任务介绍

任务要求设计⼀个锂电池电压和电流监测 PCB 模块，要求电压监测范围为 0-24V，电流监测范围为 0-3A，具备I2C/SPI接⼝输出功率计算、过压/过流告警功能。

模块介绍

这次任务我选择的电池管理芯片为BQ76907，基于BQ76907这一款高度集成的适用于 2 节至 7 节串联高-精度电池监测器和保护器，该模块提供了一个最大为7电芯的输入接口，通过查表短路的方法可以自由地改变串联的锂电池个数及其电压，同时考虑到电流较大选用外部均衡电路的设计，同时具备电流大小检测、温度报警、过压过流报警等功能，具有IIC接口供单片机连接进行控制。

BQ76907RGRR芯片DigiKey链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/texas-instruments/BQ76907RGRR/22077514
电流采样芯片为RL0816T4F-F-R050-FNH1，DigiKey链接：https://www.digikey.cn/zh/products/detail/delta-electronics-cyntec/RL0816T4F-F-R050-FNH/9762348?s=N4IgTCBcDaIE4BsAMAOAjANgC4BYBmAtIXEgKxJEB2AFiALoC%2BQA

原理图和PCB模块介绍

原理图

PCB

J1的PIN1至PIN8是该电池管理模块与锂电池电芯的连接端，最上方为BAT-，最下方为BAT+，正负号代表电芯的极性连接方向。

J2的PIN1和PIN2是该电池管理模块的IIC接口端，PIN1为SDA，PIN2为SCL，PIN3为地。

J3的PIN1和PIN2是该电池管理模块的电源输出端，PIN1为PACK+，PIN2为PACK-,负号代表极性连接方向。

J4的PIN1和PIN2是该电池管理模块的报警信号输出端和REGOUT输出端，PIN1为ALERT，PIN2为REGOUT输出端（其输出的电压可通过编程控制，输出的电压可供单片机或小型器件使用，但电流不应超过150mA），PIN3为地。

1.      其使用内部使用被动均衡的方式，需要外接均衡电阻，当BMS检测到某节电芯的电压明显高于其他电芯（超过一个设定的阈值）时，通常是电芯充满电时最明显。BMS会接通与该节电芯并联的一个均衡开关（通常是芯片内部的一个MOSFET开关）。开关接通后，一个均衡电阻（外部元件）会并联到该电芯上，形成一个放电回路。电流流经电阻，电能被转化为热能消耗掉。当这节电芯的电压下降到与其他电芯基本一致时，BMS会关闭均衡开关，停止放电。

2.      由于锂电池的电压检测的范围为0-24V,电压较大，为了防止较大的内部均衡电流导致的电池发热现象，选择采用 N 沟道 FET 的外部电池平衡电路设计确定好均衡电阻的阻值后，假设一节锂电池的最小平衡电压为 3.9V，所以外部 FET可以具有在3.9V x 100 / (100 + 100 + 80) = 1.39V 或更低的电压下定义的 RDSON，即阈值电压选择为1.4V及以下附近，而Vds留安全余量，应该选择30V以上，综合因素故选择导通电阻为8Ω@4V；13Ω@2.5V的2SK3019

3.      选用NTCG103JF103FT1作为温度检测电阻，其与BQ76907的TS引脚相连。

4.      为了方便观察BQ76907的输出REGOUT是否正常工作，并联了一个限流电阻和LED灯来显示其工作情况。

5.      选用功率场效应管CRSS042N10N来作为充电放电端口的MOS管。使用RL0816T4F-F-R050-FNH1电阻来进行采样，其电阻值为50mΩ，其温度系数为±150ppm/°C，显著降低了因环境温度变化或电阻自身发热引起的测量误差。

模块主要性能指标和管脚定义

主要性能指标

管脚定义

eZ-PLM上新建物料和项目的截图

使用了eZ-PLM系统上传了自己的工程文件，方便保存记录各个版本进行版本控制，也可随时查阅，系统里查阅不到的物料也支持手动添加。

物料添加展示图

项目详细图

心得体会

在完成本次智能充电管理模块（基于BQ76907）的PCB与原理图设计后，我对锂电池管理系统（BMS）的设计有了更深刻、更实践性的认识。本模块从电芯采样、安全保护到对外供电，形成了一个完整的小型化、智能化解决方案。通过此次从原理图到PCB的全流程设计，我不仅巩固了BMS相关的基础知识，更提升了对系统级设计、元器件选型、功耗与热管理的综合考量能力。