基于ISL9208的大容量锂电池组管理系统设计

　　0 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电池作为电源。

　　锂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) 为主要元件，给出了一种大容量锂电池组管理系统的设计方法。该系统可实现锂电池组中单体电池的电压监测和过冲、过放保护， 以及锂电池组充放电的过冲电流保护， 同时可对锂电池组的温度进行监控以保证每个电池最大200 mA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3.3 V稳压器从RGO口输出3.3 V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P87 LPC768可直接相连， 而不需要软件模拟， 故较为方便。

　　1.2 ISL9208

　　ISL9208IRZ是Intersil公司生产的多节串锂电池*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3.3 V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。