SmartBattery鋰離子電池管理系統(tǒng)
Smart Battery Li Ion Power Management System
摘 要： 本文介紹了一種構成Smart Battery的基于X3100芯片的多串鋰電池管理系統(tǒng)。著重闡述了該系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)和軟件設計。本系統(tǒng)完成對各種參數(shù)的測量、管理和自動保護,完成幾十種命令參數(shù)的計算,并通過SMBus總線同HOST等交換。實際使用證明本系統(tǒng)結構簡單,功能完善、可靠,運行穩(wěn)定,可用于筆記本電腦、電動自行車及其他便攜儀器的智能電池模塊中。
關鍵詞： Smart Battery;X3100;電量平衡
一、 引言
---Intel和Duracell于1995提出了筆記本智能電池的概念－Smart Battery,即把鋰電池和管理控制系統(tǒng)結合在一起,本身具有測量、計算、保護、通信等功能,也即我們所說的電池夾。隨著Microsoft的Windows98的推出,筆記本的BIOS同Smart Battery實現(xiàn)真正的命令交換,Smart Battery成為真正的行業(yè)應用標準。其應用的協(xié)議已發(fā)展到了SBdata 1.1（數(shù)據(jù)協(xié)議）和SMbus 2.0（總線協(xié)議）。本文介紹的管理系統(tǒng)使用測量和保護芯片X3100同MCU配合,完成各種參數(shù)的測量、電量的計算、電量的平衡、智能充電管理、通信和保護功能等。本文介紹了硬件的實現(xiàn)和軟件的設計,以及X3100的特性和相關控制軟件程序。
二、 系統(tǒng)硬件實現(xiàn)
---Smart Battery系統(tǒng)是一個完整的小型智能系統(tǒng),特定的應用要求其必須有完備的保護措施和高精度的測量、計算和穩(wěn)定可靠的控制功能。本系統(tǒng)的硬件使用功能強、集成度高的芯片,盡量減少外圍組件,降低成本,提高系統(tǒng)可靠性。系統(tǒng)的硬件框圖如圖1所示。系統(tǒng)包括電池組、平衡電路、X3100、控制MCU、檢測器件、控制FET和外圍接口組成。
---X3100的穩(wěn)壓電路提供系統(tǒng)的穩(wěn)定工作電源;其獨立測量每節(jié)電池的電壓,測量電阻兩端的電壓,并向MCU輸出測量結果。通過MCU的設定,其具有獨立的過壓、欠壓、過流（短路）保護功能。在MCU的控制下,其控制充、放電FET和平衡電路的動作。
---平衡電路由電阻和控制FET組成,在對某節(jié)cell平衡時,形成旁路電流,從而實現(xiàn)各電池的充電電流不同,達到平衡目的。
---MCU是系統(tǒng)的核心控制部分,完成各種計算、控制功能。它通過控制接口,控制X3100的工作,通過選通不同的通道,獲得各電壓參數(shù),測量cell的溫度和充放FET的溫度,并依據(jù)X3100的電流測量原理計算電流。MCU依據(jù)電流計算電池的電量,并計算SBdata規(guī)定的三十幾個參數(shù);依據(jù)平衡算法,通過X3100控制平衡電路的動作;同HOST進行命令交換,主動廣播充電電流和充電電壓;依據(jù)電池的狀態(tài),進行智能充電的控制;依據(jù)測量確定Smart Battery自身的狀態(tài),進行軟件的過壓、欠壓、過流、溫度等的保護。
---通過軟件接口設定各初始參數(shù)和保護的閾值,并放入EEPROM中保護;同時保護各過程參數(shù)。
---因此本系統(tǒng)是由前端的X3100和控制MCU組成,具有完備的功能和雙重保護。下面重點介紹X3100的功能特性和系統(tǒng)軟件控制。
