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。著重闡述了該系統的硬件實現和軟件設計。本系統完成對各種參數的測量、管理和自動保護，完成幾十種命令參數的計算，并通過SMBus總線同HOST等交換。實際使用證明本系統結構簡單，功能完善、可靠，運行穩定，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。
電池管理的重要性已經不言而喻。越來越多的產品正向便攜的方向發展，使用戶獲得空前的獨立。幾十年前，無繩電話最先為我們提供了在家中漫步的自由。而現在，便攜式可充電產品使我們在周游世界的同時，還能與家人保持聯系。越來越多的產品使用充電電池，而隨著產品體積的縮小，這些產品的復雜程度也在不斷提高。充電電池本身也在發生變化。電池制造商努力推出適應快速變化的市場的新產品。電池電壓在增加，外形規格在改變，能量密度也在節節攀升。消費者對電池的了解也不斷深入，他們需要產品具有更大的靈活性、更長的運行時間、更低的成本和更高的安全性。Microchip多年來一直致力于借助PIC(單片機簡化系統設計。目前，Microchip正將這方面的技術應用到電池管理產品線上，以簡化并更好地管理充電系統。
方法
首先，我們將一個典型的電池管理系統劃分為四個模塊,如圖1所示，并在下面一一探討。
從圖1可以看出，電池管理子系統之間的信息交換可提高預見性和安全性，提供自適應電源管理（更長運行時間），并優化充電過程以恢復運行。
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充電
基于二次電池的電池組不同于一次電池組，二次電池組在使用后需要充電，而不是像一次電池那樣會被丟棄。充電電路的種類和充電算法多種多樣，它們針對特定化學類型的電池，在其獨特的系統環境中為其適當地充電。充電器的位置也應適當選擇。充電器是否是獨立單元：是座充還是通過轉換器的直充？充電器是集成在系統內還是在電池組內？其他重要的考慮因素包括充電時間、溫度范圍和噪聲要求。Microchip提供多種充電管理產品。公司提供用于單節或雙節鋰離子/聚合物電池組的線性充電器。線性充電器的輸出噪聲低，對那些收發語音和數據的系統顯得非常重要。充電器產品的部件編號如表1所示。
---對需要高效率低功耗的設計，PS200開關模式充電控制器最高開關頻率可達1MHz。它包含為鋰電池、鎳電池和鉛酸電池充電的算法。由于開關充電器的設計比較復雜，因此Microchip公司提供了軟件工具以指導設計人員進行IC的配置和電路圖的生成。對提供充電器產品的標準行業來說，另外一個解決方案是使用帶充電控制器的電量計IC。這可以利用PS501及一個由通用輸入/輸出信號控制的脈沖充電電路來實現。這種拓撲提供了一個非常緊湊而成本效益又高的解決方案。然而系統的充電部分是隔開的，Microchip擁有所需的算法來優化充電，包括最大限度地提高充電能力、縮短充電時間，并使顧客達到最佳的滿意度。
保護
當使用鋰離子/聚合物電池時，必須提供保護功能，因為過充或過熱可引起火災或爆炸。鉛酸電池或鎳電池無需保護，但也常常為其提供保護電路以防止電池損壞或退化。主保護電路的形式為專用電路，用以檢測是否發生了不安全狀況，并在檢測到不安全狀況時關閉電池組以避免損壞。二次保護電路防止電池在不安全狀況下繼續充電和/或放電。萬一主保護電路發生故障，可復位的二次電路即可提供后備保護。用戶還可另行增加保護級別，如化學熔絲，當其他級別的保護失效時，其可永久關閉電池組。專用安全IC通常用于主保護電路。對于二次保護和穩定保護電路，電池管理IC是理想的選擇，這是由于它們不額外增加解決方案的成本。例如，用PS501電量計可監控各節電池的電壓、電池組電壓、電流和溫度。通用輸入/輸出（GPIO）引腳具備強大的配置功能，可設置和復位任何可能的電量計條件。這種靈活性使電量計可監控非常復雜的安全要求。
電量計量
電量計量不單是對流入流出電池組的電流進行監控。精確的電量計量需要一個系統方法，綜合考慮典型的使用方式、環境和客戶期望。理想狀況下，電池管理IC可向用戶提供無縫、無憂的操作，同時向系統提供所需信息，以便其做出智能化選擇從而提高系統性能。智能化電量計量算法可以延長系統運行時間和電池壽命，并通過精確檢測滿充和滿放點來提供額外的安全。它們還可探測和避免電池失衡和過熱等狀況。這些算法可根據系統狀況來調整，并可以減緩電池的老化。它們運用可配置的電池模型來確保正確計算自放電和充電所造成的損耗。這些算法可由客戶定制，這樣用戶只接受相關信息，而不必擔心和煩惱會發生可導致數據丟失的意外關機。Microchip的電量計產品具備增強功能，使得電量計量更加可靠。
系統意外關機是使用便攜設備時最令人不快的事情之一，大多數用戶應有同感。它輕則是件討厭之事，重則會引起重要數據丟失和時間及金錢的重大損失。意外關機一般發生于電池電壓降到支持系統所需的水平以下。當負載增加時，電池電壓會大幅度降低，尤其是放電行將結束時，這時放電曲線的斜率增加。為避免意外關機，Microchip使用了一種依據系統關機時能量需求信息的算法，如圖2所示。電量計自動選擇適當的關機點，以保證有足夠的剩余能量向用戶發出警示和保存數據。隨著時間的推移，關機點也會變化。隨著電池老化，滿充容量下降，電池放電的電壓曲線也發生改變。老化算法可調整關機點以確保能量不會隨著電池老化而被浪費。
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