一种智能平衡车锂电池组管理系统的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种智能平衡车锂电池组管理系统，包括依次连接的第一级电池保护单元、第二级电池保护单元、第三级电池保护单元、第四级电池保护单元、充电单元、放电单元。锂电池组包含二十节依次串联的锂电池。充电单元、放电单元相互串联，并且接在锂电池组所在线路上。该系统通过多级电池保护单元实现对智能平衡车锂电池组的管理和保护，降低了锂电池组因单节锂电池过多，而导致充放电不均或异常情况的发生，提高了锂电池组的使用寿命。
【专利说明】
-种智能平衡车裡电池组管理系统
技术领域
[0001] 本发明设及裡电池管理技术领域，尤其设及一种智能平衡车裡电池组管理系统。
【背景技术】
[0002] 智能平衡车又叫体感车、思维车、摄位车。其运作原理主要是建立在一种被称为 "动态稳定"（DynamiC Stabi 1 i zation)的基本原理上，利用车体内部的巧螺仪和加速度传 感器，来检测车体姿态的变化，并利用伺服控制系统，精确地驱动电机进行相应的调整，W 保持系统的平衡。是现代人用来作为代步工具、休闲娱乐的一种新型的绿色环保的产物。
[0003] 裡电池组是驱动智能平衡车行驶的必不可少的能量来源。裡电池组的续航能力是 评价智能平衡车性能的重要指标，现有的智能平衡车需要安装很多节裡电池才能满足能量 消耗的需求。过多的裡电池在充电或放电时，电压或电流存在很大的偏差，运样对电池组的 性能和寿命造成很大影响；智能平衡车的工作电流和开机瞬间的工作电流很大，很容易对 裡电池造成损害。因此，智能平衡车裡电池组亟需一种完善的保护措施。
【发明内容】
[0004] 针对现有技术的不足，本发明提出了一种智能平衡车裡电池组管理系统，旨在解 决【背景技术】提到的智能平衡车中裡电池组存在的隐患，即可很好的保护智能平衡车的裡电 池组，又保证了智能平衡车的续航能力。
[0005] 为了实现上述目的，本发明技术方案如下： 一种智能平衡车裡电池组管理系统，包括依次连接的第一级电池保护单元、第二级电 池保护单元、第Ξ级电池保护单元、第四级电池保护单元、充电单元、放电单元。裡电池组包 含二十节依次串联的裡电池。充电单元、放电单元相互串联，并且接在裡电池组所在线路 上。第一级电池保护单元包含保护忍片U1、第二级电池保护单元包含保护忍片U2、第Ξ级电 池保护单元包含保护忍片U3、第四级电池保护单元包含包含保护忍片U4;保护忍片U1、U2、 U3、U4型号相同，用于对裡电池进行保护;每个保护忍片分别带有五个电池电压采样引脚， 每个电池电压采样引脚各通过一个采样电阻与一个裡电池的正极相连接;每个电池电压采 样引脚之间接一个滤波电容，对采集到的信号进行滤波。保护忍片U2的过充电保护信号输 出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别经过一分压电阻与保护忍片U1的充电 端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连接;保护忍片U3的过充电保护信号输出引 脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别经过一分压电阻与保护忍片U2的充电端控 制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连接;保护忍片U4的过充电保护信号输出引脚 (Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别经过一分压电阻与保护忍片U3的充电端控制 引脚(CTLC )、放电端控制引脚(CCTLD)相连接。过充电保护信号输出引脚(Cout)与充电单元 的控制端相连接;过放电保护信号输出引脚(Dout)与放电单元的控制端相连接。
[0006] 进一步地，从裡电池组的负极端开始，每隔一节裡电池，采用一个断线检测电阻与 当前的裡电池相并联;在蓄电池组发生断线断路的状态下，断线检测电阻将断线处的电位 上拉或下拉至一致，使保护忍片检测到该节裡电池的信号为过充或者过放状态，从而关断 充、放电开关，起到保护电忍的作用。
[0007] 进一步地，充电开关包含N沟道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9、电阻R60、R61、R62、R63、R64、电 容C44、C47dN沟道M0S管Q6的栅极与电阻R61的第一端相互连接，N沟道M0S管Q7的栅极与电 阻R62的第一端相互连接，N沟道M0S管Q8的栅极与电阻R63的第一端相互连接，N沟道M0S管 Q9的栅极与电阻R64的第一端相互连接；电阻361、1?62、1?63、1?64的第二端分别相互连接，且 连接所形成的充电开关第一结点通过电阻R60与保护忍片U1的过充电保护信号输出引脚 (Cout)相连接;N沟道M0S管96、97、98、99的源极相互连接所形成的充电开关第二结点为所 述保护电路的负极端口（P-);N沟道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9的漏极相互连接形成充电开关第Ξ 结点。电容C44与电容C47相互串联后接在充电开关第二结点与充电开关第Ξ结点之间。
[000引进一步地，放电开关包含N沟道M0S管Q2、Q3、Q4、Q5、电阻R20、R52、R55、R56、R57、电 容C42、C43dN沟道M0S管Q2的栅极与电阻R52的第一端相互连接，N沟道M0S管Q3的栅极与电 阻R55的第一端相互连接，N沟道M0S管Q4的栅极与电阻R56的第一端相互连接，N沟道M0S管 Q5的栅极与电阻R57的第一端相互连接；电阻352、1?55、1?56、1?57的第二端分别相互连接，且 连接所形成的第一放电开关结点通过电阻R20与保护忍片U1的过放电保护信号输出引脚 (Dout)相连接;N沟道M0S管92、93、94、95的源极相互连接所形成放电开关第二结点经过电 阻RN接地;N沟道M0S管92、93、94、95的漏极相互连接形成放电开关第^结点，且放电开关第 Ξ结点与充电开关第Ξ结点相互连接。电容C42与电容C43相互串联后接在放电开关第二结 点与放电开关第Ξ结点之间。
[0009] 进一步地，保护忍片111、肥、1]3、1]4的供电引脚(￥00)与接蓄电池负极引脚(￥550)之 间各接一个稳压管;每个稳压管分别用于防止保护忍片111、肥、1]3、1]4工作电压过大。
[0010] 本发明的有益效果： (1)该系统通过多级电池保护单元实现对智能平衡车裡电池组的管理和保护，降低了 裡电池组因单节裡电池过多，而导致充放电不均或异常情况的发生，提高了裡电池组的使 用寿命。
[0011] (2)在隔串的电压采样引脚处加一个断线检测电阻，在裡电池发生断线时，断线检 测电阻将断线处的电位上拉或下拉拉至一致，使保护忍片检测到该节裡电池的信号为过充 或者过放状态，从而关断充、放电开关，起到保护电忍的作用。
[0012] (3)充电开关、放电开关分别采用多个M0S管相并联方式进行通电，提高充电开关、 放电开关的电流负载能力，使得M0S管不易发热，提高了使用寿命。
【附图说明】
[0013] 图1为本发明的方框结构示意图。
[0014] 图2为图1中第一级电池保护单元的电路原理图。
[0015] 图3为图1中第二级电池保护单元的电路原理图。
[0016] 图4为图1中第Ξ级电池保护单元的电路原理图。
[0017] 图5为图1中第四级电池保护单元的电路原理图。
【具体实施方式】
[0018] 下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。
[0019] 如图1所示，为本发明的方框结构示意图。一种智能平衡车裡电池组管理系统，包 括依次连接的第一级电池保护单元、第二级电池保护单元、第Ξ级电池保护单元、第四级电 池保护单元、充电单元、放电单元。
[0020] 裡电池组包含依次串联的第一裡电池、第二裡电池、第Ξ裡电池、第四裡电池、第 五裡电池、第六裡电池、第屯裡电池、第八裡电池、第九裡电池、第十裡电池、第十一裡电池、 第十二裡电池、第十Ξ裡电池、第十四裡电池、第十五裡电池、第十六裡电池、第十屯裡电 池、第十八裡电池、第十九电池、第二十裡电池。第一裡电池的负极接地，第二十裡电池的正 极为所述保护电路的正极端口。充电单元、放电单元相互串联，并且接在裡电池组所在线路 上，第一级电池保护单元控制充电单元、放电单元的断开或闭合。
[0021] 第一级电池保护单元包含保护忍片U1、第二级电池保护单元包含保护忍片U2、第 Ξ级电池保护单元包含保护忍片U3、第四级电池保护单元包含包含保护忍片U4;保护忍片 1]1、肥、1]3、1]4型号相同，用于对裡电池进行保护;每个保护忍片分别带有五个电池电压采样 引脚，每个电池电压采样引脚各通过一个采样电阻与一个裡电池的正极相连接;每个电池 电压采样引脚之间接一个滤波电容，对采集到的信号进行滤波。
[0022] 保护忍片U2的过充电保护信号输出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚化out) 分别经过一分压电阻与保护忍片U1的充电端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相 连接;保护忍片U3的过充电保护信号输出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分 别经过一分压电阻与保护忍片U2的充电端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连 接;保护忍片U4的过充电保护信号输出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别 经过一分压电阻与保护忍片U3的充电端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连接。
[0023] 过充电保护信号输出引脚(Cout)与充电单元的控制端相连接;过放电保护信号输 出引脚(Dout)与放电单元的控制端相连接。
[0024] 如图2所示，第一级电池保护单元包含电池保护忍片U1、电容C7、C8、C9、C10、C11、 〔24、〔26、〔29、〔31、〔38、采样电阻抓8、抓9、抓10、抓11、抓12。
[00巧]保护忍片U1的V巧引脚经过采样电阻RU8与第一裡电池的正极相连接，保护忍片U1 的VC4引脚经过采样电阻RU9与第二裡电池的正极相连接，保护忍片U1的VC3引脚经过采样 电阻RU10与第Ξ裡电池的正极相连接，保护忍片U1的VC2引脚经过采样电阻抓11与第四裡 电池相连接，保护忍片U1的VC1引脚经过采样电阻RU12与第五裡电池的正极相连接。
[0026] 电容C7并联在保护忍片U1的VC5引脚与VSS0引脚之间，电容C8并联在保护忍片U1 的VC4引脚与VC巧I脚之间，电容C9并联在保护忍片U1的VC3引脚与VC4引脚之间，电容CIO并 联在保护忍片U1的VC2引脚与VC3引脚之间，电容C11并联在保护忍片U1的VC1引脚与VC2引 脚之间。
[0027] 保护忍片U1的VSS0引脚与第一裡电池的负极相连接。
[00%]稳压管D2的阴极与保护忍片U1的VDD引脚相连接、阳极接地。稳压管D2用于对保护 忍片U1的V孤引脚进行限压，防止保护忍片U1的V孤引脚受压过大而损坏。
[0029] 保护忍片U1的VDD引脚分别经过电阻R17、R23、电容C31与保护忍片U1的SEL2、 S化1、V肥引脚相连接。保护忍片U1的SEL2、S化1引脚分别经过电阻R45、R49与保护忍片U1的 VSS引脚相连接;将保护忍片U1自身的断电保护功能屏蔽掉。
[0030] 如图3,第二级电池保护单元包含电池保护忍片U2、电容(：12、(：13、(：14、(：15、(：16、采 样电阻抓2、抓13、抓14、抓15、抓19。
[0031] 保护忍片U2的V巧引脚经过采样电阻RU2与第六裡电池的正极相连接，保护忍片U2 的VC4引脚经过采样电阻RU13与第屯裡电池的正极相连接，保护忍片U2的VC3引脚经过采样 电阻RU14与第八裡电池的正极相连接，保护忍片U2的VC巧侧经过采样电阻抓15与第九裡 电池相连接，保护忍片肥的VC1引脚经过采样电阻RU19与第十裡电池的正极相连接。
[0032] 电容C12并联在保护忍片U2的V巧引脚与VSS0引脚之间，电容C13并联在保护忍片 U2的VC4引脚与VC巧I脚之间，电容C14并联在保护忍片U2的VC3引脚与VC4引脚之间，电容 C15并联在保护忍片U2的VC巧侧与VC3引脚之间，电容C16并联在保护忍片U2的VC1引脚与 VC2引脚之间。
[0033] 保护忍片U2的VSS0引脚与第六裡电池的负极相连接。
[0034] 稳压管D3的阴极与保护忍片U2的VDD引脚相连接、阳极与保护忍片U2的VSS引脚相 连接。稳压管D3用于对保护忍片U2的VDD引脚进行限压，防止保护忍片U2的VDD引脚受压过 大而损坏。
[0035] 保护忍片U2的VDD引脚分别经过电阻R1UR18、电容C32与保护忍片U2的SEL2、 S化1、V肥引脚相连接。保护忍片U2的SEL2、S化1引脚分别经过电阻R43、R38与保护忍片U2的 VSS引脚相连接;将保护忍片U2自身的断电保护功能屏蔽掉。
[0036] 如图4所示，第Ξ级电池保护单元包含电池保护忍片U3、电容C18、C19、C20、C21、 C22、采样电阻抓3、抓16、抓17、抓18、抓20。
[0037] 保护忍片U3的V巧引脚经过采样电阻RU3与第十一裡电池的正极相连接，保护忍片 U3的VC4引脚经过采样电阻RU16与第十二裡电池的正极相连接，保护忍片U3的VC3引脚经过 采样电阻RU17与第十Ξ裡电池的正极相连接，保护忍片U3的VC2引脚经过采样电阻RU18与 第十四裡电池相连接，保护忍片U3的VC1引脚经过采样电阻RU20与第十五裡电池的正极相 连接。
[003引电容C18并联在保护忍片U3的VC巧侧与VSS0引脚之间，电容C19并联在保护忍片 U3的VC4引脚与VC巧I脚之间，电容C20并联在保护忍片U3的VC3引脚与VC4引脚之间，电容 C21并联在保护忍片U3的VC巧侧与VC3引脚之间，电容C22并联在保护忍片U3的VC1引脚与 VC2引脚之间。
[0039] 保护忍片113的￥550引脚与第^^一裡电池的负极相连接。
[0040] 稳压管D4的阴极与保护忍片U3的VDD引脚相连接、阳极与保护忍片U3的VSS引脚相 连接。稳压管D4用于对保护忍片U3的VDD引脚进行限压，防止保护忍片U3的VDD引脚受压过 大而损坏。
[0041 ] 保护忍片U3的VDD引脚分别经过电阻R37、R39、电容C33与保护忍片U3的SEL2、 S化1、V肥引脚相连接。保护忍片U3的SEL2、S化1引脚分别经过电阻R58、R59与保护忍片U3的 VSS引脚相连接;将保护忍片U3自身的断电保护功能屏蔽掉。
[0042] 如图5,第四级电池保护单元包含电池保护忍片U4、电容(：1、〔2、〔3^4、巧、、采样电 阻抓1、抓4、抓5、抓6、抓7。
[0043] 保护忍片U4的V巧引脚经过采样电阻RU1与第十六裡电池的正极相连接，保护忍片 U4的VC4引脚经过采样电阻抓4与第十屯裡电池的正极相连接，保护忍片U4的VC3引脚经过 采样电阻R肌与第十八裡电池的正极相连接，保护忍片U4的VC2引脚经过采样电阻RU6与第 十九裡电池相连接，保护忍片U4的VC1引脚经过采样电阻抓7与第二十裡电池的正极相连 接。
[0044] 电容C1并联在保护忍片U4的V巧引脚与VSS0引脚之间，电容C2并联在保护忍片U4 的VC4引脚与VC巧I脚之间，电容C3并联在保护忍片U4的VC3引脚与VC4引脚之间，电容C4并 联在保护忍片U4的VC巧侧与VC3引脚之间，电容C5并联在保护忍片U4的VC1引脚与VC巧侧 之间。
[0045] 保护忍片U4的VSS0引脚与第十六裡电池的负极相连接。
[0046] 稳压管D1的阴极与保护忍片U4的VDD引脚相连接、阳极与保护忍片U4的VSS引脚相 连接。稳压管D1用于对保护忍片U4的VDD引脚进行限压，防止保护忍片U4的VDD引脚受压过 大而损坏。
[0047] 保护忍片U4的VDD引脚分别经过电阻R22、R31、电容C30与保护忍片U4的SEL2、 S化1、V肥引脚相连接。保护忍片U4的SEL2、S化1引脚分别经过电阻R47、R50与保护忍片U4的 VSS引脚相连接;将保护忍片U4自身的断电保护功能屏蔽掉。
[004引保护忍片U4的VS巧侧经过电阻R7与保护忍片U3的V孤引脚相连接;保护忍片U3的 VSS引脚经过电阻R6与保护忍片U2的VDD引脚相连接;保护忍片U2的VS巧侧经过电阻R8与 保护忍片U1的V孤引脚相连接。将20串联裡电池的断线保护功能屏蔽掉。
[0049] 保护忍片U2的Cout引脚、Dout引脚分别经过一分压电阻（R21、R16)与保护忍片U1 的CTLC引脚、CTLD引脚相连接；保护忍片U3的Cout引脚、Dout引脚分别经过一分压电阻 (R25、R24)与保护忍片U2的CTLC引脚、CTLD引脚相连接;保护忍片U4的Cout引脚、Dout引脚 分别经过一分压电阻(R30、R29 )与保护忍片U3的CTLC引脚、CTLD引脚相连接。
[0050] 本发明为了解决电池组在充电到单节4.18-4.20V时，在未达到过充保护条件下， 但是受1C的断线保护功能有干扰所致，导致概率性的出现充放电开关关闭的问题，关闭了 保护忍片U1~U4的自身断电保护功能。同时为了使得本发明不丧失电池保护功能，本发明在 隔串的电压采样引脚处加一个断线检测电阻，即每隔一个裡电池，就采用一个断线检测电 阻与裡电池相并联。具体地，第二裡电池、第四裡电池、第六裡电池、第八裡电池、第十裡电 池、第十二裡电池、第十四裡电池、第十六裡电池、第十八裡电池、第二十裡电池分别并联一 个阻值相同的断线检测电阻（依次如图中的电阻RA1~RA10)。当该电路发生断线时，断线检 测电阻将断线处的电位上拉或下拉拉至一致，使保护忍片检测到该节裡电池的信号为过充 或者过放状态，从而关断充、放电开关，起到保护电忍的作用。
[0化1] 如图2所示，充电开关包含N沟道M0S管96、97、98、99、电阻360、1?61、1?62、1?63、1?64、 电容C44、C47dN沟道M0S管Q6的栅极与电阻R61的第一端相互连接，N沟道M0S管Q7的栅极与 电阻R62的第一端相互连接，N沟道M0S管Q8的栅极与电阻R63的第一端相互连接，N沟道M0S 管Q9的栅极与电阻R64的第一端相互连接；电阻361、1?62、1?63、1?64的第二端分别相互连接， 且连接所形成的充电开关第一结点通过电阻R60与保护忍片U1的Cout引脚相连接;N沟道 M0S管96、97、98、99的源极相互连接所形成的充电开关第二结点为所述保护电路的负极端 口（P-);N沟道M0S管96、97、98、99的漏极相互连接形成充电开关第^结点。电容〔44与电容 C47相互串联后接在充电开关第二结点与充电开关第Ξ结点之间。
[0化2] 如图2所示，放电开关包含N沟道M0S管92、93、94、95、电阻320、1?52、1?55、1?56、1?57、 电容C42、C43dN沟道MOS管Q2的栅极与电阻R52的第一端相互连接，N沟道MOS管Q3的栅极与 电阻R55的第一端相互连接，N沟道M0S管Q4的栅极与电阻R56的第一端相互连接，N沟道M0S 管Q5的栅极与电阻R57的第一端相互连接；电阻352、1?55、1?56、1?57的第二端分别相互连接， 且连接所形成的第一放电开关结点通过电阻R20与保护忍片U1的Dout引脚相连接;N沟道 M0S管Q2、Q3、Q4、Q5的源极相互连接所形成放电开关第二结点经过电阻RN接地;N沟道M0S管 02、93、94、95的漏极相互连接形成放电开关第立结点，且放电开关第立结点与充电开关第 Ξ结点相互连接。电容C42与电容C43相互串联后接在放电开关第二结点与放电开关第Ξ结 点之间。
[0053] 充电开关、放电开关分别采用多个M0S管相并联方式进行通电，提高充电开关、放 电开关的电流负载能力，使得M0S管不易发热，提高了使用寿命。
[0054] 保护忍片U1的SENS引脚经过电阻R34与放电开关第二结点连接，且保护忍片U1的 SENS引脚分别经过电阻R12、电容C35接地。
[0化日]第五裡电池的正极依次经过二极管D5、R8与保护忍片U1的V孤引脚相连接，且保护 忍片U1的VDD引脚经过电容C24接地。保护忍片U1的VSS0引脚与二极管D6的阴极相连接，二 极管D6的阳极经过电阻R2接地。保护忍片U1的VSS引脚与二极管D6的阳极相连接。可变电阻 R32接在保护忍片U1的VR引脚与TEP引脚之间。保护忍片U1的TEP引脚依次经过电阻R9、R13 与保护忍片U1的VSS引脚相连接;保护忍片U1的CT1、CT2引脚分别经过电容C26、C29与保护 忍片U1的的VS巧侧相连接。保护忍片U1的DRAIN引脚与N沟道M0S管Q1的栅极相连接;N沟道 M0S管Q1的源极与保护忍片U1的VSS引脚相连接;N沟道M0S管Q1的漏极与放电开关第Ξ结点 相连接。保护忍片U1的VMP引脚经过电阻R66与所述保护电路的负极端口相连接。保护忍片 U1的Cout引脚依次经过电阻R60、R65与所述保护电路的负极端口相连接。
[0056] 本发明中，保护忍片U1至肌的型号均为R5436T502BAdR5436T502BA忍片是理光公 司研发生产的一款用于裡离子充电电池/裡聚合物过充电、过放电及过电流保护的1C产品。 本发明中，用单颗R5436T502BA忍片检测5节电忍，即电路中需要4颗R5436T502BA忍片来检 巧喊节裡电池。R5436巧02BA忍片的CB1~CB巧I脚分别单节电池的均衡控制端口； VC1~VC5 引脚分别为单节电池的连接端口，用于电池的电压信号的采样。
[0化7] 本发明采用R5436T502BA忍片可实现对裡电池的过充电保护（4250±25mv)、过放 电保护(2500±80mv)、断线保护功能、放电过电流流保护、放电负载短路保护、充放电高溫 保护等。
[0化引 R5436巧02BA忍片的引脚说明如下表：
电路工作原理如下： 1、过充电检测 过充电保护动作：电池组充电时保护忍片U1~呪(下面统称1C)分别监测自己VC1引脚和 VC2引脚之间的电压(CE1X1的电压）、VC巧侧和VC3引脚之间的电压((ELL2的电压）、VC3引 脚和VC4引脚之间的电压(CE化3的电压）、VC4引脚和VC5引脚之间的电压((ELL4的电压）W 及VC巧侧和VS巧I脚之间的电压((ELL5的电压）。当任意一节裡电池电压超过过充电检测 电压阔值时，1C就会认为检测到了过充电状态并实施保护：通过使COUT引脚输出高阻态 (COUT引脚上外接的下拉电阻R20)，从而关闭充电N沟道MOS阳T管，停止充电。
[0059] 过充电保护后，若负载连接，当所有的电池的电压都低于过充电检测电压阔值后， 过充电保护就会解除，就可W进行充电。
[0060] 过充电保护后，若负载未连接，当所有电池的电压都低于过充电解除电压阔值后， 过充电保护就会解除，就可W进行充电。由于过充电检测器有滞回，所W过充电解除电压阔 值总是略低于过充电检测电压阔值。
[0061] 过充电检测及解除延时:过充电检测及解除延时均为1C内置延时。在检测过充电 状态时，只要有任意一节电池电压高于过充电检测电压阔值并且运种状态的持续时间超 过过充电检测延时，就认为过充电状态发生了，1C就会实施过充电保护;反之，即使所有电 池的电压都高于过充电检测电压阔值，但是如果没有一节电池能够持续运种状态超过过充 电检测延时的时长，则1C也不会实施过充电保护。同理，在过充电保护实施后，即使所有电 池的电压都低于过充电解除电压阔值，但是如果在过充电解除延时之内，有一节电池的电 压又回到过充电解除电压阔值之上，则IC不会解除过充电保护。
[0062] OUT引脚的输出形态:P沟道开路漏极输出，高电平输出电压是VDD引脚电压。
[0063] 2、过放电检测 过放电保护动作：电池组放电时1C监测VC1引脚和VC2引脚之间的电压(CE化1的电压）、 VC2引脚和VC3引脚之间的电压(CELL2的电压）、VC3引脚和VC4引脚之间的电压((ELL3的电 压）、VC4引脚和VC巧I脚之间的电压（(ELL4的电压）W及VC巧I脚和VS巧I脚之间的电压 (CE化5的电压）。当任意一节电池电压低于过放电检测电压阔值时，IC就会认为检测到了 过放电状态并实施保护:通过使D0UT引脚输出低电平从而关闭放电N沟道M0SFET管，停止 放电。
[0064] 电平解除型过放电保护解除的条件：当1C监测的所有电池的电压都高于过放电解 除电压阔值时，D0UT引脚跳变回高电平，解除过放电保护。过放电检测器有滞回。
[0065] 锁存型过放电保护解除的条件:连接充电器且当1C监测的所有电池的电压都高于 过放电解除电压阔值时，D0UT引脚跳变回高电平，解除过放电保护。
[0066] 每个保护忍片的过放电检测延时是用CT1引脚的外置电容（如保护忍片U1的CT1引 脚上的电容C26)设定的。在检测过放电状态时，只要有任意一节电池电压低于过放电检测 电压阔值并且运种状态的持续时间超过过放电检测延时，就认为过放电状态发生了；反之， 即使所有电池的电压都低于过放电检测电压阔值，但是如果没有一节电池能够持续运种 状态超过过放电检测延时的时长，则1C也不会实施过放电保护。过放电检测延时由每个保 护忍片CT1引脚上的外置电容设定，过放电解除延时是1C内置延时。
[0067] 过放电保护实施后且VMP端口电压为"高"，1C会进入休眠模式。在休眠模式下，1C 通过暂停不需要的内部电路来减少自身的消费电流。
[006引DOITT引脚的输出形态:CMOS输出。高电平输出电压12V(由1C内部的电压调节器提 供）；低电平输出电压是VSS引脚电压。
[0069] 3、放电过电流检测、短路检测：1C通过检测SENS引脚的电压来监测回路冲放电电 流。IC内置Ξ级过流检测器。当电池组处于正常工作状态时（既能充电也能放电），给电池组 接上负载。当负载发生短路等异常情况时:如果SENS引脚电压高于放电过电流检测电压且 低于短路检测电压，1C启动第一级或第二级放电过电流保护;如果SENS引脚电压高于短路 检测电压，1C启动短路保护。运Ξ级保护动作均为:D0UT引脚电压变为低电平，关闭外部放 电N沟道M0SFET管，切断大电流放电回路。放电过电流检测器有两级检测电压阔值，分别对 应不同的检测延时。第二级放电过电流保护的检测延时要比第一级放电过电流保护的检测 延时短。
[0070] 放电过电流检测及解除延时：放电过电流检测延时是用保护忍片U1的CT2引脚的 外置电容C29设定的。如果SENS引脚电压高于放电过电流检测电压且低于短路检测电压，但 是运种状态的持续时间不超过放电过电流检测延时的时长，也就是说在放电过电流检测延 时内，SEN巧侧电压又低于了放电过电流检测电压，则1C认为放电过电流状态没有发生，不 启动放电过电流保护。与放电过电流检测延时不同，放电过电流解除延时是1C内置延时。
[0071] 放电过电流保护解除的条件:放电过电流锁定/解除通路是外置的，由一个FET开 关管和一个过流解除用电阻构成。FET开关管由1C的DRAIN引脚驱动，电阻则连接在该FET 开关管的漏极和充电/放电开关管的公共漏极之间。放电过电流保护或短路保护实施后， DRAIN引脚驱动该FET管导通，放电过电流锁定/解除通路开启，相当于过流解除用电阻的 一端连接到VSS电位。保护解除动作:放电过电流保护后，负载会把VMP端口电平拉高。把负 载移除之后，VMP引脚电平会通过放电过电流锁定/解除通路中的电阻被下拉，当VMP引脚电 压低于VREL3(放电过电流解除电压阔值)一段延时之后，放电过电流/短路保护会被自动解 除。解除保护后，DRAIN引脚会使放电过电流锁定/解除通路中的开关管关闭，从而切断放电 过电流锁定/解除通路。
[0072] 4、充电过电流检测： 充电过流保护动作：1C通过检测SENS引脚的电压来监测回路充电电流。当电池组处于 正常工作状态时（既能充电也能放电），给电池组接上充电器。当充电器发生异常引起过大 充电电流时，如果SENS引脚电压低于充电过电流检测电压阔值，1C就会认为发生了充电过 电流状态并实施相应保护动作:通过使C0UT引脚输出高阻态(COITT引脚上外接下拉电阻）， 从而关闭充电N沟道M0SFET管，切断大电流充电回路。
[0073] 充电过电流检测延时：充电过电流检测延时是1C内置延时。如果SENS引脚电压低 于充电过电流检测电压，但是运种状态的持续时间不超过充电过电流检测延时的时长，也 就是说在充电过电流检测延时内，SENS引脚电压又高于了充电过电流检测电压，则1C认为 充电过电流状态没有发生，不启动充电过电流保护。充电过电流解除延时也是1C内置延 时。
[0074] 充电过电流保护解除的条件:移除充电器，连接上负载，当VMP引脚电压高于阔值 VREL4(充电过电流解除电压)一段解除延时之后，充电过电流保护可W被解除。
[00对 5、休眠模式:过放电检出后且VM巧侧电压大于VSTB (休眠模式开启电压），1C会 进入休眠模式。在休眠模式下，1C通过暂停不需要的内部电路来减少自身的消费电流。休眠 模式下VR引脚的输出会变为VSS。
[0076] 休眠模式的解除条件:接上充电器，VMP引脚电压会被充电器负端下拉，休眠模式 会解除。
[0077] 6、电池电压极端不均衡时，IC的C0UT、D0UT输出端的状态说明：当任意1节电池处 于过充电状态，其余任意1节电池处于过放电状态时，C0U門尋输出高阻、D0UT将输出低电 平。
[007引 7、IC的SEL1、S化2引脚使用说明。沈LUSEL2是3节/4节/5节电池保护的切换控制 端口。
[0079] 当1C的SEL1、S化2引脚均为低电平时，1C的5节电池断电保护功能将被屏蔽。本发 明为了解决电池组在充电到单节4.18-4.20V时，在未达到过充保护条件下，但是受1C的断 线保护功能有干扰所致，导致概率性的出现充放电开关关闭的问题;本发明将1C自身的断 电保护功能屏蔽掉。
[0080] 8、1巧勺(：化(：、(：化0引脚状态说明： 1C的级联:如参考方案图所示(20节串联电池组的保护方案），高侧的1C的C0UT及D0UT 分别与低侧的1C的CTLC及CTLD相连接。通过运种级联连接方式，高侧的5节电池的过充电/ 过放电/断线检测状态可W被传送给低侧的1C。在不使用级联功能的时候，请将CTLC/CTLD 弓侧连接到VSS电位。
[00川当CTLC/CTLD引脚电压值大于巧Γ'阔值电压1、或者小于巧Γ'阔值电压2时，IC的 COUT/DOUT引脚处于正常工作状态，为高电平输出。
[0082] 当CTLC引脚电压值在巧Γ'阔值电压1~巧Γ'阔值电压2范围内时，C0UT引脚被强制 输出高阻态。但是，在短路保护实施的情况下，C0UT无法被强制输出高阻态。
[0083] 当CTLD引脚电压值在巧Γ'阔值电压1~巧Γ'阔值电压2范围内时，D0UT引脚被强制 输出低电平。
[0084] W上所述的仅是本发明的优选实施方式，本发明不限于W上实施例。可W理解，本 领域技术人员在不脱离本发明的基本构思的前提下直接导出或联想到的其它改进和变化 均应认为包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1. 一种智能平衡车锂电池组管理系统，其特征在于： 包括依次连接的第一级电池保护单元、第二级电池保护单元、第三级电池保护单元、第 四级电池保护单元、充电单元、放电单元； 所述锂电池组包含二十节依次串联的锂电池；充电单元、放电单元相互串联，并且接在 锂电池组所在线路上； 所述第一级电池保护单元包含保护芯片U1、所述第二级电池保护单元包含保护芯片 U2、所述第三级电池保护单元包含保护芯片U3、所述第四级电池保护单元包含包含保护芯 片U4;保护芯片1]1、1]2、1]3、1]4型号相同，用于对锂电池进行保护;每个保护芯片分别带有五 个电池电压采样引脚，每个电池电压采样引脚各通过一个采样电阻与一个锂电池的正极相 连接;每个电池电压采样引脚之间接一个滤波电容，对采集到的信号进行滤波； 保护芯片U2的过充电保护信号输出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别 经过一分压电阻与保护芯片U1的充电端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连接； 保护芯片U3的过充电保护信号输出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别经过 一分压电阻与保护芯片U2的充电端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连接;保护 芯片U4的过充电保护信号输出引脚(Cout)、过放电保护信号输出引脚(Dout)分别经过一分 压电阻与保护芯片U3的充电端控制引脚(CTLC)、放电端控制引脚(CCTLD)相连接； 过充电保护信号输出引脚(Cout)与充电单元的控制端相连接;过放电保护信号输出引 脚(Dout)与放电单元的控制端相连接。2. 根据权利要求1所述的智能平衡车锂电池组管理系统，其特征在于： 从锂电池组的负极端开始，每隔一节锂电池，采用一个断线检测电阻与当前的锂电池 相并联;在蓄电池组发生断线断路的状态下，断线检测电阻将断线处的电位上拉或下拉至 一致，使保护芯片检测到该节锂电池的信号为过充或者过放状态，从而关断充、放电开关， 起到保护电芯的作用。3. 根据权利要求2所述的智能平衡车锂电池组管理系统，其特征在于： 充电开关包含 N 沟道 M0S 管Q6、Q7、Q8、Q9、电阻R60、R61、R62、R63、R64、电容C44、C47; N沟道M0S管Q6的栅极与电阻R61的第一端相互连接，N沟道M0S管Q7的栅极与电阻R62的 第一端相互连接，N沟道M0S管Q8的栅极与电阻R63的第一端相互连接，N沟道M0S管Q9的栅极 与电阻R64的第一端相互连接；电阻1?61、1?62、1?63、1?64的第二端分别相互连接，且连接所形 成的充电开关第一结点通过电阻R60与保护芯片U1的过充电保护信号输出引脚(Cout)相连 接;N沟道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9的源极相互连接所形成的充电开关第二结点为所述保护电路 的负极端口（P-); N沟道M0S管Q6、Q7、Q8、Q9的漏极相互连接形成充电开关第三结点；电容 C44与电容C47相互串联后接在充电开关第二结点与充电开关第三结点之间。4. 根据权利要求1所述的智能平衡车锂电池组管理系统，其特征在于： 放电开关包含 N 沟道 M0S 管Q2、Q3、Q4、Q5、电阻R20、R52、R55、R56、R57、电容C42、C43; N沟道M0S管Q2的栅极与电阻R52的第一端相互连接，N沟道M0S管Q3的栅极与电阻R55的 第一端相互连接，N沟道M0S管Q4的栅极与电阻R56的第一端相互连接，N沟道M0S管Q5的栅极 与电阻R57的第一端相互连接；电阻1?52、1?55、1?56、1?57的第二端分别相互连接，且连接所形 成的第一放电开关结点通过电阻R20与保护芯片U1的过放电保护信号输出引脚(Dout)相连 接;N沟道M0S管Q2、Q3、Q4、Q5的源极相互连接所形成放电开关第二结点经过电阻RN接地;N 沟道MOS管〇2、〇3、〇4、〇5的漏极相互连接形成放电开关第三结点，且放电开关第三结点与充 电开关第三结点相互连接;电容C42与电容C43相互串联后接在放电开关第二结点与放电开 关第三结点之间。5.根据权利要求1所述的智能平衡车锂电池组管理系统，其特征在于： 保护芯片1]1、1]2、1]3、1]4的供电引脚(￥00)与接蓄电池负极引脚(￥550)之间各接一个稳 压管;每个稳压管分别用于防止保护芯片1]1、1]2、1]3、1]4工作电压过大。
【文档编号】H02J7/00GK106058955SQ201610328246
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年5月18日
【发明人】孙宝岗
【申请人】深圳天邦达科技有限公司