AVR技術在智能電池中的使用

一、摘要

----本文檔解析了智能電池的主要功能以及作為智能電池MCU的一些必備條件。這份白皮書沒有深入到各種智能電池的具體定義，但作為簡單的解析從設計的角度看是適合。

二、智能電池

----智能電池(簡稱SB)是指具有一定邏輯性的電池。依據這一定義，有很多方面的、數量巨大的使用。我們將在MCU中集成這些特殊需求，比如將一些小數量的邏輯部件更多地集到MCU中。

三、智能電池的任務及其MCU的必備條件

----一個由MCU實現的智能電池可以完成下列各項任務，按照任務的復雜程序排列：

----1、身份識別

----這個使用將檢查智能電池的標識字符串，如果智能電池不能回復正確的標識，將導致系統拒

絕工作。這個任務可以保證惟有正確類型的電池才能使用，可以避免由于使用不同類型的電池或

者假冒電池所帶來的危險。

----這個任務可以做的更復雜以增加安全性，來減小破解ID代碼的可能性。

圖1、ID識別

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對MCU的要求：

----EEpROM：存放ID標識字符串，片內的EEpROM比片外的更安全。

----通訊接口：用于解決主機詢問ID標識。

----程序存儲區：計算/選擇ID標識字符串。

----帶內部時鐘：可以減少成本和pCB空間。

提議采用AVR的芯片：AtTIny26、AtmeL8。

----2、報告電池電壓

----智能電池能夠測量并報告本身的電壓，主機使用程序依據電池所給的信息采取相應的動作。

----圖2、報告電池電壓

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對MCU的要求：

----高精度的A/D轉換器：去讀取電壓。

----片內參考電壓：可降低設計成本并提高智能電池的自適應能力。

----通訊接口：與使用程序進行有關報告電壓信息的通訊

----程序存儲區：測量電壓并解決電壓信息

----提議采用AVR的芯片：ATTIny15、ATmega8535、ATmega8、ATmega16。

----3、報告充電/放電電流

----除了電壓之外智能電池也能監控電流，包括充電時的充電電流和放電時的放電電流，并報告這些信息

對MCU的要求：

--1>ADC的精度依據使用的需求而定。2>帶內部電壓放大的差分ADC輸入通道：便于測試小電流。3>其它一些要求和前面的相同。4>提議采用AVR的芯片：ATTIny15,ATmega8535,ATmega8,ATmega16,ATmega32。圖3、電壓、電流測量

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----4、向主使用程序報告精確的和運算后的數據

----智能電池能夠依據所測得的電池電壓和電流自己做一些必要的估算，例如：

----電池壽命：依據測量電池得到的參數（電壓、放電電流）和電池充/放電的特性計算出電池

壽命，計算結果保存于MCU的數據存儲器中。

----信號控制：依據測量的參數，將報告一些控制信息。例如：太小的功率輸出--pOWERDOWN

使用、滿充電--結束充電、一些危險狀態如太大的充電或放電電流。

圖4、超級智能電池

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對MCU的要求：

----EEpROM要足夠能放下必要的電池特征。

----程序存儲區，執行必要的操作。在這個例子中，智能電池已經接管了緊要且危險的任務，因

此對時鐘穩定性、程序跑飛和程序死鎖保護提出了更高的要求。提議采用片內振蕩器、先進的上

電復位和低電壓測試電路。

----提議采用AVR的芯片：ATmega8535、ATmega8、ATmega16、ATmega32。

5、危險狀況下的自動干預

----在有危險的情形發生時，智能電池能夠自己采取相應的動作。包括當充電或放電時任意一個電流太高,當放電時電量低于某一個數值時（某些電池如完全放電會受損）時完全封閉電池。這就要求電池供應商在智能電池的使用程序中對許多的參數進行編程解決，這樣做的優勢是使智能電池有更多的自動解決能力，對主使用程序的邏輯解決需求降低。這意味著反應更快速和減少通信錯誤造成的危險。

對MCU的要求：

----必要的數據和代碼的存放空間

----要求有很高的可靠性：因智能電池現不僅是監視，在有可能發生危險工作情況下還要采取相應動作。

----6、電池單元的平衡

----許多電池是由一節以上的電池單元組成，典型的pC機電池有三節或四節電池。最理想的工作狀況是每個電池單元都有相同的電壓，因此要求智能電池能夠完成電池單元的平衡操作。

對MCU的要求：

----要有額外的ADC通道用于測量電池單元的電壓。

----電平轉換，將單個電池單元的電壓轉換到適合ADC的范圍。

----單個電池放電的控制信號或內嵌放電FET。

----7、針對智能電池的使用環境，對MCU其它方面的要求

----以下是智能電池的使用環境而對MCU的要求：因為電池主要是用來給主使用項目供電，因此智能電池只能消耗很小的功率。由于要求極低的功耗，所以對MCU以下的要求是必需的：

----當MCU不使用時，工作在休眠模式以減少功耗。

----快速喚醒時間：要求從休眠模式喚醒工作的時間最小。

----內部的RC振蕩器能夠提供快速低功耗的時鐘基準。

內部電壓調整器

----為使智能電池在主電池電壓封閉時也能工作，因此片內的電壓調整器給MCU提供一個適宜的工作電壓是必需的。

內嵌溫度傳感器

----為加強智能電池的解決能力，內嵌溫度傳感器，用于測試另一種危險的工作狀態：電池單元過熱。

----四、MCU必備條件匯總:

----小的封裝物理尺寸

----低功耗運行，要求高級電源管理（休眠模式、喚醒時間和中斷）

----EEpROM數據存儲器

----通訊接口（UART、SMBUS等）

----程序存儲區

----時鐘基準：

----快速啟動時間；

----高精度的通訊和定時；

----高可靠性，內部振蕩器的可靠性會更好。

----高精度的A/D轉換

----高級的程序跑飛保護：看門狗、掉電測試、上電復位。

----溫度監控

----電壓調整器

----高電壓輸入/輸出

----電池單元平衡FET

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