单节锂离子电池智能管理电路

方案介绍

围绕英集芯IP5328P 电源管理 IC 构建的单节锂离子电池智能管理电路。具有充电状态 (SoC) 预测和电池保护功能。

详细说明
锂离子（包括锂离子聚合物）电池在任何电池供电的电路中仍然是棘手的组件，因为它们的放电率相当平坦。这意味着电池在 75% 到 25% 的电量之间将具有几乎恒定的输出电压，因此很难估计电池的充电状态 (SoC)。然而，估计剩余电量的能力对于设计使用能量收集器的电子设备至关重要，尤其是那些基于互补平衡能量收集原理的电子设备。

由于非常平坦的放电曲线，锂离子电池的 SoC 估计需要比几个比较器和电压基准更多的努力。最好的方法使用复杂的软件算法来实现卡尔曼滤波，以随着时间的推移提高初始 SoC 估计的准确性。可以在微控制器中实现这些功能，但幸运的是，CellWise 发布了一款可以做到这一点的 IC：CW2015。它只不过是一个带有 ADC 和 I²C 接口的微控制器，但经过预编程，使其更易于使用。与其他解决方案相比，CW2015 的另一个优势是它不依赖焦耳计数来进行估算，这意味着不需要测量流入或流出电池的电流，从而节省了分流电阻。

锂离子电池的另一个问题是它们的电压范围在 3.0V 和 ca 之间。4.2V，因此以 3.3V 运行的电路需要降压-升压转换器而不是简单的 LDO。为了解决这个问题，Injoinic 的 IP5328P 在此设计中用作开关模式（降压）电池充电器和升压转换器，共享相同的电感器。这使得充电过程比线性充电器（仅使用线性晶体管实现电流源）更有效。最重要的是，它可以在大电流下充电，而不会冒充电器过热的风险。在升压模式下，IP5328P 能够在 5V 下维持 3A 的连续输出电流。拥有超过 15W 的输出功率，这使得直接为像 Raspberry Pi 这样的 SBC 供电非常容易。IP5328P 还实现了电池的温度监控，使用 kapton 胶带将外部 NTC 粘贴到电池组上。可以使用在 25°C 时电阻为 100kΩ 的任何 NTC。一种方便的通孔类型是 MF52A104F3950。

直接连接到电池的电路面临的一个问题是，从电池汲取的静态电流 (Iq) 可能会随着时间的推移耗尽它，要么破坏它，要么无限期地降低其容量。为避免这种情况，已插入串联 MOSFET 作为电子开关，以在电池电量耗尽时断开电池。负责欠压锁定监控（UVLO）的是Fortune Semi著名的DW01。

电池连接器是 XH 系列的 2.5 mm 间距双极 JST 连接器，这是电池端子非常常见的选择。当然要注意极性！

可以使用任何具有 I²C 接口的外部微控制器读取电池的 SoC。板上有上拉电阻。I²C 接口为 3V且不支持 5V！

附件包含：

• PCB
• 原理图
• BOM等