基于SH366000的智能电池管理系统

基于SH366000的智能电池管理系统

中颖电子股份有限公司高级工程师张朋翔

摘要：本文结合中颖电子的智能电池管理芯片SH366000，围绕着锂离子电池安全和有效利用的目标，对信息采集、充电方式、SOC估算、安全保护、电芯均衡、人机接口、低功耗设计等方面的实现策略进行了比较与分析，总结了现有智能电池管理系统的不足，对未来的发展方向进行了展望。

关键词：锂离子电池、智能电池管理系统、SH366000、充电管理、电池平衡、电池保护

中图分类号：TM912.6 文献标识码：A

Smart Battery System Based on SH366000

Abstract：On the basis of the Li-ion battery of safety and effective use, We analyzed t he existing solution of Signal sample、Charge mode、SOC estimate、Safety protection、Cell balance、Man-machine interface、Low power design etc，summarized its disadvant age， and predicted the develop direction of the future.

Key Word：Li-ion Battery、Smart Battery System、SH366000、Charge Management、Ce ll Balance、 Battery Protection

概述

锂离子电池研究始于20世纪80年代，1991年由索尼公司首先推出了民用产品。由于具备能量密度高、体积小、无记忆效应、循环寿命高、自放电率低等诸多优点，锂离子电池目前广泛应用于手机、MP3、笔记本电脑、相机等各种便携式设备。尤其在笔记本供电方面，其优异的高能量优势更是发挥得淋漓尽致。

但是由于能量密度高及特有的化学特性，锂离子电池的安全性和稳定性方面亦存在隐患，如过高温和过充可能会燃烧甚至导致爆炸，过放电可能造成电池本身的损坏。近年来，连续出现的笔记本电脑电池爆炸燃烧事故，导致了全球性的大批量电池召回现象，给生产厂家带来了巨大的经济损失。

为保证电池使用的安全性，在提高电池本身材料性能及加强工艺控制的同时，智能电池管理系统也成为锂离子电池应用研究的重中之重。

本文将结合中颖电子股份有限公司的锂离子电池管理与保护芯片SH366000，对智能电池管理系统中的关键技术进行阐述。

智能电池管理系统

锂离子电池发展初期，电池管理系统一般只具有检测电池组电压、温度、电流及简单保护等功能。随着锂离子电池应用范围越来越广，应用方式越来越多，对锂离子电池管理系统的要求也越来越高。

智能电池管理系统一般具有如下几个功能：电池组参数采集、剩余电量计算、电池组故障保护、电芯均衡、通信等。

●电池组参数采集

电池组参数采集主要包括电池组中单体电池电压、系统电流、系统温度的采集，用于判定电池的剩余电量、故障保护等。

锂离子电池的电压最能体现电池的性能状态，既可以用于过充、过放等故障保护，也可以用于初步估计锂离子电池的剩余电量。系统电流可用于判断是否出现过放或过流，还可以通过对电流与时间的积分，估计电池的剩余电量等。系统温度主要用于防止电池组温度过高，发生安全事故，并对剩余容量计算进行补偿。

SH366000采用高精度的16位∆-Σ ADC，电压、电流的采集误差不超过±3mV、±2mA，最大限度的满足了锂离子电池容量统计和保护的需要。

●充电管理

锂离子电池的化学特性，决定了其必须采用恒流/恒压(CC/CV)模式对电池组进行充电管理，而在低温或低压情况下，又必须使用小电流充电的方式。

SH366000提供恒流/恒压(CC/CV)模式对电池组进行充电管理，并基于当前的充电电压、充电电流判断当前电池组是否已经满充，即在电池组总电压接近于满充电压，充电电流接近于0电流时，SH366000判定电池组处于满充状态，切断充电回路。

SH366000具有预充电模式，在电池电压比较低，或者系统温度比较低时，只允许小电流充电，以防电池组受到冲击，发生损坏。

●剩余电量预测

剩余电量是反映电池性能的重要参数，也是主机进行充电、放电的判断依据。剩余电量的准确估算可以保护电池，防止过充、过放的发生，便于客户做出合理的时间安排。当前，剩余电量的检测方式主要有开路电压法、库仑积分法、内阻法、卡尔曼滤波法、混合法等。

开路电压法是目前最简单的方法，根据电池的特性得知，在电池容量与开路电压之间存在一定的函数关系，当得知开路电压时，可以初步估算电池的剩余电量。该方法精度不高，且只适用于静态检测，无法直接用于真实应用。

内阻法利用电池内阻和剩余电量的对应关系，来判定系统的剩余电量。由于锂离子电池组的内阻随工作状态变化明显，不同特性的电芯之间也有差异，该方法的重点是如何能够快速得到当前应用条件下电芯的内阻。如果可以快速进行内阻的自我测量，则可以得到相对准确的剩余容量。

库仑积分法是通过计算电池组电流与时间的积分，计算锂离子电池组充入和放出的电量，再与电池的额定电量比较，从而得出当前的剩余电量。该方法简单、稳定，但必须对电流测量非常准确，否则会出现积累误差。另外，锂离子电池的自放电以及在低温和大电流下其放电效率会变低，都会进一步降低了剩余电量的检测精度。库仑积分法必须定期进行校正。

卡尔曼滤波法是指采用卡尔曼滤波算法，综合考虑电池组循环变化、电池老化、温度等影响，进而得到精准的剩余电量。该算法相对而言最精准，但是算法复杂，又需要足够的实验数据，暂未得到具体的应用。

混合法是指通过内阻法/开路电压法与库仑积分法相结合的方式，通过开路电压法/内阻法的定期校正，使用库仑积分法得到精准的剩余电量。该方法是目前使用最广泛的方式。

SH366000通过采用库仑积分法与改进型的开路电压法相结合的方式，根据系统负载大小、电芯温度、使用寿命，动态调整放电截止电压，从而最大可能的逼近电芯真实容量。

以4串1并（4S1P）容量2200mAh的锂离子电池为例，采用充电条件为恒流1100mA、恒压16800mV、充电终止条件为电流小于240mA，放点条件为恒流1100mA、动态放电终止电压约12600mV时，SH366000所统计电池满充容量与实际容量误差小于1%，保证电池运行时间。