本實用新型屬于電氣工程領域，涉及一種充電式電動工具用混合電源。

背景技術：

當前充電式電動工具都單純使用電池作為能源，如鉛酸蓄電池、鎳氫電池、鋰電池等，電池雖然儲能容量較大，但功率密度低、響應速度慢、充電時間長、低溫性能差、循環(huán)壽命短、耐大電流充放電能力差，進而影響電動工具的動態(tài)響應性、動力特性、低溫特性、耐負荷波動特性等。特別是電動工具在工作時往往處于頻繁地啟動、停止或加載、減載狀態(tài)，會造成大功率高頻波動，電流可達額定電流的3～7倍，對電池組產(chǎn)生很大的沖擊，極大降低電池的使用壽命。相對電池來說，超級電容器功率密度很高、響應速度快、充放電時間短、溫度范圍寬、耐大電流充放電能力強、循環(huán)使用壽命長，可以瞬時吸收或輸出大功率電能，其輸出電流幾乎可以無延遲地達到上百安培。

通過將超級電容器和電池進行優(yōu)勢互補，組成混合電源、并對電池的充放電電壓和充放電電流進行管理，可使得電源兼具有大容量儲能、大功率輸出、長使用壽命、快速響應的能力及良好的低溫特性；同時，通過設置快速充電與常規(guī)充電切換開關，能夠滿足電動工具在緊急需要時短時供電。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術缺陷，提供一種用于充電式電動工具用混合電源。

為達到上述目的，本實用新型采用以下技術方案：

一種充電式電動工具用混合電源，包括超級電容器組、電池組、雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元、切換開關；電池組通過雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元及切換開關與超級電容器組并聯(lián)，超級電容器組輸出端接入電動工具動力總線。

進一步，所述電池組是鉛酸蓄電池組、鋰電池組或鎳氫電池組。

進一步，所述超級電容器組由多個超級電容器單體串并聯(lián)而成。

進一步，所述電池組由多個電池單體串并聯(lián)而成。

進一步，所述雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元為雙向非隔離型DC/DC變換器。

本實用新型的充電式電動工具用混合電源，通過將超級電容器和電池的進行優(yōu)勢互補，并對電池的充放電電壓和充放電電流進行管理，可使得電源兼具有大容量儲能、大功率輸出、長使用壽命、快速響應的能力及良好的低溫特性；同時，具備快速充電與常規(guī)充電切換功能，能夠滿足電動工具在緊急需要時短時供電。

進一步地，所述超級電容器組及電池組是根據(jù)電動工具的用電需求，由多個超級電容器單體和電池單體串并聯(lián)而成，提高其電壓等級和儲能容量以滿足電機的需求。

進一步地，雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元為雙向非隔離型DC/DC變換器，可控制能量的雙向流動，并能夠限制電池的充放電電壓和充放電電流。設置直流轉(zhuǎn)換單元的最高限壓為電池組的額定電壓，最大輸入及輸出限流為電池組額定電流的1.5倍。

進一步地，當電動工具啟動或加載時，由超級電容器組快速提供大功率輸出，電池組則按照最高不超過其額定功率的1.5倍的功率進行放電。在提高電動工具響應速度、低溫啟動特性，增加其電磁力矩的同時，可以降低電機頻繁啟動和加載對電池組的沖擊，延長電池系統(tǒng)使用壽命兩倍以上。

進一步地，超級電容器組在低溫時依然可以保持充足的容量，使電動工具在低溫時可以快速順利啟動和運行。

進一步地，在需要緊急使用時，可以斷開“快速充電/常規(guī)充電轉(zhuǎn)換開關”，僅以超級電容器作為電源，使電源處于快速充電模式，用大電流可在30s內(nèi)將超級電容器組充滿電，以供緊急使用。

附圖說明

圖1為本實用新型結(jié)構(gòu)組成框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本實用新型做進一步詳細描述：

本實用新型的電路結(jié)構(gòu)如圖1所示，包括超級電容器組、電池組、雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元、切換開關，電池組通過雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元及切換開關與超級電容器組并聯(lián)，超級電容器組輸出端接入電動工具動力總線。

所述超級電容器組及電池組是根據(jù)電動工具的用電需求，由多個超級電容器單體和電池單體串并聯(lián)而成，所述雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元為雙向非隔離型DC/DC變換器。

當電動工具在啟動或加載時，其功率需求會快速大幅上升，總線電流可達額定電流的3～7倍。由于超級電容器組直接與動力總線連接，因而可以直接、快速地輸出大功率電能使電動工具立即運轉(zhuǎn)或立即加載，而電池組則由于雙向DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元對放電電流的限制，按照最高不超過其額定功率1.5倍的功率對外放電。由于超級電容器本身具備大功率快速輸出和大電流瞬間放電的能力，因而瞬時大功率輸出并不會影響其容量和壽命；而大功率輸出和大電流放電則會極大損害電池組的容量和使用壽命、甚至引起其過熱爆炸產(chǎn)生危險。因此，本實用新型所述混合電源在提高電動工具動態(tài)響應速度的同時，也降低了頻繁大電流放電對電池組的沖擊，可提高電池的使用壽命兩倍以上。

在低溫環(huán)境下，電池的容量會大幅衰減，特別是溫度低于-20℃時其容量只有額定容量30％，不足以單獨提供電動工具啟動所需的大電流。而超級電容器的溫度范圍很寬，在-40℃依然可以保持80％以上的容量，可在低溫時快速輸出電流、順利啟動電動工具。超級電容器產(chǎn)生的熱量以及電動工具運轉(zhuǎn)后所產(chǎn)生的熱量會逐漸提高電池組的溫度，而電池組在對外放電過程中也會不斷產(chǎn)生熱量，形成正的溫度循環(huán)效應，使電動工具可以持續(xù)運行。因此，本實用新型所述混合電源可以使電動工具在低溫下快速順利啟動和運行。

在充電時，由于超級電容器組直接與充電線路連接，可以大電流快速充滿電量，最多不超過30s。而大電流充電會對電池造成極大損害，因而通過DC/DC直流轉(zhuǎn)換單元則限制電池組的充電電流上限為其額定電流的1.5倍，可以避免大電流充電對電池組的沖擊，提高其使用壽命。

電池一般都存在一定的記憶效應，對其短時充電而未充滿會直接影響其容量。當電動工具電量不足而需要緊急使用時，可以斷開“快速充電/常規(guī)充電轉(zhuǎn)換開關”，僅接入超級電容器組使其處于快速充電模式，僅需30s便可充滿電量供短時使用。避免了快速充電對電池的損害。