CN103647316A

CN103647316A - 一种串联锂电池组电源均衡管理系统

Info

Publication number: CN103647316A
Application number: CN201310643234.3A
Authority: CN
Inventors: 何志毅; 黄朝军; 赵中华; 陈桂兰
Original assignee: SHENZHEN YAGELANG ELECTRONICS Co Ltd
Current assignee: SHENZHEN EXCEED LIGHTING TECHNOLOGY CO., LTD.
Priority date: 2013-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-03-19
Anticipated expiration: 2033-12-03
Also published as: CN103647316B

Abstract

本发明提出了一种串联锂电池组电源均衡管理系统，包括电池组电源模块和与其通过DC电源线连接的充电电源模块；电池组电源模块包括串联锂电池组、电压检测控制电路和分断串接切换电路，电压检测控制电路检测到串联锂电池组放电时各单串电池之间的最高电压和最低电压的差值超过设定的阈值时，则控制分断串接切换电路将电压最低的单串电池分断，电压检测控制电路如果检测到充电时某单串电池预先达到饱和，则控制分断串接切换电路将预先达到饱和的单串电池分断，并将串接数目改变的信息传送到充电电源模块来调节其充电电压。实施本发明的串联锂电池组电源均衡管理系统，具有以下有益效果：电路结构简单、避免电池组内部充放电循环、能量损耗较小。

Description

一种串联锂电池组电源均衡管理系统

技术领域

本发明涉及电源领域，特别涉及一种串联锂电池组电源均衡管理系统。

背景技术

锂电池由于其能量密度高、自放电小、无记忆效应、绿色环保、使用寿命长及单节电池电压高等诸多优点得到了广泛的应用，作为移动设备主流电池产品，逐渐往大功率、大电流高电压供电设备方向发展。锂电池的电压无法满足中大功率设备的需求，需串联多节电池才能达到所供电设备或其电源适配电路要求的输入电压，或避免低压大电流输入以降低输入线路和整流的损耗。锂电池串联使用时，由于电池制造过程中的初始性能（如自放电率、容量等）不一致以及使用过程中由于电池内外环境（如温度）的不均匀造成老化速度不同，使得电池的容量各不相同，且它们之间的差异也会随着使用时间的增加而变大，这将造成工作过程中各串电池充放电状态不一致。为防止其中容量低的电池过充过放，一般锂电池都加有保护电路，在电池电压高于额定上限值或低于额定下限值的时候断开，整串锂电池组则从中切断而停止工作，其整体容量取决于容量最低的那一串电池。因此，为了避免锂电池的不一致性所造成对整体性能的影响，需要对串联锂电池组的放电和充电进行均衡管理。

目前，电池组的均衡方式主要有分流损耗均衡和电量转移均衡。前者是在各单串电池并联分流旁路对容量高的电池串放电损耗来进行均衡。这种方式其电路结构简单，但对于容量低的电池不能补充电量，存在功率损耗大和发热严重的问题，均衡过程一般在充电过程中进行。后者是对电压较低的一串电池进行电量转移，在放电过程中将其它电池的电量补充给它，充电过程中转移给其它串电池，但是电路结构相对较为复杂，需要隔离耦合。可以分为多对一和一对一转移的方式。多对一是在整串电池组和电压较低一串之间转移，只需要输出隔离，但均衡过程会影响到整串电池组，使所有电池都重复地作自我相互充放电，增加各串电池的无功负担并消耗其循环寿命，一对一转移则需要双隔离，对应每一串电池要有一个输入和输出隔离的DC/DC电路，在电压最高和最低的两串电池之间进行电量转移，电路结构比较繁复累赘。无论采用哪种方式，由于均衡输出都是对单串电池充电，输出电压一般在4V以下，整流损耗很大，通常均衡DC/DC电路的输出/输入效率低于80%。其它的均衡方案中，比较典型的还有一种电量搬迁的方法，把超级容量电容或另外一个电池作为中间载体，反复与电量高、低的两串电池之间进行充放电切换实现均衡，但这种无源被动式充放电需要电池与中间载体电压差要在0.1V、也就是两串电池之间电压差在0.2V以上才能进行有效的电量搬迁，在电池电压3.7V左右，0.2V的电压差相当于容量40%左右的载荷差异，这种方式均衡偏差大速度慢，很难跟上充电放电速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述电路结构复杂、增加电池组内部充放电循环、能量损耗较大的缺陷，提供一种电路结构简单、避免电池组内部充放电循环、能量损耗较小的串联锂电池组电源均衡管理系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种串联锂电池组电源均衡管理系统，包括电池组电源模块和充电电源模块，所述电池组电源模块与所述充电电源模块之间通过DC电源线连接；所述电池组电源模块包括串联锂电池组、电压检测控制电路和分断串接切换电路，所述电压检测控制电路检测到所述串联锂电池组在放电时其各单串电池之间的最高电压和最低电压的差值超过预先设定的阈值时，则控制所述分断串接切换电路将电压最低的单串电池从所述串联锂电池组中分断，所述电压检测控制电路如果检测到充电时某单串电池预先达到饱和，则控制所述分断串接切换电路将预先达到饱和的单串电池从所述串联锂电池组中分断，并将所述串联锂电池组串接数目改变的信息传送到所述充电电源模块，所述充电电源模块依据所述串联锂电池组的串接数目来调节其充电电压。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述分断串接切换电路包括其数目与所述串联锂电池组串接数目一致、分别与所述串联锂电池组中各单串电池连接的单刀双掷继电器。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述串联锂电池组还包括其数目与所述串联锂电池组串接数目一致、分别与所述串联锂电池组中各单串电池并联的肖特基二极管。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述电池组电源模块还包括与所述电压检测控制电路连接、用于产生一定频率脉冲电流信号的电流脉冲信号调制电路，所述电流脉冲信号调制电路将产生的脉冲电流信号通过所述DC电源线传送到所述充电电源模块。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述电池组电源模块还包括与所述串联锂电池组连接的DC/DC适配电路，所述DC/DC适配电路还与负载连接。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述充电电源模块包括电流脉冲信号解调电路、输出电压控制电路和AC/DC开关电源电路，所述电流脉冲信号解调电路接收所述电流脉冲信号、并对所述电流脉冲信号解调出频率信息后发送到所述输出电压控制电路，所述输出电压控制电路依据所述频率信息产生相应的控制信号、并控制所述AC/DC开关电路完成对充电电压和充电电流的调整。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述电流脉冲信号调制电路包括第一电流采样电阻、MOS管和用于起隔离作用的隔离二极管，所述隔离二极管的阳极分别与所述充电电源模块和第一电流采样电阻的一端连接，阴极与所述串联锂电池组连接，所述第一电流采样电阻的另一端与所述MOS管的漏极连接，所述MOS管的源极接地，栅极与所述电压检测控制电路的一个端口连接，所述电压检测控制电路通过控制所述MOS管的导通和关断来产生一定频率的电流脉冲信号。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述电流脉冲信号解调电路包括第一比较电路，所述第一比较电路包括第二电流采样电阻和第一电压比较器；所述第二电流采样电阻的一端与所述电池组电源模块连接、并用于将所述电流脉冲信号转换成电压信号，所述第二电流采样电阻的一端还通过第十二电阻与所述第一电压比较器的正向输入端连接、通过第十三电阻与所述第一电压比较器的负向输入端连接，所述第一电压比较器的正向输入端还通过并联的第三电容和第十四电阻接地，所述第一电压比较器的负向输入端还通过第四电容接地。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述电流脉冲信号解调电路还包括第二比较电路，所述第二比较电路包括第二电压比较器，所述第一电压比较器的输出端与所述第二电压比较器的正向输入端连接，所述第二电压比较器的负向输入端通过第十六电阻接电源、通过第十七电阻接地，所述第二电压比较器的输出端与所述输出电压控制电路连接。

在本发明所述的串联锂电池组电源均衡管理系统中，所述AC/DC开关电路包括反馈电压电路和与所述反馈电压电路连接的反馈调节电路；所述反馈电压电路包括第九电阻和第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第九电阻连接，所述第十电阻的另一端接地；所述反馈调节电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管，所述第一电阻的一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端和第四电阻的一端与所述第十电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第三电阻的另一端和第四电阻的另一端分别与所述第一三极管的集电极、第二三极管的集电极、第三三极管的集电极、第四三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极、第二三极管的发射极、第三三极管的发射极和第四三极管的发射极共地，所述第一三极管的基极、第二三极管的基极、第三三极管的基极和第四三极管的基极分别与所述第五电阻的一端、第六电阻的一端、第七电阻的一端和第八电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端和第八电阻的另一端分别与所述输出电压控制电路的第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端连接。

实施本发明的串联锂电池组电源均衡管理系统，具有以下有益效果: 由于使用电池组电源模块和充电电源模块，电池组电源模块包括串联锂电池组、电压检测控制电路和分断串接切换电路，电压检测控制电路检测到串联锂电池组在放电时其各单串电池之间的最高电压和最低电压的差值超过预先设定的阈值时，则控制分断串接切换电路将电压最低的单串电池从串联锂电池组中分断，电压检测控制电路检测到充电时某单串电池预先达到饱和时，则控制分断串接切换电路将所述预先达到饱和的单串电池从所述串联锂电池组中分断，并将串联锂电池组串接数目改变的信息通过DC电源线传送到充电电源模块控制充电电压以适应电池组串数的改变，被切断的电池串闲置一定时间再将它重新串接到电池组中，以此实现各串电池的均衡放电或充电；由于无需额外通道的电流脉冲调制方式将信号传输到充电电源模块，所以其电路结构简单，同时避免了一般电量转移均衡方式的电池组内部充放电循环和能量损耗，使能量损耗较小，从而提高串联锂电池组的整体容量和使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明串联锂电池组电源均衡管理系统一个实施例中的电路结构示意图；

图2为所述实施例中电池分断连接切换示意图；

图3是所述实施例中电流脉冲信号调制电路的电路原理图；

图4是所述实施例中电流脉冲信号调制电路的电路原理图；

图5是所述实施例中AC/DC开关电路的电路原理图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明串联里电池组电源均衡管理系统实施例中，其系统的结构示意图如图1所示。图1中，该串联锂电池组电源均衡管理系统包括电池组电源模块1和充电电源模块2，电池组电源模块1与充电电源模块2之间通过DC电源线连接；电池组电源模块1包括串联锂电池组11、电压检测控制电路12和分断串接切换电路13，电压检测控制电路12包括MCU（图中未示出），电压检测控制电路12检测到串联锂电池组11在放电时其各单串电池之间的最高电压和最低电压的差值超过预先设定的阈值时，则控制分断串接切换电路13将串联锂电池组11中电压最低的单串电池从串联锂电池组11中分断，电压检测控制电路12如果检测到充电时某单串电池预先达到饱和，则控制分断串接切换电路13将预先达到饱和的单串电池从串联锂电池组11中分断，并将串联锂电池组11串接数目改变的信息传送到充电电源模块2，充电电源模块2依据串联锂电池组11的串接数目来调节其充电电压。具体来讲，工作过程中采用分断均衡的方式，只将容量较低的一串电池串暂时闲置一定时间，同时维持其它串电池的工作，避免电量转移均衡的损耗和电池组内部的充放电循环，在充电过程中借助DC电源线与充电电源模块2进行通信，无需另外增加专用的物理信道，将电池串联数目改变的信息传输到充电电源，使之调节输出电压以适应不同串数锂电池组的充电电压范围。

本实施例中，需要解决的问题是，在充电过程中如何将串联锂电池组11串数减少或增加一串的信息传送给充电电源模块2一端，使充电电源模块2调整输出电压以适应串联锂电池组11串数的变化。普通的方法是建立另外一条通信链路将这一信息发送到充电电源模块2的一端。按照这种设计，如果采用无线传输势必增加设计难度和产品成本。如果在电池组电源模块1和充电电源模块2之间增加一条有线链路，则会造成它们之间接口的麻烦。本实施例中，利用现有的DC充电电源线来兼备信号传输线，不会引入多余的通讯线路，实现结构和操作的简单化。

本实施例中，电池组电源模块1还包括电流脉冲信号调制电路16；电流脉冲信号调制电路16与电压检测控制电路12连接、用于产生一定频率脉冲电流信号，电流脉冲信号调制电路16将产生的脉冲电流信号通过DC电源线传送到充电电源模块2。电池组电源模块还包括DC/DC适配电路14，DC/DC适配电路14与串联锂电池组11连接，DC/DC适配电路14还与负载15连接。

本实施例中，充电电源模块2包括电流脉冲信号解调电路21、输出电压控制电路23和AC/DC开关电源电路23，所述电流脉冲信号解调电路接收所述电流脉冲信号、并对所述电流脉冲信号解调出频率信息后发送到所述输出电压控制电路，所述输出电压控制电路依据所述频率信息产生相应的控制信号、并控制所述AC/DC开关电源电路完成对充电电压和充电电流的调整。

图2为本实施例中电池分断连接切换示意图，图2中，串联锂电池组11包括n串电池串，分别称之为第一串电池B₁、……、第n-1串电池B_n-1和第n串电池B_n，分断串接切换电路13包括其数目与串联锂电池组11串接数目一致、分别与串联锂电池组11中各单串电池连接的单刀双掷继电器，分别将这些单刀双掷继电器依次称之为第一单刀双掷继电器S₁、……、第n-1单刀双掷继电器S_n-1和第n单刀双掷继电器S_n，串联锂电池组11还包括其数目与串联锂电池组11串接数目一致、分别与串联锂电池组11中各单串电池并联的肖特基二极管，也就是同时每串电池分别与一个肖特基二极管并联，本实施例中，依次将这些肖特基二极管称之为第一肖特基二极管B₁、……、第n-1串电池B_n-1和第n串电池B_n。

电压检测控制电路12负责采集串联锂电池组11的电压数据、控制单刀双掷继电器分断均衡电路和电流脉冲信号调制电路16。工作时，电压检测控制电路12先根据电压随时间的变化，判断串联锂电池组11是处于充电状态还是放电状态。若串联锂电池组11处于放电状态，电压检测控制电路12定时采集串联锂电池组11电压状态和放电电流信息，并对所采集的各串电池的电压进行计算和比较。如果电池组各单串电池之间最高电压和最低电压的差值超过预先设定的阈值，或者某串电池电压低于正常工作范围下限（本实施例中为3.3V），电压检测控制电路12控制相应的单刀双掷继电器（S₁-S_n）切换，将该串电池从串联锂电池组11中分断，使放电电流从单刀双掷继电器（S₁-S_n）另一触点绕过该串电池，使它不参与串联锂电池组11放电，而其余电池串则继续放电到，直到与该串电池得电压相等时，再由电压检测控制电路12控制单刀双掷继电器（S₁-S_n）切换，将它重新加入到电池组中再次工作。这样，通过反复的检测-分断-串接的过程，实现串联锂电池组11各串电池之间的放电均衡。

值得一提的是，单刀双掷继电器的触点切换通常需要大约几毫秒到10毫秒的时间，在其触点调转的时间里，整串串联锂电池组11的连接在此处是断开的，对于很多情况下负载要求持续大电流供电，为了避免触点切换中出现供电电流中断的情况，在各串电池间并联一个二极管，通常采用正向压降较低的肖特基二极管。正常工作时肖特基二极管处于反向截止状态，单刀双掷继电器的触点切换期间，肖特基二极管连接在单刀双掷继电器触点之间保持正向导通，使电流在串联锂电池组11持续通过，这样保证触点跳转期间电流的连续性。如果在单刀双掷继电器触点切换期间对负载依靠输出电路的电容维持供电，该电容需要很大的容量，对于电池组电源模块1的小体积设计和持续供电可靠性保证是不利的。

若串联锂电池组11处于充电状态，电压检测控制电路12定时采集各串电池电压和充电电流，并根据锂电池在不同电压范围所适应的充电电流大小，向充电电源模块2发送电流调节的控制信号。当检测到串联锂电池组11中某串电池已经饱和，而其它串电池尚未充满时，为了避免饱和的一串电池由于IC保护电路防止过充而关断充电回路，电压检测控制电路12控制单刀双掷继电器（S₁-S_n）进行切换将该串电池分断，充电电流绕经相应的单刀双掷继电器，继续给串联锂电池组11中其它电池串充电。

图3是本实施例中电流脉冲信号调制电路的电路原理图，图3中，电流脉冲信号调制电路16包括第一电流采样电阻R_d、MOS管Q₀和用于起隔离作用的隔离二极管D₀，隔离二极管D₀的阳极分别与充电电源模块2和第一电流采样电阻R_d的一端连接，阴极与串联锂电池组11连接，第一电流采样电阻R_d的另一端与MOS管Q₀的漏极连接，MOS管Q₀的源极接地，栅极与电压检测控制电路12的一个端口连接。由电压检测控制电路12的一个端口控制MOS管Q₀的导通和截止，在DC电源线上产生系列电流脉冲叠加到充电直流电流上，在串联锂电池组11前端加一个隔离二极管D₀是为了避免电流脉冲经过电池组回路而降低充电线路上的电流脉冲幅度。调制方案则可以采用常用的脉冲频率调制、脉冲宽度调制或脉冲位置调制等，这里采用脉冲频率调制比较便于电压检测控制电路12检测接收，即用不同电流脉冲频率来表示不同的信息，也就是电压检测控制电路12通过控制MOS管Q₀的导通和关断来产生一定频率的电流脉冲信号。在充电状态时，单刀双掷继电器切换前，电压检测控制电路12控制MOS管Q0导通和关断产生一定频率（如1k、2k等）的脉冲电流，这些电流脉冲叠加在直流充电电流上，不同的频率代表不同的控制信息。由于信号发送占充电时间的比例很小，这种电流脉冲调制造成的功率损耗也很小，主要增加的功率损耗发生在隔离二极管D₀和电流取样电阻R_d上，不过对于市电供电的充电过程还是可以接受的。在充电电源模块2经过解调电路检测、整形后，由电压检测控制电路12识别不同脉冲频率所表示的信息，也就是解调后控制充电输出对电压进行调整。这种通讯方式避免了额外的通讯线路，实现了充电电源模块2和电池组电源模块1两个电源模块之间的通信。为了防止串联锂电池组11、第一电流采样电阻R_d和MOS管Q₀形成放电回路，在串联锂电池组11前端加入隔离二极管D₀作为隔离，这种处理既可以使通讯时不对串联锂电池组11形成放电，又不影响串联锂电池组11的正常充电。

充电电源模块2可以根据串联锂电池组11的连接状态和电压高低调整充电电压和电流的大小。电池组电源模块1根据采集的各串电池的电压和充电电流情况，当充电电流过大或过小时，则通过本实施例中上述通讯方式将相应的频率信息发送至充电电源模块2的一端，电流脉冲信号解调电路21再解调出相应的频率信息，由输出电压控制电路22输出控制信号控制AC/DC开关电路23完成对充电电压和电流的调整。本实施例中，输出电压控制电路22包括MCU（图中未示出）。

图4是本实施例中电流脉冲信号调制电路的电路原理图，图4中其实就是积分比较器，可实现电流脉冲信号的检测接收。图4中，电流脉冲信号解调电路21包括第一比较电路，第一比较电路包括第二电流采样电阻R_s和第一电压比较器U_4A；第二电流采样电阻R_s的一端与电池组电源模块1连接、并用于将电流脉冲信号转换成电压信号，第二电流采样电阻R_s的一端还通过第十二电阻R12与第一电压比较器U_4A的正向输入端连接、通过第十三电阻R13与第一电压比较器U_4A的负向输入端连接，第一电压比较器U_4A的正向输入端还通过并联的第三电容C3和第十四电阻R14接地，第一电压比较器U_4A的负向输入端还通过第四电容C4接地。

本实施例中，电流脉冲信号解调电路21还包括第二比较电路，第二比较电路包括第二电压比较器U_4B，第一电压比较器U_4A的输出端与第二电压比较器U_4B的正向输入端连接，第二电压比较器U_4B的负向输入端通过第十六电阻R16接电源、通过第十七电阻R17接地，第二电压比较器U_4B的输出端与输出电压控制电路22连接。图4中，通过与积分电流比较将瞬间脉冲电流信号提取出来。通常情况下，由于第十二电阻R₁₂和第十四电阻R₁₄的分压和第四电容C₄的作用，第一电压比较器U_4A的反相输入端电压略高于同相输入端，输出端输出低电平。为了防止回路中干扰信号引起的电流抖动，再加入一级第二电压比较器U_4B。第二电压比较器U_4B以第十六电阻R₁₆和第十七电阻R₁₇对电源电压V_DC的分压作为第二电压比较器U_4B的参考电压，第一电压比较器U_4A的输出作为同相输入电压。当充电回路存在脉冲电流的瞬间时，第一电压比较器U_4A的同相输入端电压高于反相输入端电压，即瞬间脉冲电流大于积分电流，输出为高电平。同理，第二电压比较器U_4B输出也为高电平，这样就将电流脉冲信号还原成了原始频率的控制信号。检测出的脉冲信号将输入到输出电压控制电路22进行频率识别，再由输出电压控制电路22控制AC/DC开关电路23，实现相应的电压、电流调节。典型的开关电源芯片内部都提供一个标准的参考电压，也就是本实施例中AC/DC开关电路23通过输出端的分压反馈与该参考电压比较来实现输出电压的PWM控制。

图5是实施例中AC/DC开关电路的电路原理图，第九电阻R9和第十电阻R10构成了AC/DC开关电路23的反馈电压电路，R₁-R₈和Q₁-Q₄则组成了反馈调节电路。Control1-control4为MCU输出电压控制电路22的控制端口。AC/DC开关电路23包括反馈电压电路和反馈调节电路，反馈调节电路与反馈电压电路连接。具体地，反馈电压电路包括第九电阻R9和第十电阻R10，第十电阻R10的一端与第九电阻R9连接，第十电阻R10的另一端接地；反馈调节电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电R8、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和第四三极管Q4，第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端、第三电阻R3的一端和第四电阻R4的一端与第十电阻R10的一端连接，第一电阻R1的另一端、第二电阻R2的另一端、第三电阻R3的另一端和第四电阻R4的另一端分别与第一三极管Q1的集电极、第二三极管Q2的集电极、第三三极管Q3的集电极、第四三极管Q4的集电极连接，第一三极管Q1的发射极、第二三极管Q2的发射极、第三三极管Q3的发射极和第四三极管Q4的发射极共地，第一三极管Q1的基极、第二三极管Q2的基极、第三三极管Q3的基极和第四三极管Q4的基极分别与第五电阻R5的一端、第六电阻R6的一端、第七电阻R7的一端和第八电阻R8的一端连接，第五电阻R5的另一端、第六电阻R6的另一端、第七电阻R7的另一端和第八电阻R8的另一端分别与输出电压控制电路22的第一控制端Control1、第二控制端Control2、第三控制端Control3和第四控制端Control4连接。三极管Q₁-Q₄起到开关作用，高电平导通，反之则截至。导通时R₁-R₄与R₁₀并联，电阻阻值改变，即改变了AC/DC开关电路23的反馈电压，进而输出的充电电压、电流也随之改变。四个调节电阻R₁-R₄相互组合可形成16（2⁴）种阻值，即输出电压控制电路22可控制AC/DC开关电路22输出16个充电电平，实现充电电源模块2根据串联锂电池组11电压状态改变充电电压电流的目的。

总之，在本实施例中，放电时，若某串电池与串联锂电池组11中其它串电池电压差值超过预先设定的阈值，则将该串电池通过继电器切断使之悬空而暂停工作，其它电池维持与负载5连通持续工作，待其它电池的电压与其相近或相等时，单刀双掷继电器切换回来再将它重新连接串入到串联锂电池组11中继续工作；充电时，若某串电池电压上升过快，电压检测控制电路12通过单刀双掷继电器同样将它从串联锂电池组11中分断，暂停对它充电，同时将串联锂电池组11串接数目改变的信息传送到充电电源模块2，使之调节到合适的充电电压，对其它电池继续充电，再等这些电池电压升至闲置电池分断前的电压时，单刀双掷继电器复位再将它串接到电池组中，这一信息发送到充电电源模块2由其中的电流脉冲信号解调电路21接收并通过输出电压控制电路22处理，调整充电电源模块2的输出电压使之与串联锂电池组11的串数相适应，如此直至充电完成。这样采用将容量较低一串电池分断的方法来达到均衡，结构简单，易于控制。

通过DC电源线而无需额外通道的电流脉冲调制方式，将信号传输到充电电源模块控制充电电压以适应电池组串数的改变。该分断均衡技术避免了一般电量转移均衡方式的电池组内部充放电循环和能量损耗，从而提高锂电池组的整体容量和使用寿命。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，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

1.一种串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，包括电池组电源模块和充电电源模块，所述电池组电源模块与所述充电电源模块之间通过DC电源线连接；所述电池组电源模块包括串联锂电池组、电压检测控制电路和分断串接切换电路，所述电压检测控制电路检测到所述串联锂电池组在放电时其各单串电池之间的最高电压和最低电压的差值超过预先设定的阈值时，则控制所述分断串接切换电路将电压最低的单串电池从所述串联锂电池组中分断，所述电压检测控制电路如果检测到充电时某单串电池预先达到饱和，则控制所述分断串接切换电路将预先达到饱和的单串电池从所述串联锂电池组中分断，并将所述串联锂电池组串接数目改变的信息传送到所述充电电源模块，所述充电电源模块依据所述串联锂电池组的串接数目来调节其充电电压。

2.根据权利要求1所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述分断串接切换电路包括其数目与所述串联锂电池组串接数目一致、分别与所述串联锂电池组中各单串电池连接的单刀双掷继电器。

3.根据权利要求2所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述串联锂电池组还包括其数目与所述串联锂电池组串接数目一致、分别与所述串联锂电池组中各单串电池并联的肖特基二极管。

4.根据权利要求3所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述电池组电源模块还包括与所述电压检测控制电路连接、用于产生一定频率脉冲电流信号的电流脉冲信号调制电路，所述电流脉冲信号调制电路将产生的脉冲电流信号通过所述DC电源线传送到所述充电电源模块。

5.根据权利要求4所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述电池组电源模块还包括与所述串联锂电池组连接的DC/DC适配电路，所述DC/DC适配电路还与负载连接。

6.根据权利要求1至5任意一项所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述充电电源模块包括电流脉冲信号解调电路、输出电压控制电路和AC/DC开关电路，所述电流脉冲信号解调电路接收所述电流脉冲信号、并对所述电流脉冲信号解调出频率信息后发送到所述输出电压控制电路，所述输出电压控制电路依据所述频率信息产生相应的控制信号、并控制所述AC/DC开关电源电路完成对充电电压和充电电流的调整。

7.根据权利要求6所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述电流脉冲信号调制电路包括第一电流采样电阻、MOS管和用于起隔离作用的隔离二极管，所述隔离二极管的阳极分别与所述充电电源模块和第一电流采样电阻的一端连接，阴极与所述串联锂电池组连接，所述第一电流采样电阻的另一端与所述MOS管的漏极连接，所述MOS管的源极接地，栅极与所述电压检测控制电路的一个端口连接，所述电压检测控制电路通过控制所述MOS管的导通和关断来产生一定频率的电流脉冲信号。

8.根据权利要求7所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述电流脉冲信号解调电路包括第一比较电路，所述第一比较电路包括第二电流采样电阻和第一电压比较器；所述第二电流采样电阻的一端与所述电池组电源模块连接、并用于将所述电流脉冲信号转换成电压信号，所述第二电流采样电阻的一端还通过第十二电阻与所述第一电压比较器的正向输入端连接、通过第十三电阻与所述第一电压比较器的负向输入端连接，所述第一电压比较器的正向输入端还通过并联的第三电容和第十四电阻接地，所述第一电压比较器的负向输入端还通过第四电容接地。

9. 根据权利要求8所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述电流脉冲信号解调电路还包括第二比较电路，所述第二比较电路包括第二电压比较器，所述第一电压比较器的输出端与所述第二电压比较器的正向输入端连接，所述第二电压比较器的负向输入端通过第十六电阻接电源、通过第十七电阻接地，所述第二电压比较器的输出端与所述输出电压控制电路连接。

10. 根据权利要求9所述的串联锂电池组电源均衡管理系统，其特征在于，所述AC/DC开关电路包括反馈电压电路和与所述反馈电压电路连接的反馈调节电路；所述反馈电压电路包括第九电阻和第十电阻，所述第十电阻的一端与所述第九电阻连接，所述第十电阻的另一端接地；所述反馈调节电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和第四三极管，所述第一电阻的一端、第二电阻的一端、第三电阻的一端和第四电阻的一端与所述第十电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端、第二电阻的另一端、第三电阻的另一端和第四电阻的另一端分别与所述第一三极管的集电极、第二三极管的集电极、第三三极管的集电极、第四三极管的集电极连接，所述第一三极管的发射极、第二三极管的发射极、第三三极管的发射极和第四三极管的发射极共地，所述第一三极管的基极、第二三极管的基极、第三三极管的基极和第四三极管的基极分别与所述第五电阻的一端、第六电阻的一端、第七电阻的一端和第八电阻的一端连接，所述第五电阻的另一端、第六电阻的另一端、第七电阻的另一端和第八电阻的另一端分别与所述输出电压控制电路的第一控制端、第二控制端、第三控制端和第四控制端连接。