锂离子电池管理芯片的重要性

锂离子电池管理芯片的重要性
在锂离子电池的研究开发中，提高使用安全性问题一直是研究的重点。

由于质量比能量高，而且电解液大多为有机易燃物等，当电池热量产生速度大于散热速度时，就有可能出现安全性问题。

有研究指出，锂离子电池在滥用时，有可能达到700°C以上的高温，从而导致电池出现冒烟、着火乃至爆炸;在过放电到低于1V时，正极表面将析出铜，造成电池内部短路;在过流情况下，电池内部温度也极易升高，使电池性能恶化乃至损坏。

图1.1.1给出了在过充电和过放电情况下，锂离子电池内部的化学反应及性能的变化，式中M代表Co、Al、Ni等金属离子。

锂离子电池管理芯片及其低功耗设计实用案例
要提高锂离子电池使用的安全性，除了进行深入的机理研究，选择合适的电极材料及优化整体结构之外，还必须通过电池外围的集成电路(IC)对电池进行有效的管理。

有报道称近年来，电池管理(BatteryManagement)芯片，无论是销售额还是销售量在功耗管理(PowerManagement)芯片中有望增长得最快。

锂离子电池管理目标包含对电池电压监测、充放电电流监测、温度监测、数据计算以及存储。

管理芯片中，包括保护电路、燃料检测电路以及能够实行电池数据传输的系统被称为智能电池系统(SmartBatterySystem，SBS)。

SBS电池组结构如图1.1.2所示，它由温度传感器、能检测双向电流的电流检测器、ADC、EEPROM存储器、时钟、状态/控制电路、与主系统单线接口及地址、锂离子电池保护电路等组成。

其中由ADC转换的数字量存储在相应的存储器内，通过单线接口与主系统连接，对内部存储器进行读/写的访问及控制。

SBS除了能对电池进行有效地保护之外，还能输出电池剩余能量信号(可用LCD显示)，这将是锂离子电池管理芯片发展的主要目标。

目前，SBS应用的协议发展到了SBdata1.1(数据协议)和SMbus2.0(总线协议)，而在IBM和索尼等笔记本电脑中，有几个型号已采用了基于电池保护电路的SBS.。

在锂离子电池管理芯片中，保护电路由于能够实现对电池电压、充放电电流监测，它既能单独内置在锂离子电池中，也能在SBS中充当二次保护电路用，更可贵的是，它能实现对Ni-Cd、Ni-H电池的同等保护，所以在电池管理芯片中占了很大的份额。

电池管理芯片的发展现状
目前，国外的Unitrode、Texas、Dallas等公司纷纷开展了对锂离子电池管理芯片的研究和开发。

和电池产量在全球市场占有率不断下滑不同的是，日本的锂离子电池管理芯片，尤其是保护电路的设计开发，始终在全球占有主导地位。

最著名的产品是精工的S82系列、理光的R54系列和MITSUMI的MM3061系列等。

其中，S82系列产品因为功能齐全、精度高和功耗低，被认为是锂离子电池管理芯片设计的领跑者之一。

而在中国，除了台湾有个别单位已开发出了功能较为简单的保护芯片外，近年来，虽然也有个别大陆单位开始研究锂离子电池保护电路，但都处于起步阶段，精度低、没有统一的保护标准。

更主要的是，目前国内还没有具有独立自主产权的电路出现。

目前，为了在最长的电池使用时间和最轻的重量之间取得平衡，越来越多的便携式设备如手机、摄像机等都采用单节锂离子电池作为主电源。

目前单节锂离子电池的管理芯片研究，重点在于：
①除了要对电池充电过程进行有效管理外，还更迫切地需要实现对充电及使用过程的全程保护。

这要求芯片不仅具有完备的保护功能，而且保护精度如电池电压、延时时间的检测和控制精度达到实用要求。

②应该尽可能地降低功耗以延长供电电池的使用寿命。

作为封装后电池的一部分，芯片的驱动始终来自被管理的电池，因此要求芯片要有足够低的电流消耗。

作为一个数模混合信号电路，可以借鉴已有的一些功耗优化方法，但是结合应用特点降低功耗，还要进行更深入的理论探索。

因此，研究以单节锂离子保护电路为代表的电池管理芯片的低功耗，从系统功能实现到数模混合信号电路低功耗的设计，对电池管理芯片的设计乃至SBS 的开发都将有相当的借鉴作用。