基于PS501的智能電池系統(tǒng)
引言
PS501是美國(guó)微芯科技公司推出的智能電池管理芯片，適用于2～4節(jié)鋰離子及鋰聚合物電池組，或6～12節(jié)鎳氫及鎳鎘電池組，能準(zhǔn)確計(jì)算出電池組 的剩余容量、滿充容量，以及預(yù)測(cè)電池的可運(yùn)行時(shí)間和充電完成所需要的時(shí)間，提供電池監(jiān)控功能，確保使用安全，先進(jìn)的電池平衡功能可以延長(zhǎng)電池壽命及工作時(shí)間。其通信協(xié)議符合SMBus 1.1和SBdata 1.1智能電池指令集。
特點(diǎn)和引腳說(shuō)明
● 特點(diǎn)
支持2～4節(jié)鋰電池和6～12節(jié)鎳電池。
基于PIC18F MCU內(nèi)核，現(xiàn)場(chǎng)可編程的鋰離子/鋰聚合物/鎳電池電量計(jì)量芯片。
遵循SMBus 1.1和SBdata 1.1。
精密的16位Δ-Σ A/D轉(zhuǎn)換，電流測(cè)量精度為小于1mA。
18V最大輸入電壓，電壓測(cè)量端可直接與電池芯相連接。
可編程I/O用于LED驅(qū)動(dòng)和充放電保護(hù)和二次安完保護(hù)。
對(duì)不同的電池芯，用戶可以配置不同的電池模型。
電池容量計(jì)量誤差小于1%。
先進(jìn)的放電完(EOD)判斷方法。
極低的電源消耗，工作時(shí)耗電為200μA，采樣模式時(shí)為100μA，休眠時(shí)僅為0.5μA。
增強(qiáng)型ESD保護(hù)能力。
12個(gè)通用可編程I/O口，其中2個(gè)為高電壓(最高18V)開漏輸出。
集成和外接溫度傳感器，實(shí)現(xiàn)兩個(gè)位置溫度檢測(cè)功能。
內(nèi)置最大平衡電流為8.4mA的電池平衡電路和外部電池平衡控制功能。
● 引腳說(shuō)明
PS501采用TSSOP28無(wú)鉛封裝，符合歐盟的RoSH以及各國(guó)的環(huán)保要求，其引腳排列如圖1所示。超小體積的TSSOP封裝(7.85mm×10.2mm)可節(jié)省PCB的空間，方便地安裝于不同尺寸的電池包中，如圖2所示。
圖1 PS501引腳圖
圖2 基于PS501的智能電池包
PS501引腳功能簡(jiǎn)介
PS501內(nèi)部結(jié)構(gòu)和工作原理
● PS501內(nèi)部結(jié)構(gòu)
PS501的內(nèi)部結(jié)構(gòu)見圖3。
圖3 PS501內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖
● 處理器內(nèi)核/存儲(chǔ)器
PS501采用了PIC18 8位RISC單片機(jī)內(nèi)核，其存儲(chǔ)器資源包括16KB 閃存，以及256Byte EEPROM，分別用于存儲(chǔ)程序/數(shù)據(jù)和參數(shù)。這兩種存儲(chǔ)器均可通過SMBus接口進(jìn)行重新編程，而不需要特別的編程接口。每片PS501在出廠前都已經(jīng) 燒錄好Boot loader程序，針對(duì)不同型號(hào)用電設(shè)備，不同特性的電池芯，以及不同容量等配置信息用戶可以使用Powertool500軟件設(shè)置生成不同的固件，在電 池包生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)下載固件，從而電池包的生產(chǎn)廠可以方便快速地對(duì)不同特性的電池芯，不同的上位機(jī)設(shè)備更改固件，而不需要改動(dòng)硬件電路。
● A/D轉(zhuǎn)換器
PS501利用高精度A/D轉(zhuǎn)換器來(lái)進(jìn)行電流、電壓和溫度的精確測(cè)量。A/D經(jīng)過校準(zhǔn)后可消除增益誤差和偏移誤差。基于 PS501芯片的電池包管理PCBA在生產(chǎn)過程中除了要現(xiàn)場(chǎng)下載固件外，還要對(duì)A/D轉(zhuǎn)換電路及硅時(shí)鐘振蕩器進(jìn)行校準(zhǔn)，校準(zhǔn)的內(nèi)容包括：電池組電壓采樣， 每串電池芯電壓采樣，外部和內(nèi)部溫度采樣，電流采樣，以及硅時(shí)鐘振蕩器。因此不管是元件精度，PCB設(shè)計(jì)等造成的累加誤差都可以通過校準(zhǔn)最大程度地進(jìn)行更 正，從而確保每個(gè)PCBA對(duì)物理量的采樣都是精確的，而這個(gè)過程花費(fèi)的全部時(shí)間僅為15s，而且全過程全部自動(dòng)進(jìn)行，不需要人工干預(yù)。