基于PS501的智能电池系统
引言
PS501是美国微芯科技公司推出的智能电池管理芯片，适用于2～4节锂离子及锂聚合物电池组，或6～12节镍氢及镍镉电池组，能准确计算出电池组 的剩余容量、满充容量，以及预测电池的可运行时间和充电完成所需要的时间，提供电池监控功能，确保使用安全，先进的电池平衡功能可以延长电池寿命及工作时间。其通信协议符合SMBus 1.1和SBdata 1.1智能电池指令集。
特点和引脚说明
● 特点
支持2～4节锂电池和6～12节镍电池。
基于PIC18F MCU内核，现场可编程的锂离子/锂聚合物/镍电池电量计量芯片。
遵循SMBus 1.1和SBdata 1.1。
精密的16位Δ-Σ A/D转换，电流测量精度为小于1mA。
18V最大输入电压，电压测量端可直接与电池芯相连接。
可编程I/O用于LED驱动和充放电保护和二次安完保护。
对不同的电池芯，用户可以配置不同的电池模型。
电池容量计量误差小于1%。
先进的放电完(EOD)判断方法。
极低的电源消耗，工作时耗电为200μA，采样模式时为100μA，休眠时仅为0.5μA。
增强型ESD保护能力。
12个通用可编程I/O口，其中2个为高电压(最高18V)开漏输出。
内置最大平衡电流为8.4mA的电池平衡电路和外部电池平衡控制功能。
● 引脚说明
PS501采用TSSOP28无铅封装，符合欧盟的RoSH以及各国的环保要求，其引脚排列如图1所示。超小体积的TSSOP封装(7.85mm×10.2mm)可节省PCB的空间，方便地安装于不同尺寸的电池包中，如图2所示。
图1 PS501引脚图
图2 基于PS501的智能电池包
PS501引脚功能简介
PS501内部结构和工作原理
● PS501内部结构
PS501的内部结构见图3。
图3 PS501内部结构图
● 处理器内核/存储器
PS501采用了PIC18 8位RISC单片机内核，其存储器资源包括16KB 闪存，以及256Byte EEPROM，分别用于存储程序/数据和参数。这两种存储器均可通过SMBus接口进行重新编程，而不需要特别的编程接口。每片PS501在出厂前都已经 烧录好Boot loader程序，针对不同型号用电设备，不同特性的电池芯，以及不同容量等配置信息用户可以使用Powertool500软件设置生成不同的固件，在电 池包生产现场下载固件，从而电池包的生产厂可以方便快速地对不同特性的电池芯，不同的上位机设备更改固件，而不需要改动硬件电路。
● A/D转换器
PS501利用高精度A/D转换器来进行电流、电压和温度的精确测量。A/D经过校准后可消除增益误差和偏移误差。基于 PS501芯片的电池包管理PCBA在生产过程中除了要现场下载固件外，还要对A/D转换电路及硅时钟振荡器进行校准，校准的内容包括：电池组电压采样， 每串电池芯电压采样，外部和内部温度采样，电流采样，以及硅时钟振荡器。因此不管是元件精度，PCB设计等造成的累加误差都可以通过校准最大程度地进行更 正，从而确保每个PCBA对物理量的采样都是精确的，而这个过程花费的全部时间仅为15s，而且全过程全部自动进行，不需要人工干预。