鋰離子電池管理中的問題與解決方案課件

鋰離子電池管理中的

問題與解決方案鋰離子電池管理中的

問題與解決方案2CONFIDENTIAL以電池為核心的移動(dòng)系統(tǒng)OVPChargerMUICWLEDDriverAudioCodecBuckLDO2CONFIDENTIAL以電池為核心的移動(dòng)系統(tǒng)OVP簡(jiǎn)化的鋰離子電池應(yīng)用系統(tǒng)3簡(jiǎn)化的鋰離子電池應(yīng)用系統(tǒng)3鋰離子電池的特性4鋰離子電池的特性45CONFIDENTIAL鋰離子電池的等效電路End-of-DischargeVoltageQmax：最大化學(xué)容量EDV：放電終止電壓Quse<QmaxQuse

決定于IR電壓降和EDVRBAT

隨壽命增長(zhǎng)5CONFIDENTIAL鋰離子電池的等效電路End-of-6CONFIDENTIAL6電池的壽命極低電流放電特性幾乎恒定不變最大容量降低極小正常電流放電特性變化明顯隨壽命不同，同樣電流導(dǎo)致的影響不同Qmax衰減阻抗增加6CONFIDENTIAL6電池的壽命極低電流放電正常電流放7CONFIDENTIAL放電電流對(duì)容量的影響7CONFIDENTIAL放電電流對(duì)容量的影響8CONFIDENTIAL開路電壓(OCV)vs放電容量8CONFIDENTIAL開路電壓(OCV)vs放電容量9CONFIDENTIALOCVvsDOD(放電深度，以其Qmax歸一化)BatterieswithdistinctcapacityNormalizedtotheirownQmax9CONFIDENTIALOCVvsDOD(放電深度，以10CONFIDENTIAL電池充電電壓與容量和壽命的關(guān)系10CONFIDENTIAL電池充電電壓與容量和壽命的關(guān)系11CONFIDENTIAL電池充電電流與電池壽命之間的關(guān)系阻抗增加11CONFIDENTIAL電池充電電流與電池壽命之間的關(guān)系12CONFIDENTIAL溫度、DOD和RBAT

的關(guān)系溫度升高導(dǎo)致電池內(nèi)阻降低

(NTC)

/深度放電導(dǎo)致內(nèi)阻提高12CONFIDENTIAL溫度、DOD和RBAT的關(guān)最后的屏障鋰離子電池的保護(hù)13最后的屏障鋰離子電池的保護(hù)13保護(hù)電路14保護(hù)電路14保護(hù)電路IC內(nèi)部框圖15保護(hù)電路IC內(nèi)部框圖15充電策略及其實(shí)現(xiàn)充電策略及其實(shí)現(xiàn)三階段策略17三階段策略1718開關(guān)式充電ICRT9450ART9451(12V，4A)RT9531/5/8(30V)充電IC分類線性充電ICRT9502RT9503ART9521RT9532RT9532HRT9536SS600018開關(guān)式充電IC充電IC分類線性充電IC19線性充電具有可調(diào)電流限制的線性穩(wěn)壓器調(diào)整目標(biāo)：充電電流(CC)-不同階段有不同的電流限制2.電池電壓(CV)3.發(fā)熱狀況電流限制19線性充電具有可調(diào)電流限制的線性穩(wěn)壓器調(diào)整目標(biāo)：電流限制20線性充電的特點(diǎn)易于控制低噪聲外部元件少大量功率消耗在MOSFET上 (導(dǎo)致電池發(fā)熱、降級(jí))5.

電流越大，消耗越大適合于低容量電池應(yīng)用20線性充電的特點(diǎn)易于控制適合于低容量電池應(yīng)用21開關(guān)式充電(電流放大器)調(diào)整目標(biāo)：充電電流/輸入電流限制(CC) -電流限制2.電池電壓(CV)3.發(fā)熱狀況具有可調(diào)電流限制的Buck型降壓電路能量流動(dòng)方向VIN=5.0V,VBAT=3.3V,Icharge=1.25A21開關(guān)式充電(電流放大器)調(diào)整目標(biāo)：具有可調(diào)電流限制的B22開關(guān)式充電與線性充電的差異輸入電流限制

模式恒功率

充電VBAT↑

IBAT↓通常IBAT

>IIN

limit

(IBAT>500mAwhenUSB500)充電電流調(diào)整

模式恒定IBAT

充電VBAT↑

IIN

↑充電曲線與線性充電相同22開關(guān)式充電與線性充電的差異輸入電流限制模式充電電流調(diào)整23USB輸入(5.0V,500mA)

線性充電電流=500mA；開關(guān)式充電電流=(500mA/D)

=833mA(D=0.6)~595mA(D=0.84)

開關(guān)式充電的充電曲線

在輸入限流情況下充電更快

(不考慮電池發(fā)熱問題,IC<1C)充電電流調(diào)整輸入電流受限23USB輸入(5.0V,500mA)開關(guān)式充電的充電曲241500mAH電池充電曲線比較線性開關(guān)式USB500

1500mAhr節(jié)約11%時(shí)間

@終止充電電流=100mA241500mAH電池充電曲線比較線性開關(guān)式USB50025開關(guān)式充電IC的逆應(yīng)用——支持OTG能量流動(dòng)方向VBAT=3.8V,OTG=5.0V,Load=0.15A25開關(guān)式充電IC的逆應(yīng)用——支持OTG能量流動(dòng)方向VBAT26開關(guān)式充電的特點(diǎn)MOSFET功率消耗少大電流充電效率高低輸入電流應(yīng)用時(shí)，充得更快4. 支持USB-OTG設(shè)備(Boost模式)控制結(jié)構(gòu)復(fù)雜有開關(guān)噪聲

(EMI問題)外部元件多26開關(guān)式充電的特點(diǎn)MOSFET功率消耗少溫度對(duì)充電策略的影響溫度對(duì)充電策略的影響溫度對(duì)電池容量、電壓的影響28溫度對(duì)電池容量、電壓的影響28RT9525應(yīng)用電路29RT9525應(yīng)用電路29溫度測(cè)量電路的參數(shù)計(jì)算30溫度測(cè)量電路的參數(shù)計(jì)算30JEITA規(guī)范31JEITA規(guī)范31RT9519A應(yīng)用電路32RT9519A應(yīng)用電路32RT9519A的溫度檢測(cè)方法和JEITA支持方法33RT9519A的溫度檢測(cè)方法和JEITA支持方法33RT9528應(yīng)用電路34RT9528應(yīng)用電路34RT9528內(nèi)部電路框圖35RT9528內(nèi)部電路框圖35RT9528的固定溫度檢測(cè)點(diǎn)36RT9528的固定溫度檢測(cè)點(diǎn)36通過修改寄存器改變冷熱判斷溫度37通過修改寄存器改變冷熱判斷溫度37溫度對(duì)輸出的影響——通過TS電壓觸發(fā)38溫度對(duì)輸出的影響——通過TS電壓觸發(fā)38路徑管理問題39路徑管理問題39輸入、充電器、電池和負(fù)載之間的關(guān)系40輸入、充電器、電池和負(fù)載之間的關(guān)系40串聯(lián)41負(fù)載電流先經(jīng)過電池，再進(jìn)入負(fù)載串聯(lián)41負(fù)載電流先經(jīng)過電池，再進(jìn)入負(fù)載并聯(lián)42負(fù)載電流同時(shí)進(jìn)入電池和負(fù)載；自動(dòng)切換；電壓有跳變。并聯(lián)42負(fù)載電流同時(shí)進(jìn)入電池和負(fù)載；自動(dòng)切換；電壓有跳變。自動(dòng)路徑管理4343負(fù)載負(fù)載優(yōu)先！自動(dòng)路徑管理4343負(fù)載負(fù)載優(yōu)先！RT9525內(nèi)部框圖(部分)44RT9525內(nèi)部框圖(部分)44RT9525的輸入電流限制45RT9525的輸入電流限制45APPM的表現(xiàn)形式46APPM的表現(xiàn)形式46讓開關(guān)型Charger實(shí)現(xiàn)APPM47負(fù)載讓開關(guān)型Charger實(shí)現(xiàn)APPM47負(fù)載48動(dòng)態(tài)功率管理(DPM)——MIVR接系統(tǒng)當(dāng)電源供電能力低于系統(tǒng)和充電之需時(shí)，DPM起作用：輸入電壓降低，調(diào)整目標(biāo)變成穩(wěn)定輸入電壓至設(shè)定值。48動(dòng)態(tài)功率管理(DPM)——MIVR接系統(tǒng)當(dāng)電源供電能力低測(cè)試模式49測(cè)試模式49RT9532的測(cè)試模式50CONFIDENTIAL輸入限流模式(AICR) USB100：95mA

USB500：395mA

ISet：upto1.2AFactory：工廠模式/測(cè)試模式

無需電池(NoEOC)

輸出電流最大2.3A

沒有熱調(diào)整

方便測(cè)試需要有電池或電池模擬器以防止進(jìn)入EOC狀態(tài)。RT9532的測(cè)試模式50CONFIDENTIAL輸入限流模51RT9450A的測(cè)試模式

無需電池，自動(dòng)輸出4.3V電壓，負(fù)載能力2.3A，不做熱管理NoBattery51RT9450A的測(cè)試模式無需電池，自動(dòng)輸出4.3V電壓電池電量計(jì)了解電池充放電狀況的工具52電池電量計(jì)了解電池充放電狀況的工具5253CONFIDENTIALOCVvsDOD(放電深度，以其Qmax歸一化)BatterieswithdistinctcapacityNormalizedtotheirownQmax53CONFIDENTIALOCVvsDOD(放電深度，電池在實(shí)際系統(tǒng)中的放電曲線54電流！電壓！時(shí)間！容量！電池在實(shí)際系統(tǒng)中的放電曲線54電流！電壓！時(shí)間！容量！55電量計(jì)概覽方法優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)OCV表檢索只測(cè)電壓，不測(cè)電流查表法，容易實(shí)施動(dòng)態(tài)負(fù)載下SOC不準(zhǔn)確庫侖計(jì)報(bào)告剩余電量(mAh)報(bào)告SOC(%)能補(bǔ)償動(dòng)態(tài)負(fù)載影響單次放電SOC精度高需要充滿/放空學(xué)習(xí)周期需要電流檢測(cè)電阻計(jì)量誤差會(huì)累積自放電導(dǎo)致誤差動(dòng)態(tài)電壓模型無需學(xué)習(xí)周期無需電流檢測(cè)，直接報(bào)告SOC(%)無累積誤差動(dòng)態(tài)負(fù)載下響應(yīng)速度慢不能報(bào)告剩余電量（無電流信息和容量信息）庫侖計(jì)+動(dòng)態(tài)電壓模型報(bào)告剩余電量(mAh)省略學(xué)習(xí)曲線報(bào)告SOC(%)無累積誤差需要電流檢測(cè)電阻55電量計(jì)概覽方法優(yōu)勢(shì)劣勢(shì)OCV表檢索只測(cè)電壓，不測(cè)電流動(dòng)OCV表檢索56優(yōu)勢(shì)

容易實(shí)施，無需復(fù)雜算法劣勢(shì)

充、放電下誤差巨大

不同負(fù)載下誤差巨大

僅適合要求不高的應(yīng)用充電、放電電壓不同不同負(fù)載下電壓不同OCV表檢索56優(yōu)勢(shì)充電、放電電壓不同不同負(fù)載下電壓不同庫侖計(jì)方式電量計(jì)57庫侖計(jì)方式電量計(jì)57庫侖計(jì)方式的誤差累積和修正58庫侖計(jì)方式的誤差累積和修正5859動(dòng)態(tài)電壓模型的實(shí)現(xiàn)12-bitADCVoltaicGaugeAlgorithmBatteryOCVModelVBATSDASCLALERTControllerI2CInterfaceRT9428

根據(jù)電池電壓確定SOC，其算法是基于電池電壓的迭代模型

(VoltaicGaugeTM)。

基于電壓的算法可以得到平滑的SOC信息，不存在由電流和時(shí)間造成的累積誤差。59動(dòng)態(tài)電壓模型的實(shí)現(xiàn)12-bitVoltaicGaugeB電量計(jì)的優(yōu)化過程60電量計(jì)的優(yōu)化過程60實(shí)際表現(xiàn)61實(shí)際表現(xiàn)6162RT9428概要特點(diǎn)系統(tǒng)側(cè)電量計(jì)

基于動(dòng)態(tài)電壓模型(VoltaicGaugeTM

)算法的精確相對(duì)容量(RSOC)無需充滿/放空學(xué)習(xí)周期

平滑的SOC信息，無累積誤差不需要電流檢測(cè)電阻低電量報(bào)警低功耗(22mA/1mA)

I2C接口WL-CSP-8B封裝應(yīng)用電路簡(jiǎn)圖62RT9428概要特點(diǎn)應(yīng)用電路簡(jiǎn)圖63RT9420概要特點(diǎn)=RT9428WDFN-8L封裝應(yīng)用電路簡(jiǎn)圖63RT9420概要特點(diǎn)應(yīng)用電路簡(jiǎn)圖過流、過壓保護(hù)過流、過壓保護(hù)65過壓保護(hù)在系統(tǒng)中的位置65過壓保護(hù)在系統(tǒng)中的位置66RT9718——過壓保護(hù)IC集成4種保護(hù)功能輸入電壓過壓保護(hù)電池過壓保護(hù)可設(shè)定過流保護(hù)過熱保護(hù)66RT9718——過壓保護(hù)IC集成4種保護(hù)功能67VINOVP過壓發(fā)生，開關(guān)斷開。響應(yīng)時(shí)間1ms。過壓結(jié)束，定時(shí)開始?；謴?fù)時(shí)間到，開關(guān)重啟。1238ms67VINOVP過壓發(fā)生，開關(guān)斷開。響應(yīng)時(shí)間1ms。1236