CN108808780B - 一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，包括锂电池组、主控模块、与主控模块通信连接的电源管理模块、与主控模块通信连接外部拓展通信模块，所述主控模块的信号输入端电连接温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块的信号输出端，所述主控模块的信号输出端与多路电池均衡控制模块、充放电检测使能控制模块、指示灯模块的信号输入端电连接。本发明待机功耗极低，解决了锂电池出厂时已经充满的电因自放电放完后，到安装现场时因锂电池组电池已经放亏没电而损坏，导致无法使用太阳能电池板对其进行充电的问题。

Description

一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统

技术领域

本发明属于锂电池组电能管理技术领域，具体涉及一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统。

背景技术

目前，锂电池组通常采用多节锂电池单体并联，然后多个并联的单体组再进行串联的方式构成所需的电压和容量的锂电池组。对锂电池组进行充电过程中，由于锂电池单体的差异，充电和放电时候会造成锂电池组之间单体的电压不均衡。当充电时候，单体之间电压差过高时，电压高的单体过充，将造成锂电池组的劣化现象，造成整组锂电池的损坏，严重影响锂电池组的寿命。

BMS是Battery Management System的第一个字母简称组合，简称电池管理系统。对锂电池组的生产流程看，通常的锂电池组的BMS的电路板和锂电池使用绝缘散热的灌封胶密封到整体型材中。车载锂电池组的电压和容量较大，此时BMS的自身的功耗不会使电池组的电放净，且可以较灵活很方便的对其补充充电。不车载锂电池组不同，与太阳能电池板相配套的锂电池组电压一般较低且容量较小，采用多节单体并联后进行3组串联、4组串联、6组串联、8组串联等串联形式，构成锂电池组使用。当没有连接太阳能电池板对锂电池组进行充电之前，锂电池组各单体的自放电，以及BMS的待机功耗对锂电池组进行放电。当组装灌封好的锂电池组生产完毕后，到安装到现场上连接太阳能电池板一般需要一段时间。由于不同BMS的待机功耗不同，当锂电池出厂时候的已经充满的电自放电放完后，到安装现场会发现很多锂电池组电池已经放亏没电损坏，无法使用太阳能电池板对其进行充电的故障。

发明内容

本发明的目的在于提供一种针对太阳能电池板使用的、极低待机功耗的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统。

基于以上目的，本发明采取以下技术方案：一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，包括锂电池组、主控模块、与主控模块通信连接的电源管理模块、与主控模块通信连接外部拓展通信模块，所述主控模块的信号输入端电连接温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块的信号输出端，所述主控模块的信号输出端与多路电池均衡控制模块、充放电检测使能控制模块、指示灯模块的信号输入端电连接。

进一步地，所述电源管理模块包括第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第十二三极管Q12和第十稳压二极管D10构成的极低待机功耗的电子开关电路，所述锂电池组的正极LB+接电池充电端口供电的正极CN1的引脚1，电池充电端口供电的正极CN1的引脚1接第十二三极管Q12的发射极，电池充电端口供电的正极CN1的引脚1和引脚2短接，电池充电端口供电的正极CN1的引脚2通过第五十电阻R50连接第十二三极管Q12的基极，第十二三极管Q12的基极通过第五十一电阻R51连接第十稳压二极管D10的负极，第十稳压二极管D10的正极接太阳能电池板的负极；

所述锂电池组的负极LB-接P-GND，所述锂电池组的负极LB-接第六十电阻R60第一端，第六十电阻R60第二端接GND，第六十电阻R60第二端接第十八电容C18第一端，第十八电容C18第二端接第十五稳压二极管D15的负极，第十五稳压二极管D15的正极接第十二三极管Q12的集电极；所述第十八电容C18的第二端接12V电源，第十八电容C18第二端接第一电感L1第一端，所述第一电感L1的第二端与第十八电容C18的第一端之间并联第六电容C6，第一电感L1第二端接三端稳压器U1的信号输入端，所述三端稳压器U1的接地端接GND，所述稳压器的输出端输出稳定电压VCC为系统供电；三端稳压器U1的信号输入端与接地端之间并联第七电容C7，三端稳压器U1的输出端与接地端之间并联第十电容C10，第十电容C10两端并联第九电容C9，所述第九电容C9一端接GND，另一端输出稳定电压VCC为系统供电，所述第九电容C9两端并联第十五电容C15；

所述第十二三极管Q12的集电极接充放电检测使能控制模块。

进一步地，所述主控模块包括单片机U7，所述单片机U7的型号为STM8S005K6单片机，所述外部拓展通信模块包括TTL串口P5， TTL串口P5的1口接单片机U7的引脚31，TTL串口P5的2口接单片机U7的引脚30，TTL串口P5的3口接GND；TTL串口P5接口以使单片机U7与外部拓展接口通讯，实现对电池测量数据的上传及相应功能的控制。

进一步地，所述充放电检测和使能控制模块包括充放电检测使能控制电路，所述充放电检测使能控制电路包括第二稳压二极管D2、第四稳压二极管D4、第五稳压二极管D5、第七MOS管Q7、第十MOS管Q10、第十七电阻R17、第二十三电阻R23和第三十七电阻R37，所述第三十七电阻R37第一端接第十二三极管Q12的集电极，第三十七电阻R37的第二端接第七MOS管Q7的源极；所述单片机U7的引脚32接第四稳压二极管D4的正极，第四稳压二极管D4的正极通过第四十五电阻R45接电源VCC，第四稳压二极管D4的负极接第七MOS管Q7的栅极；单片机U7的引脚3接第二稳压二极管D2的正极，第二稳压二极管D2的正极通过第四十六电阻R46接电源VCC，第二稳压二极管D2的负极与第四稳压二极管D4的负极连接，第二稳压二极管D2的负极接第十九电阻R19的第一端，第十九电阻R19的第二端接第七MOS管Q7的漏极，第十九电阻R19的第二端接P-GND，第十九电阻R19的第二端接第五十二电阻R52第一端，第五十二电阻R52第二端接第七MOS管Q7的源极；所述第五十二电阻R52的第二端接第五稳压二极管D5的负极，第五稳压二极管D5的正极接第十MOS管Q10的源极，所述第十MOS管Q10的栅极接第三十七电阻R37的第二端，所述第十MOS管为NMOS管，第十MOS管为锂电池组的放电开关；

所述电池组的负极LB-接第十七电阻R17第一端，第十七电阻R17第二端接第十MOS管Q10的源极，所述第十七电阻R17两端并联第二十三电阻R23，所述第二十三电阻R23第一端接P-GND，第二十三电阻R23第二端接第十MOS管Q10的源极，第十七电阻R17和第二十三电阻R23均为电流取样电阻，二者并联使用可提高带负载的功率；

所述充放电检测使能控制电路还包括第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第五十三电阻R53、第一稳压二极管D1、第十一MOS管Q11和第五光耦合器UQ5构成的充电开关控制电路；

所述第五光耦合器UQ5的引脚1通过第三十二电阻R32接电源VCC，第三十二电阻R32为与第五光耦合器UQ5串联的限流电阻；第五光耦合器UQ5的引脚2接单片机U7的引脚12，第五光耦合器UQ5的引脚3通过第三十三电阻R33与锂电池组的正极连接，第三十三电阻R33为第五光耦合器UQ5输出端的上拉电阻；第五光耦合器UQ5的引脚3和第五光耦合器UQ5的引脚4之间并联第五十三电阻R53，第五光耦合器UQ5的引脚3接第十一MOS管Q11的栅极，第五光耦合器UQ5的引脚4接第十一MOS管Q11的源极，第五光耦合器UQ5的引脚4接电池充电端口供电的负极CN2，第十一MOS管Q11的源极接电池充电端口供电的负极CN2，第十一MOS管Q11为NMOS管，第十一MOS管Q11为锂电池组的充电开关；所述第一稳压二极管D1并联在第十一MOS管Q11的源极和栅极之间，防止第十一MOS管Q11过压损坏；

第十一MOS管Q11的源极通过第五十三电阻R53接锂电池组的正极LB+，第五十三电阻R53是锂电池组的正极LB+对太阳能电池板的负极接线口的负载电阻。

进一步地，所述锂电池组为由四节锂电池单体串联在一起构成的锂电池组或由四个单体组串联而成的锂电池组中的一种；所述单体组为由多个锂电池单体并联而成的单体组。

进一步地，所述锂电池组为由四节锂电池单体串联在一起构成的锂电池组；

四节锂电池单体分别为第一节电池LB1、第二节电池LB2、第三节电池LB3、第四节电池LB4；所述多路电池均衡控制模块包括为四路电路结构原理相同的电池均衡控制电路，其分别为第一路电池均衡控制电路、第二路电池均衡控制电路、第三路电池均衡控制电路、第四路电池均衡控制电路；

所述第一路电池均衡控制电路包括第四光耦合器合UQ4、第四三极管Q4、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，第四光耦合器合UQ4的引脚1通过第十六电阻R16接电源VCC，第十六电阻R16为限流电阻，第四光耦合器合UQ4的引脚2接单片机U7的引脚19，第四光耦合器合UQ4的引脚3分别与第二十一电阻R21的第一端和第二十二电阻R22的第一端连接，第二十一电阻R21的第二端与第二十二电阻R22的第二端连接，第四光耦合器合UQ4的引脚4接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的发射极接GND，第四三极管Q4的集电极与第二十一电阻R21的第一端连接，第二十一电阻R21和第二十二电阻R22均为均衡放电电阻；

所述第二路电池均衡控制电路与所述第一路电池均衡控制电路结构相同，所述第二路电池均衡控制电路包括第三光耦合器合UQ3、第三三极管Q3、第十八电阻R18和第三十一电阻R31，第三光耦合器合UQ3的引脚1通过第十五电阻R15接电源VCC，第十五电阻R15为限流电阻，第三光耦合器合UQ3的引脚2接单片机U7的引脚20，第三光耦合器合UQ3的引脚3分别与第十八电阻R18的第一端和第三十一电阻R31的第一端连接，第十八电阻R18的第二端与第三十一电阻R31的第二端连接，第三光耦合器合UQ3的引脚4接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极接第二十一电阻R21的第二端，第三三极管Q3的集电极与第十八电阻R18的第一端连接，第十八电阻R18和第三十一电阻R31均为均衡放电电阻；

所述第三路电池均衡控制电路与所述第一路电池均衡控制电路结构相同，所述第三路电池均衡控制电路包括第二光耦合器合UQ2、第二三极管Q2、第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，第二光耦合器合UQ2的引脚1通过第十四电阻R14接电源VCC，第十四电阻R14为限流电阻，第二光耦合器合UQ2的引脚2接单片机U7的引脚21，第二光耦合器合UQ2的引脚3分别与第二十七电阻R27的第一端和第二十八电阻R28的第一端连接，第二十七电阻R27的第二端与第二十八电阻R28的第二端连接，第二光耦合器合UQ2的引脚4接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的发射极接第十八电阻R18的第二端，第二三极管Q2的集电极与第二十七电阻R27的第一端连接，第二十七电阻R27和第二十八电阻R28均为均衡放电电阻；

所述第四路电池均衡控制电路与所述第一路电池均衡控制电路结构相同，所述第四路电池均衡控制电路包括第一光耦合器合UQ1、第一三极管Q1、第十二电阻R12和第二十六电阻R26，第一光耦合器合UQ1的引脚1通过第十三电阻R13接电源VCC，第十三电阻R13为限流电阻，第一光耦合器合UQ1的引脚2接单片机U7的引脚22，第一光耦合器合UQ1的引脚3分别与第十二电阻R12的第一端和第二十六电阻R26的第一端连接，第十二电阻R12的第二端与第二十六电阻R26的第二端连接，第一光耦合器合UQ1的引脚4接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极接第二十七电阻R27的第二端，第一三极管Q1的集电极与第十二电阻R12的第一端连接，第十二电阻R12和第二十六电阻R28均为均衡放电电阻。

进一步地，所述电压检测模块包括电压检测电路，所述电压检测电路包括四路电路结构相同的电压检测电路，其分别为第一节电池LB1电压检测电路、第二节电池LB2电压检测电路、第三节电池LB3电压检测电路和第四节电池LB4电压检测电路；

所述第一节电池LB1电压检测电路包括第四电阻R4、第十三MOS管Q13、第十电阻R10、第二十电阻R20和第四电容C4，所述第四电阻R4第一端接电池接线排J2的引脚2，电池接线排J2的引脚1接GND；第四电阻R4的第二端接第十三MOS管Q13的漏极，第十三MOS管Q13的栅极接单片机U7的引脚17，第十三MOS管Q13的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第十三MOS管Q13的源极接单片机U7的引脚16，第十三MOS管Q13的源极还通过第十电阻R10接GND，所述第四电容C4并联在第十电阻R10两端，第四电阻R4和第十电阻R10为电压电阻，第四电容C4为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第十三MOS管Q13误导通；

所述第二节电池LB2电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，所述第二节电池LB2电压检测电路包括第三电阻R3、第九MOS管Q9、第九电阻R9、第二十电阻R20和第三电容C3，所述第三电阻R3第一端接电池接线排J2的引脚3，第三电阻R3的第二端接第九MOS管Q9的漏极，第九MOS管Q9的栅极接单片机U7的引脚17，第九MOS管Q9的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第九MOS管Q9的源极接单片机U7的引脚14，第九MOS管Q9的源极还通过第九电阻R9接GND，所述第三电容C3并联在第九电阻R9两端，第三电阻R3和第九电阻R9为电压电阻，第三电容C3为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第九MOS管Q9误导通；

所述第三节电池LB3电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，所述第三节电池LB3电压检测电路包括第二电阻R2、第八MOS管Q8、第八电阻R8、第二十电阻R20和第二电容C2，所述第二电阻R2第一端接电池接线排J2的引脚4，第二电阻R2的第二端接第八MOS管Q8的漏极，第八MOS管Q8的栅极接单片机U7的引脚17，第八MOS管Q8的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第八MOS管Q8的源极接单片机U7的引脚15，第八MOS管Q8的源极还通过第八电阻R8接GND，所述第二电容C2并联在第八电阻R8两端，第二电阻R2和第八电阻R8为电压电阻，第二电容C2为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第八MOS管Q8误导通；

所述第四节电池LB4电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，所述第四节电池LB4电压检测电路包括第一电阻R1、第六MOS管Q6、第七电阻R7、第二十电阻R20和第一电容C1，所述第一电阻R2第一端接电池接线排J2的引脚5，第一电阻R1的第二端接第六MOS管Q6的漏极，第六MOS管Q6的栅极接单片机U7的引脚17，第六MOS管Q6的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第六MOS管Q6的源极接单片机U7的引脚13，第六MOS管Q6的源极还通过第七电阻R7接GND，所述第一电容C1并联在第七电阻R7两端，第一电阻R1和第七电阻R7为电压电阻，第一电容C1为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第六MOS管Q6误导通；

电池接线排J2的引脚5接测试端口P8的引脚1，测试端口P8的引脚2接锂电池组的正极LB+。

进一步地，还包括为过流的基准电压和单片机U7的内部ADC供电提供基准电压的基准电压源模块，所述基准电压源模块包括基准电压源电路，所述基准电压源电路包括稳压源Q5，稳压源Q5为TL431可控精密稳压源，稳压源Q5的阳极接GND，稳压源Q5的阳极接第四十九电阻R49第一端，第四十九电阻R49第二端接稳压源Q5的参考端，稳压源Q5的参考端接第四十八电阻R48第一端，第四十八电阻R48第二端接第四十七电阻R47第一端，第四十七电阻R47第二端接电源VCC，第四十八电阻R48第二端与第四十九电阻第一端之间并联第十六电容C16，第四十七电阻R47第二端与第十六电容C16之间并联第十四电容C14；所述稳压源Q5的阴极分别与第四十八电阻R48的第二端和第四十七电阻R47的第一端连接，所述稳压源Q5的阴极输出基准参考电压REF；所述稳压源Q5的阴极连接电流检测模块；

所述电流检测模块包括电流取样电平平移和放大电路、电流取样过流比较电路，所述电流取样电平平移和放大电路包括第一运算放大器U5A，所述第一运算放大器U5A的同相输入端通过第三十八电阻R38接基准参考电压REF，第一运算放大器U5A的同相输入端通过第三十九电阻R39接GND，第三十八电阻R38与第三十九电阻R39串联，第三十九电阻R39两端并联第二十一电容C21，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第三十五电阻R35与第一运算放大器U5A的输出端连接，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第三十六电阻R36接太阳能电池板负极，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第二十二电容C22接GND，第一运算放大器U5A的反相输入端接第六稳压二极管D6的负极，第六稳压二极管D6的正极接GND，第一运算放大器U5A的负电源端接GND，第一运算放大器U5A的正电源端接接电源VCC，第一运算放大器U5A的正电源端通过第二十电容C20接GND，第一运算放大器U5A的输出端接单片机U7的引脚11，第一运算放大器U5A的输出端接电流取样过流比较电路；

所述电流取样过流比较电路包括第二运算放大器U5B，所述第二运算放大器U5B的反相输入端通过第四十四电阻R44与第一运算放大器U5A的输出端连接，第二运算放大器U5B的反相输入端接第三稳压二极管D3的负极，所述第三稳压二极管D3的正极接单片机U7的引脚2，第三稳压二极管D3的正极通过第四十三电阻R43接电源VCC，第二运算放大器U5B的同相输入端分别接第四十二电阻R42的第一端和第四十一电阻R41的第一端，第四十一电阻R41第二端接基准参考电压REF，第四十二电阻R42的第二端接GND，第四十一电阻R41第一端与第四十二电阻R42的第二端之间并联第二十三电容C23，第二运算放大器U5B的输出端通过第四十电阻R40接第二运算放大器U5B的同相输入端。

进一步地，所述指示灯模块包括电源指示灯LED1、故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4、平衡状态指示灯LED5，电源指示灯LED1、故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4、平衡状态指示灯LED5均为发光二极管，电源指示灯LED1的正极通过第五电阻R5接电源VCC，电源指示灯LED1的负极接单片机U7的引脚18；故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4和平衡状态指示灯LED5 通过指示灯接线排P7与单片机U7连接，指示灯接线排P7的接口1接电源VCC，P7的接口2接单片机U7的引脚28，P7的接口3接单片机U7的引脚29，P7的接口4接单片机U7的引脚25，P7的接口5接单片机U7的引脚24。

进一步地，所述单片机U7的引脚1通过第十一电容C11接GND，单片机U7的引脚1通过第三十电阻R30接电源VCC；单片机U7的引脚4接GND；单片机U7的引脚5通过第十二电容C12接GND ；单片机U7的引脚6接电源VCC，单片机U7的引脚6通过第十三电容C13接GND，单片机U7的引脚7与单片机U7的引脚6短接；单片机U7的引脚8置空；单片机U7的引脚9接基准参考电压REF，单片机U7的引脚10接GND，单片机U7的引脚9和单片机U7的引脚10之间串联第十七电容C17；

所述单片机U7的引脚23接电路整体测试端口P10的引脚1，单片机U7的引脚27接电路整体测试端口P10的引脚2；

还包括程序下载端口P6，程序下载端口P6的1口接电源VCC，程序下载端口P6的2口接单片机U7的引脚26，程序下载端口P6的3口接接单片机U7的引脚1，程序下载端口P6的4口接GND。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1.本发明待机功耗极低电源管理模块是对该BMS的电源管理和控制；由单片机内部程序控制每1min检测一次LB1、LB2、LB3、LB4电压，检测时打开ADC_FET，检测完成关闭，达到低功耗的目的。内部带高精度电压基准，使用专用校准装置进行自动校准，提高采集精度。本发明为了降低正常工作时候的功耗，通过增大电压采集网路的电阻来减少待机功耗；通过电源管理模块中的电子开关电路实现对电压检测网络的控制，从而减少取样电阻网络对功耗的消耗；多路电池均衡控制模块通过采用光耦合器和三极管实现对锂电池组中的锂电池单体的电压均衡控制。本发明解决了锂电池出厂时已经充满的电因自放电放完后，到安装现场时因锂电池组电池已经放亏没电而损坏，导致无法使用太阳能电池板对其进行充电的问题。本发明具有有温度检测功能，可以检测电池组、控制模块和环境温度；本发明中的外部拓展通信模块，可以对外进行电池状态通信和相互控制。可以对外输出每一节电池电压、总体的充放电电流和状态信息。

2、本发明具有短路保护功能，当输出短路时，可硬件实现快速保护。系统进入休眠状态，只有再次发生充电事件后系统会自动恢复。

3、本发明充放电用同一组接口，第十NOS管Q10实现放电开关控制，第十一MOS管Q11实现充电开关控制。

4、本发明中的多路电池均衡控制模块，电池在电压满足条件时，除了放电状态外（充电状态和静态放置）均进行平衡处理。采集单节电池电压，当某节电池电压值超过最低值一定范围并且满足电压要求时对该节电池进行放电，通过光耦完全隔离平衡放电；另外可以通过调节PWM实现各节电池平衡放电速度控制。防止放电速度过快而过热。

5、本发明具有放电保护：当电池电压放电到某个阈值时关闭放电开关第十MOS管Q10，并进入休眠状态，保护电池。

6、本发明具有充电保护：充电时，当检测到电池电压（在充电状态下检测电池电压时，需要关闭充电开关第十一MOS管Q11,保持一定时间后再采集电池电压，采集完毕后再打开充电）高于某个阈值时，关闭充电开关第十一MOS管Q11。当再次检测到电池电压低于某个阈值时，再次打开充电，实现浮动充电，最大限度的利用电池的容量，提高电池寿命。

7、本发明在上电时检测电池状态，当发现所有电池组电压均低于某个阈值时，表示没有连接电池，打开控制充电和放电的开关管，进入生产老化模式；当发现某节电池组电压低于某个阈值时，报出电池故障信息。

附图说明

图1为本发明的电路原理框图；

图2为本发明中单片机及其外围电路的电路原理图；

图3为本发明中的电源管理模块的电路原理路；

图4为本发明中的充放电检测和使能控制模块的电路原理图；

图5为本发明中的多路电池均衡控制模块的电路原理图；

图6为本发明中的电压检测模块的电路原理图；

图7为本发明中的基准电压源模块的电路原理图；

图8为本发明中的电流取样电平平移和放大电路的电路原理图；

图9为本发明中的电流取样过流比较电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合说明书附图对本发明作进一步详细的说明，显然，所描述的实施例是本发明的最佳实施例。

如图1所示，一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，包括锂电池组、主控模块、与主控模块通信连接的电源管理模块、与主控模块通信连接外部拓展通信模块，主控模块的信号输入端电连接温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块的信号输出端，主控模块的信号输出端与多路电池均衡控制模块、充放电检测使能控制模块、指示灯模块的信号输入端电连接。

本发明中的锂电池组包括四节锂电池单体，其分别为第一节电池LB1、第二节电池LB2、第三节电池LB3、第四节电池LB4。

主控模块包括单片机U7，本发明的单片机U7的型号为STM8S005K6单片机，外部拓展通信模块包括TTL串口P5，TTL串口P5的1口接单片机U7的引脚31，TTL串口P5的2口接单片机U7的引脚30，TTL串口P5的3口接GND，TTL串口P5接口以使单片机U7与外部拓展接口通讯，实现对电池测量数据的上传及相应功能的控制。

外部拓展通信模块还包括IIC接口、CAN接口，TTL串口P5，IIC接口、CAN接口都是功能拓展部分，这三种接口都是可以灵活拓展的，本发明电路图中只显示了TTL串口P5，IIC接口、CAN接口在本发明电路图里面没有体现。通过增加硬件电路，可以实现这些接口通讯。

指示灯模块包括电源指示灯LED1、故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4、平衡状态指示灯LED5，电源指示灯LED1、故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4、平衡状态指示灯LED5均为发光二极管。

如图2所示，电源指示灯LED1的正极通过第五电阻R5接电源VCC，单片机U7的引脚18接电源指示灯LED1的负极。故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4和平衡状态指示灯LED5 通过指示灯接线排P7与单片机U7连接，指示灯接线排P7的接口1接电源VCC，单片机U7的引脚28接P7的接口2，单片机U7的引脚29接P7的接口3，单片机U7的引脚25接P7的接口4，单片机U7的引脚24接P7的接口5。

单片机U7的引脚23接电路整体测试端口P10的引脚1，单片机U7的引脚27接电路整体测试端口P10的引脚2。电路整体测试端口P10是对电路进行整体测试时候使用的测试端口。

还包括程序下载端口P6，程序下载端口P6，是对单片机下载程序的端口。程序下载端口P6的1口接电源VCC，程序下载端口P6的2口接单片机U7的引脚26，程序下载端口P6的3口接接单片机U7的引脚1，程序下载端口P6的4口接GND。

单片机U7的引脚1通过第十一电容C11接GND，单片机U7的引脚1通过第三十电阻R30接电源VCC；单片机U7的引脚4接GND；单片机U7的引脚5通过第十二电容C12接GND ；单片机U7的引脚6接电源VCC，单片机U7的引脚6通过第十三电容C13接GND，单片机U7的引脚7与单片机U7的引脚6短接；单片机U7的引脚8置空；单片机U7的引脚8是单片机U7内部模拟部分供电电源，单片机U7的引脚9接基准参考电压REF，使用基准参考电压REF作为内部的ADC提供电源的工作参考基准。单片机U7的引脚10接GND，单片机U7的引脚9和单片机U7的引脚10之间串联第十七电容C17。

如图3所示，电源管理模块包括第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第十二三极管Q12和第十稳压二极管D10构成的电子开关电路。锂电池组的正极LB+接电池充电端口供电的正极CN1的引脚1，电池充电端口供电的正极CN1的引脚1接第十二三极管Q12的发射极，电池充电端口供电的正极CN1的引脚1和引脚2短接，电池充电端口供电的正极CN1的引脚2通过第五十电阻R50连接第十二三极管Q12的基极，第十二三极管Q12的集电极输出输出电压Vout。第十二三极管Q12的基极通过第五十一电阻R51连接第十稳压二极管D10的负极，第十稳压二极管D10的正极接太阳能电池板的负极。

锂电池组的负极LB-接P-GND，P-GND是公共地，锂电池组的地、太阳能电池板的地、放电时候的地。锂电池组的负极LB-接第六十电阻R60第一端，第六十电阻R60第二端接GND，第六十电阻R60第二端接第十八电容C18第一端，第十八电容C18第二端接第十五稳压二极管D15的负极，第十五稳压二极管D15的正极接第十二三极管Q12的集电极；第十八电容C18的第二端接12V电源，第十八电容C18第二端接第一电感L1第一端，第一电感L1的第二端与第十八电容C18的第一端之间并联第六电容C6，第一电感L1第二端接三端稳压器U1的信号输入端，三端稳压器U1的接地端接GND，稳压器的输出端输出稳定电压VCC为系统供电；三端稳压器U1的信号输入端与接地端之间并联第七电容C7，三端稳压器U1的输出端与接地端之间并联第十电容C10，第十电容C10两端并联第九电容C9，第九电容C9一端接GND，第九电容C9第二端输出稳定电压VCC为系统供电，第九电容C9两端并联第十五电容C15。第十二三极管Q12的集电极接充放电检测使能控制模块。

LB+在电路上和锂电池组的正极、太阳能电池板正极、外接放电负载的正极是公共点，P-IN接太阳能电池板的负极。LB-是锂电池组的负极。第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第十二三极管Q12、第十稳压二极管D10共同构成了极低待机功耗的电子开关电路。

当LB+对LB-的电压值大于7.5V时候，第十二三极管Q12导通，第十二三极管Q12的基极输出输出电压Vout，该系统供电的电源管理电路工作，单片机U7以及相应的检测电路工作。

当LB+对LB-的电压值小于7.5V时候，第十二三极管Q12不导通，此时，第十二三极管Q12的基极输出的输出电压Vout为0V，该系统后级不工作，整个系统进入极低待机工作模式，单片机U7和后级电路不工作。

本发明中的电源管理模块带有休眠功能，如果检测到电池电压过低，或者长时间没有充电，系统进入休眠状态，休眠后整体功耗低于100uA。防止电池长期库存时长时间放亏，损坏电池。当外部的太阳能电池板对其充电时候，当太阳能电池板电压大于第十稳压二极管D10的导通值7.5V时，第十二三极管Q12导通，使整个系统恢复正常供电。

如图4所示，充放电检测使能控制模块包括充放电检测使能控制电路，充放电检测使能控制电路包括第二稳压二极管D2、第四稳压二极管D4、第五稳压二极管D5、第七MOS管Q7、第十MOS管Q10、第十七电阻R17、第二十三电阻R23和第三十七电阻R37，第三十七电阻R37第一端接第十二三极管Q12的集电极，第三十七电阻R37的第二端接第七MOS管Q7的源极；单片机U7的引脚32接第四稳压二极管D4的正极，第四稳压二极管D4的正极通过第四十五电阻R45接电源VCC，第四稳压二极管D4的负极接第七MOS管Q7的栅极；单片机U7的引脚3接第二稳压二极管D2的正极，第二稳压二极管D2的正极通过第四十六电阻R46接电源VCC，第二稳压二极管D2的负极与第四稳压二极管D4的负极连接，第二稳压二极管D2的负极接第十九电阻R19的第一端，第十九电阻R19的第二端接第七MOS管Q7的漏极，第十九电阻R19的第二端接P-GND，第十九电阻R19的第二端接第五十二电阻R52第一端，第五十二电阻R52第二端接第七MOS管Q7的源极；第五十二电阻R52的第二端接第五稳压二极管D5的负极。

第五稳压二极管D5的正极接第十MOS管Q10的源极，第十MOS管Q10的栅极接第三十七电阻R37的第二端，电池组的负极LB-接第十七电阻R17第一端，第十七电阻R17第二端接第十MOS管Q10的源极，第十七电阻R17两端并联第二十三电阻R23，第二十三电阻R23第一端接P-GND，第二十三电阻R23第二端接第十MOS管Q10的源极，第十MOS管Q10的漏极接第十一MOS管Q11的漏极，第十七电阻R17和第二十三电阻R23均为电流取样电阻，二者并联使用可提高带负载的功率。LB-接锂电池组的负极，也是整个电路的参考地P-GND。通过电流取样电阻第十七电阻R17和第二十三电阻R23，当放电开关第十MOS管Q10、充电开关第十一MOS管Q11均导通时候，可以实现外部的充电P-IN对电池组的电流检测。从P-IN和 LB-之间的电压就是电流取样电阻上面的压降。

充放电检测使能控制电路还包括第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第五十三电阻R53、第一稳压二极管D1、第十一MOS管Q11和第五光耦合器UQ5构成的充电开关控制电路。

第五光耦合器UQ5的引脚1通过第三十二电阻R32接电源VCC，第三十二电阻R32为与第五光耦合器UQ5串联的限流电阻；第五光耦合器UQ5的引脚2接单片机U7的引脚12，第五光耦合器UQ5的引脚3通过第三十三电阻R33与锂电池组的正极连接，第三十三电阻R33为第五光耦合器UQ5输出端的上拉电阻；第五光耦合器UQ5的引脚3和第五光耦合器UQ5的引脚4之间并联第五十三电阻R53，第五光耦合器UQ5的引脚3接第十一MOS管Q11的栅极，第五光耦合器UQ5的引脚4接第十一MOS管Q11的源极，第五光耦合器UQ5的引脚4接电池充电端口供电的负极CN2，第十一MOS管Q11的源极接电池充电端口供电的负极CN2，第一稳压二极管D1并联在第十一MOS管Q11的源极和栅极之间，防止第十一MOS管Q11过压损坏。第十一MOS管Q11的源极通过第五十三电阻R53接锂电池组的正极LB+，第五十三电阻R53是锂电池组的正极LB+对太阳能电池板的负极接线口的负载电阻。

第七MOS管Q7、第十MOS管Q10、第十一MOS管Q11的源极和漏极之间均并联一个反向二极管，起到续流作用，可以防止反向击穿。第七MOS管Q7的型号为2N7002。

第十MOS管 Q10为NMOS管，第十MOS管 Q10的型号为2SK4213A第十MOS 管Q10为锂电池组的放电开关，当第十二三极管Q12的输出电压Vout电压大于7.5V时，第十MOS管Q10导通，此时放电开关使能工作。当单片机U7引脚32输出高电平，或者单片机U7引脚3输出是高电平时候，第七MOS管Q7导通，第十MOS 管Q10关闭，此时放电开关不工作。只有当单片机U7引脚3和单片机U7引脚32都是低电平时候，第七MOS管Q7不导通，第十MOS 管Q10导通，此时放电开关工作。

第十一MOS管Q11为NMOS管，第十一MOS管Q11的型号为2SK4213A，第十一MOS管Q11为锂电池组的充电开关，用于控制太阳能电池板是否对锂电池组进行充电。当单片机U7引脚12输出是低电平时候，第五光耦合器UQ5工作，第五光耦合器UQ5的输出端使第十一MOS管Q11截止，第十一MOS管Q11充电开关不工作。

当单片机U7工作24H没有检测到锂电池总电压没有充电状态时候，该系统使放电控制电路关断，该系统总电源切断。整个系统进入掉电状态，整体功耗极低。

当太阳能电池板接上后，当LB+对LB-电压大于7.5V后，第十二三极管Q12导通，整个系统恢复工作状态。

如图5所示，多路电池均衡控制模块包括为四路电路结构原理相同的电池均衡控制电路，其分别为第一路电池均衡控制电路、第二路电池均衡控制电路、第三路电池均衡控制电路、第四路电池均衡控制电路。多路电池均衡控制模块通过使用光耦合器合三极管实现对锂电池单体的电压均衡控制。

第一路电池均衡控制电路包括第四光耦合器合UQ4、第四三极管Q4、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，第四光耦合器合UQ4的引脚1通过第十六电阻R16接电源VCC，第十六电阻R16为限流电阻，第四光耦合器合UQ4的引脚2接单片机U7的引脚19，第四光耦合器合UQ4的引脚3分别与第二十一电阻R21的第一端和第二十二电阻R22的第一端连接，第二十一电阻R21的第二端与第二十二电阻R22的第二端连接，第四光耦合器合UQ4的引脚4接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的发射极接GND，第四三极管Q4的集电极与第二十一电阻R21的第一端连接。第二十一电阻R21和第二十二电阻R22均为均衡放电电阻。

第一节电池LB1的均衡控制原理：第二十一电阻R21、第二十二电阻R22是均衡放电电阻，第四三极管Q4是放电三极管，第四光耦合器UQ4是光耦，第十六电阻R16是与第四光耦合器UQ4串联的限流电阻。当单片机U7引脚19为低电平时候，第四光耦合器UQ4导通，使第四三极管Q4导通，从而使R21和R22均衡放电电阻通过第四三极管Q4并联在第一节电池LB1两端进行放电。当单片机U7引脚19为高电平时候，第四光耦合器UQ4不导通，从而第四三极管Q4截止。当单片机U7引脚19受单片机U7控制的信号是PWM变化的信号时候，可以实现不同均衡程度的控制，即通过调节PWM实现各节电池平衡放电速度控制。防止放电速度过快而过热。

第二路电池均衡控制电路与第一路电池均衡控制电路结构相同，第二路电池均衡控制电路包括第三光耦合器合UQ3、第三三极管Q3、第十八电阻R18和第三十一电阻R31，第三光耦合器合UQ3的引脚1通过第十五电阻R15接电源VCC，第十五电阻R15为限流电阻，第三光耦合器合UQ3的引脚2接单片机U7的引脚20，第三光耦合器合UQ3的引脚3分别与第十八电阻R18的第一端和第三十一电阻R31的第一端连接，第十八电阻R18的第二端与第三十一电阻R31的第二端连接，第三光耦合器合UQ3的引脚4接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极接第二十一电阻R21的第二端，第三三极管Q3的集电极与第十八电阻R18的第一端连接，第十八电阻R18和第三十一电阻R31均为均衡放电电阻。第二节电池LB2的均衡控制原理与第一节电池LB1的均衡控制原理相同。

第三路电池均衡控制电路与第一路电池均衡控制电路结构相同，第三路电池均衡控制电路包括第二光耦合器合UQ2、第二三极管Q2、第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，第二光耦合器合UQ2的引脚1通过第十四电阻R14接电源VCC，第十四电阻R14为限流电阻，第二光耦合器合UQ2的引脚2接单片机U7的引脚21，第二光耦合器合UQ2的引脚3分别与第二十七电阻R27的第一端和第二十八电阻R28的第一端连接，第二十七电阻R27的第二端与第二十八电阻R28的第二端连接，第二光耦合器合UQ2的引脚4接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的发射极接第十八电阻R18的第二端，第二三极管Q2的集电极与第二十七电阻R27的第一端连接，第二十七电阻R27和第二十八电阻R28均为均衡放电电阻。第三节电池LB3的均衡控制原理与第一节电池LB1的均衡控制原理相同。

第四路电池均衡控制电路与第一路电池均衡控制电路结构相同，第四路电池均衡控制电路包括第一光耦合器合UQ1、第一三极管Q1、第十二电阻R12和第二十六电阻R26，第一光耦合器合UQ1的引脚1通过第十三电阻R13接电源VCC，第十三电阻R13为限流电阻，第一光耦合器合UQ1的引脚2接单片机U7的引脚22，第一光耦合器合UQ1的引脚3分别与第十二电阻R12的第一端和第二十六电阻R26的第一端连接，第十二电阻R12的第二端与第二十六电阻R26的第二端连接，第一光耦合器合UQ1的引脚4接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极接第二十七电阻R27的第二端，第一三极管Q1的集电极与第十二电阻R12的第一端连接，第十二电阻R12和第二十六电阻R28均为均衡放电电阻。第四节电池LB4的均衡控制原理与第一节电池LB1的均衡控制原理相同。

采用光耦器和三极管配合使用的均衡控制方案，可以很方便的实现一串、两串、三串、四串等多个级联串数的级联。

如图6所示，电压检测模块包括电压检测电路，电压检测电路包括四路电路结构相同的电压检测电路，其分别为第一节电池LB1电压检测电路、第二节电池LB2电压检测电路、第三节电池LB3电压检测电路和第四节电池LB4电压检测电路。

第一节电池LB1电压检测电路包括第四电阻R4、第十三MOS管Q13、第十电阻R10、第二十电阻R20和第四电容C4，第四电阻R4第一端接电池接线排J2的引脚2，电池接线排J2的引脚1接GND；第四电阻R4的第二端接第十三MOS管Q13的漏极，第十三MOS管Q13的栅极接单片机U7的引脚17，第十三MOS管Q13的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第十三MOS管Q13的源极接单片机U7的引脚16，第十三MOS管Q13的源极还通过第十电阻R10接GND，第四电容C4并联在第十电阻R10两端，第四电阻R4和第十电阻R10为电压电阻，第四电容C4为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第十三MOS管Q13误导通。

第二节电池LB2电压检测电路与第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，第二节电池LB2电压检测电路包括第三电阻R3、第九MOS管Q9、第九电阻R9、第二十电阻R20和第三电容C3，第三电阻R3第一端接电池接线排J2的引脚3，第三电阻R3的第二端接第九MOS管Q9的漏极，第九MOS管Q9的栅极接单片机U7的引脚17，第九MOS管Q9的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第九MOS管Q9的源极接单片机U7的引脚14，第九MOS管Q9的源极还通过第九电阻R9接GND，第三电容C3并联在第九电阻R9两端，第三电阻R3和第九电阻R9为电压电阻，第三电容C3为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第九MOS管Q9误导通。

第三节电池LB3电压检测电路与第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，第三节电池LB3电压检测电路包括第二电阻R2、第八MOS管Q8、第八电阻R8、第二十电阻R20和第二电容C2，第二电阻R2第一端接电池接线排J2的引脚4，第二电阻R2的第二端接第八MOS管Q8的漏极，第八MOS管Q8的栅极接单片机U7的引脚17，第八MOS管Q8的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第八MOS管Q8的源极接单片机U7的引脚15，第八MOS管Q8的源极还通过第八电阻R8接GND，第二电容C2并联在第八电阻R8两端，第二电阻R2和第八电阻R8为电压电阻，第二电容C2为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第八MOS管Q8误导通。

第四节电池LB4电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，第四节电池LB4电压检测电路包括第一电阻R1、第六MOS管Q6、第七电阻R7、第二十电阻R20和第一电容C1，第一电阻R2第一端接电池接线排J2的引脚5，第一电阻R1的第二端接第六MOS管Q6的漏极，第六MOS管Q6的栅极接单片机U7的引脚17，第六MOS管Q6的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第六MOS管Q6的源极接单片机U7的引脚13，第六MOS管Q6的源极还通过第七电阻R7接GND，第一电容C1并联在第七电阻R7两端，第一电阻R1和第七电阻R7为电压电阻，第一电容C1为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第六MOS管Q6误导通。

电池接线排J2的引脚5接测试端口P8的引脚1，测试端口P8的引脚2接锂电池组的正极LB+。测试端口P8是锂电池组的正极LB+和第四节电池LB4之间的测试端口，当对板子进行测试时，锂电池组的正极LB+和第四节电池LB4短接，完成功能测试。J2是接锂电池组的插座，实际中直接焊接导线和锂电池相连。

第六MOS管Q6、第八MOS管Q8、第九MOS管Q9和第十三MOS管Q13均为2N7002型号场效应管。

以第一节电池LB1电压检测电路为例，第四电阻R4和第十电阻R10是电压电阻，第四电容C4是和第十电阻R10并联的滤波电容。第十三MOS管Q13是2N7002 NMOS管，用于实现该电池电压检测电路的导通和关闭。第二十电阻R20是下拉电阻，防止当单片机U7不运行时候，单片机U7的引脚17（ADC_FET端口）是悬浮状态时，造成第十三MOS管Q13的误导通。

当ADC_FET为低电平时候，第十三MOS管Q13不导通，对第一节电池LB1的测量不构成回路，电压测量电路不工作，不消耗第一节电池LB1的电量，消除了电压取样电阻造成电池电压检测的自放电现象，由于第十三MOS管Q13是NMOS管，此时电压测量电路消耗电流极小。当ADC_FET为高电平时候，第十三MOS管Q13导通，第四电阻R4和第十电阻R10构成对第一节电池LB1电压的电阻分压检测电路，CB1为分压后的电压值，经过单片机U7的进行ADC检测，换算成相应的电压值。

检测LB1、LB2、LB3、LB4电压。以锂电池组地为参考，第一节电池电压为：BAT1=LB1；第二节电池电压为：BAT2=LB2-LB1；第三节电池电压为：BAT3=LB3-LB2；第四节电池电压为：BAT4=LB4-LB3。

如图7所示的为过流的基准电压和单片机U7的内部ADC供电提供基准电压的基准电压源模块，基准电压源模块包括基准电压源电路，基准电压源电路包括稳压源Q5，稳压源Q5为TL431可控精密稳压源，稳压源Q5的阳极接GND，稳压源Q5的阳极接第四十九电阻R49第一端，第四十九电阻R49第二端接稳压源Q5的参考端，稳压源Q5的参考端接第四十八电阻R48第一端，第四十八电阻R48第二端接第四十七电阻R47第一端，第四十七电阻R47第二端接电源VCC，第四十八电阻R48第二端与第四十九电阻第一端之间并联第十六电容C16，第四十七电阻R47第二端与第十六电容C16之间并联第十四电容C14；稳压源Q5的阴极分别与第四十八电阻R48的第二端和第四十七电阻R47的第一端连接，稳压源Q5的阴极输出基准参考电压REF；稳压源Q5的阴极连接电流检测模块。

电流检测模块包括电流取样电平平移和放大电路、电流取样过流比较电路。

如图8所示，电流取样电平平移和放大电路包括第一运算放大器U5A，第一运算放大器U5A为LM358运算放大器，第一运算放大器U5A的同相输入端通过第三十八电阻R38接基准参考电压REF，第一运算放大器U5A的同相输入端通过第三十九电阻R39接GND，第三十八电阻R38与第三十九电阻R39串联，第三十九电阻R39两端并联第二十一电容C21，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第三十五电阻R35与第一运算放大器U5A的输出端连接，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第三十六电阻R36接太阳能电池板负极，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第二十二电容C22接GND，第一运算放大器U5A的反相输入端接第六稳压二极管D6的负极，第六稳压二极管D6的正极接GND，第一运算放大器U5A的负电源端接GND，第一运算放大器U5A的正电源端接接电源VCC，第一运算放大器U5A的正电源端通过第二十电容C20接GND，第一运算放大器U5A的输出端接单片机U7的引脚11，第一运算放大器U5A的输出端接电流取样过流比较电路。

第三十八电阻R38和第三十九电阻R39对基准参考电压REF进行分压设置电平平移电压，第二十一电容C21对其滤波，输入到第一运算放大器U5A的3脚。太阳能电池板的负极P-IN和GND之间的电压是电流取样的电压，该电压经过电流取样电平平移和放大电路的反相比例放大和电平平移，输出电压为CIOV。

如图9所示，电流取样过流比较电路包括第二运算放大器U5B，第二运算放大器U5B为LM358运算放大器，第二运算放大器U5B的反相输入端通过第四十四电阻R44与第一运算放大器U5A的输出端连接，第二运算放大器U5B的反相输入端接第一运算放大器U5A的输出端，第二运算放大器U5B的反相输入端接第三稳压二极管D3的负极，第三稳压二极管D3的正极接单片机U7的引脚2，第三稳压二极管D3的正极通过第四十三电阻R43接电源VCC；第二运算放大器U5B的同相输入端分别接第四十二电阻R42的第一端和第四十一电阻R41的第一端，第四十一电阻R41第二端接基准参考电压REF，第四十二电阻R42的第二端接GND，第四十一电阻R41第一端与第四十二电阻R42的第二端之间并联第二十三电容C23，第二运算放大器U5B的输出端通过第四十电阻R40接第二运算放大器U5B的同相输入端。

第二运算放大器U5B使用的是双运算放大器LM358中的一个运放，与第四十电阻R40共同构成正反馈环节，增大反应速度，构成的是电压比较器。第四十一电阻R41和第四十二电阻R42电阻分压，对基准参考电压REF进行分压，第二十三电容C23对其滤波。第一运算放大器U5A输出的电压CIOV和设置的过流比较电压进行比较，当过流时候，单片机U7的引脚32输出低电平。当电流在设置范围内时，单片机U7的引脚32输出高电平，实现过流保护。本发明具有短路保护功能，当输出短路时，硬件可实现快速保护，当保护后，系统进入休眠状态，只有再次发生充电事件后系统会自动恢复。

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 (9)

1.一种太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：包括锂电池组、主控模块、与主控模块通信连接的电源管理模块、与主控模块通信连接外部拓展通信模块，所述主控模块的信号输入端电连接温度检测模块、电压检测模块、电流检测模块的信号输出端，所述主控模块的信号输出端与多路电池均衡控制模块、充放电检测使能控制模块、指示灯模块的信号输入端电连接；

所述电源管理模块包括第五十电阻R50、第五十一电阻R51、第十二三极管Q12和第十稳压二极管D10构成极低待机功耗的电子开关电路，所述锂电池组的正极LB+接电池充电端口供电的正极CN1的引脚1，电池充电端口供电的正极CN1的引脚1接第十二三极管Q12的发射极，电池充电端口供电的正极CN1的引脚1和引脚2短接，电池充电端口供电的正极CN1的引脚2通过第五十电阻R50连接第十二三极管Q12的基极，第十二三极管Q12的基极通过第五十一电阻R51连接第十稳压二极管D10的负极，第十稳压二极管D10的正极接太阳能电池板的负极；

所述锂电池组的负极LB-接P-GND，所述锂电池组的负极LB-接第六十电阻R60第一端，第六十电阻R60第二端接GND，第六十电阻R60第二端接第十八电容C18第一端，第十八电容C18第二端接第十五稳压二极管D15的负极，第十五稳压二极管D15的正极接第十二三极管Q12的集电极；所述第十八电容C18的第二端接12V电源，第十八电容C18第二端接第一电感L1第一端，所述第一电感L1的第二端与第十八电容C18的第一端之间并联第六电容C6，第一电感L1第二端接三端稳压器U1的信号输入端，所述三端稳压器U1的接地端接GND，所述稳压器的输出端输出稳定电压VCC为系统供电；三端稳压器U1的信号输入端与接地端之间并联第七电容C7，三端稳压器U1的输出端与接地端之间并联第十电容C10，第十电容C10两端并联第九电容C9，所述第九电容C9一端接GND，另一端输出稳定电压VCC为系统供电，所述第九电容C9两端并联第十五电容C15；

所述第十二三极管Q12的集电极接充放电检测使能控制模块。

2.如权利要求1所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述主控模块包括单片机U7，所述单片机U7的型号为STM8S005K6单片机，所述外部拓展通信模块包括TTL串口P5， TTL串口P5的1口接单片机U7的引脚31，TTL串口P5的2口接单片机U7的引脚30，TTL串口P5的3口接GND；TTL串口P5接口以使单片机U7与外部拓展接口通讯，实现对电池测量数据的上传及相应功能的控制。

3.如权利要求2所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述充放电检测使能控制模块包括充放电检测使能控制电路，所述充放电检测使能控制电路包括第二稳压二极管D2、第四稳压二极管D4、第五稳压二极管D5、第七MOS管Q7、第十MOS管Q10、第十七电阻R17、第二十三电阻R23和第三十七电阻R37，所述第三十七电阻R37第一端接第十二三极管Q12的集电极，第三十七电阻R37的第二端接第七MOS管Q7的源极；所述单片机U7的引脚32接第四稳压二极管D4的正极，第四稳压二极管D4的正极通过第四十五电阻R45接电源VCC，第四稳压二极管D4的负极接第七MOS管Q7的栅极；单片机U7的引脚3接第二稳压二极管D2的正极，第二稳压二极管D2的正极通过第四十六电阻R46接电源VCC，第二稳压二极管D2的负极与第四稳压二极管D4的负极连接，第二稳压二极管D2的负极接第十九电阻R19的第一端，第十九电阻R19的第二端接第七MOS管Q7的漏极，第十九电阻R19的第二端接P-GND，第十九电阻R19的第二端接第五十二电阻R52第一端，第五十二电阻R52第二端接第七MOS管Q7的源极；所述第五十二电阻R52的第二端接第五稳压二极管D5的负极，第五稳压二极管D5的正极接第十MOS管Q10的源极，所述第十MOS管Q10的栅极接第三十七电阻R37的第二端，所述第十MOS管为NMOS管，第十MOS管为锂电池组的放电开关；

所述电池组的负极LB-接第十七电阻R17第一端，第十七电阻R17第二端接第十MOS管Q10的源极，所述第十七电阻R17两端并联第二十三电阻R23，所述第二十三电阻R23第一端接P-GND，第二十三电阻R23第二端接第十MOS管Q10的源极，第十七电阻R17和第二十三电阻R23均为电流取样电阻，二者并联使用可提高带负载的功率；

所述充放电检测使能控制电路还包括第三十二电阻R32、第三十三电阻R33、第三十四电阻R34、第五十三电阻R53、第一稳压二极管D1、第十一MOS管Q11和第五光耦合器UQ5构成的充电开关控制电路；

所述第五光耦合器UQ5的引脚1通过第三十二电阻R32接电源VCC，第三十二电阻R32为与第五光耦合器UQ5串联的限流电阻；第五光耦合器UQ5的引脚2接单片机U7的引脚12，第五光耦合器UQ5的引脚3通过第三十三电阻R33与锂电池组的正极连接，第三十三电阻R33为第五光耦合器UQ5输出端的上拉电阻；第五光耦合器UQ5的引脚3和第五光耦合器UQ5的引脚4之间并联第五十三电阻R53，第五光耦合器UQ5的引脚3接第十一MOS管Q11的栅极，第五光耦合器UQ5的引脚4接第十一MOS管Q11的源极，第五光耦合器UQ5的引脚4接电池充电端口供电的负极CN2，第十一MOS管Q11的源极接电池充电端口供电的负极CN2，第十一MOS管Q11为NMOS管，第十一MOS管Q11为锂电池组的充电开关；所述第一稳压二极管D1并联在第十一MOS管Q11的源极和栅极之间，防止第十一MOS管Q11过压损坏；

第十一MOS管Q11的源极通过第五十三电阻R53接锂电池组的正极LB+，第五十三电阻R53是锂电池组的正极LB+对太阳能电池板的负极接线口的负载电阻。

4.如权利要求3所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述锂电池组为由四节锂电池单体串联在一起构成的锂电池组或由四个单体组串联而成的锂电池组中的一种；所述单体组为由多个锂电池单体并联而成的单体组。

5.如权利要求4所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述锂电池组为由四节锂电池单体串联在一起构成的锂电池组；

四节锂电池单体分别为第一节电池LB1、第二节电池LB2、第三节电池LB3、第四节电池LB4；所述多路电池均衡控制模块包括为四路电路结构原理相同的电池均衡控制电路，其分别为第一路电池均衡控制电路、第二路电池均衡控制电路、第三路电池均衡控制电路、第四路电池均衡控制电路；

所述第一路电池均衡控制电路包括第四光耦合器合UQ4、第四三极管Q4、第二十一电阻R21和第二十二电阻R22，第四光耦合器合UQ4的引脚1通过第十六电阻R16接电源VCC，第十六电阻R16为限流电阻，第四光耦合器合UQ4的引脚2接单片机U7的引脚19，第四光耦合器合UQ4的引脚3分别与第二十一电阻R21的第一端和第二十二电阻R22的第一端连接，第二十一电阻R21的第二端与第二十二电阻R22的第二端连接，第四光耦合器合UQ4的引脚4接第四三极管Q4的基极，第四三极管Q4的发射极接GND，第四三极管Q4的集电极与第二十一电阻R21的第一端连接，第二十一电阻R21和第二十二电阻R22均为均衡放电电阻；

所述第二路电池均衡控制电路与所述第一路电池均衡控制电路结构相同，所述第二路电池均衡控制电路包括第三光耦合器合UQ3、第三三极管Q3、第十八电阻R18和第三十一电阻R31，第三光耦合器合UQ3的引脚1通过第十五电阻R15接电源VCC，第十五电阻R15为限流电阻，第三光耦合器合UQ3的引脚2接单片机U7的引脚20，第三光耦合器合UQ3的引脚3分别与第十八电阻R18的第一端和第三十一电阻R31的第一端连接，第十八电阻R18的第二端与第三十一电阻R31的第二端连接，第三光耦合器合UQ3的引脚4接第三三极管Q3的基极，第三三极管Q3的发射极接第二十一电阻R21的第二端，第三三极管Q3的集电极与第十八电阻R18的第一端连接，第十八电阻R18和第三十一电阻R31均为均衡放电电阻；

所述第三路电池均衡控制电路与所述第一路电池均衡控制电路结构相同，所述第三路电池均衡控制电路包括第二光耦合器合UQ2、第二三极管Q2、第二十七电阻R27和第二十八电阻R28，第二光耦合器合UQ2的引脚1通过第十四电阻R14接电源VCC，第十四电阻R14为限流电阻，第二光耦合器合UQ2的引脚2接单片机U7的引脚21，第二光耦合器合UQ2的引脚3分别与第二十七电阻R27的第一端和第二十八电阻R28的第一端连接，第二十七电阻R27的第二端与第二十八电阻R28的第二端连接，第二光耦合器合UQ2的引脚4接第二三极管Q2的基极，第二三极管Q2的发射极接第十八电阻R18的第二端，第二三极管Q2的集电极与第二十七电阻R27的第一端连接，第二十七电阻R27和第二十八电阻R28均为均衡放电电阻；

所述第四路电池均衡控制电路与所述第一路电池均衡控制电路结构相同，所述第四路电池均衡控制电路包括第一光耦合器合UQ1、第一三极管Q1、第十二电阻R12和第二十六电阻R26，第一光耦合器合UQ1的引脚1通过第十三电阻R13接电源VCC，第十三电阻R13为限流电阻，第一光耦合器合UQ1的引脚2接单片机U7的引脚22，第一光耦合器合UQ1的引脚3分别与第十二电阻R12的第一端和第二十六电阻R26的第一端连接，第十二电阻R12的第二端与第二十六电阻R26的第二端连接，第一光耦合器合UQ1的引脚4接第一三极管Q1的基极，第一三极管Q1的发射极接第二十七电阻R27的第二端，第一三极管Q1的集电极与第十二电阻R12的第一端连接，第十二电阻R12和第二十六电阻R28均为均衡放电电阻。

6.如权利要求5所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述电压检测模块包括电压检测电路，所述电压检测电路包括四路电路结构相同的电压检测电路，其分别为第一节电池LB1电压检测电路、第二节电池LB2电压检测电路、第三节电池LB3电压检测电路和第四节电池LB4电压检测电路；

所述第一节电池LB1电压检测电路包括第四电阻R4、第十三MOS管Q13、第十电阻R10、第二十电阻R20和第四电容C4，所述第四电阻R4第一端接电池接线排J2的引脚2，电池接线排J2的引脚1接GND；第四电阻R4的第二端接第十三MOS管Q13的漏极，第十三MOS管Q13的栅极接单片机U7的引脚17，第十三MOS管Q13的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第十三MOS管Q13的源极接单片机U7的引脚16，第十三MOS管Q13的源极还通过第十电阻R10接GND，所述第四电容C4并联在第十电阻R10两端，第四电阻R4和第十电阻R10为电压电阻，第四电容C4为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第十三MOS管Q13误导通；

所述第二节电池LB2电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，所述第二节电池LB2电压检测电路包括第三电阻R3、第九MOS管Q9、第九电阻R9、第二十电阻R20和第三电容C3，所述第三电阻R3第一端接电池接线排J2的引脚3，第三电阻R3的第二端接第九MOS管Q9的漏极，第九MOS管Q9的栅极接单片机U7的引脚17，第九MOS管Q9的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第九MOS管Q9的源极接单片机U7的引脚14，第九MOS管Q9的源极还通过第九电阻R9接GND，所述第三电容C3并联在第九电阻R9两端，第三电阻R3和第九电阻R9为电压电阻，第三电容C3为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第九MOS管Q9误导通；

所述第三节电池LB3电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，所述第三节电池LB3电压检测电路包括第二电阻R2、第八MOS管Q8、第八电阻R8、第二十电阻R20和第二电容C2，所述第二电阻R2第一端接电池接线排J2的引脚4，第二电阻R2的第二端接第八MOS管Q8的漏极，第八MOS管Q8的栅极接单片机U7的引脚17，第八MOS管Q8的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第八MOS管Q8的源极接单片机U7的引脚15，第八MOS管Q8的源极还通过第八电阻R8接GND，所述第二电容C2并联在第八电阻R8两端，第二电阻R2和第八电阻R8为电压电阻，第二电容C2为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第八MOS管Q8误导通；

所述第四节电池LB4电压检测电路与所述第一节电池LB1电压检测电路电路结构原理相同，所述第四节电池LB4电压检测电路包括第一电阻R1、第六MOS管Q6、第七电阻R7、第二十电阻R20和第一电容C1，所述第一电阻R2第一端接电池接线排J2的引脚5，第一电阻R1的第二端接第六MOS管Q6的漏极，第六MOS管Q6的栅极接单片机U7的引脚17，第六MOS管Q6的栅极接第二十电阻R20的第一端，第二十电阻R20第二端接GND；第六MOS管Q6的源极接单片机U7的引脚13，第六MOS管Q6的源极还通过第七电阻R7接GND，所述第一电容C1并联在第七电阻R7两端，第一电阻R1和第七电阻R7为电压电阻，第一电容C1为滤波电容，第二十电阻R20为下拉电阻，避免单片机U7不工作、单片机U7的引脚17为悬浮状态时，第六MOS管Q6误导通；

电池接线排J2的引脚5接测试端口P8的引脚1，测试端口P8的引脚2接锂电池组的正极LB+。

7.如权利要求6所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：还包括为过流的基准电压和单片机U7的内部ADC供电提供基准电压的基准电压源模块，所述基准电压源模块包括基准电压源电路，所述基准电压源电路包括稳压源Q5，稳压源Q5为TL431可控精密稳压源，稳压源Q5的阳极接GND，稳压源Q5的阳极接第四十九电阻R49第一端，第四十九电阻R49第二端接稳压源Q5的参考端，稳压源Q5的参考端接第四十八电阻R48第一端，第四十八电阻R48第二端接第四十七电阻R47第一端，第四十七电阻R47第二端接电源VCC，第四十八电阻R48第二端与第四十九电阻第一端之间并联第十六电容C16，第四十七电阻R47第二端与第十六电容C16之间并联第十四电容C14；所述稳压源Q5的阴极分别与第四十八电阻R48的第二端和第四十七电阻R47的第一端连接，所述稳压源Q5的阴极输出基准参考电压REF；所述稳压源Q5的阴极连接电流检测模块；

所述电流检测模块包括电流取样电平平移和放大电路、电流取样过流比较电路，所述电流取样电平平移和放大电路包括第一运算放大器U5A，所述第一运算放大器U5A的同相输入端通过第三十八电阻R38接基准参考电压REF，第一运算放大器U5A的同相输入端通过第三十九电阻R39接GND，第三十八电阻R38与第三十九电阻R39串联，第三十九电阻R39两端并联第二十一电容C21，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第三十五电阻R35与第一运算放大器U5A的输出端连接，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第三十六电阻R36接太阳能电池板负极，第一运算放大器U5A的反相输入端通过第二十二电容C22接GND，第一运算放大器U5A的反相输入端接第六稳压二极管D6的负极，第六稳压二极管D6的正极接GND，第一运算放大器U5A的负电源端接GND，第一运算放大器U5A的正电源端接接电源VCC，第一运算放大器U5A的正电源端通过第二十电容C20接GND，第一运算放大器U5A的输出端接单片机U7的引脚11，第一运算放大器U5A的输出端接电流取样过流比较电路；

所述电流取样过流比较电路包括第二运算放大器U5B，所述第二运算放大器U5B的反相输入端通过第四十四电阻R44与第一运算放大器U5A的输出端连接，第二运算放大器U5B的反相输入端接第三稳压二极管D3的负极，所述第三稳压二极管D3的正极接单片机U7的引脚2，第三稳压二极管D3的正极通过第四十三电阻R43接电源VCC，第二运算放大器U5B的同相输入端分别接第四十二电阻R42的第一端和第四十一电阻R41的第一端，第四十一电阻R41第二端接基准参考电压REF，第四十二电阻R42的第二端接GND，第四十一电阻R41第一端与第四十二电阻R42的第二端之间并联第二十三电容C23，第二运算放大器U5B的输出端通过第四十电阻R40接第二运算放大器U5B的同相输入端。

8.如权利要求7所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述指示灯模块包括电源指示灯LED1、故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4、平衡状态指示灯LED5，电源指示灯LED1、故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4、平衡状态指示灯LED5均为发光二极管，电源指示灯LED1的正极通过第五电阻R5接电源VCC，电源指示灯LED1的负极接单片机U7的引脚18；故障指示灯LED2、充电指示灯LED3、放电指示灯LED4和平衡状态指示灯LED5 通过指示灯接线排P7与单片机U7连接，指示灯接线排P7的接口1接电源VCC，P7的接口2接单片机U7的引脚28，P7的接口3接单片机U7的引脚29，P7的接口4接单片机U7的引脚25，P7的接口5接单片机U7的引脚24。

9.如权利要求8所述的太阳能电池板用锂电池组电池管理系统，其特征在于：所述单片机U7的引脚1通过第十一电容C11接GND，单片机U7的引脚1通过第三十电阻R30接电源VCC；单片机U7的引脚4接GND；单片机U7的引脚5通过第十二电容C12接GND ；单片机U7的引脚6接电源VCC，单片机U7的引脚6通过第十三电容C13接GND，单片机U7的引脚7与单片机U7的引脚6短接；单片机U7的引脚8置空；单片机U7的引脚9接基准参考电压REF，单片机U7的引脚10接GND，单片机U7的引脚9和单片机U7的引脚10之间串联第十七电容C17；

所述单片机U7的引脚23接电路整体测试端口P10的引脚1，单片机U7的引脚27接电路整体测试端口P10的引脚2；

还包括程序下载端口P6，程序下载端口P6的1口接电源VCC，程序下载端口P6的2口接单片机U7的引脚26，程序下载端口P6的3口接接单片机U7的引脚1，程序下载端口P6的4口接GND。