引言

鋰離子電池以其優(yōu)異的性能在實(shí)際中得到了廣泛的應(yīng)用。隨著電池制造水平的提高，鋰離子電池的安全性能逐步提高，價格也不斷下降，因此，在一些大容量儲能設(shè)備中，也越來越多地使用鋰離子電池作為電源。

鋰離子電池自身對充放電的要求很高，一旦過沖很容易引起爆炸，而過放則會造成電池的永久損壞，因此，使用不當(dāng)極易造成人員財產(chǎn)損失。特別是在大容量的串聯(lián)鋰離子電池組的使用上，必須設(shè)計和安裝相關(guān)的監(jiān)測、控制設(shè)備，以杜絕上述情況的發(fā)生。另外，由于單體電池在生產(chǎn)過程中所存在的不一致性，串聯(lián)使用之后的多次充放電會加劇這種不一致性，從而極大地影響整個電池組的壽命，因此，電池組的均衡控制極為重要。

為此，本文使用Intersil公司的鋰離子電池微控模擬前端芯片ISL9208和philips公司的小型封裝系列控制芯片p87LpC768(OTp單片機(jī))為重要元件，給出了一種大容量鋰離子電池組管理系統(tǒng)的設(shè)計方法。該系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)鋰離子電池組中單體電池的電壓監(jiān)測和過沖、過放保護(hù)，以及鋰離子電池組充放電的過沖電流保護(hù)，同時可對鋰離子電池組的溫度進(jìn)行監(jiān)控以保證每個電池最大200mA的充電平衡電流。

1系統(tǒng)硬件設(shè)計

本文給出的電池組管理系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)如圖1所示。圖2所示是其實(shí)際電路連接圖。

圖1系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖.

圖2大容量鋰離子電池組管理電路。

當(dāng)系統(tǒng)接入外部負(fù)載或者充電器時，使用一個外部開關(guān)將ISL9208的WKUp引腳拉到高電平，從而喚醒微控制器模擬前端ISL9208，喚醒后的ISL9208則通過內(nèi)置的3.3V穩(wěn)壓器從RGO口輸出3.3V電壓來驅(qū)動控制芯片p87LpC768，這樣，MCU上電后就可使整個系統(tǒng)開始運(yùn)轉(zhuǎn)。

MCU可通過I2C接口與ISL9208進(jìn)行通信，以設(shè)置好ISL9208的內(nèi)部寄存器，同時監(jiān)控單體電池的電壓狀況，并根據(jù)每個電池的具體參數(shù)判斷電池的狀態(tài)，再通過均衡模塊對單體電池進(jìn)行保護(hù)，以防止過沖和過放。

1.1控制芯片p87LpC768

p87LpC7XX系列是philips公司生產(chǎn)的基于80C51加速處理器結(jié)構(gòu)的小型OTp單片機(jī)，它的性能是標(biāo)準(zhǔn)80C51MCU的兩倍，并且價格低廉，易于成本控制。p87LpC768內(nèi)部集成有4KB的OTp程序存儲器和可編程的I/O端口，4通道多路8位A/D轉(zhuǎn)換器和I2C通信接口。由于ISL9208有I2C接口，因此，使用p87LpC768可直接相連，而不要軟件模擬，故較為方便。

1.2ISL9208

ISL9208IRZ是Intersil公司生產(chǎn)的多節(jié)串鋰離子電池*流保護(hù)器件和微控制器模擬前端，可支持5~7節(jié)串聯(lián)電池組。它內(nèi)部集成了過流保護(hù)電路、短路保護(hù)、內(nèi)部3.3V穩(wěn)壓器、電芯平衡開關(guān)、電壓監(jiān)測電平轉(zhuǎn)換器和I2C通信接口。ISL9208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖3所示。

圖3ISL9208的內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖。

(1)ISL9208的電壓測量和充放電電壓保護(hù)。

ISL9208通過VCELL1~7可直接測量每個電池的電壓，但是，每個電池的電壓都比穩(wěn)壓器的電壓要高，特別是高處的電池電壓可能高于MCU所能接受電壓，所以，在MCU測量和外部A/D轉(zhuǎn)換時，必須進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換和分壓。為了進(jìn)入外部電路要求的電壓范圍，可用電平轉(zhuǎn)換器把電池電壓以VSS為基準(zhǔn)都除以2。以使典型4.2V的鋰離子電池在I/O口的電壓變?yōu)?.1V輸出給外部。

在充電過程中，MCU將周期性地測量每個單體電池的電壓，并與初始設(shè)定值相比較，假如大于初始設(shè)定值，則MCU通過控制ISL9208的CFET引腳電壓，可使外置的N道溝FET關(guān)斷，以使充電停止，從而保護(hù)電池組。

而在放電過程中，當(dāng)MCU檢測到任何一個電池欠電壓時，同樣可對ISL9208寫入一個控制位，以控制DFET引腳的電壓并關(guān)斷外部FET，以達(dá)到防止過放電的目的。

(2)