基于PS501的智能电池系统

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引言

PS501是美国微芯科技公司推出的智能电池管理芯片，适用于2～4节锂离子及锂聚合物电池组，或6～12节镍氢及镍镉电池组，能准确计算出电池组的剩余容量、满充容量，以及预测电池的可运行时间和充电完成所需要的时间，提供电池监控功能，确保使用安全，先进的电池平衡功能可以延长电池寿命及工作时间。其通信协议符合SMBus 1.1和SBdata 1.1智能电池指令集。

特点和引脚说明

● 特点

支持2～4节锂电池和6～12节镍电池。

基于PIC18F MCU内核，现场可编程的锂离子/锂聚合物/镍电池电量计量芯片。

遵循SMBus 1.1和SBdata 1.1。

精密的16位Δ-Σ A/D转换，电流测量精度为小于1mA。

18V最大输入电压，电压测量端可直接与电池芯相连接。

可编程I/O用于LED驱动和充放电保护和二次安完保护。

对不同的电池芯，用户可以配置不同的电池模型。

电池容量计量误差小于1%。

先进的放电完(EOD)判断方法。

16KB闪存和256Byte EEPROM。

高精度的内部振荡器。

极低的电源消耗，工作时耗电为200μA，采样模式时为100μA，休眠时仅为0.5μA。

增强型ESD保护能力。

12个通用可编程I/O口，其中2个为高电压(最高18V)开漏输出。

集成和外接温度传感器，实现两个位置温度检测功能。

内置最大平衡电流为8.4mA的电池平衡电路和外部电池平衡控制功能。

● 引脚说明

PS501采用TSSOP28无铅封装，符合欧盟的RoSH以及各国的环保要求，其引脚排列如图1所示。超小体积的TSSOP封装(7.85mm×10.2mm)可节省PCB的空间，方便地安装于不同尺寸的电池包中，如图2所示。

图1 PS501引脚图

图2 基于PS501的智能电池包

PS501引脚功能简介

PS501内部结构和工作原理

● PS501内部结构

PS501的内部结构见图3。

图3 PS501内部结构图

● 处理器内核/存储器

PS501采用了PIC18 8位RISC单片机内核，其存储器资源包括16KB 闪存，以及256Byte EEPROM，分别用于存储程序/数据和参数。这两种存储器均可通过SMBus接口进行重新编程，而不需要特别的编程接口。每片PS501在出厂前都已经烧录好Boot loader程序，针对不同型号用电设备，不同特性的电池芯，以及不同容量等配置信息用户可以使用Powertool500软件设置生成不同的固件，在电池包生产现场下载固件，从而电池包的生产厂可以方便快速地对不同特性的电池芯，不同的上位机设备更改固件，而不需要改动硬件电路。

● A/D转换器

PS501利用高精度A/D转换器来进行电流、电压和温度的精确测量。A/D经过校准后可消除增益误差和偏移误差。基于 PS501芯片的电池包管理PCBA在生产过程中除了要现场下载固件外，还要对A/D转换电路及硅时钟振荡器进行校准，校准的内容包括：电池组电压采样，每串电池芯电压采样，外部和内部温度采样，电流采样，以及硅时钟振荡器。因此不管是元件精度，PCB设计等造成的累加误差都可以通过校准最大程度地进行更正，从而确保每个PCBA对物理量的采样都是精确的，而这个过程花费的全部时间仅为15s，而且全过程全部自动进行，不需要人工干预。

● PowerSmart固件/电池模型

Flash存储器中固化有所利用PowerSmart开发的电池管理固件。该固件采用专有算法以及精密的三维电池模型，模型包含250多种参数，并可对自放电、温度以及其他因素进行补偿。除此之外，PS501在充/放电周期内还执行了多项容量校正和减小误差的操作，以提高精度、改善电量计和充电控制性能。上述功能可确保实现精确的电池容量报告以及误差小于1%的实时预测。闪存的可再编程特性使得在无需改变硅片设计的前提下，可迅速实现固件升级并生成用户版本。PS501可根据特定应用的电池化学性质轻松进行用户定制。

PowerSmart提供了各种标准配置文件，可用于配置各种流行的充电电池和电池组应用。图4和表1是不同温度，不同放电率的放电结束电压3D模型和PS501内部表格参数一个例子。