使用智能電池管理方案管理無線移動(dòng)電池

移動(dòng)電話、個(gè)人可穿戴設(shè)備以及我們家中的許多無線傳感器和控制器的無拘無束世界的便利是有代價(jià)的：不斷關(guān)注和管理為其供電的可充電電池。

最近提出了提供其他維持其運(yùn)行的方法的建議，例如超級(jí)電容器、無線電波的能量收集和來自周圍環(huán)境的振動(dòng)能量。但僅靠這些替代方案是不夠的。為了確保穩(wěn)定的電源，充電電池(目前基于鋰離子電池)將是必要的。

由于我們十多年來一直依賴可充電電池，我一直感到困惑的是，一個(gè)通用的設(shè)備和協(xié)議獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)還沒有出現(xiàn)。

直到相對(duì)可充電的電池管理一直是準(zhǔn)系統(tǒng)。典型的低成本相對(duì)笨拙的電池方案通常僅由連接到電池組端子的識(shí)別電阻組成?；蛘?，電池組可能在電源連接器旁邊包括一個(gè)電阻溫度傳感器。下拉電阻的測(cè)量值表示容量和化學(xué)信息。

有許多所謂的智能電池管理方案可用。但它們要么是公司、行業(yè)，要么是特定應(yīng)用，盡管它們都使用相同的電池類型、尺寸和化學(xué)成分。當(dāng)我們從一個(gè)擁有近 80 億移動(dòng)電話用戶的世界轉(zhuǎn)變?yōu)橐粋€(gè)將有數(shù)百億甚至數(shù)千億電池依賴的可穿戴無線物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的世界時(shí)，這個(gè)問題只會(huì)變得更糟。這還不包括需要可靠電池管理的現(xiàn)有消費(fèi)產(chǎn)品。

我的標(biāo)準(zhǔn)跨平臺(tái)電池管理候選者是 MIPI 聯(lián)盟開發(fā)的電池接口 (BIF) 規(guī)范。MIPI 的 250 家公司成員最初將 BIF 定位在移動(dòng)電話和計(jì)算設(shè)備上。雖然它在移動(dòng)設(shè)備中被廣泛使用的時(shí)間比我預(yù)期的要長，但我毫不懷疑 BIF 不僅會(huì)在那里占據(jù)主導(dǎo)地位，而且還會(huì)在更廣泛的范圍內(nèi)占據(jù)主導(dǎo)地位。我的樂觀有兩個(gè)原因。

一是 MIPI 聯(lián)盟的BIF 工作組并未嘗試涵蓋可充電電池管理的各個(gè)方面。相反，它將重點(diǎn)限制在電池子系統(tǒng)如何與其所在的其他設(shè)備(目前是手機(jī))通信。

但由于它只處理通信接口的硬件和軟件方面，而不是特別針對(duì)特定設(shè)備，它看起來像是可穿戴設(shè)備和其他消費(fèi)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備等功率受限的無線平臺(tái)的理想選擇。而且因?yàn)樗粫?huì)嘗試做超出必要的事情(許多行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的問題)BIF 提供了適用于除了目前用于手機(jī)和其他無線設(shè)備的鋰離子電池之外的其他電池化學(xué)成分的承諾。

在硬件方面，BIF 盡可能地簡(jiǎn)約，硬件收發(fā)器可以使用典型的非前沿 CMOS 工藝在少至 1k 的門中實(shí)現(xiàn)。這足夠小，可以輕松集成到手機(jī)電源管理 IC (PMIC) 或數(shù)字基帶 IC (BB) 中。

盡管它的小門數(shù)將使其成為物聯(lián)網(wǎng)和可穿戴設(shè)備的絕佳候選者，但對(duì)它有利的是，該規(guī)范僅在兩個(gè)現(xiàn)有的電源連接器 VBAT 和 GND 上增加了一條線，即電池通信線 (BCL) ，在典型的手機(jī)中。通過一條 BCL 線路，BIF 通信協(xié)議旨在提供一系列管理功能所需的所有信號(hào)：電池存在檢測(cè)、模擬電池識(shí)別，以及數(shù)據(jù)、地址和命令字、帶內(nèi)中斷、和省電喚醒命令。

我認(rèn)為 BIF 能夠更廣泛地建立自己的第二個(gè)原因是工作組提出的軟件管理方案。為了管理通過一個(gè)引腳連接發(fā)送的所有功能，他們定義了一種算法，允許開發(fā)人員定義一組電池充電規(guī)則，這些規(guī)則可以存儲(chǔ)在不超過 64k 字節(jié)的可尋址 RAM、ROM 或可重新編程的非易失性存儲(chǔ)器中對(duì)于系統(tǒng)中的每個(gè)從設(shè)備。除了一些通用軟件驅(qū)動(dòng)程序之外，該方案還允許開發(fā)人員在基于規(guī)則的算法中包含用于主機(jī)充電控制的功能，以特定于應(yīng)用程序要求的優(yōu)先順序存儲(chǔ)。

但即使有這樣的方案可用，也有很多低成本的“啞”模擬電池需要考慮和識(shí)別。BIF 工作組考慮到了這一點(diǎn)，在 BCL 和 GND 之間連接了一個(gè)下拉電阻，允許基于 BIF 的電池子系統(tǒng)識(shí)別電池是智能型還是低成本類型，并確定電池的電氣特性。低成本電池。