面向便攜應(yīng)用的智能電池管理考慮事項(xiàng)

　　智能電池管理系統(tǒng)的最大優(yōu)點(diǎn)之一，是為系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員提供管理功率的可能性。使用從智能電池管理系統(tǒng)獲得的信息，可調(diào)整獲取電池狀態(tài)信息的靈敏度。例如，如果知道電池沒電了，就可讓管理系統(tǒng)提供滿負(fù)荷充電電流;一旦電池充滿，則可提高系統(tǒng)靈敏度，以便非常準(zhǔn)確地確定充電終止點(diǎn) (end-of-charge)。

　　智能電池管理的傳統(tǒng)方法

　　傳統(tǒng)的智能電池管理方法往往采用分立部件來實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

　　通常采用一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 來將模擬功能轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式。測(cè)量的物理參數(shù)(如電流、電壓和溫度) 被轉(zhuǎn)換成數(shù)字格式;然后，經(jīng)微控制器處理后，根據(jù)系統(tǒng)狀態(tài)做出決定。如果電壓超出規(guī)定范圍或需要維持在規(guī)定范圍內(nèi)，所獲得的信息將被回傳給電池管理系統(tǒng)，以確保便攜設(shè)備能正常工作。

　　實(shí)現(xiàn)這個(gè)用途可采用分立 ADC，其分辨率達(dá) 12 位，精度約 1%。當(dāng)進(jìn)行電流或溫度測(cè)量時(shí)，也有同樣的處理過程。市面上提供現(xiàn)成的電流和溫度監(jiān)視產(chǎn)品，可用于向 ADC 輸出正確的電流和溫度測(cè)量數(shù)值，ADC 將輸入的信息轉(zhuǎn)換后就可提供給電池管理系統(tǒng)作進(jìn)一步處理。處理后，作出的數(shù)字格式結(jié)論將被轉(zhuǎn)換成可用于控制某一外界物理參數(shù) (如導(dǎo)通充電電容或?qū)⑾到y(tǒng)切換到備用狀態(tài)) 的模擬格式。當(dāng)需要在應(yīng)用進(jìn)入睡眠模式前保存其狀態(tài)時(shí)，微控制器將在關(guān)閉系統(tǒng)前把應(yīng)用的當(dāng)前狀態(tài)保存到存儲(chǔ)器中，當(dāng)重新喚醒系統(tǒng)時(shí)，保存的狀態(tài)將從存儲(chǔ)器提出，重新加載到應(yīng)用系統(tǒng)中，從而使喚醒后的系統(tǒng)從當(dāng)初退出的地點(diǎn)恢復(fù)運(yùn)行。

　　一旦獲得電量信息，應(yīng)用設(shè)備接下來就要根據(jù)某一預(yù)設(shè)的方案，決定采取某種必要的措施。應(yīng)用作出的決定可能是讓閑置的設(shè)備進(jìn)入睡眠模式以節(jié)省電能;也可能出于應(yīng)急 (如應(yīng)用已超出某些預(yù)設(shè)極限) 而關(guān)閉設(shè)備;或者，由于系統(tǒng)耗盡了功率，需要向其提供更多的電能。最后，應(yīng)用作出的決定還可能是因系統(tǒng)已被切斷電源，需將其切換到備用狀態(tài)。通常采用成品微控制器來執(zhí)行決定，然后將作出的決定轉(zhuǎn)換成模擬格式并輸出到系統(tǒng)。

　　如果用分立元件來實(shí)現(xiàn)智能電池管理系統(tǒng)的各種功能，視應(yīng)用的復(fù)雜程度不同，可能增添數(shù)個(gè)器件。隨著系統(tǒng)功能的增加，系統(tǒng)器件數(shù)量增加了，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)變得越來越復(fù)雜。即使如此，仍然沒有解決系統(tǒng)功能變更或日后可能添加功能的問題，因而無法讓系統(tǒng)具有可延展性。雖然微控制器集成了某些功能，如內(nèi)置了完成決定所需的模擬輸入、ADC 和DAC、時(shí)鐘電路和 CPU 核，但就系統(tǒng)延展性而言，微控制器不具備支持這一要求所需的可編程性和靈活性。

　　采用可編程系統(tǒng)芯片 (PSC) 實(shí)現(xiàn)智能電池管理

圖 1 Fusion器件架構(gòu)

　　解決智能電池管理問題的另一個(gè)方法是采用具備功能集成度、靈活性和可延展性的平臺(tái)。可編程系統(tǒng)芯片 (PSC) 的應(yīng)用越來越廣泛。由于具有可編程性和靈活性，這種芯片在那些需要日后升級(jí)的應(yīng)用中越來越突出。理想的平臺(tái)應(yīng)當(dāng)是同時(shí)包括模擬和數(shù)字功能，并能以軟件處理器核的方式增加智能的平臺(tái)，這種平臺(tái)可能支持構(gòu)建智能電池管理系統(tǒng)所需的所有功能。圖 1 所示的 Fusion PSC 就是這樣的產(chǎn)品，具有模擬功能模塊，帶有多個(gè)模擬輸入，帶可配置輸入電壓范圍調(diào)節(jié)選項(xiàng)的 12 位ADC 接口。該模擬模塊還具有監(jiān)控電壓、電流和溫度的多項(xiàng)監(jiān)控功能。PSC 還包括實(shí)現(xiàn)喚醒和待機(jī)功能的數(shù)種時(shí)鐘功能。為 PSC 選配軟件處理器核，就可實(shí)現(xiàn)智能處理，從而控制系統(tǒng)進(jìn)入睡眠模式，以及將其從睡眠模式喚醒。

　　充分利用 PSC 解決方案，就具備了緊跟電池技術(shù)和新興應(yīng)用發(fā)展步伐所需的可編程性和靈活性，而且還能減小總體板卡尺寸。具備將數(shù)個(gè)分立元件和功能集成在一塊單芯片的能力，設(shè)計(jì)人員就能大幅減小板卡尺寸、功耗和成本，而這是采用分立元件所無法實(shí)現(xiàn)的。

　　結(jié)語

　　在選擇智能電池管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案時(shí)，應(yīng)當(dāng)確保該管理系統(tǒng)可讓用戶延長(zhǎng)便攜設(shè)備的電池壽命，同時(shí)無需大的設(shè)計(jì)修改就能以較低成本實(shí)現(xiàn)日后升級(jí)。雖然傳統(tǒng)的成品部件可構(gòu)成適當(dāng)?shù)慕鉀Q方案，但是更新的技術(shù)可以提供更高的集成度和靈活性，應(yīng)予以考慮作為可行的方案。智能電池管理將繼續(xù)在便攜應(yīng)用中扮演重要角色，隨著新的選項(xiàng)技術(shù)問世，設(shè)計(jì)人員能夠更輕易地實(shí)現(xiàn)高效的解決方案。

圖2 Fusion應(yīng)用電路