2输出电压正常时，且电池包2输出电压Ub在控制器14内预设电压U0～U1范围内(U0<=Ub<=U1)，控制器14则控制与第一电压变换模块11并联的直通电路开关S2闭合，将电池包2的输出与电动工具3直接连通；电动工具3开始工作；在电池包2输出电压正常时，且电池包2的输出电压Ub在控制器14内预设电压U0～U1范围外(Ub>U1或Ub<U0)，控制器14则控制第一电压变换模块11启动,确保电动工具3所得到的电压符合要求(U0<=Uout<=U1)。上述中控制器14内预设电压U0～U1范围也即是控制器14从电动工具3获取到的电动工具3工作所需的电压范围。

根据本发明实施例，通过检测到的电池包的电压信息来调节输出至电动工具的电压，可以实现一种电池包适应不同类型电动工具，减少电池包种类也降低了使用成本。

优选地，在电动工具启动之后，方法还包括：判断电池包的输出电压是否小于预设保护电压；在电池包的输出电压小于预设保护电压的情况下，控制直通开关断开，或者停止第一电压变换模块。

当电池包2的输出电压小于控制器14内预设保护电压Up,控制器则控制S2断开且第一电压变换模块11不输出，电动工具无法启动工作。在工作状态中，如果启停侦测模块13监测到电动工具3停机，控制器14则控制S2断开且第一电压变换模块11不输出，电动工具3停机；然后关闭电源模块15，结束工作。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。