CN102570531B - 多级充电均衡控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多级充电均衡控制装置及方法，其中，该装置包括：包括偶数个级联的串联用电池保护IC的第一级控制电路；包括串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC的第二级控制电路；第二级控制电路中的每一电池充电IC控制第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC对单体的充放电，以及控制两个串联用电池保护IC中每一串联用电池保护IC对应的电池组的充放电。本发明实现每个单节电池都不发生过充电和过放电。

Description

多级充电均衡控制装置及方法
技术领域
本发明涉及通信电源领域，具体涉及一种多级充电均衡控制装置及方法。
背景技术
锂离子电池因其各种优点，如工作电压高、体积小、质量轻等，被视为一种理想电源。在实际使用中，为了获得更高的放电电压，一般将至少两只单体锂离子电池串联组成锂离子电池组使用。目前，锂离子电池组已经广泛应用于笔记本电脑、电动自行车和备用电源等多种领域。因此，如何在充电时使锂离子电池组较好的使用显得尤为关键，现将锂离子电池组常用的几种充电方法简述如下：
1.普通的串联充电
目前锂离子电池组的充电一般都采用串联充电，但由于单体锂离子电池之间在容量、内阻、衰减特性、自放电等性能方面的差异，在对锂离子电池组串联充电时，电池组中容量最小的那只单体锂离子电池将最先充满电，而此时，其他电池还没有充满电；如果继续串联充电，则已充满电的单体锂离子电池就可能会被过充电；而锂离子电池过充电会严重损害电池的性能，甚至可能会导致爆炸造成人员伤害，因此，为了防止出现单体锂离子电池过充电，锂离子电池组使用时一般配有电池管理系统(Battery ManagementSystem，简称BMS)，通过电池管理系统对每一只单体锂离子电池进行过充电等保护；具体如：串联充电时，若某只单体锂离子电池的电压达到过充保护电压，电池管理系统会将整个串联充电电路切断，停止充电，以防止这只单体电池被过充电，而这样会造成其他锂离子电池无法充满电；其中，由于电池本身特性，磷酸铁锂电池组中某些电池充不满电的现象相对锰酸锂电池组而言会更为明显；
2.电池管理系统和充电机协调配合串联充电
电池管理系统是对电池的性能和状态了解最为全面的设备，所以将电池管理系统和充电机之间建立联系，就能使充电机实时地了解电池的信息，从而更有效地解决电池的充电时的问题；电池管理系统和充电机协调配合充电模式的原理为：电池管理系统通过对电池的当前状态(如温度、单体电池电压、电池工作电流、一致性以及温升等)进行监控，并利用这些参数对当前电池的最大允许充电电流进行估算；充电过程中，通过通信线将电池管理系统和充电机联系起来，实现数据的共享；电池管理系统将总电压、最高单体电池电压、最高温度、温升、最大允许充电电压、最高允许单体电池电压以及最大允许充电电流等参数实时地传送到充电机，充电机就能根据电池管理系统提供的信息改变自己的充电策略和输出电流；具体如：
当电池管理系统提供的最大允许充电电流比充电机设计的电流容量高时，充电机按照设计的最大输出电流充电；当电池的电压、温度超限时，电池管理系统能实时检测到并及时通知充电机改变电流输出；当充电电流大于最大允许充电电流时，充电机开始跟随最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电，达到延长电池寿命的目的。充电过程中一旦出现故障，电池管理系统可以将最大允许充电电流设为0，迫使充电机停机，避免发生事故，保障充电的安全；
3.并联充电
为了解决电池组中某些单体电池过充和充不满电的问题，又发展出了并联充电的办法，但是并联充电方法需要采用多个低电压、大电流的充电电源为每一只单体电池充电，存在充电电源成本高、可靠性低、充电效率低、连接线径粗等缺陷，因此目前没有大范围使用这种充电方法；
综上，现有的充电方法均无法在任何时候(如电池的运行环境不符合所需的条件下)保证每个单节电池都不发生过充电和过放电。
发明内容
本发明的第一目的是提出一种高效的多级充电均衡控制装置。
本发明的第二目的是提出一种高效的多级充电均衡控制方法。
为实现上述第一目的，本发明提供了一种多级充电均衡控制装置，包括：
包括偶数个级联的串联用电池保护IC的第一级控制电路；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池；包括串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC的第二级控制电路；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC；第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开，以及每一电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中两个电池组为两个串联用电池保护IC对应连接的电池组。
为实现上述第二目的，本发明提供了一种多级充电均衡控制方法，包括：第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开；其中，第一级控制电路包括包括偶数个级联的串联用电池保护IC；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池；第二级控制电路中的每一电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中两个电池组为两个串联用电池保护IC对应连接的电池组；其中，第二级控制电路包括串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC。
本发明各个实施例中，通过每一电流模式PWM的电池充电IC与两个串联用电池保护IC连接，用于对与两个串联用电池保护IC连接的串联电池均衡采样控制及保护，并通过内部自带的微充放电管理系统控制各串联用电池保护IC对各节电池的充放电方式，从而完成各组电池及各单体电池的均衡，实现每个单节电池都不发生过充电和过放电。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一并用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1为本发明的多级充电均衡控制装置的实施例一结构图；
图2a-2d为本发明的多级充电均衡控制装置的实施例二电路图；
图3为本发明的多级充电均衡控制装置的实施例流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
装置实施例
图1为本发明的多级充电均衡控制装置的实施例一结构图。如图1所示，本实施例包括：包括偶数个级联的串联用电池保护IC的第一级控制电路；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池；
包括串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC的第二级控制电路；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC；
第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开，以及每一电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中两个电池组为两个串联用电池保护IC对应连接的电池组。
具体操作时，该多级充电均衡控制装置还包括：
包括串联的与串联用电池保护IC数量相同个数的温度控制开关的第三级控制电路，第三级控制电路中的每一温度控制开关对应检测第一级控制电路中每一串联用电池保护IC连接的各单体电池的温度，并在任一单体电池温度超过预设温度阈值时，控制停止对对应的串联用电池保护IC连接的各单体电池充电。也就是说，在每个温度控制开关检测到其对应的一组电池内的某一个电池的温度过高时，控制停止对该组所有的单体电池停止充电。
该电流模式PWM的电池充电IC为LTC1769或LTC1760，对应的RCL为0.03欧姆，对应的RVLIMIT为10K欧姆。
本实施例通过每一电流模式PWM的电池充电IC与两个串联用电池保护IC连接，用于对与两个串联用电池保护IC连接的串联电池均衡采样控制及保护，并通过内部自带的微充放电管理系统控制各串联用电池保护IC对各节电池的充放电方式，从而完成各组电池及各单体电池的均衡，实现每个单节电池都不发生过充电和过放电。
图2a-2d为本发明的多级充电均衡控制装置的实施例二电路图。图2a-2d通过图中的标号1-19对应相连，组成一个整体的图，如图2a中的标号1-7分别对应与图2b中的标号1-7相连，以连接第一LTC1769及其对应的两个S-8204B；如图2c中的标号11-17分别对应与图2d中的标号11-17相连，以连接第二LTC1769及其对应的两个S-8204B，其他类似不再赘述。如图2a-2d所示，本实施例包括：两个电池充电IC，四个电池串联用电池保护IC及三个温度控制开关IC，其中，两个电池充电IC可以为两个电流模式脉冲宽度调制(PWM)的电池充电IC，如第一LTC1769及第二LTC1769，具体操作时，还可以为两个LTC1760；电池串联用电池保护IC可以为4个电池串联用S-8204B或7个电池串联用LS9208；温度控制开关IC可以为TMP300。以下以LTC1769、S-8204B及TMP300组成的三级充电均衡控制装置进行解释说明；
每个S-8204B对应控制四个锂电池，用于对各节电池进行过充过放电压检测，进行过电流检测等，如图2a-2d所示，每一LTC1769与两个S-8204B连接，用于对与两个S-8204B连接的8节串联电池均衡采样控制及保护，并通过内部自带的微充放电管理系统控制各S-8204B对各节电池的充放电方式，从而完成两组(每个S-8204B对应一组)的电池均衡的管理；TMP300温度控制开关IC分别连接锂电池与S-8204B，用于检测电池在充放过程中的温度，并在电池温度超过预设限制时，TMP300可以将最大允许充电电流设为0(实现对相应的电池组停止充电)，迫使充电设备停机，保障充电的安全；TMP300还可以用于自动记录当前的充电电流及当大于最大允许充电电流时的单体温度变化情况，以便根据温度数据调整控制最大允许充电电流，这样就有效地防止了电池过充电，又达到快速充电并延长电池寿命目的。
各级均衡控制电路的具体解释如下：
(一)第一级控制电路硬件设计与工作原理说明
第一级均衡控制是由四个S-8204B组成的具有过电流保护功能的电路，用于检测每个单体的锂电池充放电及运行过程的各项数据，且用于四个锂电池为一组的均衡控制；在各电池使用一段时间后其内阻和电压产生波动，若S-8204B检测到每组的单体电池间的状态不一致，S-8204B可通过控制充电控制用端子(即图2b中与第二S-8204B(即下方的S-8204B)的COP端子连接的MOSFET，或图2d中的对应处，不赘述)和放电控制用端子(即图2b中与第二S-8204B(即下方的S-8204B)的DOP端子连接的MOSFET，或图2d中的对应处，不赘述)；
如图2a-2d所示，两个S-8204B串联在一起，由4个N/P沟道MOSFET做控制开关(对应为图2b及图2d中的两个充电用FET及两个放电用FET)，可以保护8节锂离子电池，四个保护芯片串联在一起，就保护了16节锂离子电池；本领域技术人员可以理解，可以根据待保护单体电池的数量确定S-8204B的个数；将第一S-8204B(即图2b中上面的S-8204B)的COP端子与第二S-8204B(即图2b中下面的S-8204B)的CTLC端子连接；将第一S-8204B的DOP端子与第二S-8204B的CTLD端子连接，这样，通过CTLC端子以及CTLD端子可以分别单独控制COP端子与DOP端子的输出电压，且可设置该控制功能优先于芯片内部的电池充放电保护功能；如：若某节电池发生过充，第一S-8204B的COP端子输出电压会发生变化，该电压变化会传递到第二S-8204B的CTLC端子，从而使得第二S-8204B的COP端子输出电压也发生变化，进而控制与第二S-8204B连接的充电用MOSFET(简称充电用FET)的关断，实现锂离子电池的过充电保护；如：若某节电池发生过放电时，则由与该电池相连接的第一S-8204B的DOP端子向第二S-8204B芯片的CTLD端子发出过放信号，改变第二S-8204B的DOP端子的状态，控制与第二S-8204B连接的放电用MOSFET(简称放电用FET)关断，结束放电；
由于可以通过CTLC端子以及CTLD端子可以分别单独控制COP端子与DOP端子的输出电压，可以得到下列对应关系：
表1
  CTLC端子   COP端子
  High(CTLC端子的电压大于等于Vctlch)   通常状态
  Open(开路，被Ictlch下拉)   High-z
  Low(CTLC端子的电压小于Vctlch)   High-z
表2
  CTLD端子   DOP端子
  High(CTLD端子的电压大于等于Vctldh)   通常状态
  Open(开路，被Ictldh下拉)   Vss电位
  Low(CTLD端子的电压小于Vctldh)   Vss电位
每个S-8204B的CTLC端子外接一个TMP300，具体如图2b及图2d所示，连接TMP300的引脚1(即Tset端)，TMP300在锂离子电池充电过程中温度过高时，通过引脚1将控制信号送给CTLC端子，进而送给COP，强行结束锂离子电池的充电过程，对放电过程进行温度保护；本领域技术人员可以理解，所有的TMP300组成第三级充电均衡控制电路；
当S-8204B所控制的所有电池电压均在过放电检测电压(VDLn)与过充电检测电压(VCUn)之间(过放电检测电压(VDLn)与过充电检测电压(VCUn)联合确定第一电压阈值)，且VINI端子电压因放电电流低于放电过电流检测电压(VDIOV1)时，COP/DOP端子均变为VDD电位，对应的状态称为通常状态，此时，充电用FET以及放电用FET变为ON；
对于每个S-8204B而言，若任意一个电池的电压高于过充电检测电压(VCUn)时，COP端子变为高阻抗；这种状态称为过充电状态；此时，COP端子通过外接电阻下拉为EB-，导致充电用FET变为OFF，停止充电，具体操作时，过充电状态在满足下述条件时会被解除：
(1)VMP端子电压在VDD端子及VSS端子间输入电压(即VDS)以上时，则表征全部电池电压在过充电解除电压(VCLn)以下，解除过充电状态。
当S-8204B任意一个电池电压低于VDLn时，DOP端子的电压变为VSS电位，这种状态称为过放电状态，此时，放电用FET变为OFF，并停止充电；过放电状态在满足下述3个条件中的一个时将被解除或者维持：
(1)VMP端子电压高于VDD电位时，则全部电池电压均在过放电检测电压(VDLn)以上，解除过放电状态；
(2)VMP端子电压在VDS/2以上且VMP端子电压低于VDD电位时，则全部电池电压在VDUn以上，解除过放电状态；
(3)VMP端子电压在VDS/2以下时，则维持休眠状态；其中，休眠状态的解释为：当S-8204B变为过放电状态后，VMP端子被VMP-VSS端子电阻(RVMS，该标号对应于Rvms，以下各实施例中有类似的对应关系)下拉至VSS电位；VMP端子电压变为VDS/2以下时，几乎所有的电路都停止工作，消耗电流在变为休眠时消耗电流(IPDN)以下；这种状态称为休眠状态；在休眠状态下，COP端子变为高阻抗；休眠状态在VMP端子电压变为VDS/2以上时被解除；
当电池的放电电流达到预设值以上，VINI端子电压等于或超过第一过电流检测电压VDIOV1时，DOP端子变为VSS电位，这种状态称为放电过电流状态；此时，放电控制用FET变为OFF，并停止放电；具体操作时，S-8204B有3种放电过电流检测电位(VDIOV1、VDIOV2以及VSHORT)；在放电过电流状态下，COP端子变为高阻抗；VMP端子被VMP-VDD间电阻(RVMD，该标号对应于RVMD，也就是说，本各实施例中各标号对应标识电阻、电压、电流及电容时，则标号的首字母分别为R、V、I、C分别表示对应的电阻、电压、电流及电容，标识中的其他字母为首字母的下标，如RVMD对应为RVMD，VDIOV2对应为VDIOV2)上拉至VDD电位；对放电过电流检测电压2(VDIOV2)以及负载短路检测电压(VSHORT)的操作与对VDIOV1的操作相同；放电过电流状态在满足VMP端子电压在VDS-1.2V以上时被解除；
具体操作时，S-8204B还可以设置在检测到任意的电池电压或者VINI端子的电压变化后向COP端子/DOP端子进行输出的延迟时间；各种延迟时间由S-8204B内部的电阻与外接电容决定；在过充电检测状态下，当任意一个电池电压在VCUn以上时，可以通过CCT端子电阻(RCCT)向CCT端子电容(CCCT)进行充电；经过一段时间，当CCT端子电压达到CCT端子检测电压(VCCT)后，则COP端子变为高阻抗；经过的时间即为过充电检测延迟时间(tCU)；tCU的计算方法为现有技术，不再赘述；
同样，放电过检测延迟时间(tDL)、放电过电流检测延迟时间1(tDIOV1)、放电过电流检测延迟时间2(tDIOV2)的计算方法为现有技术，不再赘述。
本领域技术人员可以理解，优选地，两个串联用电池保护IC中第一串联用电池保护IC的CTLC端及CTLD端均连接单体电池的一端，第一串联用电池保护IC的COP端连接两个串联用电池保护IC中第二串联用电池保护IC的CTLC端，第一串联用电池保护IC的DOP端连接第二串联用电池保护IC的CTLD端，第二串联用电池保护IC的COP端及DOP端分别对应连接充电用FET及放电用FET；进一步优选地，第一串联用电池保护IC及第二串联用电池保护IC的CTLC端分别连接第三级控制电路中的一个串联用电池保护IC。
(二)第二级控制电路硬件设计与工作原理说明
如，第二级控制电路是由两个LTC1769组成，S-8204B将采样各组电池电压值发生变化时，LTC1769(或LTC 1760)对每组S-8204B电池进行分流/放电，以解决串联电池组由于单节电池电压、容量、内阻的不完全一致及在使用中因化学特性变化所造成每节电池电压差异的问题，实现电池电压的均衡，同时也实现对单节电池进行必要的保护及电池包的保护。
本领域技术人员熟知：LTC1760除与S-8204B有相同的功能外还有外围微充电路主要包括：一个同步、电流模式、PWM降压开关控制器，一个充电器控制器，两个控制充电器参量的10位DAC，一个热敏电阻安全信号译码器，硬件电压和电流限制译码器和一个两线系统管理总线接口控制器单元。其工作原理为：LTC1769通过两线系统管理总线接口命令对恒流和恒压限值进行编程。降压变压器用N-沟MOSFET作为开关，热敏电阻安全检测电路检测电池存在或确定电池温度是否允许安全充电，且由RVLIMIT确定第二电压阈值。
当通过两线系统管理总线接口传输接收恒流值时，被RILIMIT定标和限制到低于编程值。此修正值编程电流DAC，设置DC充电电流。电流DAC是10位Δ∑DAC，当希望充电电流时，它从DCIN引脚吸收电流。
当经两线系统管理总线接口传输接收恒压值时，该值由RVLIMIT电阻器定标、调节以消除补偿和限定到低于可编程值。此修值编程电压DAC，设置DC充电电压。电压DAC激励内部电压分压网络的低端。电压分压器顶端通过BAT2引脚直接连接到电池输出。电压误差放大器VA对VSET引脚上的分压电池电压与内部精密基准电压比较。VA放大器输出配置成可以激励电流源。当电池电压超过编程电压时，VA环路周期挪用电流反馈环路的控制，迫使充电电流降到维持编程电压所需的电平。由于Δ∑DAC输出是一串脉冲，所以需要一个平滑网络滤波脉冲使其变为VSET引脚的DC。电容器C5和C4构成电容分压器，为来自电池的反馈电压提供滤波，同时滤波DAC脉冲。
电流保护由P-沟MOSFET(Q1)提供。电压比较器监控跨接在MOSFET上的电压而且降到电池电压之上小于200mV时关闭MOSFET。
电路中的R4是电流传感电阻，R3是电池电压传感电阻，R1是电池电流传感电阻，利用R5进行欠压锁定。输入电容(CIN)用于吸收转换器的开关纹波电流，所以CIN必须有足够的纹波电流吸收能力，应该选用固体钽电容，该电容具有较高的纹波电流吸收能力，而且尺寸小。
LCT1769(LCT1760)的欠压锁定阈值固定在7V，在UV引脚上接一个电阻分压可以提高欠压阈值。当UV引脚高于7V时，VC引脚变高，而当UV引脚低于6.5V时(有0.5V的迟滞)，VCC现引脚被拉低，VCC不用时，由0.33μF电容设置的软启动时间是4ms，电阻分压R5和R6组成的电阻分压器用于设置所需的VCC锁定电压。R6还可以选择为5kΩ。
LTC1769内置充放电路结合来实现每组两个单体电池同时进行单体均衡控制充放电；若S-8204B检测到各组四个电池总内阻和总充放电流电压产生波动，每组的电池的状态不一致，由LTC1769对每组S-8204B所控制的电池组进行二次均衡控制；二次均衡充电控制LCT1769(LCT1760)启动，S-8204B将始终对电池电压进行监控，当单组电池电压小于阈值(0.5-0.7V)时，对电池进行再充电，LCT1769(LCT1760)启动进入二次均衡充电控制。为了安全起见，在整个充电过程中，TMP300与LCT1769利用电池内部的热敏电阻和适当的外围电阻对电池的温度进行监控将始终对温度监控，可以使电池的温度控制在用户设置的范围内。当电池温度超过设置的范围0.5秒钟以后，将停止对电池充电；电池温度回到设置范围以内0.5秒钟以后，充电继续。
本实施例利用二个LTC1769或(LTC1760)电流模式脉冲宽度调制(PWM)的电池充电IC与四个S-8204B或(LS9208)3节/4/7节电池串联用电池保护IC及三个TMP300温度控制开关IC共同组成互交差三级单体均衡采样控制模块电路完成对单体锂电池维护和保护。
具体操作时，还可以通过在每一单体电池上并联一个超级电容，实现利用各超级电容根据锂电池端电压的变化情况控制自身电流的输出和关断，从而达到实现对对应单体电池的充电电路的控制；具体操作时，在通过某超级电容控制对应单体电池的充电电路断开时，还可以设置该超级电容自动开启输出，以替代被断开充电电路的单体电池，从而保证电池组不间断输出；此外，如单组/单体超级电容电流输出不能满足电池组的输出要求，可以设置自动将没有放电的剩余单组/单体超级电容的电流加载到正在工作的超级电容上；具体解释如下：
当锂电池放电端电压正常(即上述通常状态)，单组/单体超级电容不投入运行，当锂电池放电端电压异常.单组/单体超级电容自动投入运行；
如，在过充电状态时，单组/单体超级电容用于抵消部分充电电流，尽快使过充电状态在满足下述条件时会被解除；在过放电状态时，单组/单体超级电容用于完成锂电池与超级电容的转换，并同时对电压过低单体锂电池在线小电流充电维护，减少由过放电造成锂电池的损伤，并使过放电状态在满足相应条件时将被解除或者维持；在放电过电流状态时，单组/单体超级电容用于分散承担部分放电电流，防止锂电池由于大电流放电而损坏，从而实现对于高电压、大电流的负载(比如48V/200A)动力电池管理，保证其稳定性输出。
具体操作时，还可以根据本方案超级电容与锂电池之间的工作特性的联系建立相应的标准库，具体如下：
(1)当单组/整组锂电池放电与单组/整组超级电容端电压相差为1-1.5v则表明锂电池组放电电压下降快、电压低，充电电压上升快、电压高，则电池容量变小，单体超级电容自动对单体锂电池进行补充电维护；
(2)静置时当单体锂电池放电与单体超级电容端电压相差为0.5-1v则表明电池端电压下降快，长期放置电压低，自放电过大；单体超级电容对单体锂电池进行补充电维护；
(3)当单体锂电池放电与单体超级电容端电压相差为1.5-2v，放电时电池端电压下降很快，单体电压比平均整组电压低1伏左右，则表明有单元电池损坏；整组/单组超级电容自动投入运行，替代单体锂电池的输出；
(4)当整组锂电池放电与整组超级电容端电压相差为1.8-2v，则表明蓄电池开路电压很低、不能带负载，则电池与整组超级电容损坏或连接不正常；需更换硬件处理；
(5)当整组锂电池充电与整组超级电容端电压相差为0.8-1.2v，则表明充电时电压偏高，放电时电压偏低，则该单体电池内阻过大；三级均衡采样控制管理模块启动单体充放电流程进行维护；
(6)当整组锂电池充电与整组超级电容端电压相差为1.8-2v.充电时电压极高，则蓄电池内部开路；需更换硬件处理；
(7)当单组/整组锂电池放电与单组/整组超级电容电池自开始放电起，其电压就一直比别的电池略低端电压相差为0.5-0.8v，其放电平台性能正常，则电池可能充电不足；单体超级电容自动投入运行对单体锂电池进行补充电维护；
(8)电池在放电过程中，某节单体电池温度比其他单体电池温度高3℃以上，则该电池内阻过大。整组/单组超级电容自动投入运行.替代单体锂电池的输出；剔除单节电芯由三级均衡采样控制管理模块启动单体充放电流程进行维护；
通过与单体电池连接的超级电容，实现了对电池组故障进行诊断与维护；同时根据移动通信用室内外一体化后备式锂离子电池组故障和外部特性之间的特点与关系，建立了电池组故障诊断维护系统的模型，并给出了系统判断所用规则、历史档案数据内容以及电池组运行性能评估的算法。
方法实施例
图3为本发明的多级充电均衡控制方法的实施例流程图。图1及图2a-2d所示的各装置实施例均可适用于本实施例。本实施例包括：
步骤302：第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开；其中，第一级控制电路包括包括偶数个级联的串联用电池保护IC；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池；；
步骤304：第二级控制电路中的每一电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中两个电池组为两个串联用电池保护IC对应连接的电池组；
其中，第二级控制电路包括串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC
步骤306：第三级控制电路中的每一温度控制开关对应检测第一级控制电路中每一串联用电池保护IC对应的各单体电池的温度，并在任一单体温度超过预设温度阈值时，控制对所有的单体电池充电，其中，第三级控制电路包括串联的与串联用电池保护IC数量相同个数的温度控制开关；
优选地，第二串联用电池保护IC的COP连接的充电用FET根据温控开关控制信号的大小进行断开或关闭操作，；
其中，所第一串联用电池保护IC及第二串联用电池保护IC的CTLC端分别连接第三级控制电路中的一个串联用电池保护IC，第一串联用电池保护IC的COP端连接两个串联用电池保护IC中第二串联用电池保护IC的CTLC端。
本实施通过利用LTC1769或(LTC1760)电流模式脉冲宽度调制(PWM)的电池充电IC与S-8204B或(LS9208)电池串联用电池保护IC及三个TMP300温度控制开关IC共同组成互交差三级单体均衡采样控制模块电路完成对单体锂电池维护和保护。
最后应说明的是：以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种多级充电均衡控制装置，其特征在于，包括： 
包括偶数个级联的串联用电池保护IC的第一级控制电路；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池； 
包括所述串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC的第二级控制电路；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接所述第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC；所述两个串联用电池保护IC中第一串联用电池保护IC的CTLC端及CTLD端均连接单体电池的一端，所述第一串联用电池保护IC的COP端连接所述两个串联用电池保护IC中第二串联用电池保护IC的CTLC端，所述第一串联用电池保护IC的DOP端连接所述第二串联用电池保护IC的CTLD端,所述第二串联用电池保护IC的COP端及DOP端分别对应连接充电用FET及放电用FET； 
所述第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开，以及每一电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制所述两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中所述两个电池组为所述两个串联用电池保护IC对应连接的电池组； 
其中，装置还包括： 
包括与所述串联用电池保护IC数量相同个数的串联的温度控制开关的第三级控制电路，所述第三级控制电路中的每一温度控制开关检测所述第一级控制电路中每一串联用电池保护IC连接的各单体电池的温度，并在任一单体电池温度超过预设温度阈值时，控制停止对对应的串联用电池保护IC连接的各单体电池的充电，所述第三级控制电路还根据当前充电电流和温度数据调整最大允许充电电流。 
2.根据权利要求1所述的多级充电均衡控制装置，其特征在于，所述电流模式PWM的电池充电IC为LTC1769或LTC1760。 
3.根据权利要求2所述的多级充电均衡控制装置，其特征在于，所述电流模式PWM的电池充电IC的RCL为0.03欧姆。 
4.根据权利要求3所述的多级充电均衡控制装置，其特征在于，所述电流模式PWM的电池充电IC的RVLIMIT为10K欧姆。 
5.根据权利要求1所述的多级充电均衡控制装置，其特征在于，所述第一串联用电池保护IC的CTLC端连接所述第三级控制电路中的一个串联用电池保护IC的Tset端；所述第二串联用电池保护IC的CTLC端连接所述第三级控制电路中的另一个串联用电池保护IC的Tset端或者与所述第一串联用电池保护IC的CTLC端连接相同的Tset端。 
6.根据权利要求1所述的多级充电均衡控制装置，其特征在于，每一单体电池上均并联一超级电容。 
7.一种多级充电均衡控制方法，其特征在于，包括： 
第一级控制电路中的每个串联用电池保护IC根据预设的第一电压阈值及检测得到的每一单体电池的电压值，控制对应单体电池的充放电电路的导通与断开； 
其中，所述第一级控制电路包括偶数个级联的串联用电池保护IC；其中，每一串联用电池保护IC对应连接串联组成一个电池组的多个单体电池； 
第二级控制电路中的每一电流模式PWM的电池充电IC根据对应连接的两个串联用电池保护IC上报的两个电池组的电压值、第二预设电压阈值，控制所述两个电池组中任一组的充放电电路的导通与断开，其中所述两个电池组为所述两个串联用电池保护IC对应连接的电池组； 
其中，所述第二级控制电路包括所述串联用电池保护IC的数量的半数个级联的电流模式PWM的电池充电IC；其中，每一电流模式PWM的电池充电IC对应连接所述第一级控制电路中的两个串联用电池保护IC；两个串联用电池保护IC中第一串联用电池保护IC的CTLC端及CTLD端均连接单体电池的一端，所述第一串联用电池保护IC的COP端连接所述两个串联用电池保护IC中第二串联用电池保护IC的CTLC端，所述第一串联用电池保护IC的DOP端连接所述第二串联用电池保护IC的CTLD端,所述第二串联用电池保护IC的COP端及DOP端分别对应连接充电用FET及放电用FET； 
其中，所述方法还包括： 
第三级控制电路中的每一温度控制开关检测所述第一级控制电路中每 一串联用电池保护IC连接的各单体电池的温度，并在任一单体电池温度超过预设温度阈值时，控制停止对对应的串联用电池保护IC连接的各单体电池充电，其中，所述第三级控制电路包括与所述串联用电池保护IC数量相同个数的串联的温度控制开关，所述第三级控制电路还根据当前充电电流和温度数据调整最大允许充电电流。 
8.根据权利要求7所述的多级充电均衡控制方法，其特征在于，还包括： 
与所述两个串联用电池保护IC中的第二串联用电池保护IC的COP端连接的充电用FET根据温控开关控制信号的大小进行断开或关闭操作； 
其中，所述两个串联用电池保护IC中的第一串联用电池保护IC及第二串联用电池保护IC的CTLC端连接所述第三级控制电路中的一个串联用电池保护IC的Tset端，所述第一串联用电池保护IC的COP端连接所述两个串联用电池保护IC中第二串联用电池保护IC的CTLC端，所述Tset端用于发送所述温控开关控制信号。 
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