基于ISL9208的大容量锂离子电池组系统设计

引言

锂离子电池以其优异的性能在实际中得到了广泛的应用。随着电池制造水平的提高，锂离子电池的安全性能逐步提高，价格也不断下降，因此，在一些大容量储能设备中，也越来越多地使用锂离子电池作为电源。

锂离子电池自身对充放电的要求很高，一旦过冲很容易引起爆炸，而过放则会造成电池的永久损坏，因此，使用不当极易造成人员财产损失。特别是在大容量的串联锂离子电池组的使用上，必须设计和安装相关的监测、控制设备，以杜绝上述情况的发生。另外，由于单体电池在生产过程中所存在的不一致性，串联使用之后的多次充放电会加剧这种不一致性，从而极大地影响整个电池组的寿命，因此，电池组的均衡控制极为重要。

为此，本文使用Intersil公司的锂离子电池微控模拟前端芯片ISL9208和philips公司的小型封装系列控制芯片p87LpC768(OTp单片机)为重要元件，给出了一种大容量锂离子电池组管理系统的设计方法。该系统可实现锂离子电池组中单体电池的电压监测和过冲、过放保护，以及锂离子电池组充放电的过冲电流保护，同时可对锂离子电池组的温度进行监控以保证每个电池最大200mA的充电平衡电流。

1系统硬件设计

本文给出的电池组管理系统的硬件结构如图1所示。图2所示是其实际电路连接图。

图1系统硬件结构框图.

图2大容量锂离子电池组管理电路。

当系统接入外部负载或者充电器时，使用一个外部开关将ISL9208的WKUp引脚拉到高电平，从而唤醒微控制器模拟前端ISL9208，唤醒后的ISL9208则通过内置的3.3V稳压器从RGO口输出3.3V电压来驱动控制芯片p87LpC768，这样，MCU上电后就可使整个系统开始运转。

MCU可通过I2C接口与ISL9208进行通信，以设置好ISL9208的内部寄存器，同时监控单体电池的电压状况，并根据每个电池的具体参数判断电池的状态，再通过均衡模块对单体电池进行保护，以防止过冲和过放。

1.1控制芯片p87LpC768

p87LpC7XX系列是philips公司生产的基于80C51加速处理器结构的小型OTp单片机，它的性能是标准80C51MCU的两倍，并且价格低廉，易于成本控制。p87LpC768内部集成有4KB的OTp程序存储器和可编程的I/O端口，4通道多路8位A/D转换器和I2C通信接口。由于ISL9208有I2C接口，因此，使用p87LpC768可直接相连，而不要软件模拟，故较为方便。

1.2ISL9208

ISL9208IRZ是Intersil公司生产的多节串锂离子电池*流保护器件和微控制器模拟前端，可支持5~7节串联电池组。它内部集成了过流保护电路、短路保护、内部3.3V稳压器、电芯平衡开关、电压监测电平转换器和I2C通信接口。ISL9208的内部结构如图3所示。

图3ISL9208的内部结构图。

(1)ISL9208的电压测量和充放电电压保护。

ISL9208通过VCELL1~7可直接测量每个电池的电压，但是，每个电池的电压都比稳压器的电压要高，特别是高处的电池电压可能高于MCU所能接受电压，所以，在MCU测量和外部A/D转换时，必须进行电平转换和分压。为了进入外部电路要求的电压范围，可用电平转换器把电池电压以VSS为基准都除以2。以使典型4.2V的锂离子电池在I/O口的电压变为2.1V输出给外部。

在充电过程中，MCU将周期性地测量每个单体电池的电压，并与初始设定值相比较，假如大于初始设定值，则MCU通过控制ISL9208的CFET引脚电压，可使外置的N道沟FET关断，以使充电停止，从而保护电池组。

而在放电过程中，当MCU检测到任何一个电池欠电压时，同样可对ISL9208写入一个控制位，以控制DFET引脚的电压并关断外部FET，以达到防止过放电的目的。

(2)