鋰離子電池研究始于20世紀 80年代，1991年由索尼公司首先推出了民用產品。由于具備能量密度高、體積小、無記憶效應、循環壽命高、自放電率低等諸多優點，鋰離子電池目前廣泛應用于手機、MP3、筆記本電腦、相機等各種便攜式設備。尤其在筆記本供電方面，其優異的高能量優勢更是發揮得淋漓盡致。
但是由于能量密度高及特有的化學特性，鋰離子電池的安全性和穩定性方面亦存在隱患，如過高溫和過充可能會燃燒甚至導致爆炸，過放電可能造成電池本身的損壞。近年來，連續出現的筆記本電腦電池爆炸燃燒事故，導致了全球性的大批量電池召回現象，給生產廠家帶來了巨大的經濟損失。
為保證電池使用的安全性，在提高電池本身材料性能及加強工藝控制的同時，智能電池管理系統也成為鋰離子電池應用研究的重中之重。
智能電池管理系統簡介
鋰離子電池發展初期，電池管理系統一般只具有檢測電池組電壓、溫度、電流及簡單保護等功能。隨著鋰離子電池應用范圍越來越廣，應用方式越來越多，對鋰離子電池管理系統的要求也越來越高。
智能電池管理系統一般具有如下幾個功能：電池組參數采集、剩余電量計算、電池組故障保護、電芯均衡、通信等。
電池組參數采集
電池組參數采集主要包括電池組中單體電池電壓、系統電流、系統溫度的采集，該參數可用于判定電池的剩余電量、故障保護等。 鋰離子電池的電壓最能體現電池的性能狀態，既可以用于過充、過放等故障保護，也可以用于初步估計鋰離子電池的剩余電量。系統電流可用于判斷是否出現過放或過流，還可以通過對電流與時間的積分，估計電池的剩余電量等。系統溫度主要用于防止電池組溫度過高，發生安全事故，并對剩余容量計算進行補償。 電池管理系統的所有算法及保護都是以采集到的電池參數為基礎的，因此必須保證數據的精確度。 剩余電量預測 剩余電量是反映電池性能的重要參數，也是主機進行充電、放電的判斷依據。剩余電量的準確估算可以保護電池，防止過充、過放的發生，便于客戶做出合理的時間安排。當前，剩余電量的檢測方式主要有開路電壓法、庫侖積分法、內阻法、卡爾曼濾波法、混合法等。 開路電壓法是目前最簡單的方法，根據電池的特性得知，在電池容量與開路電壓之間存在一定的函數關系，當得知開路電壓時，可以初步估算電池的剩余電量。該方法精度不高，且只適用于靜態檢測，無法直接用于真實應用。 內阻法利用電池內阻和剩余電量的對應關系，來判定系統的剩余電量。由于鋰離子電池組的內阻隨工作狀態變化明顯，不同特性的電芯之間也有差異，該方法的重點是如何能夠快速得到當前應用條件下電芯的內阻。如果可以快速進行內阻的自我測量，則可以得到相對準確的剩余容量。 庫侖積分法是通過計算電池組電流與時間的積分，計算鋰離子電池組充入和放出的電量，再與電池的額定電量比較，從而得出當前的剩余電量。該方法簡單、穩定，但必須對電流測量非常準確，否則會出現積累誤差。另外，鋰離子電池的自放電以及在低溫和大電流下其放電效率會變低，都會進一步降低了剩余電量的檢測精度。庫侖積分法必須定期進行校正。 卡爾曼濾波法是指采用卡爾曼濾波算法，綜合考慮電池組循環變化、電池老化、溫度等影響，進而得到精準的剩余電量。該算法相對而言最精準，但是算法復雜，又需要足夠的實驗數據，暫未得到具體的應用。 混合法是指通過內阻法/開路電壓法與庫侖積分法相結合的方式，通過開路電壓法/內阻法的定期校正，使用庫侖積分法得到精準的剩余電量。該方法是目前使用最廣泛的方式。 電池組故障保護 在使用鋰離子電池時，必須提供電池組故障保護，過熱或過充均可能引起火災或爆炸。智能電池管理系統可分為一級保護和二級保護。 一級保護檢測電池組的電流、電壓和溫度及剩余電量，判斷電池組是否發生了過充、過放、過溫、過流和短路等不安全狀態，并適時關閉電池組，以避免對電池組造成損壞。二級保護可以在一級保護失效的情況下提供后備保護，熔斷保險絲，永久關閉電池組，防止電池在不安全狀況下繼續充放電。 電芯均衡 由于鋰離子電池的制作工藝限制，以及使用過程中溫度、放電率等對電池的影響，電池組中各個單體電池之間存在電壓、內阻和容量等差異，而且電池組經過多次循環之后差異會變得更加明顯，導致電池組的使用壽命比單體平均壽命短很多。同時對鋰離子電池而言，由于其對充放電要求很高，當過充、過放、過流及短路等情況發生時，鋰離子電池內熱量大量增加，容易發生火花、燃燒甚至爆炸。為確保安全性和穩定性，必須采取均衡措施。 目前鋰離子電池均衡管理的方法可以分為耗能式和非耗能式。耗能式是將電池組中電壓較高的電池釋放一部分能量，使其與其他電池保持一致；非耗能式是在單體電池之間或單體電池與整個電池組之間進行能量轉移。 耗能式是通過給單體電池并聯一個功率電阻和一個開關進行分流，將電池組中電壓高的單體電池多余的能量釋放，達到電池組電壓均衡。該方法簡單、穩定，缺點是存在能量浪費、均衡時間長和散熱等問題，一般只用于充電狀態下的均衡。 非耗能式一般是使用儲能元件轉移能量使電池組電壓保持一致，該方法均衡電流大、均衡效率高，但是電路復雜、控制復雜。一般可分為能量轉換式均衡和能量轉移式均衡。 能量轉換式均衡是通過反激轉換器由鋰離子電池組整體向單體電池進行補充或由單體電池向電池組進行補充，該轉換可以在某電池電壓高于閾值時將其能量轉換到電池組，也可以在某電池電壓低于閾值時從電池組轉換到該電池。 能量轉移式是通過電容或電感把能量從電壓高的電池轉移到電壓低的電池，從而達到均衡。該方法的缺點是控制復雜，無法用于數量多的電池組，均衡時間比較長。 通信 智能管理系統需對外提供SMBus通信功能，以方便主機讀取轉換數據和狀態信息，并可以根據主機需要對智能電池管理系統進行控制。 智能電池管理發展技術趨勢 目前，智能電池管理技術仍然存在著一定方面的不足，未來的改進可能主要表現在如下幾 個方面： 1） 均衡方式待改進，均衡方式向非耗能式變化，提高均衡效率 2） 電池容量監控不夠準確，無法針對不同電池組做差異化的充放電管理 3） 減少管理系統能耗，提高能量利用率 4） 系統集成度待進一步提高，降低系統復雜度 隨著鋰離子電池應用的不斷擴大，對其管理技術的要求也愈加提高，相信不斷會有新的競 爭者加入，智能電池管理技術也會得到更大發展。中穎電子智能電池管理系統簡介 基于以上對智能電池管理系統的認識，中穎電子股份有限公司推出了專為筆記本電腦電池設計的智能電池管理芯片 SH366000 和為智能電池管理系統設計的專用 MCU SH79F329。 SH366000 是中穎電子專為筆記本電池推出的一顆智能電池管理芯片，其通訊協議兼容 SMBus1.1，符合智能電池指令集 SBData1.1 規范；適用于 2~4 節鋰離子及鋰聚合物電池組； 能夠準確計算出電池組的滿充容量、剩余容量，以及電池的可運行時間和充電完成所需時間；提 供電壓、電流、溫度監控功能，提供軟硬件保護；提供電池平衡功能，延長電池壽命；其 BOM 基本兼容當前主流方案。欲了解詳細的 IC 信息，請訪問 www.sinowealth.com. SH79F329 是中穎電子推出的一顆采用 40V 高壓制程的智能電池管理專用 MCU，已成功 開發出 2~5 節電動工具方案和 6~16 節電動自行車方案，其能夠準確計算電池組剩余電量和剩余 工作時間；提供電池平衡功能及電壓、電流、溫度保護功能；提供超低功耗待機模式。 中穎保護板方案提供商和保護IC總經銷商為：深圳市尚億芯科技有限公司。
