AVR技术在智能电池中的应用

一、摘要

----本文档介绍了智能电池的主要功能以及作为智能电池MCU的一些必备条件。这份白皮书没有深入到各种智能电池的详细定义，但作为简单的介绍从设计的角度看是适合。

二、智能电池

----智能电池(简称SB)是指具有一定逻辑性的电池。根据这一定义，有很多方面的、数量巨大的应用。我们将在MCU中集成这些特殊需求，比如将一些小数量的逻辑部件更多地集到MCU中。

三、智能电池的任务及其MCU的必备条件

----一个由MCU实现的智能电池可以完成下列各项任务，按照任务的复杂程序排列：

----1、身份识别

----这个应用将检查智能电池的标识字符串，如果智能电池不能回复正确的标识，将导致系统拒

绝工作。这个任务可以保证只有正确类型的电池才能使用，可以避免由于使用不同类型的电池或

者假冒电池所带来的危险。

----这个任务可以做的更复杂以增加安全性，来减小破解ID代码的可能性。

图1、ID识别

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对MCU的要求：

----EEpROM：存放ID标识字符串，片内的EEpROM比片外的更安全。

----通讯接口：用于处理主机询问ID标识。

----程序存储区：计算/选择ID标识字符串。

----带内部时钟：可以减少成本和pCB空间。

建议采用AVR的芯片：AtTIny26、AtmeL8。

----2、报告电池电压

----智能电池能够测量并报告本身的电压，主机应用程序根据电池所给的信息采取相应的动作。

----图2、报告电池电压

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对MCU的要求：

----高精度的A/D转换器：去读取电压。

----片内参考电压：可降低设计成本并提高智能电池的自适应能力。

----通讯接口：与应用程序进行有关报告电压信息的通讯

----程序存储区：测量电压并处理电压信息

----建议采用AVR的芯片：ATTIny15、ATmega8535、ATmega8、ATmega16。

----3、报告充电/放电电流

----除了电压之外智能电池也能监控电流，包括充电时的充电电流和放电时的放电电流，并报告这些信息

对MCU的要求：

--1>ADC的精度根据应用的需求而定。2>带内部电压放大的差分ADC输入通道：便于检测小电流。3>其它一些要求和前面的相同。4>建议采用AVR的芯片：ATTIny15,ATmega8535,ATmega8,ATmega16,ATmega32。图3、电压、电流测量

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----4、向主应用程序报告精确的和运算后的数据

----智能电池能够根据所测得的电池电压和电流自己做一些必要的估算，例如：

----电池寿命：根据测量电池得到的参数（电压、放电电流）和电池充/放电的特性计算出电池

寿命，计算结果保存于MCU的数据存储器中。

----信号控制：根据测量的参数，将报告一些控制信息。例如：太小的功率输出--pOWERDOWN

应用、满充电--结束充电、一些危险状态如太大的充电或放电电流。

图4、超级智能电池

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对MCU的要求：

----EEpROM要足够能放下必要的电池特征。

----程序存储区，执行必要的操作。在这个例子中，智能电池已经接管了重要且危险的任务，因

此对时钟稳定性、程序跑飞和程序死锁保护提出了更高的要求。建议采用片内振荡器、先进的上

电复位和低电压检测电路。

----建议采用AVR的芯片：ATmega8535、ATmega8、ATmega16、ATmega32。

5、危险状况下的自动干预

----在有危险的情形发生时，智能电池能够自己采取相应的动作。包括当充电或放电时任意一个电流太高,当放电时电量低于某一个数值时（某些电池如完全放电会受损）时完全关闭电池。这就要求电池供应商在智能电池的应用程序中对许多的参数进行编程处理，这样做的优点是使智能电池有更多的自动处理能力，对主应用程序的逻辑处理需求降低。这意味着反应更快速和减少通信错误造成的危险。

对MCU的要求：

----必要的数据和代码的存放空间

----要求有很高的可靠性：因智能电池现不仅是监视，在有可能发生危险工作情况下还要采取相应动作。

----6、电池单元的平衡

----许多电池是由一节以上的电池单元组成，典型的pC机电池有三节或四节电池。最理想的工作状况是每个电池单元都有相同的电压，因此要求智能电池能够完成电池单元的平衡操作。

对MCU的要求：

----要有额外的ADC通道用于测量电池单元的电压。

----电平转换，将单个电池单元的电压转换到适合ADC的范围。

----单个电池放电的控制信号或内嵌放电FET。

----7、针对智能电池的应用环境，对MCU其它方面的要求

----以下是智能电池的应用环境而对MCU的要求：因为电池主要是用来给主应用项目供电，因此智能电池只能消耗很小的功率。由于要求极低的功耗，所以对MCU以下的要求是必需的：

----当MCU不使用时，工作在休眠模式以减少功耗。

----快速唤醒时间：要求从休眠模式唤醒工作的时间最小。

----内部的RC振荡器能够提供快速低功耗的时钟基准。

内部电压调整器

----为使智能电池在主电池电压关闭时也能工作，因此片内的电压调整器给MCU提供一个合适的工作电压是必需的。

内嵌温度传感器

----为增强智能电池的处理能力，内嵌温度传感器，用于检测另一种危险的工作状态：电池单元过热。

----四、MCU必备条件汇总:

----小的封装物理尺寸

----低功耗运行，要求高级电源管理（休眠模式、唤醒时间和中断）

----EEpROM数据存储器

----通讯接口（UART、SMBUS等）

----程序存储区

----时钟基准：

----快速启动时间；

----高精度的通讯和定时；

----高可靠性，内部振荡器的可靠性会更好。

----高精度的A/D转换

----高级的程序跑飞保护：看门狗、掉电检测、上电复位。

----温度监控

----电压调整器

----高电压输入/输出

----电池单元平衡FET