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1SmartBatteryV1.1Presentedby:AntaresChoDate:2009/1/8Page:23電池管理有三個主要組成部分：充電管理——充電管理IC包含諸多功能，保證對可充電電池進行安全的、最大限度的和最快的充電。電池電量測量——電池電量測量IC讓系統能精確知曉電池的充電狀況。電池保護——鋰離子電池組需要過充電和過放電保護4Intel和Duracell公司於1995年提出了筆記本智慧電池的概念——SmartBattery，即把鋰電池和管理控制系統結合在一起，本身具有測量、計算、保護、通信等功能[1]。目前已經發展成為行業標準，其定義了智慧電池資料規範協定SBData1.1、系統管理匯流排協定SMBus2.0(與I2C匯流排相容)及相關的資料精度標準。此標準目前在筆記本智慧電池系統中得到廣泛的遵守和應用，而在面向其他應用時，可以做出相應的取捨和改進[2]。由於鋰電池具有電壓高、能量密度高、無“記憶效應”、放電曲線平緩等優點，很多可擕式產品採用單節鋰電池進行供電。然而鋰電池也是比較嬌貴的產品，過沖、過放電、短路等都會對使用壽命產生影響甚至發生爆炸危害到人身安全。而且目前很多可擕式產品在電池電量沒有完全用完時就不允許繼續工作，降低了電池使用效率和產品的使用時間。因此，對單節鋰電池進行相關的處理措施是非常必要的。5智能電池智慧電池也稱作智慧電池系統（SBS），它是現代電源技術的分支和重要組成部分。智慧電池利用內部電子線路來測量、計算和存儲電池資料，它使電源的使用和管理更加可預測。現如今，智慧電池已廣泛應用於筆記型電腦、可擕式電子產品、不斷電供應系統、汽車、安防、通訊、醫療、航空/航太、軍事等領域。智慧電池大大簡化了獨立電池系統的設計，它還有一個重要優點，那就是能防止意外的系統停機。一個基本的SBS系統由以下部分組成：系統管理匯流排（SMBus），智慧電池充電器和智慧電池。SBS的模組化特性使設計閉環電池充電系統變的非常容易，這樣的系統允許採用電池組獨立充電器（智慧充電器），最大限度地降低了硬體和軟體的非重複工程（NRE）性成本，並促成了堅固的系統，這對高可靠性電池備份應用尤其重要。而集成到電池組中的高準確度氣壓計則能一直準確地監視電池，甚至電池不在系統中時也一樣。與非智慧電池系統相比，智慧電池系統需要不斷地與主機交互資訊，使電池系統增加了複雜性。例如：在筆記型電腦的智慧電池系統中，主機需要即時地與電池系統交互資訊，以確定何時該對電池充電或放電，以及面向使用者即時提供電池容量資訊。但正是這種資訊交互，使主機和使用者能更準確地掌握電池的狀態（包括電池有效容量、當前充/放電率、歷史累計充放電次數、預測壽命等），從而做到有的放矢。6電池的智慧化是最近才發展起來的，智慧電池的實現方法多種多樣，但只有一種系統能夠提供包括電池、充電器和其他元件在內的完整方案，即基於系統管理匯流排(SMBus)的標準智慧電池系統(SBS)。系統主要由四個模組組成：充電、安全保護、測量和計算通信。這種結構以Intel和其他公司開發的雙線匯流排為中心，資料協定SBData規範使其電源管理系統所用的電池資料保持一致性，如固定值、測量值、計算值和預測值以及充電和報警資訊。這些資料用在主系統和智慧電池系統之間互相傳遞。資料協定規範定義的34個數值代表了操作條件、計算而得的預測和SBS特性。在功能上具有：測量(電壓、溫度、電流和平均電流)；容量資訊(容量值包括相對充電狀態、絕對充電狀態、剩餘容量和完全充電容量)；剩餘時間(耗盡時間、平均耗盡時間、平均充滿時間、充放電定值、定值充滿時間、定值耗盡時間和定值OK)；報警與廣播(剩餘容量報警、剩餘時間報警、充電電流和充電電壓)；模式、狀態和錯誤(電池模式、容量模式、充電器模式、最大錯誤、電池狀態和製造商訪問)；電池身份識別(週期計數、設計容量、設計電壓、規範資訊、製造日期、編號、製造商名稱、器件名稱、器件化學以及製造商數據)[2]功能。789·SmartBatteryDataSpecification,Revision1.1,SBS-ImplementersForum,December,1998·SmartBatterySelectorSpecification,Revision1.1,SBS-ImplementersForum,December,1998·SmartBatterySystemManagerSpecification,Revision1.1,SBS-ImplementersForum,December,1998·SystemManagementBusSpecification,Revision1.1,SBS-ImplementersForum,December,1998·SystemManagementBusBIOSInterfaceSpecification,Revision1.0,February15,1995·ACPISpecifications,Version1.0a,IntelCorporation,MicrosoftCorporation,ToshibaCorp.,July1998(~acpi)·TheI²C-busandhowtouseit,PhilipsSemiconductorsdocument#98-8080-575-01.·ACCESS.busSpecifications--Version2.2,ACCESS.busIndustryGroup,370AltairWaySuite215,Sunnyvale,CA94086Tel(408)991-35171011DischargeChargeInputprotectInputsensorchargesensorLTC4110:FourModesofOperationCLNDCININIDLTC4110SystemLoadBackupLoadBATIDBATTERYONOFFOFFChargeModeOperationCHGFETDCHFETCURRENTFLOWCLNDCIN(0V)INIDLTC4110SystemLoadBackupLoadBATIDBATTERYDCDIVOFFUVLOSETPOINTONONBackupModeCHGFETDCHFETCURRENTFLOWCLNDCININIDLTC4110SystemLoadBackupLoadBATIDBATTERYDCDIVONUVLOSETPOINTOFFOFFSHUTDOWNMODE,DCINPRESENTCHGFETDCHFETSHDNShutdownInputHighCURRENTFLOWCLNDCININIDLTC4110SystemLoadBackupLoadBATIDBATTERYONOFFOFFNoHeatCalibrationModeOperationCHGFETDCHFETCURRENTFLOW13OverchargeOverdischargeprotect14BatteryChemicalCapacityEDV=3.0V/cellQmax•Batterycapacity(Qmax):Amountofchargecanbeextractedfromthefullychargedcelltotheendofdischargevoltage(EDV).•EDVismini.voltageacceptablefortheapplicationorforbatterychemistryLoadcurrent:0.2CCBATRBATBatteryCapacity:1CDischargerate1C:CurrenttocompletelydischargeabatteryinonehourExample:2200mAhbattery,1Cdischargerate:2200mA,1hr0.5Crate:1100mA,2hrs3.6V(Batteryratedvoltage)12345603.03.54.04.5Capacity,AhVoltage,V154.23.63.02.4BatteryVoltage(V)OpenCircuitVoltage(OCV)EDVQmaxI•RBATQuse•EDVwillbereachedearlierforhigherdischargecurrent.•UseablecapacityQuseQmaxRBATOCV+-I+-V=OCV-I*RBATUseableCapacityQuseQmaxQuse16Li-IonChargeCC-CVProfile•ConstantCurrent:20-30%chargingtime,70-80%capacity•ConstantVoltage:70-80%chargingtime,20-30%capacityIPRECHARGE3.0V/CellPre-chargeICHARGE4.2V/CellFast-chargeITERMINATIONTaperCurrentBatteryVoltageConstantVoltagePre-chargeTimerSafetyTimerPre-chargeTimerSafetyTimer17•10-20%morecapacitywith4.35Vthan4.2V•OverchargingshortensbatterycyclelifeChargeVoltageAffectsBatteryServiceLife4.35V4.3V4.25V4.2V2.62.83.03.23.43.63.84.04.20306090120Time(Minute)BatteryVoltage(V)4.2V4.1VBatteryCapacityatDifferentChargeVoltageDischargeCurrent:500mA•800mAh@4.1V,10%lessthan@4.2V•875mAh@4.2V19ChargeCurrentCurrentshouldbelimitedto1Cratetopreventoverheatingandresultingaccelerateddegradation.“Factorsthataffectcycle-lifeandpossibledegradationmechanismsofaLi-ioncellbasedonLiCoO2”,JournalofPowerSources111(2002)130-136ChargeCurrentvsBatteryDegradation1.0C1.1C1.3C1.5C2.0C20ChargeVoltage•4.1VforCokeBasedAnode(1990’s)•4.2VforGraphiteAnode•4.4VforLiNiMnCoO2cathode.•3.6VforLiFePO4cathode•CharginglowervoltageimprovescyclelifeandsafetyChargeCurrent•≤1Crate;preferred0.7CtopreventoverheatingandresultingaccelerateddegradationLi-IonBatteryChargingRequirements21BatterychargingTemperatureQualification0°Cto45°C.ChargingathighertemperatureresultsinacceleratedagingLow-VoltageBatteryPackChargePre-chargecurrent:0.1CforVCELL3.0VChargingTerminationInConstantVoltageMode,Chargecurrent0.1CChargeTimer3-5hrs.Li-IonC