7串锂电池保护板详细设计说明

1、7串锂电池保护板详细设计说明一、技术指标最大工作电流：15A过充保护电压：4.25V过充恢复电压：4.15V过放保护电压：2.8V过放电恢复电压：3V睡眠电压：2.5V均衡误差：50mV均衡电流：100mA放电保护电流：25A放电过流保护延时：10ms充电保护电流：5A充电过流保护延时：10ms短路保护电流：60A短路保护延时2ms充电/加负载唤醒充放电温度保护：留功能接口睡眠静态电流：10uA保护器内阻：15毫欧参考尺寸：L80*W58*H27mm二、方案选择根据以上的指标,选择 intersil公司的电池治理芯片 ISL9208作为模拟前端芯片,限制 器芯片使用PIC公司的PIC16F68

2、8单片机.框图如下列图所示：4444均衡模拟前端B+ P+ C+I2C放电MOS充电MOS单片机温度唤醒B-采样 电阻充电器短路保护C-UARTICSP 4串口下载采样 电阻放电MOSP-图1、结构框图功能模块主要包括：1 .模拟前端2 .充放电采样电阻及开关3 .单片机4 .唤醒电路5 .单片机外围接口三、模块说明1 .模拟前端模拟前端芯片使用intersil公司的ISL9208 ,它是针对57串的电池治理芯片.提供完 善的过流保护电路、短路保护电路、3.3V稳压器、电池均衡限制电路、电池电压转换和冲放电FET驱动功能；同时过流保护和短路保护的电流值及延时时间均可编程；限制器可以 通过I2C

3、接口设置各存放器的值.ISL9208通过使用内部的模拟开关,为带有 AD转换的微 限制器提供电池电压和内外温度治理.芯片特点有：软件可编程过流阈值和保护时间.快速短路保护三种场效应管限制方式背对背的充放电MOS限制单一放电MOS限制充放电MOS单独限制集成充放电MOS驱动电路3.3V稳压输出,精度是 10%I2C 接口内部集成均衡MOS,最大均衡电流200mA.可编程上升沿或下降沿唤醒睡眠电流10uA工作电压2.3V4.3V 不适合磷酸铁锂2 .充放电采样电阻及开关充放电的采样电阻使用康铜丝制作.放电端采样电阻为4毫欧,使用2根1.2mm的康铜丝并联而成.充电端采样电阻为20毫欧,使用1根0.

4、8mm的康铜丝.放电端使用1个NMOS芯片,由ISL9208放电MOS限制脚限制.芯片使用 IR公司的 IRF1404,特性有：D、S击穿电压40V导通电阻4毫欧最大连续工作电流162A最大脉冲电流650A充电MOS使用2个NMOS芯片,分别由ISL9208的充放电 MOS限制脚限制.芯片使 用IR公司的IRF7469 ,特性有：D、S击穿电压40V导通电阻17毫欧最大连续工作电流9A最大脉冲电流73A驱动电路如图2所示:IRF 了"营IRFT4雷6IRFlWSR27和R28的作用消除电路中可能产生的过冲振荡；D1是为了预防电流灌入ISL9208的CFET管脚；D3的作用是保护 Q2

5、3的G和S不超过20V.充电器短路保护使用自恢复保险丝完成.3 .单片机单片机使用PIC公司的PIC16F688 ,这是一颗8位的高性能RISC单片机.特点有：4K 字 flash , 265 字节 SRAM , 256 字节 EEPROM.运行速度从020M.8级的硬件堆栈.2V5.5V工作电压8通道10位AD转换.一路 UART.在线串行编程,接口使用ICSP协议内部8M时钟发生.带看门狗低功耗设计,旁路电流小于1uA,正常工作电流小于 2mA.在保护板中单片机完成的任务主要有：定时采集电池电压,并对欠压及过压做出相应反响充电状态判断均衡限制读取过流标志,并相应动作单片机的供电使用ISL9

6、208提供的3.3V电压,出于功耗上面的考虑,在几个方面对单 片机的外围电路进行了优化：单片机工作在工作和睡眠交替的方式.0.2S工作,睡眠2.4S.所有单片机的输入IO 口都外接上拉或下拉电阻以降低睡眠电流.XAD的2.5V参考电压使用PMOS进行开关限制,电路如图3所示.基准源由TL431 产生,VREF_CTRL 是开关信号,低电平有效,VREF是TL431的电压输出.由于PIC16F688的参考电压输入脚和ICSP编程的CLK脚是共用的,为了使编程能够顺利完成,电路中串联了 R58, C15是消除参考电压通道上的噪声.ICSf*CLKT7 正ST POINTC15图34 .唤醒电路唤醒

7、电路包括2个,分别是负载唤醒和充电唤醒电路.电路如图4所示：图中P-连接的是负载的负极,C-连接的是充电器的负极,B+连接的是电池的正极,WKUP是唤醒信号, 下降沿有效,且低电平的时间要求大于 20ms 消除工频干扰.工作原理：在睡眠的时候充放电MOS管均衡处于关闭状态,因此P-和C-管脚均没有被电压驱动.当有电阻连到 P+和P-之间的时候,Q25的B极就会产生一个上升沿脉冲,从而是WKUP出低脉冲.当有电阻连到 C+和C-之间的时候,Q25的B极会产生一个高电平,从而使 WKUP出低.当有电压连到 C+和C-之间的时候,Q26的E极会出负的电压,从而使WKUP出低.5 .单片机外围接口单片

8、机的外围接口有 4芯的串口和6芯的烧写口.串口主要用来与上位机的通信,通信内容有各节电池电压及各项技术指标.串口设置：波特率9600, 一个停止位,无奇偶校验.四、总结1 .散热由于保护板处在一个空气相对静止的环境下,因此散热是较难做好的指标. 电路中有几个发热元件,主要有放电支路 MOS管,放电支路康铜丝,均衡电阻和 PCB线路上的温升. 其中康铜丝的温度最为严重.以下是总结的经验：在用PCB铜箔作为散热的条件下,放电支路的MOS管的热阻结点到环境一般可以做到2030C/W之间,因此设计时尽量不要让MOS的功率超过2W.PCB的铜箔厚度使用 2OZ,不但有利于降低线路阻抗,同时有利于散热.均衡电流不宜超过 100mA.实测2512封装的电阻在100mA均衡电流的情况下温 升到达20.康铜丝的本身的热阻较大,他最好是通过铜箔为他散热.实测康铜丝正极焊盘的温度会比负极焊盘的温度高,因此加大正极焊盘面积比加大负极焊盘面积更有意义.在有过大电流的线路,最