SmartBattery锂离子电池管理系统
Smart Battery Li Ion Power Management System
摘 要： 本文介绍了一种构成Smart Battery的基于X3100芯片的多串锂电池管理系统。着重阐述了该系统的硬件实现和软件设计。本系统完成对各种参数的测量、管理和自动保护,完成几十种命令参数的计算,并通过SMBus总线同HOST等交换。实际使用证明本系统结构简单,功能完善、可靠,运行稳定,可用于笔记本电脑、电动自行车及其他便携仪器的智能电池模块中。
关键词： Smart Battery;X3100;电量平衡
一、 引言
---Intel和Duracell于1995提出了笔记本智能电池的概念－Smart Battery,即把锂电池和管理控制系统结合在一起,本身具有测量、计算、保护、通信等功能,也即我们所说的电池夹。随着Microsoft的Windows98的推出,笔记本的BIOS同Smart Battery实现真正的命令交换,Smart Battery成为真正的行业应用标准。其应用的协议已发展到了SBdata 1.1（数据协议）和SMbus 2.0（总线协议）。本文介绍的管理系统使用测量和保护芯片X3100同MCU配合,完成各种参数的测量、电量的计算、电量的平衡、智能充电管理、通信和保护功能等。本文介绍了硬件的实现和软件的设计,以及X3100的特性和相关控制软件程序。
二、 系统硬件实现
---Smart Battery系统是一个完整的小型智能系统,特定的应用要求其必须有完备的保护措施和高精度的测量、计算和稳定可靠的控制功能。本系统的硬件使用功能强、集成度高的芯片,尽量减少外围组件,降低成本,提高系统可靠性。系统的硬件框图如图1所示。系统包括电池组、平衡电路、X3100、控制MCU、检测器件、控制FET和外围接口组成。
---X3100的稳压电路提供系统的稳定工作电源;其独立测量每节电池的电压,测量电阻两端的电压,并向MCU输出测量结果。通过MCU的设定,其具有独立的过压、欠压、过流（短路）保护功能。在MCU的控制下,其控制充、放电FET和平衡电路的动作。
---平衡电路由电阻和控制FET组成,在对某节cell平衡时,形成旁路电流,从而实现各电池的充电电流不同,达到平衡目的。
---MCU是系统的核心控制部分,完成各种计算、控制功能。它通过控制接口,控制X3100的工作,通过选通不同的通道,获得各电压参数,测量cell的温度和充放FET的温度,并依据X3100的电流测量原理计算电流。MCU依据电流计算电池的电量,并计算SBdata规定的三十几个参数;依据平衡算法,通过X3100控制平衡电路的动作;同HOST进行命令交换,主动广播充电电流和充电电压;依据电池的状态,进行智能充电的控制;依据测量确定Smart Battery自身的状态,进行软件的过压、欠压、过流、温度等的保护。
---通过软件接口设定各初始参数和保护的阈值,并放入EEPROM中保护;同时保护各过程参数。
---因此本系统是由前端的X3100和控制MCU组成,具有完备的功能和双重保护。下面重点介绍X3100的功能特性和系统软件控制。
