國內市場部
手機：15813823265
郵箱：leihuan408@126.com
地址：廣東省東莞市謝崗鎮謝曹路459號碧桂園智造中心7棟5樓
行業資訊
您現在的位置：
基于ISL9208的大容量鋰離子電池包系統設計
發布時間： 2021-08-12
以其優異的性能在實際中得到了廣泛的使用。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，使用不當極易造成人員財產損失。特別是在大容量的串聯鋰離子電池包的使用上，非得設計和安裝相關的監測、控制設備，以杜絕上述情況的發生。另外，由于單體電池在加工過程中所存在的不一致性，串聯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包的壽命，因此，電池包的均衡控制極為緊要。
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)為緊要元件，給出了一種包管理系統的設計辦法。該系統可實現鋰離子電池包中單體電池的電壓監測和過沖、過放保護，以及鋰離子電池包充放電的過沖電流保護，同時可對鋰離子電池包的溫度進行監控以保證每個電池最大200mA的充電平衡電流。
1系統硬件設計
本文給出的電池包管理系統的硬件結構如圖1所示。圖2所示是其實際電路連接圖。
圖1系統硬件結構框圖.
圖2大容量鋰離子電池包管理電路。
當系統接入外部負載或者充電器時，使用一個外部開關將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則通過內置的3.3V穩壓器從RGO口輸出3.3V電壓來驅動控制芯片p87LpC768，這樣，MCU上電后就可使整個系統開始運轉。
MCU可通過I2C接口與ISL9208進行通信，以設置好ISL9208的內部寄存器，同時監控單體電池的電壓狀況，并依據每個電池的詳盡參數判斷電池的狀態，再通過均衡模塊對單體電池進行保護，以戒備過沖和過放。
1.1控制芯片p87LpC768
p87LpC7XX系列是philips公司加工的基于80C51加速解決器結構的小型OTp單片機，它的性能是標準80C51MCU的兩倍，并且價格低廉，易于成本控制。p87LpC768內部集成有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轉換器和I2C通信接口。由于ISL9208有I2C接口，因此，使用p87LpC768可筆直相連，而不要軟件模擬，故較為方便。
1.2ISL9208
ISL9208IRZ是Intersil公司加工的多節串鋰離子電池*流保護器件和微控制器模擬前端，可支持5~7節串聯電池包。它內部集成了過流保護電路、短路保護、內部3.3V穩壓器、電芯平衡開關、電壓監測電平轉換器和I2C通信接口。ISL9208的內部結構如圖3所示。
圖3ISL9208的內部結構圖。
(1)ISL9208的電壓測量和充放電電壓保護。
ISL9208通過VCELL1~7可筆直測量每個電池的電壓，但是，每個電池的電壓都比穩壓器的電壓要高，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轉換時，非得進行電平轉換和分壓。為了進入外部電路要求的電壓范圍，可用電平轉換器把電池電壓以VSS為基準都除以2。以使典型4.2V的鋰離子電池在I/O口的電壓變為2.1V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，并與初始設定值相比較，倘若大于初始設定值，則MCU通過控制ISL9208的CFET引腳電壓，可使外置的N道溝FET關斷，以使充電停止，從而保護電池包。
而在放電過程中，當MCU測試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引腳的電壓并關斷外部FET，以達到戒備過放電的目的。