一種智能平衡車鋰電池組管理系統的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種智能平衡車鋰電池組管理系統，包括依次連接的第一級電池保護單元、第二級電池保護單元、第三級電池保護單元、第四級電池保護單元、充電單元、放電單元。鋰電池組包含二十節依次串聯的鋰電池。充電單元、放電單元相互串聯，并且接在鋰電池組所在線路上。該系統通過多級電池保護單元實現對智能平衡車鋰電池組的管理和保護，降低了鋰電池組因單節鋰電池過多，而導致充放電不均或異常情況的發生，提高了鋰電池組的使用壽命。
【專利說明】
-種智能平衡車裡電池組管理系統
技術領域
[0001] 本發明設及裡電池管理技術領域，尤其設及一種智能平衡車裡電池組管理系統。
【背景技術】
[0002] 智能平衡車又叫體感車、思維車、攝位車。其運作原理主要是建立在一種被稱為 "動態穩定"（DynamiC Stabi 1 i zation)的基本原理上，利用車體內部的巧螺儀和加速度傳 感器，來檢測車體姿態的變化，并利用伺服控制系統，精確地驅動電機進行相應的調整，W 保持系統的平衡。是現代人用來作為代步工具、休閑娛樂的一種新型的綠色環保的產物。
[0003] 裡電池組是驅動智能平衡車行駛的必不可少的能量來源。裡電池組的續航能力是 評價智能平衡車性能的重要指標，現有的智能平衡車需要安裝很多節裡電池才能滿足能量 消耗的需求。過多的裡電池在充電或放電時，電壓或電流存在很大的偏差，運樣對電池組的 性能和壽命造成很大影響；智能平衡車的工作電流和開機瞬間的工作電流很大，很容易對 裡電池造成損害。因此，智能平衡車裡電池組亟需一種完善的保護措施。
【發明內容】
[0004] 針對現有技術的不足，本發明提出了一種智能平衡車裡電池組管理系統，旨在解 決【背景技術】提到的智能平衡車中裡電池組存在的隱患，即可很好的保護智能平衡車的裡電 池組，又保證了智能平衡車的續航能力。
[0005] 為了實現上述目的，本發明技術方案如下： 一種智能平衡車裡電池組管理系統，包括依次連接的第一級電池保護單元、第二級電 池保護單元、第Ξ級電池保護單元、第四級電池保護單元、充電單元、放電單元。裡電池組包 含二十節依次串聯的裡電池。充電單元、放電單元相互串聯，并且接在裡電池組所在線路 上。第一級電池保護單元包含保護忍片U1、第二級電池保護單元包含保護忍片U2、第Ξ級電 池保護單元包含保護忍片U3、第四級電池保護單元包含包含保護忍片U4;保護忍片U1、U2、 U3、U4型號相同，用于對裡電池進行保護;每個保護忍片分別帶有五個電池電壓采樣引腳， 每個電池電壓采樣引腳各通過一個采樣電阻與一個裡電池的正極相連接;每個電池電壓采 樣引腳之間接一個濾波電容，對采集到的信號進行濾波。保護忍片U2的過充電保護信號輸 出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別經過一分壓電阻與保護忍片U1的充電 端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連接;保護忍片U3的過充電保護信號輸出引 腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別經過一分壓電阻與保護忍片U2的充電端控 制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連接;保護忍片U4的過充電保護信號輸出引腳 (Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別經過一分壓電阻與保護忍片U3的充電端控制 引腳(CTLC )、放電端控制引腳(CCTLD)相連接。過充電保護信號輸出引腳(Cout)與充電單元 的控制端相連接;過放電保護信號輸出引腳(Dout)與放電單元的控制端相連接。
[0006] 進一步地，從裡電池組的負極端開始，每隔一節裡電池，采用一個斷線檢測電阻與 當前的裡電池相并聯;在蓄電池組發生斷線斷路的狀態下，斷線檢測電阻將斷線處的電位 上拉或下拉至一致，使保護忍片檢測到該節裡電池的信號為過充或者過放狀態，從而關斷 充、放電開關，起到保護電忍的作用。
[0007] 進一步地，充電開關包含N溝道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9、電阻R60、R61、R62、R63、R64、電 容C44、C47dN溝道M0S管Q6的柵極與電阻R61的第一端相互連接，N溝道M0S管Q7的柵極與電 阻R62的第一端相互連接，N溝道M0S管Q8的柵極與電阻R63的第一端相互連接，N溝道M0S管 Q9的柵極與電阻R64的第一端相互連接；電阻361、1?62、1?63、1?64的第二端分別相互連接，且 連接所形成的充電開關第一結點通過電阻R60與保護忍片U1的過充電保護信號輸出引腳 (Cout)相連接;N溝道M0S管96、97、98、99的源極相互連接所形成的充電開關第二結點為所 述保護電路的負極端口（P-);N溝道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9的漏極相互連接形成充電開關第Ξ 結點。電容C44與電容C47相互串聯后接在充電開關第二結點與充電開關第Ξ結點之間。
[000引進一步地，放電開關包含N溝道M0S管Q2、Q3、Q4、Q5、電阻R20、R52、R55、R56、R57、電 容C42、C43dN溝道M0S管Q2的柵極與電阻R52的第一端相互連接，N溝道M0S管Q3的柵極與電 阻R55的第一端相互連接，N溝道M0S管Q4的柵極與電阻R56的第一端相互連接，N溝道M0S管 Q5的柵極與電阻R57的第一端相互連接；電阻352、1?55、1?56、1?57的第二端分別相互連接，且 連接所形成的第一放電開關結點通過電阻R20與保護忍片U1的過放電保護信號輸出引腳 (Dout)相連接;N溝道M0S管92、93、94、95的源極相互連接所形成放電開關第二結點經過電 阻RN接地;N溝道M0S管92、93、94、95的漏極相互連接形成放電開關第^結點，且放電開關第 Ξ結點與充電開關第Ξ結點相互連接。電容C42與電容C43相互串聯后接在放電開關第二結 點與放電開關第Ξ結點之間。
[0009] 進一步地，保護忍片111、肥、1]3、1]4的供電引腳(￥00)與接蓄電池負極引腳(￥550)之 間各接一個穩壓管;每個穩壓管分別用于防止保護忍片111、肥、1]3、1]4工作電壓過大。
[0010] 本發明的有益效果： (1)該系統通過多級電池保護單元實現對智能平衡車裡電池組的管理和保護，降低了 裡電池組因單節裡電池過多，而導致充放電不均或異常情況的發生，提高了裡電池組的使 用壽命。
[0011] (2)在隔串的電壓采樣引腳處加一個斷線檢測電阻，在裡電池發生斷線時，斷線檢 測電阻將斷線處的電位上拉或下拉拉至一致，使保護忍片檢測到該節裡電池的信號為過充 或者過放狀態，從而關斷充、放電開關，起到保護電忍的作用。
[0012] (3)充電開關、放電開關分別采用多個M0S管相并聯方式進行通電，提高充電開關、 放電開關的電流負載能力，使得M0S管不易發熱，提高了使用壽命。
【附圖說明】
[0013] 圖1為本發明的方框結構示意圖。
[0014] 圖2為圖1中第一級電池保護單元的電路原理圖。
[0015] 圖3為圖1中第二級電池保護單元的電路原理圖。
[0016] 圖4為圖1中第Ξ級電池保護單元的電路原理圖。
[0017] 圖5為圖1中第四級電池保護單元的電路原理圖。
【具體實施方式】
[0018] 下面結合附圖和實施例，進一步闡述本發明。
[0019] 如圖1所示，為本發明的方框結構示意圖。一種智能平衡車裡電池組管理系統，包 括依次連接的第一級電池保護單元、第二級電池保護單元、第Ξ級電池保護單元、第四級電 池保護單元、充電單元、放電單元。
[0020] 裡電池組包含依次串聯的第一裡電池、第二裡電池、第Ξ裡電池、第四裡電池、第 五裡電池、第六裡電池、第屯裡電池、第八裡電池、第九裡電池、第十裡電池、第十一裡電池、 第十二裡電池、第十Ξ裡電池、第十四裡電池、第十五裡電池、第十六裡電池、第十屯裡電 池、第十八裡電池、第十九電池、第二十裡電池。第一裡電池的負極接地，第二十裡電池的正 極為所述保護電路的正極端口。充電單元、放電單元相互串聯，并且接在裡電池組所在線路 上，第一級電池保護單元控制充電單元、放電單元的斷開或閉合。
[0021] 第一級電池保護單元包含保護忍片U1、第二級電池保護單元包含保護忍片U2、第 Ξ級電池保護單元包含保護忍片U3、第四級電池保護單元包含包含保護忍片U4;保護忍片 1]1、肥、1]3、1]4型號相同，用于對裡電池進行保護;每個保護忍片分別帶有五個電池電壓采樣 引腳，每個電池電壓采樣引腳各通過一個采樣電阻與一個裡電池的正極相連接;每個電池 電壓采樣引腳之間接一個濾波電容，對采集到的信號進行濾波。
[0022] 保護忍片U2的過充電保護信號輸出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳化out) 分別經過一分壓電阻與保護忍片U1的充電端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相 連接;保護忍片U3的過充電保護信號輸出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分 別經過一分壓電阻與保護忍片U2的充電端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連 接;保護忍片U4的過充電保護信號輸出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別 經過一分壓電阻與保護忍片U3的充電端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連接。
[0023] 過充電保護信號輸出引腳(Cout)與充電單元的控制端相連接;過放電保護信號輸 出引腳(Dout)與放電單元的控制端相連接。
[0024] 如圖2所示，第一級電池保護單元包含電池保護忍片U1、電容C7、C8、C9、C10、C11、 〔24、〔26、〔29、〔31、〔38、采樣電阻抓8、抓9、抓10、抓11、抓12。
[00巧]保護忍片U1的V巧引腳經過采樣電阻RU8與第一裡電池的正極相連接，保護忍片U1 的VC4引腳經過采樣電阻RU9與第二裡電池的正極相連接，保護忍片U1的VC3引腳經過采樣 電阻RU10與第Ξ裡電池的正極相連接，保護忍片U1的VC2引腳經過采樣電阻抓11與第四裡 電池相連接，保護忍片U1的VC1引腳經過采樣電阻RU12與第五裡電池的正極相連接。
[0026] 電容C7并聯在保護忍片U1的VC5引腳與VSS0引腳之間，電容C8并聯在保護忍片U1 的VC4引腳與VC巧I腳之間，電容C9并聯在保護忍片U1的VC3引腳與VC4引腳之間，電容CIO并 聯在保護忍片U1的VC2引腳與VC3引腳之間，電容C11并聯在保護忍片U1的VC1引腳與VC2引 腳之間。
[0027] 保護忍片U1的VSS0引腳與第一裡電池的負極相連接。
[00%]穩壓管D2的陰極與保護忍片U1的VDD引腳相連接、陽極接地。穩壓管D2用于對保護 忍片U1的V孤引腳進行限壓，防止保護忍片U1的V孤引腳受壓過大而損壞。
[0029] 保護忍片U1的VDD引腳分別經過電阻R17、R23、電容C31與保護忍片U1的SEL2、 S化1、V肥引腳相連接。保護忍片U1的SEL2、S化1引腳分別經過電阻R45、R49與保護忍片U1的 VSS引腳相連接;將保護忍片U1自身的斷電保護功能屏蔽掉。
[0030] 如圖3,第二級電池保護單元包含電池保護忍片U2、電容(：12、(：13、(：14、(：15、(：16、采 樣電阻抓2、抓13、抓14、抓15、抓19。
[0031] 保護忍片U2的V巧引腳經過采樣電阻RU2與第六裡電池的正極相連接，保護忍片U2 的VC4引腳經過采樣電阻RU13與第屯裡電池的正極相連接，保護忍片U2的VC3引腳經過采樣 電阻RU14與第八裡電池的正極相連接，保護忍片U2的VC巧側經過采樣電阻抓15與第九裡 電池相連接，保護忍片肥的VC1引腳經過采樣電阻RU19與第十裡電池的正極相連接。
[0032] 電容C12并聯在保護忍片U2的V巧引腳與VSS0引腳之間，電容C13并聯在保護忍片 U2的VC4引腳與VC巧I腳之間，電容C14并聯在保護忍片U2的VC3引腳與VC4引腳之間，電容 C15并聯在保護忍片U2的VC巧側與VC3引腳之間，電容C16并聯在保護忍片U2的VC1引腳與 VC2引腳之間。
[0033] 保護忍片U2的VSS0引腳與第六裡電池的負極相連接。
[0034] 穩壓管D3的陰極與保護忍片U2的VDD引腳相連接、陽極與保護忍片U2的VSS引腳相 連接。穩壓管D3用于對保護忍片U2的VDD引腳進行限壓，防止保護忍片U2的VDD引腳受壓過 大而損壞。
[0035] 保護忍片U2的VDD引腳分別經過電阻R1UR18、電容C32與保護忍片U2的SEL2、 S化1、V肥引腳相連接。保護忍片U2的SEL2、S化1引腳分別經過電阻R43、R38與保護忍片U2的 VSS引腳相連接;將保護忍片U2自身的斷電保護功能屏蔽掉。
[0036] 如圖4所示，第Ξ級電池保護單元包含電池保護忍片U3、電容C18、C19、C20、C21、 C22、采樣電阻抓3、抓16、抓17、抓18、抓20。
[0037] 保護忍片U3的V巧引腳經過采樣電阻RU3與第十一裡電池的正極相連接，保護忍片 U3的VC4引腳經過采樣電阻RU16與第十二裡電池的正極相連接，保護忍片U3的VC3引腳經過 采樣電阻RU17與第十Ξ裡電池的正極相連接，保護忍片U3的VC2引腳經過采樣電阻RU18與 第十四裡電池相連接，保護忍片U3的VC1引腳經過采樣電阻RU20與第十五裡電池的正極相 連接。
[003引電容C18并聯在保護忍片U3的VC巧側與VSS0引腳之間，電容C19并聯在保護忍片 U3的VC4引腳與VC巧I腳之間，電容C20并聯在保護忍片U3的VC3引腳與VC4引腳之間，電容 C21并聯在保護忍片U3的VC巧側與VC3引腳之間，電容C22并聯在保護忍片U3的VC1引腳與 VC2引腳之間。
[0039] 保護忍片113的￥550引腳與第^^一裡電池的負極相連接。
[0040] 穩壓管D4的陰極與保護忍片U3的VDD引腳相連接、陽極與保護忍片U3的VSS引腳相 連接。穩壓管D4用于對保護忍片U3的VDD引腳進行限壓，防止保護忍片U3的VDD引腳受壓過 大而損壞。
[0041 ] 保護忍片U3的VDD引腳分別經過電阻R37、R39、電容C33與保護忍片U3的SEL2、 S化1、V肥引腳相連接。保護忍片U3的SEL2、S化1引腳分別經過電阻R58、R59與保護忍片U3的 VSS引腳相連接;將保護忍片U3自身的斷電保護功能屏蔽掉。
[0042] 如圖5,第四級電池保護單元包含電池保護忍片U4、電容(：1、〔2、〔3^4、巧、、采樣電 阻抓1、抓4、抓5、抓6、抓7。
[0043] 保護忍片U4的V巧引腳經過采樣電阻RU1與第十六裡電池的正極相連接，保護忍片 U4的VC4引腳經過采樣電阻抓4與第十屯裡電池的正極相連接，保護忍片U4的VC3引腳經過 采樣電阻R肌與第十八裡電池的正極相連接，保護忍片U4的VC2引腳經過采樣電阻RU6與第 十九裡電池相連接，保護忍片U4的VC1引腳經過采樣電阻抓7與第二十裡電池的正極相連 接。
[0044] 電容C1并聯在保護忍片U4的V巧引腳與VSS0引腳之間，電容C2并聯在保護忍片U4 的VC4引腳與VC巧I腳之間，電容C3并聯在保護忍片U4的VC3引腳與VC4引腳之間，電容C4并 聯在保護忍片U4的VC巧側與VC3引腳之間，電容C5并聯在保護忍片U4的VC1引腳與VC巧側 之間。
[0045] 保護忍片U4的VSS0引腳與第十六裡電池的負極相連接。
[0046] 穩壓管D1的陰極與保護忍片U4的VDD引腳相連接、陽極與保護忍片U4的VSS引腳相 連接。穩壓管D1用于對保護忍片U4的VDD引腳進行限壓，防止保護忍片U4的VDD引腳受壓過 大而損壞。
[0047] 保護忍片U4的VDD引腳分別經過電阻R22、R31、電容C30與保護忍片U4的SEL2、 S化1、V肥引腳相連接。保護忍片U4的SEL2、S化1引腳分別經過電阻R47、R50與保護忍片U4的 VSS引腳相連接;將保護忍片U4自身的斷電保護功能屏蔽掉。
[004引保護忍片U4的VS巧側經過電阻R7與保護忍片U3的V孤引腳相連接;保護忍片U3的 VSS引腳經過電阻R6與保護忍片U2的VDD引腳相連接;保護忍片U2的VS巧側經過電阻R8與 保護忍片U1的V孤引腳相連接。將20串聯裡電池的斷線保護功能屏蔽掉。
[0049] 保護忍片U2的Cout引腳、Dout引腳分別經過一分壓電阻（R21、R16)與保護忍片U1 的CTLC引腳、CTLD引腳相連接；保護忍片U3的Cout引腳、Dout引腳分別經過一分壓電阻 (R25、R24)與保護忍片U2的CTLC引腳、CTLD引腳相連接;保護忍片U4的Cout引腳、Dout引腳 分別經過一分壓電阻(R30、R29 )與保護忍片U3的CTLC引腳、CTLD引腳相連接。
[0050] 本發明為了解決電池組在充電到單節4.18-4.20V時，在未達到過充保護條件下， 但是受1C的斷線保護功能有干擾所致，導致概率性的出現充放電開關關閉的問題，關閉了 保護忍片U1~U4的自身斷電保護功能。同時為了使得本發明不喪失電池保護功能，本發明在 隔串的電壓采樣引腳處加一個斷線檢測電阻，即每隔一個裡電池，就采用一個斷線檢測電 阻與裡電池相并聯。具體地，第二裡電池、第四裡電池、第六裡電池、第八裡電池、第十裡電 池、第十二裡電池、第十四裡電池、第十六裡電池、第十八裡電池、第二十裡電池分別并聯一 個阻值相同的斷線檢測電阻（依次如圖中的電阻RA1~RA10)。當該電路發生斷線時，斷線檢 測電阻將斷線處的電位上拉或下拉拉至一致，使保護忍片檢測到該節裡電池的信號為過充 或者過放狀態，從而關斷充、放電開關，起到保護電忍的作用。
[0化1] 如圖2所示，充電開關包含N溝道M0S管96、97、98、99、電阻360、1?61、1?62、1?63、1?64、 電容C44、C47dN溝道M0S管Q6的柵極與電阻R61的第一端相互連接，N溝道M0S管Q7的柵極與 電阻R62的第一端相互連接，N溝道M0S管Q8的柵極與電阻R63的第一端相互連接，N溝道M0S 管Q9的柵極與電阻R64的第一端相互連接；電阻361、1?62、1?63、1?64的第二端分別相互連接， 且連接所形成的充電開關第一結點通過電阻R60與保護忍片U1的Cout引腳相連接;N溝道 M0S管96、97、98、99的源極相互連接所形成的充電開關第二結點為所述保護電路的負極端 口（P-);N溝道M0S管96、97、98、99的漏極相互連接形成充電開關第^結點。電容〔44與電容 C47相互串聯后接在充電開關第二結點與充電開關第Ξ結點之間。
[0化2] 如圖2所示，放電開關包含N溝道M0S管92、93、94、95、電阻320、1?52、1?55、1?56、1?57、 電容C42、C43dN溝道MOS管Q2的柵極與電阻R52的第一端相互連接，N溝道MOS管Q3的柵極與 電阻R55的第一端相互連接，N溝道M0S管Q4的柵極與電阻R56的第一端相互連接，N溝道M0S 管Q5的柵極與電阻R57的第一端相互連接；電阻352、1?55、1?56、1?57的第二端分別相互連接， 且連接所形成的第一放電開關結點通過電阻R20與保護忍片U1的Dout引腳相連接;N溝道 M0S管Q2、Q3、Q4、Q5的源極相互連接所形成放電開關第二結點經過電阻RN接地;N溝道M0S管 02、93、94、95的漏極相互連接形成放電開關第立結點，且放電開關第立結點與充電開關第 Ξ結點相互連接。電容C42與電容C43相互串聯后接在放電開關第二結點與放電開關第Ξ結 點之間。
[0053] 充電開關、放電開關分別采用多個M0S管相并聯方式進行通電，提高充電開關、放 電開關的電流負載能力，使得M0S管不易發熱，提高了使用壽命。
[0054] 保護忍片U1的SENS引腳經過電阻R34與放電開關第二結點連接，且保護忍片U1的 SENS引腳分別經過電阻R12、電容C35接地。
[0化日]第五裡電池的正極依次經過二極管D5、R8與保護忍片U1的V孤引腳相連接，且保護 忍片U1的VDD引腳經過電容C24接地。保護忍片U1的VSS0引腳與二極管D6的陰極相連接，二 極管D6的陽極經過電阻R2接地。保護忍片U1的VSS引腳與二極管D6的陽極相連接。可變電阻 R32接在保護忍片U1的VR引腳與TEP引腳之間。保護忍片U1的TEP引腳依次經過電阻R9、R13 與保護忍片U1的VSS引腳相連接;保護忍片U1的CT1、CT2引腳分別經過電容C26、C29與保護 忍片U1的的VS巧側相連接。保護忍片U1的DRAIN引腳與N溝道M0S管Q1的柵極相連接;N溝道 M0S管Q1的源極與保護忍片U1的VSS引腳相連接;N溝道M0S管Q1的漏極與放電開關第Ξ結點 相連接。保護忍片U1的VMP引腳經過電阻R66與所述保護電路的負極端口相連接。保護忍片 U1的Cout引腳依次經過電阻R60、R65與所述保護電路的負極端口相連接。
[0056] 本發明中，保護忍片U1至肌的型號均為R5436T502BAdR5436T502BA忍片是理光公 司研發生產的一款用于裡離子充電電池/裡聚合物過充電、過放電及過電流保護的1C產品。 本發明中，用單顆R5436T502BA忍片檢測5節電忍，即電路中需要4顆R5436T502BA忍片來檢 巧喊節裡電池。R5436巧02BA忍片的CB1~CB巧I腳分別單節電池的均衡控制端口； VC1~VC5 引腳分別為單節電池的連接端口，用于電池的電壓信號的采樣。
[0化7] 本發明采用R5436T502BA忍片可實現對裡電池的過充電保護（4250±25mv)、過放 電保護(2500±80mv)、斷線保護功能、放電過電流流保護、放電負載短路保護、充放電高溫 保護等。
[0化引 R5436巧02BA忍片的引腳說明如下表：
電路工作原理如下： 1、過充電檢測 過充電保護動作：電池組充電時保護忍片U1~呪(下面統稱1C)分別監測自己VC1引腳和 VC2引腳之間的電壓(CE1X1的電壓）、VC巧側和VC3引腳之間的電壓((ELL2的電壓）、VC3引 腳和VC4引腳之間的電壓(CE化3的電壓）、VC4引腳和VC5引腳之間的電壓((ELL4的電壓）W 及VC巧側和VS巧I腳之間的電壓((ELL5的電壓）。當任意一節裡電池電壓超過過充電檢測 電壓闊值時，1C就會認為檢測到了過充電狀態并實施保護：通過使COUT引腳輸出高阻態 (COUT引腳上外接的下拉電阻R20)，從而關閉充電N溝道MOS陽T管，停止充電。
[0059] 過充電保護后，若負載連接，當所有的電池的電壓都低于過充電檢測電壓闊值后， 過充電保護就會解除，就可W進行充電。
[0060] 過充電保護后，若負載未連接，當所有電池的電壓都低于過充電解除電壓闊值后， 過充電保護就會解除，就可W進行充電。由于過充電檢測器有滯回，所W過充電解除電壓闊 值總是略低于過充電檢測電壓闊值。
[0061] 過充電檢測及解除延時:過充電檢測及解除延時均為1C內置延時。在檢測過充電 狀態時，只要有任意一節電池電壓高于過充電檢測電壓闊值并且運種狀態的持續時間超 過過充電檢測延時，就認為過充電狀態發生了，1C就會實施過充電保護;反之，即使所有電 池的電壓都高于過充電檢測電壓闊值，但是如果沒有一節電池能夠持續運種狀態超過過充 電檢測延時的時長，則1C也不會實施過充電保護。同理，在過充電保護實施后，即使所有電 池的電壓都低于過充電解除電壓闊值，但是如果在過充電解除延時之內，有一節電池的電 壓又回到過充電解除電壓闊值之上，則IC不會解除過充電保護。
[0062] OUT引腳的輸出形態:P溝道開路漏極輸出，高電平輸出電壓是VDD引腳電壓。
[0063] 2、過放電檢測 過放電保護動作：電池組放電時1C監測VC1引腳和VC2引腳之間的電壓(CE化1的電壓）、 VC2引腳和VC3引腳之間的電壓(CELL2的電壓）、VC3引腳和VC4引腳之間的電壓((ELL3的電 壓）、VC4引腳和VC巧I腳之間的電壓（(ELL4的電壓）W及VC巧I腳和VS巧I腳之間的電壓 (CE化5的電壓）。當任意一節電池電壓低于過放電檢測電壓闊值時，IC就會認為檢測到了 過放電狀態并實施保護:通過使D0UT引腳輸出低電平從而關閉放電N溝道M0SFET管，停止 放電。
[0064] 電平解除型過放電保護解除的條件：當1C監測的所有電池的電壓都高于過放電解 除電壓闊值時，D0UT引腳跳變回高電平，解除過放電保護。過放電檢測器有滯回。
[0065] 鎖存型過放電保護解除的條件:連接充電器且當1C監測的所有電池的電壓都高于 過放電解除電壓闊值時，D0UT引腳跳變回高電平，解除過放電保護。
[0066] 每個保護忍片的過放電檢測延時是用CT1引腳的外置電容（如保護忍片U1的CT1引 腳上的電容C26)設定的。在檢測過放電狀態時，只要有任意一節電池電壓低于過放電檢測 電壓闊值并且運種狀態的持續時間超過過放電檢測延時，就認為過放電狀態發生了；反之， 即使所有電池的電壓都低于過放電檢測電壓闊值，但是如果沒有一節電池能夠持續運種 狀態超過過放電檢測延時的時長，則1C也不會實施過放電保護。過放電檢測延時由每個保 護忍片CT1引腳上的外置電容設定，過放電解除延時是1C內置延時。
[0067] 過放電保護實施后且VMP端口電壓為"高"，1C會進入休眠模式。在休眠模式下，1C 通過暫停不需要的內部電路來減少自身的消費電流。
[006引DOITT引腳的輸出形態:CMOS輸出。高電平輸出電壓12V(由1C內部的電壓調節器提 供）；低電平輸出電壓是VSS引腳電壓。
[0069] 3、放電過電流檢測、短路檢測：1C通過檢測SENS引腳的電壓來監測回路沖放電電 流。IC內置Ξ級過流檢測器。當電池組處于正常工作狀態時（既能充電也能放電），給電池組 接上負載。當負載發生短路等異常情況時:如果SENS引腳電壓高于放電過電流檢測電壓且 低于短路檢測電壓，1C啟動第一級或第二級放電過電流保護;如果SENS引腳電壓高于短路 檢測電壓，1C啟動短路保護。運Ξ級保護動作均為:D0UT引腳電壓變為低電平，關閉外部放 電N溝道M0SFET管，切斷大電流放電回路。放電過電流檢測器有兩級檢測電壓闊值，分別對 應不同的檢測延時。第二級放電過電流保護的檢測延時要比第一級放電過電流保護的檢測 延時短。
[0070] 放電過電流檢測及解除延時：放電過電流檢測延時是用保護忍片U1的CT2引腳的 外置電容C29設定的。如果SENS引腳電壓高于放電過電流檢測電壓且低于短路檢測電壓，但 是運種狀態的持續時間不超過放電過電流檢測延時的時長，也就是說在放電過電流檢測延 時內，SEN巧側電壓又低于了放電過電流檢測電壓，則1C認為放電過電流狀態沒有發生，不 啟動放電過電流保護。與放電過電流檢測延時不同，放電過電流解除延時是1C內置延時。
[0071] 放電過電流保護解除的條件:放電過電流鎖定/解除通路是外置的，由一個FET開 關管和一個過流解除用電阻構成。FET開關管由1C的DRAIN引腳驅動，電阻則連接在該FET 開關管的漏極和充電/放電開關管的公共漏極之間。放電過電流保護或短路保護實施后， DRAIN引腳驅動該FET管導通，放電過電流鎖定/解除通路開啟，相當于過流解除用電阻的 一端連接到VSS電位。保護解除動作:放電過電流保護后，負載會把VMP端口電平拉高。把負 載移除之后，VMP引腳電平會通過放電過電流鎖定/解除通路中的電阻被下拉，當VMP引腳電 壓低于VREL3(放電過電流解除電壓闊值)一段延時之后，放電過電流/短路保護會被自動解 除。解除保護后，DRAIN引腳會使放電過電流鎖定/解除通路中的開關管關閉，從而切斷放電 過電流鎖定/解除通路。
[0072] 4、充電過電流檢測： 充電過流保護動作：1C通過檢測SENS引腳的電壓來監測回路充電電流。當電池組處于 正常工作狀態時（既能充電也能放電），給電池組接上充電器。當充電器發生異常引起過大 充電電流時，如果SENS引腳電壓低于充電過電流檢測電壓闊值，1C就會認為發生了充電過 電流狀態并實施相應保護動作:通過使C0UT引腳輸出高阻態(COITT引腳上外接下拉電阻）， 從而關閉充電N溝道M0SFET管，切斷大電流充電回路。
[0073] 充電過電流檢測延時：充電過電流檢測延時是1C內置延時。如果SENS引腳電壓低 于充電過電流檢測電壓，但是運種狀態的持續時間不超過充電過電流檢測延時的時長，也 就是說在充電過電流檢測延時內，SENS引腳電壓又高于了充電過電流檢測電壓，則1C認為 充電過電流狀態沒有發生，不啟動充電過電流保護。充電過電流解除延時也是1C內置延 時。
[0074] 充電過電流保護解除的條件:移除充電器，連接上負載，當VMP引腳電壓高于闊值 VREL4(充電過電流解除電壓)一段解除延時之后，充電過電流保護可W被解除。
[00對 5、休眠模式:過放電檢出后且VM巧側電壓大于VSTB (休眠模式開啟電壓），1C會 進入休眠模式。在休眠模式下，1C通過暫停不需要的內部電路來減少自身的消費電流。休眠 模式下VR引腳的輸出會變為VSS。
[0076] 休眠模式的解除條件:接上充電器，VMP引腳電壓會被充電器負端下拉，休眠模式 會解除。
[0077] 6、電池電壓極端不均衡時，IC的C0UT、D0UT輸出端的狀態說明：當任意1節電池處 于過充電狀態，其余任意1節電池處于過放電狀態時，C0U門尋輸出高阻、D0UT將輸出低電 平。
[007引 7、IC的SEL1、S化2引腳使用說明。沈LUSEL2是3節/4節/5節電池保護的切換控制 端口。
[0079] 當1C的SEL1、S化2引腳均為低電平時，1C的5節電池斷電保護功能將被屏蔽。本發 明為了解決電池組在充電到單節4.18-4.20V時，在未達到過充保護條件下，但是受1C的斷 線保護功能有干擾所致，導致概率性的出現充放電開關關閉的問題;本發明將1C自身的斷 電保護功能屏蔽掉。
[0080] 8、1巧勺(：化(：、(：化0引腳狀態說明： 1C的級聯:如參考方案圖所示(20節串聯電池組的保護方案），高側的1C的C0UT及D0UT 分別與低側的1C的CTLC及CTLD相連接。通過運種級聯連接方式，高側的5節電池的過充電/ 過放電/斷線檢測狀態可W被傳送給低側的1C。在不使用級聯功能的時候，請將CTLC/CTLD 弓側連接到VSS電位。
[00川當CTLC/CTLD引腳電壓值大于巧Γ'闊值電壓1、或者小于巧Γ'闊值電壓2時，IC的 COUT/DOUT引腳處于正常工作狀態，為高電平輸出。
[0082] 當CTLC引腳電壓值在巧Γ'闊值電壓1~巧Γ'闊值電壓2范圍內時，C0UT引腳被強制 輸出高阻態。但是，在短路保護實施的情況下，C0UT無法被強制輸出高阻態。
[0083] 當CTLD引腳電壓值在巧Γ'闊值電壓1~巧Γ'闊值電壓2范圍內時，D0UT引腳被強制 輸出低電平。
[0084] W上所述的僅是本發明的優選實施方式，本發明不限于W上實施例。可W理解，本 領域技術人員在不脫離本發明的基本構思的前提下直接導出或聯想到的其它改進和變化 均應認為包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種智能平衡車鋰電池組管理系統，其特征在于： 包括依次連接的第一級電池保護單元、第二級電池保護單元、第三級電池保護單元、第 四級電池保護單元、充電單元、放電單元； 所述鋰電池組包含二十節依次串聯的鋰電池；充電單元、放電單元相互串聯，并且接在 鋰電池組所在線路上； 所述第一級電池保護單元包含保護芯片U1、所述第二級電池保護單元包含保護芯片 U2、所述第三級電池保護單元包含保護芯片U3、所述第四級電池保護單元包含包含保護芯 片U4;保護芯片1]1、1]2、1]3、1]4型號相同，用于對鋰電池進行保護;每個保護芯片分別帶有五 個電池電壓采樣引腳，每個電池電壓采樣引腳各通過一個采樣電阻與一個鋰電池的正極相 連接;每個電池電壓采樣引腳之間接一個濾波電容，對采集到的信號進行濾波； 保護芯片U2的過充電保護信號輸出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別 經過一分壓電阻與保護芯片U1的充電端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連接； 保護芯片U3的過充電保護信號輸出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別經過 一分壓電阻與保護芯片U2的充電端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連接;保護 芯片U4的過充電保護信號輸出引腳(Cout)、過放電保護信號輸出引腳(Dout)分別經過一分 壓電阻與保護芯片U3的充電端控制引腳(CTLC)、放電端控制引腳(CCTLD)相連接； 過充電保護信號輸出引腳(Cout)與充電單元的控制端相連接;過放電保護信號輸出引 腳(Dout)與放電單元的控制端相連接。2. 根據權利要求1所述的智能平衡車鋰電池組管理系統，其特征在于： 從鋰電池組的負極端開始，每隔一節鋰電池，采用一個斷線檢測電阻與當前的鋰電池 相并聯;在蓄電池組發生斷線斷路的狀態下，斷線檢測電阻將斷線處的電位上拉或下拉至 一致，使保護芯片檢測到該節鋰電池的信號為過充或者過放狀態，從而關斷充、放電開關， 起到保護電芯的作用。3. 根據權利要求2所述的智能平衡車鋰電池組管理系統，其特征在于： 充電開關包含 N 溝道 M0S 管Q6、Q7、Q8、Q9、電阻R60、R61、R62、R63、R64、電容C44、C47; N溝道M0S管Q6的柵極與電阻R61的第一端相互連接，N溝道M0S管Q7的柵極與電阻R62的 第一端相互連接，N溝道M0S管Q8的柵極與電阻R63的第一端相互連接，N溝道M0S管Q9的柵極 與電阻R64的第一端相互連接；電阻1?61、1?62、1?63、1?64的第二端分別相互連接，且連接所形 成的充電開關第一結點通過電阻R60與保護芯片U1的過充電保護信號輸出引腳(Cout)相連 接;N溝道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9的源極相互連接所形成的充電開關第二結點為所述保護電路 的負極端口（P-); N溝道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9的漏極相互連接形成充電開關第三結點；電容 C44與電容C47相互串聯后接在充電開關第二結點與充電開關第三結點之間。4. 根據權利要求1所述的智能平衡車鋰電池組管理系統，其特征在于： 放電開關包含 N 溝道 M0S 管Q2、Q3、Q4、Q5、電阻R20、R52、R55、R56、R57、電容C42、C43; N溝道M0S管Q2的柵極與電阻R52的第一端相互連接，N溝道M0S管Q3的柵極與電阻R55的 第一端相互連接，N溝道M0S管Q4的柵極與電阻R56的第一端相互連接，N溝道M0S管Q5的柵極 與電阻R57的第一端相互連接；電阻1?52、1?55、1?56、1?57的第二端分別相互連接，且連接所形 成的第一放電開關結點通過電阻R20與保護芯片U1的過放電保護信號輸出引腳(Dout)相連 接;N溝道M0S管Q2、Q3、Q4、Q5的源極相互連接所形成放電開關第二結點經過電阻RN接地;N 溝道MOS管〇2、〇3、〇4、〇5的漏極相互連接形成放電開關第三結點，且放電開關第三結點與充 電開關第三結點相互連接;電容C42與電容C43相互串聯后接在放電開關第二結點與放電開 關第三結點之間。5.根據權利要求1所述的智能平衡車鋰電池組管理系統，其特征在于： 保護芯片1]1、1]2、1]3、1]4的供電引腳(￥00)與接蓄電池負極引腳(￥550)之間各接一個穩 壓管;每個穩壓管分別用于防止保護芯片1]1、1]2、1]3、1]4工作電壓過大。
【文檔編號】H02J7/00GK106058955SQ201610328246
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月18日
【發明人】孫寶崗
【申請人】深圳天邦達科技有限公司