CN102957175B - 一种多节串联锂电池组均衡及保护系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多节串联锂电池组均衡及保护系统，包括锂电池充放电组件，用于将外部充电电源接入锂电池组进行充电，并向负载供电；控制模块，与所述锂电池充放电组件进行IIC通讯，以控制所述锂电池充放电组件进行满充电；充放电开关装置，用于接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路；通讯异常保护电路，用于对所述控制模块的IIC通讯状态进行检测，并在检测到IIC通讯异常时，发出IIC通讯异常信号；其中，所述充放电开关装置根据所述IIC通讯异常信号，断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路。本发明解决了IIC通讯异常而导致的充放电保护异常或失效，保证了锂电池组的使用安全性。

Description

一种多节串联锂电池组均衡及保护系统

技术领域

本发明涉及电源领域，特别涉及一种多节串联锂电池组均衡及保护系统。

背景技术

近年来，由于锂电池具有放电电压稳定、自放电率低、寿命长、无记忆效应、体积小、无公害等诸多优点，被广泛的应用在测试仪器、数码产品、电动工具等上面。图1显示了现有技术提供的一种多节串联锂电池组系统结构框图，包括锂电池充放电组件、控制模块和充放电开关装置。所述控制模块根据多节串联锂电池组系统的充电或放电状态，控制充放电开关装置接通或断开充电回路或供电回路。目前，一种多节串联锂电池组系统仍存在以下问题：

1、锂电池充放电组件和控制模块之间的IIC通讯发生异常时，可能导致充放电保护异常或失效，使锂电池组使用安全性失控，甚至发生意外；

2、多节串联锂电池组系统发生过流、甚至短路时，可能造成锂电池组充放电安全性问题；

3、由于锂电池组单个锂电池之间存在电压、内阻、容量差异，导致满充电电压一致性误差，对于同样的负载，锂电池之间电压差越大，锂电池组充放电时间越短，锂电池组持续放电能力越低。

发明内容

本发明的目的在于提供一种多节串联锂电池组均衡及保护系统，能更好地解决由于锂电池充放电组件与控制模块之间IIC通讯异常导致的锂电池组充放电使用安全性等问题。

根据本发明的一个方面，提供了一种多节串联锂电池组均衡及保护系统，包括：

锂电池充放电组件，用于将外部充电电源接入锂电池组进行充电，并向负载供电；

控制模块，与所述锂电池充放电组件进行IIC通讯，以控制所述锂电池充放电组件进行满充电；

充放电开关装置，用于接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路；

通讯异常保护电路，用于对所述控制模块的IIC通讯状态进行检测，并在检测到IIC通讯异常时，发出IIC通讯异常信号；

其中，所述充放电开关装置根据所述ICC通讯异常信号，断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路。

进一步地，所述锂电池充放电组件包括：

模拟前端电路，用于采集所述锂电池组中每个锂电池的电压数据，并通过IIC总线将所采集的电压数据送入控制模块，以便所述控制模块生成用于每个锂电池均衡充电的多个均衡充电控制信号；

均衡驱动电路，用于根据所述多个均衡充电控制信号，生成多个均衡驱动信号；

均衡电路，用于根据多个均衡驱动信号，控制每个锂电池进行满充电。

优选地，所述均衡电路包括多个分别并联在每个锂电池两端的均衡单元，其每个均衡单元包括串联连接的电子开关和电阻器。

进一步地，所述锂电池充放电组件还包括：

放电电流保护电路，用于检测放电电流，并在检测到放电电流超过预定放电电流值时，生成放电电流保护信号；

充电电流保护电路，用于检测充电电流，并在检测到充电电流超过预定充电电流值时，生成充电电流保护信号。

优选地，所述放电电流保护电路具有一个放电过流保护单元，包括：

第一运算放大器；

连接在第一运算放大器正相输入端和采样地之间的第二限流电阻器；

连接在第一运算放大器负相输入端和工作电源之间的第一可变分压电阻器和第二可变分压电阻器；

连接在第一运算放大器输出端和充放电开关装置之间的第三限流电阻器；

其中，第一可变分压电阻器一端连接第二可变分压电阻器、另一端连接锂电池组负端、中间抽头连接第一运算放大器负相输入端。

优选地，所述放电电流保护电路还具有一个放电短路保护单元，包括：

第二运算放大器；

连接在第二运算放大器正相输入端和采样地之间的第四限流电阻器；

连接在第二运算放大器负相输入端和锂电池组负端之间的第二可变分压电阻器和第一可变分压电阻器；

连接在第二运算放大器输出端和充放电开关装置之间的第五限流电阻器；

其中，第二可变分压电阻器一端连接第一可变分压电阻器、另一端连接工作电源、中间抽头连接第二运算放大器负相输入端。

优选地，所述充电电流保护电路包括：

第三运算放大器；

连接在第三运算放大器负相输入端与工作电源之间的第一分压电阻器；

连接在第三运算放大器负相输入端与采样地之间的第二分压电阻器；

连接在第三运算放大器正相输入端与工作电源之间的第三分压电阻器；

连接在第三运算放大器正相输入端与锂电池组负端之间的第四分压电阻器；

连接在第三运算放大器输出端与充放电开关装置之间的第一限流电阻器。

进一步地，所述控制模块具有在IIC通讯异常时停止输出脉宽调制信号的脉宽调制(PWM)单元。

进一步地，所述通讯异常保护电路是整流电路，其输入端连接控制模块，输出端连接充放电开关装置。

进一步地，所述充放电开关装置包括：

充放电驱动电路，用于根据充电或放电电流保护信号，生成用于切断充电回路或供电回路的充电或放电驱动信号；

控制电路，用于根据所述ICC通讯异常信号和所述充电或放电驱动信号，生成用于接通或断开充放电开关电路的控制信号；

充放电开关电路，用于根据所述控制信号，接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路，使锂电池组充电或供电。

与现有技术相比较，本发明具有以下技术效果：

1、本发明通过使用通讯异常保护电路，在锂电池充放电组件与控制模块之间的IIC通讯发生异常时，快速断开充电回路或供电回路，避免了充电或放电电流保护电路异常或失效而导致锂电池组使用安全性失控，提高了锂电池组的使用安全性；

2、本发明使用充电电流保护电路和放电电流保护电路，在充电过流或放电过流时，实现锂电池组的快速保护；

3、本发明在充电状态下，通过对锂电池组进行电压均衡控制，使锂电池组满充电后，单个锂电池电压一致性误差在±30mV内，促使锂电池组发挥最大性能。

附图说明

图1是现有技术提供的一种多节串联锂电池组系统结构框图；

图2是本发明实施例提供的一种多节串联锂电池组均衡及保护系统结构框图；

图3是本发明实施例提供的一种多节串联锂电池组均衡及保护系统结构示意图；

图4是本发明实施例提供的控制锂电池组充电电压均衡的控制结构图；

图5是本发明实施例提供的均衡电路原理示意图；

图6是图4中单个锂电池充电电压均衡的电路原理示意图；

图7是本发明实施例提供的放电过流保护单元的电路结构图；

图8是本发明实施例提供的放电短路保护单元的电路结构图；

图9是本发明实施例提供的充电电流保护电路的电路结构图；

图10是本发明实施例提供的通讯异常保护电路的电路结构图；

图11是本发明实施例提供的充放电开关装置结构示意图；

图12是本发明另一实施例提供的一种多节串联锂电池组均衡及保护系统结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行详细说明，应当理解，以下所说明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。

图2显示了本发明实施例提供的一种多节串联锂电池组均衡及保护系统结构框图，如图2所示，一种多节串联锂电池组均衡及保护系统包括锂电池充放电组件、控制模块、充放电开关装置和通讯异常保护电路，其中：

所述锂电池充放电组件，用于将外部充电电源接入锂电池组进行充电，并向负载供电。具体地说，锂电池充放电组件包括多节串联锂电池组，多节串联锂电池组与外部充电电源连接，实现对锂电池组的充电，与负载连接，实现对负载的供电。

所述控制模块，与所述锂电池充放电组件进行IIC通讯，以控制所述锂电池充放电组件进行满充电。具体地说，控制模块通过IIC总线接收并处理锂电池充放电组件采集的每个锂电池的电压数据，以控制锂电池电压均衡。所述控制模块可以是微控制器MCU，包括脉宽调制(PWM)单元。

所述充放电开关装置，用于接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路。

所述通讯异常保护电路，用于对所述控制模块的IIC通讯状态进行检测，并在检测到IIC通讯异常时，发出IIC通讯异常信号。其中，所述充放电开关装置根据所述ICC通讯异常信号，断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路。具体地说，所述通讯异常保护电路解决了因锂电池充放电组件和控制模块之间IIC通讯异常导致的锂电池组使用安全性问题。

图3显示了本发明实施例提供的一种多节串联锂电池组均衡及保护系统结构示意图，如图3所示：

所述锂电池充放电组件包括模拟前端电路、均衡驱动电路和均衡电路，其中：

所述模拟前端电路，用于采集所述锂电池组中每个锂电池的电压数据，并通过IIC总线将所采集的电压数据送入控制模块，以便所述控制模块生成用于每个锂电池均衡充电的多个均衡充电控制信号。

所述均衡驱动电路，用于根据所述多个均衡充电控制信号，生成多个均衡驱动信号。

所述均衡电路，用于根据多个均衡驱动信号，控制每个锂电池进行满充电。可见，均衡电路解决了因锂电池组单个锂电池之间存在电压、内阻、容量差异而导致满充电电压一致性误差，也就是说，减小了各个锂电池间电压差，在同样的负载下，提高了锂电池组持续放电能力。

优选地，所述均衡电路包括多个分别并联在每个锂电池两端的均衡单元，其每个均衡单元包括串联连接的电子开关和电阻器。

进一步地，所述锂电池充放电组件还包括放电电流保护电路和充电电流保护电路，其中：

所述放电电流保护电路，用于检测放电电流，并在检测到放电电流超过预定放电电流值时，生成放电电流保护信号；

充电电流保护电路，用于检测充电电流，并在检测到充电电流超过预定充电电流值时，生成充电电流保护信号。

优选地，所述放电电流保护电路具有一个放电过流保护单元，包括：

第一运算放大器；

连接在第一运算放大器正相输入端和采样地之间的第二限流电阻器；

连接在第一运算放大器负相输入端和工作电源之间的第一可变分压电阻器和第二可变分压电阻器；

连接在第一运算放大器输出端和充放电开关装置之间的第三限流电阻器；

其中，第一可变分压电阻器一端连接第二可变分压电阻器、另一端连接锂电池组负端、中间抽头连接第一运算放大器负相输入端。

优选地，所述放电电流保护电路还具有一个放电短路保护单元，包括：

第二运算放大器；

连接在第二运算放大器正相输入端和采样地之间的第四限流电阻器；

连接在第二运算放大器负相输入端和锂电池组负端之间的第二可变分压电阻器和第一可变分压电阻器；

连接在第二运算放大器输出端和充放电开关装置之间的第五限流电阻器；

其中，第二可变分压电阻器一端连接第一可变分压电阻器、另一端连接工作电源、中间抽头连接第二运算放大器负相输入端。

优选地，所述充电电流保护电路包括：

第三运算放大器；

连接在第三运算放大器负相输入端与工作电源之间的第一分压电阻器；

连接在第三运算放大器负相输入端与采样地之间的第二分压电阻器；

连接在第三运算放大器正相输入端与工作电源之间的第三分压电阻器；

连接在第三运算放大器正相输入端与锂电池组负端之间的第四分压电阻器；

连接在第三运算放大器输出端与充放电开关装置之间的第一限流电阻器。

进一步地，所述控制模块具有在IIC通讯异常时停止输出脉宽调制信号的脉宽调制(PWM)单元。

进一步地，所述通讯异常保护电路是整流电路，其输入端连接控制模块，输出端连接充放电开关装置。

进一步地，所述充放电开关装置包括：

充放电驱动电路，用于根据充电或放电电流保护信号，生成用于切断充电回路或供电回路的充电或放电驱动信号；

控制电路，用于根据所述IIC通讯异常信号和所述充电或放电驱动信号，生成用于接通或断开充放电开关电路的控制信号；

充放电开关电路，用于根据所述控制信号，接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路，使锂电池组充电或供电。

此外，模拟前端电路和均衡电路连接所有单个锂电池两端以及锂电池组的负端BATTERY-、锂电池组正端BATTERY+(负载正端PACK+、充电正端CHARGE+)；锂电池组负端BATTERY-接地；充放电开关装置连接锂电池组的负载负端PACK-和充电负端CHARGE-；通讯异常保护电路连接锂电池组负端BATTERY-。充电状态，将充电器接充电端子CHARGE+、CHARGE-两端，放电状态，将负载接负载端子PACK+、PACK-两端。

所述多节串联锂电池组均衡及保护系统的工作原理如下：

充电状态下，模拟前端电路采集串联锂电池组中每个锂电池的电压、电池组温度数据，并通过IIC总线传送到控制模块，由控制模块生成用于控制所述锂电池充放电组件进行满充电的多个均衡充电控制信号；然后，均衡驱动电路通过模拟前端电路获得所述多个均衡充电控制信号，并生成多个均衡驱动信号，控制每个锂电池进行满充电。充电过程中，由充电电流保护电路对充电电流进行检测，一旦充电电流超过预定充电电流值，则所述充电电流保护电路向充放电驱动电路输出充电电流保护信号；所述充放电驱动电路根据所述充电电流保护信号生成用于切断充电回路的充电驱动信号，最终使充电回路断开，提高充电状态下锂电池的使用安全性。

放电状态下，由放电电流保护电路对放电电流进行检测，一旦放电电流超过预定放电电流值，则所述放电电流保护电路向充放电驱动电路输出放电电流保护信号；所述充放电驱动电路根据所述放电电流保护信号生成用于切断供电回路的放电驱动信号，最终使供电回路断开，提高放电状态下锂电池的使用安全性。其中，所述放电电流保护电路具有一个放电过流保护单元和一个放电短路保护单元，分别对放电过流和放电短路的情况进行检测。

在充电或放电的过程中，若IIC通讯正常，则控制模块的PWM单元向通讯异常保护电路输出脉宽调制信号，使所述通讯异常保护电路向充放电开关装置中的控制电路输出用于接通充电回路或供电回路的IIC通讯正常的信号；若IIC出现通讯异常情况，则控制模块的PWM单元停止向通讯异常保护电路输出脉宽调制信号，使所述通讯异常保护电路向充放电开关装置中的控制电路输出用于断开充电回路或供电回路的IIC通讯异常信号，最终控制充电回路或供电回路断开，实现IIC通讯异常情况下，对串联锂电池组的保护，提高了锂电池组的使用安全性。

图4显示了本发明实施例提供的控制锂电池组充电电压均衡的控制结构图，如图4所示。

连接每个锂电池两端的模拟前端电路采集所述锂电池组中每个锂电池的电压数据，并通过IIC总线将所采集的电压数据送入控制模块。

所述控制模块处理电压数据，并将生成的均衡充电控制信号通过IIC传送到模拟前端电路，具体地说，控制模块判断电压值最小的电压数据，对于所有超过最小电压数据30mV的锂电池，均生成用于使充电电流分流的均衡充电控制信号，否则生成使充电电流仅流入单个锂电池的均衡充电控制信号。

连接所述模拟前端电路的均衡驱动电路，用于根据来自所述模拟前端电路的所述多个均衡充电控制信号，生成多个均衡驱动信号。

连接所述均衡驱动电路的均衡电路，用于根据来自所述均衡驱动电路的多个均衡驱动信号，控制相连的每个锂电池进行满充电。

其中，所述锂电池组负端通过电流采样电阻R0与充放电开关装置的充放电开关电路相连，并在充放电开关电路接通时锂电池组进行充电，断开时锂电池组停止充电。所述R0用于进行电流采样，当放电电流不超过预定放电电流值时，第一运算放大器(图7中的OPAMP1)或第二运算放大器(如8中的OPAMP2)的负向输入端电压大于正向输入端电压，第一运算放大器或第二运算放大器输出低电平，最终通过充放电开关装置使供电回路接通；当放电电流超过预定放电电流值，第一运算放大器(图7中的OPAMP1)或第二运算放大器(如8中的OPAMP2)的负向输入端电压小于正向输入端电压，第一运算放大器或第二运算放大器输出高电平，最终通过充放电开关装置使供电回路断开；当充电电流不超过预定充电电流值时，第三运算放大器(如9中的OPAMP3)的负向输入端电压大于正向输入端电压，第三运算放大器输出低电平，最终通过充放电开关装置使充电回路接通；当充电电流超过预定充电电流值时，第三运算放大器(如9中的OPAMP3)的负向输入端电压小于正向输入端电压，第三运算放大器输出高电平，最终通过充放电开关装置使充电回路断开。

可见，均衡电路解决了因锂电池组单个锂电池之间存在电压、内阻、容量差异而导致满充电电压一致性误差，也就是说，减小了各个锂电池间电压差，锂电池组电压一致性误差在±30mV内，在同样的负载下，提高了锂电池组持续放电能力。

图5显示了本发明实施例提供的均衡电路原理示意图，图6显示了图5中单个锂电池充电电压均衡的电路原理示意图，如图5和图6所示，均衡电路包括多个分别并联在每个锂电池两端的均衡单元，其每个均衡单元包括串联连接的电子开关和电阻器。以电子开关是MOSFET为例进行说明：

每个均衡单元包括串联的电阻器及MOSFET，当均衡驱动信号是高电平时，MOSFET导通，进入电压均衡状态，总充电电流分两路，一路电流流入锂电池，另一路电流流入电阻器；当均衡驱动信号是低电平时，MOSFET截至，总充电电流分两路仅流入锂电池；因此电压最低的锂电池充电电流比电压高的电池充电电流大，随着充电时间延长，锂电池组中单个锂电池电压越来越接近，直至锂电池组单个锂电池电压一致性误差在±30mV内，发挥锂电池组最大性能。

为保护锂电池组放电的安全性，本发明实施例提供了放电电流保护电路和充电电流保护电路，其中，所述放电电流保护电路包括放电过流保护单元和放电短路保护单元，以下通过图7、图8和图9分别进行详细的说明。

图7显示了本发明实施例提供的放电过流保护单元的电路结构图，如图7所示，所述放电过流保护单元包括：

运算放大器OPAMP1(第一运算放大器)；

连接在OPAMP1正相输入端和采样地之间的限流电阻器R15(第二限流电阻器)；

连接在OPAMP1负相输入端和工作电源之间的可变分压电阻器VR1(第一可变分压电阻器)和可变分压电阻器VR2(第二可变分压电阻器)；

连接在OPAMP1输出端和充放电开关装置之间的限流电阻器R9(第三限流电阻器)；

其中，VR1一端连接VR2、另一端连接锂电池组负端、中间抽头连接OPAMP1负相输入端。

此外，OPAMP1地线及电流采样电阻R0一端接电池组负端BATTERY-，R15一端及R0另一端接充放电开关电路。

所述放电过流保护单元的工作原理如下：

静态或放电电流小于预定放电电流值时，OPAMP1负相输入端电压大于正相输入端电压，OPAMP1输出低电平，R9输出低电平，充放电开关装置中的充放电驱动电路输出高电平，控制电路输出高电平，充放电开关电路导通，即供电回路导通。否则，如果放电电流大于预定放电电流值，OPAMP1负相输入端电压小于正相输入端电压，OPAMP1输出高电平，R9输出高电平，充放电开关装置中的充放电驱动电路关闭，输出低电平，控制电路输出低电平，充放电开关电路断开，即供电回路断开，进入放电过流保护状态。

图8显示了本发明实施例提供的放电短路保护单元的电路结构图，如图8示，所述放电短路保护单元包括：

运算放大器OPAMP2(第二运算放大器)；

连接在OPAMP2正相输入端和采样地之间的限流电阻器R7(第四限流电阻器)；

连接在OPAMP2负相输入端和锂电池组负端之间的可变分压电阻器VR2(第二可变分压电阻器)和可变分压电阻器VR1(第一可变分压电阻器)；

连接在OPAMP2输出端和充放电开关装置之间的限流电阻器R8(第五限流电阻器)；

其中，VR2一端连接VR1、另一端连接工作电源、中间抽头连接运算放大器OPAMP2负相输入端。

此外，OPAMP2地线及电流采样电阻R0一端接电池组负端BATTERY-，R7一端及R0另一端接充放电开关电路。

所述放电短路保护单元的工作原理如下：

静态或放电电流小于预定放电电流值时，OPAMP2负相输入端电压大于正相输入端电压，OPAMP2输出低电平，R8输出低电平，若没有发生放电过流保护，充放电开关装置中的充放电驱动电路输出高电平，控制电路输出高电平，充放电开关电路导通，即供电回路导通。否则，放电电流大于预定放电电流值时，OPAMP2负相输入端电压小于正相输入端电压，OPAMP2输出高电平，R8输出高电平，充放电开关装置中的充放电驱动电路关闭，输出低电平，控制电路输出低电平，充放电开关电路断开，即供电回路断开，进入放电短路保护状态。

图9显示了本发明实施例提供的充电电流保护电路的电路结构图，如图9所示，所述充电电流保护电路包括：

运算放大器OPAMP3(第三运算放大器)；

连接在OPAMP3负相输入端与工作电源之间的分压电阻器R10(第一分压电阻器)；

连接在OPAMP3负相输入端与采样地之间的分压电阻器R11(第二分压电阻器)；

连接在OPAMP3正相输入端与工作电源之间的分压电阻器R12(第三分压电阻器)；

连接在运算放大器正相OPAMP3输入端与锂电池组负端之间的分压电阻器R13(第四分压电阻器)；

连接在OPAMP3输出端与充放电开关装置之间的限流电阻器R14(第一限流电阻器)。

其中，运算放大器OPAMP3地线及电流采样电阻R0一端接电池组负端，R10一端及R0另一端接充放电开关电路。

所述充电电流保护电路的工作原理如下：

充电电流小于预定充电电流值时，OPAMP3负相输入端电压大于正相输入端电压，OPAMP3输出低电平，R14输出低电平，充放电开关装置中的充放电驱动电路输出高电平，控制电路输出高电平，充放电开关电路导通，即充电回路导通。否则，充电电流大于预定充电电流值时，OPAMP3输出高电平，R14输出高电平，充放电开关装置中的充放电驱动电路输出低电平，控制电路输出低电平，充放电开关电路断开，即充电回路断开，进入充电保护状态。

图10显示了本发明实施例提供的通讯异常保护电路的电路结构图，如图10所示：所述通讯异常保护电路是整流电路，其输入端连接控制模块的PWM单元，其输出端连接充放电开关装置的控制电路。

所述整流电路包括：

整流二极管D1；

连接在D1和PWM单元之间的耦合电容C1；

连接在D1正极和锂电池组负端之间的放电电阻器R1；

连接在D1负极和锂电池组负端之间的并联的放电电阻器R2和滤波电容C2；

连接在D1负极和充放电开关装置之间限流电阻器R3。

所述通讯异常保护电路连接于所述控制模块和充放电开关装置之间，并连接于锂电池组负端。工作时，若锂电池充放电组件与控制模块之间的IIC通讯正常，则控制模块的PWM单元向通讯异常保护电路输出脉宽调制信号，所述通讯异常保护电路将所述脉宽调制信号进行整流，产生直流电平，经R3限流后向充放电开关装置输出高电平信号，使充放电开关装置接通，即充电回路或供电回路接通；若IIC通讯异常，控制模块的PWM单元关闭输出，所述通讯异常保护电路输出低电平的IIC通讯异常信号，使充放电开关装置断开，即充电回路或供电回路断开，不能再进行充电或放电，保护锂电池组安全。

图11显示了本发明实施例提供的充放电开关装置结构示意图，如图11所示，所述充放电开关装置包括：

充放电驱动电路，用于根据充电或放电电流保护信号，生成用于切断充电回路或供电回路的充电或放电驱动信号；具体地说，充放电驱动电路的输入连接充电或放电电流保护电路，当充电电路未出现充电过流现象或放电电路未出现放电过流或短路现象时，所述充放电驱动电路生成用于接通充电回路或供电回路的充电或放电驱动信号，否则，输入端接收到高电平的充电或放电电流保护信号时，所述充放电驱动电路输出用于断开充电回路或供电回路的充电或放电驱动信号。

控制电路，用于根据所述ICC通讯异常信号和所述充电或放电驱动信号，生成用于接通或断开充放电开关电路的控制信号；

充放电开关电路，用于根据所述控制信号，接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路，使锂电池组充电或供电；

其中，所述控制电路根据所述IIC通讯异常信号，生成用于断开充放电开关电路的控制信号，并在IIC通讯正常时，根据所述充电或放电驱动信号，生成用于断开充放电开关电路的控制信号。

图12显示了本发明另一实施例提供的一种多节串联锂电池组均衡及保护系统结构示意图，如图12所示，控制模块通过通讯异常保护电路，接通或断开供电回路。与图3所述实施例相比较，所述通讯异常保护电路还可以在输出端发送过流、甚至短路时，断开供电回路。其中，所述控制模块是包括与放电端异常保护电路连接的中断单元和与通讯异常保护电路连接的脉冲调制(PWM)单元。

锂电池组容量足够，并且放电电流保护电路正常时，放电端异常保护电路向控制模块的中断单元输出低电平，PWM单元向所述通讯异常保护电路输出脉冲信号。所述通讯异常保护电路将所述脉冲信号进行整流处理后，发送至充放电开关装置的控制电路，并最终使供电回路接通。

当放电端发生过流、甚至短路时，放电端异常保护电路向控制模块的中断单元输出高电平的放电端异常信号，使PWM单元停止向所述通讯异常保护电路输出脉冲信号。所述通讯异常保护电路零输出，使充放电开关装置的控制电路最终控制供电回路断开。

尽管上文对本发明进行了详细说明，但是本发明不限于此，本技术领域技术人员可以根据本发明的原理进行各种修改。因此，凡按照本发明原理所作的修改，都应当理解为落入本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种多节串联锂电池组均衡及保护系统，其特征在于，包括：

锂电池充放电组件，用于将外部充电电源接入锂电池组进行充电，并向负载供电；

控制模块，与所述锂电池充放电组件进行IIC通讯，以控制所述锂电池充放电组件进行满充电，所述控制模块包括PWM单元；

充放电开关装置，用于接通或断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路；

通讯异常保护电路，用于对所述控制模块的IIC通讯状态进行检测，并在检测到IIC通讯异常时，发出IIC通讯异常信号，所述通讯异常保护电路连接于所述控制模块和所述充放电开关装置之间，并连接于所述锂电池组负端；

其中，若所述锂电池充放电组件与所述控制模块之间的IIC通讯正常，则所述PWM单元向通讯异常保护电路输出脉宽调制信号，所述通讯异常保护电路将所述脉宽调制信号进行整流，产生直流电平，经限流后向充放电开关装置输出高电平信号，使充放电开关装置接通，使得所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路接通；若IIC通讯异常，则所述PWM单元关闭输出，所述通讯异常保护电路输出低电平的IIC通讯异常信号，使充放电开关装置断开，进而断开所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述锂电池充放电组件包括：

模拟前端电路，用于采集所述锂电池组中每个锂电池的电压数据，并通过IIC总线将所采集的电压数据送入控制模块，以便所述控制模块生成用于每个锂电池均衡充电的多个均衡充电控制信号；

均衡驱动电路，用于根据所述多个均衡充电控制信号，生成多个均衡驱动信号；

均衡电路，用于根据多个均衡驱动信号，控制每个锂电池进行满充电。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述均衡电路包括多个分别并联在每个锂电池两端的均衡单元，其每个均衡单元包括串联连接的电子开关和电阻器。

4.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述锂电池充放电组件还包括：

放电电流保护电路，用于检测放电电流，并在检测到放电电流超过预定放电电流值时，生成放电电流保护信号；

充电电流保护电路，用于检测充电电流，并在检测到充电电流超过预定充电电流值时，生成充电电流保护信号。

5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述放电电流保护电路具有一个放电过流保护单元，所述放电过流保护单元包括：

第一运算放大器；

连接在第一运算放大器正相输入端和采样地之间的第二限流电阻器；

连接在第一运算放大器负相输入端和工作电源之间的第一可变分压电阻器和第二可变分压电阻器；

连接在第一运算放大器输出端和充放电开关装置之间的第三限流电阻器；

其中，第一可变分压电阻器一端连接第二可变分压电阻器、另一端连接锂电池组负端、中间抽头连接第一运算放大器负相输入端。

6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述放电电流保护电路还具有一个放电短路保护单元，所述放电短路保护单元包括：

第二运算放大器；

连接在第二运算放大器正相输入端和采样地之间的第四限流电阻器；

连接在第二运算放大器负相输入端和锂电池组负端之间的第二可变分压电阻器和第一可变分压电阻器；

连接在第二运算放大器输出端和充放电开关装置之间的第五限流电阻器；

其中，第二可变分压电阻器一端连接第一可变分压电阻器、另一端连接工作电源、中间抽头连接第二运算放大器负相输入端。

7.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述充电电流保护电路包括：

第三运算放大器；

连接在第三运算放大器负相输入端与工作电源之间的第一分压电阻器；

连接在第三运算放大器负相输入端与采样地之间的第二分压电阻器；

连接在第三运算放大器正相输入端与工作电源之间的第三分压电阻器；

连接在第三运算放大器正相输入端与锂电池组负端之间的第四分压电阻器；

连接在第三运算放大器输出端与充放电开关装置之间的第一限流电阻器。

8.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述充放电开关装置包括：

充放电驱动电路，用于根据充电或放电电流保护信号，生成用于切断充电回路或供电回路的充电或放电驱动信号；

控制电路，用于根据所述IIC通讯异常信号和所述充电或放电驱动信号，生成用于接通或断开充放电开关电路的控制信号；

充放电开关电路，用于根据所述控制信号，接通所述锂电池充放电组件的充电回路或供电回路，使锂电池组充电或供电。