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中颖SH366000介绍和使用全解

news 来源：原创 2025/4/29 17:20:25

特性

实现2/3/4串锂电池的充放电管理及安全保护
兼容SMBus v1.1和SBData1.1规范
库仑积分法和开路电压法相结合，确定电池剩余容量
根据当前温度和电流，结合内嵌模型动态计算放电截止电压
具有自学习功能，通过一次完整的充放电过程即可获取实际最大容量
提供过载及短路保护，实现过压／低压／过温／低温时电池组的保护
提供二级安全保护
提供电池平衡功能，延长电池使用寿命
支持4-，5-LED输出，显示绝对或相对剩余电量百分比
低功耗系统设计
预充电功能（在电池电压比较低或温度比较低时，只允许小电流充电，防止电池受到冲击损坏）

引脚

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参考原理图

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功能描述

工作状态判断

SH366000每秒通过检测PRES引脚电平来判断电池组是否接入应用系统。当检测到电池组接入应用系统时，SH366000进入正常操作状态，在1秒内打开充电MOSFET和放电MOSFET；当检测到电池组脱离应用系统时，关闭所有充放电MOSFET。

参数测量

SH366000通过采样电阻来计算电流值，通过库仑积分获取剩余电量，并每秒更新一次剩余电量RemCap。
SH366000每秒测量一次温度、各串Cell电压及电池组电压。通过PackConfig中Bit4-3可配置电池组结构为2串、3串或4串电芯。

电量计量

SH366000电量计量流程如Figure 3所示，由充放电放电、电子负载补偿、带温度补偿的自放电三部分组成。

RemainCapacity() (RemCap)表示电池组当前可用电量。依据BatteryMode()中的Bit15设置有mAh和10mWh两种表示方式。SH366000在EDV2，EDV1，EDV0三个EDV电压和VOC25，VOC50，VOC75三个可编程中间校准电压处均可进行容量调整。

FullChargeCapacity() (FCC) 是电池实际最大容量，可通过一次Learning循环（完全放电，完全充电，完全放电）进行更新，新的FCC不会小于目前FCC-256mAh或大于目前FCC+512mAh。

DischargeCountRegister() (DCR)为放电计数器，用于更新FCC。DCR只在放电时计数，由放电计数、电子负载补充、自放电补偿三部分组成。SH366000放电开始时DCR=FCC-RC，在电池电压降至EDV2时终止DCR的计数，并更新当前FCC。
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放电截止电压（EDV）

SH366000通过EDV2,EDV1,EDV0三个电压点进行容量和电压的统一。通过配置GasGaugeConfig，可设置SH366000依据电压最低的Cell电压或整个电池组的电压进行EDV调整、采用固定EDV电压或动态CEDV电压作为当前EDV电压、以及是否采用固定EDV0电压等。

若SH366000电压先降到EDV点而RemCap未到阈值时，调整RemCap到当前EDV所对应的容量；若RemCap到EDV所对应阈值而电压未到EDV时，在电压降至EDV之前RemCap不再减少。

当放电电流超过Overload时，暂停EDV的判断和计算；电流恢复正常后重新开始EDV判断和计算。EDV0对应容量为0%，EDV1对应容量为3%，EDV2对应容量为BatteryLow%，可根据需求设定。

有效放电及自学习（Learning）

SH366000通过一次Learning过程(放空、满充、放空)来更新FCC。放电起始时剩余电量应大于FCC-NearFull，并对DCR赋值 DCR=FCC-RemCap。当电池电压降至EDV2时终止DCR计数。FCC更新为DCR计数值和EDV2对应剩余容量之和：FCC(最新)= DCR(最终) +FCC x BatteryLow%。
放电中满足如下条件时为有效放电，置位VDQ。任一条件不满足时为无效放电，清除VDQ：
1）自放电和电子负载补偿总计不超过256mAh
2）温度始终低于自学习温度阈值LearningLowTemp
3）电压达到EDV2，且SH366000检测到EDV2时电压不低于EDV2-256mV
4）无中间校准发生
5）当到达EDV2或BatteryLow时，放电电流大于3C/32
6）当到达EDV2或BatteryLow时，无过载现象（放电电流大于Overlaod）出现
7）没有充电状态出现

自放电补偿

SH366000可对电池进行自放电补偿，补偿速度由SelfDischargeRate(缺省为0.2%/Day）设定：
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电子负载补偿

SH366000可对自身系统进行电子负载补偿，参数由ElectronicsLoad设定。

中间校准

SH366000可进行中间校准，根据电池组的开路电压调整电池剩余电量。当温度在19℃~31℃之间，电流在-64~0mA之间的时间超过20秒时，执行中间校准。SH366000可通过GasGaugeConfig中VCOR设置是否进行中间校准，各中间校准电压由VOC25，VOC50，VOC75设定。中间校准优先级自上而下如Table3所示：
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充电管理

SH366000基于CC/CV模式进行充电控制。当充电电压恒定，充电电流小于设定值时充电终止。SH366000每20秒对充电器广播一次充电电压和充电电流。充电电流可以分为三个：正常充电电流，预充电电流和零充电电流。

预充电控制

当电池组电压Voltage<PrechargeVoltageThreshold或低于EDV0阈值时，进入预充电模式；在Voltage> (PrechargeVoltageThreshold + PrechargeVoltageResetMargin)且高于EDV0后恢复至正常充电状态。

当温度低于预充电温度阈值(PrechargeTemperatureThreshold)时，进入预充电状态；在温度高于预充电温度阈值(PrechargeTemperatureThreshold+3)以上时恢复至正常充电状态。

SH366000可在PackConfig中禁用预充电功能，此时预充电MOSFET处于常关状态,须由充电器提供预充功能。

充电暂缓

SH366000充电过程中，检测到温度高于ChargeSuspendHighTemp时，置位TCA，对充电器广播零充电电流和零充电电压。在温度低于(ChargeSuspendHighTemp- 5)时恢复至正常充电状态。

SH366000充电过程中，检测到温度低于ChargeSuspendLowTemp时，置位TCA，对充电器广播零充电电流和零充电电压。在温度超过(ChargeSuspendLowTemp+ 5)时恢复至正常充电状态。

充电终止

SH366000充电过程中，当电池组电压Voltage大于(ChargingVoltage –TaperVoltage)、平均电流小于TaperCurrent的时间超过CurrentTaperWindows时终止充电，关闭充电MOSFET，并置位TCA和FC。

SH366000在无充电电流或电池与应用系统分离时清除TCA。在FC被清除前，重新处于充电状态时置位TCA。在RSOC小于FullChargeClear时，清除TCA和FC。

充电平衡

SH366000提供充电平衡功能。当充电电流大于BlanceIMin、VCELLMAX– VCELLMIN > CellBalanceMin且VCELLMAX>Cell BalanceThreshold时，对电压最高的Cell进行平衡。

当所有Cell的电压均高于CellBalanceThreshold或Cell中最高电压VCELLMAX超过(CellBalanceThreshold + CellBalance Window)时，CellBalanceThreshold=CellBalanceThreshold+CellBalanceWindow。每次充电开始时CellBalanceThreshold恢复至初始设定值。

当电池不平衡严重，即VCELLMAX– VCELLMIN > CellImbalanceMax且充电电流大于 BlanceIMin时，置位严重失衡标志CIM （PF Status）,熔断FUSE。
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LED显示

SH366000可通过相对方式或绝对方式显示剩余电量。采用相对方式时，使用RSOC显示剩余电量百分比；采用绝对方式时，使用ASOC显示剩余电量百分比。
SH366000采用4个或5个 LED显示显示剩余电量。SH366000采用4个LED方案时，每个LED显示25%；采用5个LED方案时，每个LED显示20%。
SH366000通过检测DISP引脚低电平来激活LED显示。

安全保护

SH366000检测电池系统的电压、电流和温度。当有异常状况出现时，关闭充放电MOSFET或熔断FUSE，保护电池不受损害。整个保护可分为三个部分：

硬件一级保护

SH366000硬件具有过载(Overload)，充电短路(Short Circuit in Charge)，放电短路(Short Circuit in Discharge)三种保护。
SH366000发生硬件充电短路时，关闭所有充放电MOSFET；一分钟后开启充放电MOSFET。电池组重新插拔时开启充放电MOSFET(或预充电MOSFET)。
SH366000发生硬件过载或放电短路时，关闭所有充放电MOSFET；一分钟后开启充放电MOSFET。电池组重新插拔时开启充放电MOSFET(或预充电MOSFET)。

软件一级保护

SH366000充电过程中发生单串Cell过压、电池组过压、过流或过温时关闭充电MOSFET(或预充电MOSFET)。电池组重新插拔或放电电流Current < -CurrentDetectedThreshold时开启充电MOSFET(或预充电MOSFET)

SH366000放电过程中发生单串Cell低压、过流或过温时关闭放电MOSFET。电池组重新插拔或充电电流Current>CurrentDetectedThreshold时开启放电MOSFET。

软件二级保护

SH366000充电过程中发生电池组电压超过安全高压、充放电过程中电流超过安全电流、温度超过安全温度、电池严重失衡、充电MOSFET或放电MOSFET关闭失败、内部通信失败、ADC超量程等现象时，关闭充放电MOSFET，熔断FUSE，设置Pflag为0x66。
当SH366000检测到PFIN为低电平时，也启动二级保护。
对DataFlash中Pflag写0x12可清除二级保护状态。

SMBus 通讯

SH366000兼容SBData v1.1指令。主机通过向SH366000发送相应的指令以获得电池信息。另外，SH366000可以广播报警和充电信息给主机。下表为SBData命令汇总。
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寄存器介绍

如下介绍为方便展示，有内容省略，全部内容查阅数据手册。
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SMBus广播

SM=1 且 CHARGE_MODE=1时，SH366000对Charger（Addr=0x12）广播CharingingCurrent(Command Code = 0x14)和ChargingVoltage(Command Code= 0x15)。

SM=1且AlarmMode=1时，SH366000对Charger（Addr=0x12）和Host(Addr=0x10广播BatteryStatus(0x16)， Error_Code均为1。

SMBus时序

SBData1.1支持如下三种通讯格式：写双字节,读双字节,读字符串。
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电池组系统参数

SH366000 依据不同的应用需求，如下参数需要配置：

应用系统配置

系统配置列表PackConfig，在SBData中作为指令0x2f的高8位返回给主机
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充放电管理配置

系统配置列表中GasGaugeConfig
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DataFlash参数列表

该部分为DataFlash的参数列表，按照功能大致分为如下几部分：

系统配置
校准参数
充电管理
模拟前端配置
安全管理
客户自有信息

系统配置

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计算／校准参数

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安全管理配置

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充电管理配置

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模拟前端配置

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客户自有信息

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低功耗模式

SH366000有两个低功耗模式，分别应用于电池可从应用系统脱离(NR=0)和不可从应用系统脱离两种模式(NR=1)，对于不可从应用系统脱离的模式，有仅开启放电MOSFET和开启充放电MOSFET两种模式：
SH366000应用于电池可从应用系统脱离(NR=0)时，当电流绝对值小于IdleCurrent、SMBus为低电平的维持时间超过2秒、PRES为高电平、且无安全条件发生则系统进入低功耗模式（Sleep Mode）。当上述任一条件不满足时退出低功耗模式。SH366000进入低功耗模式后，关闭充放电MOSFET。SH366000周期性检测系统的电压、电流和温度，并进行容量更新。

SH366000应用于电池不可从应用系统脱离(NR=1)时，当电流绝对值小于IdleCurrent、SMBus为低电平的维持时间超过2秒、PRES为低电平、且无安全条件发生则系统进入低功耗模式（Sleep Mode）。当上述任一条件不满足时退出低功耗模式。在NRCHG=0时，SH366000进入低功耗模式后，关闭充电MOSFET、开启放电MOSFET；在NRCHG=1时，SH366000进入低功耗模式后，开启充放电MOSFET。SH366000周期性检测系统的电压、电流和温度，并进行容量更新。
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SH366000处于放电模式，电池组电压小于ShutdownVoltage，且pack端电压小于VpackThreshold时，SH366000进入关闭模式（Ship Mode）。此时，关闭所有的MOSFET，切断所有器件的供电。充电器重新连接VPACK时，系统重新启动。

SH366000也可通过指令进入关闭模式。当SH366000处于放电状态，上位机通过SMBus下达关闭指令时，SH366000将进入关闭模式，关闭所有的MOSFET，切断供电。当有充电器连接到VPACK时，系统重新上电启动。
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EVM测试板使用

介绍

SH366000 EVM评估板是SH366000/SH367000电池管理系统的完整评估系统。包括SH366000/ SH367000应用电路，电流取样电阻，热敏电阻，PC通讯工具SmartTools及上位机软件。此EVM可用于对2/3/4串的锂离子和锂聚合物电池组进行电量的监控和预测、各串电芯平衡、关键参数监视，以及防止系统发生过充、过放、短路和过流等危险状态。用户可通过上位机读取SH366000 DataFlash内容，根据应用需求修改SH366000控制参数，记录充放电数据。
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电脑上位机软件操作

SmartTools上位机软件菜单主要有‘文件’和‘选项’两个。
‘文件’可以开始记录管理界面数据和保存或读取DataFlash参数列表。
‘选项’中可进行DataFlash加封／解封，以及更换界面语言。在记录数据时，可通过‘设置数据记录选项’更改参数采样周期。
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管理界面

SH366000遵守SMBus V1.1协议，兼容SBData v1.1智能电池管理规范。管理界面可查询SH366000所支持的所有协议。具体数据请参阅‘SH366000 使用指南’。
左侧为SH366000所支持的具体参数，右侧为Pack Status、Battery Status,、AFE Status,、Safe Status的逐位描述。

参数（DataFlash参数列表）

用户可根据自己应用设定电池组的参数，大致可分为系统配置，充电管理，安全管理，校准参数，前端相关，客户信息六个方面。具体数据请参阅‘SH366000 使用指南’。
参数列表可通过‘文件’菜单进行保存或读取。
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校准

校准界面用于SH366000电压／温度／电流校准。请参照提示进行操作。
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计算

SH366000可设置采用动态的放电终止电压，可保证较大的温度／负载范围内的容量准确性。此界面介绍如何计算合适的EDV参数。

加载电芯的开路电压与容量的对应表。
加载室温/高温/低温下分别在重载和轻载下的放电数据
选择电芯串联节数
选择剩余电量报警对应RSOC
选择不予统计的最小电流RSOC(此下的电量不予统计)

上电顺序

SH366000/SH367000提供针对电压、温度、电流的一级、二级保护，为保证系统的正常运行，系统需要按照如下的特定顺序上电：
1). 对VC5~VC1按照由低到高的顺序上电，即 VC5 → VC4 → VC3 → VC2 → VC1
2). 对PACK端接一高于5V电压激活SH366000/SH367000应用系统
3). 通过Smart Tools连接SH366000 EVM到PC
4). 通过上位机在Gasgauge中禁用二级保护
5). 依电芯及应用系统差异修改各参数，特别是校准相关参数
6). 修改电芯串数
7). 修改客户信息等其它参数
8). 进行电流、电压、温度校准
9).发送RESET指令(对ManufactureAccess发送0x0041)，重新激活系统
10). 开启二级保护
11). 将PRES连接到PACK-
12). 形成完整充放电管理系统

SH366000 校准流程

SH366000校准包括Board Offset校准、电压校准、温度校准、电流校准四个部分。在执行校准时，请确保按照下述条件进行校准。

Board Offset校准

Board Offset是一个系统性的偏差。由于各个器件失调及温度系数的不一致，各个电路板之间的Board Offset并不一致。为保证系统测量精度，每块电路板需单独做Board Offset校准。
为保证精确测量Board Offset，建议在PCB连接电芯前进行校准。在PACK+和PACK-之间加电压，可保证无工作电
流流经采样电阻，所测量的Board Offset最为精准。

电压校准

电压校准可增加电压及温度测量精度。进行电压校准时，在VC1-VC5各点之间加任一已知的电压。将电压值填入Smart Tools校准窗口，并点击‘开始’，SH366000将自动完成校准。

温度校准

温度校准用于校准真实温度与SH366000校准温度之间的差值。将SH366000放入温度稳定的环境下一段时间后，将真实温度填入Smart Tools校准窗口，点击‘开始’，SH366000自动完成温度校准。

电流校准

电流校准时选用一个正常应用时的放电电流。将真实放电电流填入Smart Tools校准窗口，点击‘开始’，SH366000自动完成电流校准。

SH366000 量产流程

SH366000量产流程包括量产准备阶段和正式量产阶段两部分。

量产准备阶段

量产准备阶段，需完成如下步骤：
1 ). 设计并测试PCB
2 ). 关闭二级保护控制位
3 ). 根据需要应用需求填写DataFlash内容，如电池串数、容量、安全保护阈值等
4 ). 对多个PCB板进行电压／电流／温度／BoardOffset校准
5 ). 发送RESET指令(对ManufactureAccess发送0x0041)，重新激活系统
6 ). 对电池组做不同应用条件下的充放电。在高温／低温条件下分别采用高／中／低三种负载放电
7 ). 将上述六个文件填入应用软件SmartTools中，按照应用条件选择参数后计算后得到CEDV相关参数ADJP0 - ADJP9，及中间校准电压VOC75／VOC50／VOC25。将结果做平均后填入DataFlash。具体步骤参考 ‘SH366000校准流程’。
8 ). 保存上述DataFlash列表，量产时作为模板使用。

正式量产阶段

SH366000量产主要包括如下步骤：
1). PCB焊接
2). 测试关键器件及电路，如MOSFET是否完好，FUSE电路工作是否正常
3). 将量产准备阶段所保存的DataFlash列表写入SH366000
4). 更新序列号／生产日期／产品名等参数
5). 完成电压／电流／温度／Board Offset校准
6). 发送RESET指令(对ManufactureAccess发送0x0041)，重新激活系统
7). 开启二级保护控制位
8). 完成保护板的过充电，过放电，过电流，短路保护等安全条件测试，以及二级保护功能测试
9). 保护板与电芯连接
10). 做充放电功能测试，并查看DataFlash与写入值是否一致
11). 做完整的放电-充电-放电循环，得到电池真实容量
12). DataFlash参数加密
13). 完成外壳封装
14). 短路安全测试，及其它安全测试
15). 对SH366000写shut down 指令，进入低功耗模式

SH366000 PCB Layout

好的布线方式可以改进智能电池管理系统的性能。在SH366000 PCB布线过程中，如下几个问题需要注意：

电源滤波
ESD冲击
小信号滤波
大小电流回路分离

电源滤波

SH366000内建LDO由PACK/BAT供电，在VCC输出3V。AVDD/VDD为内部库仑积分电路电源。
在VDD和GND之间(以及AVDD和AGND)需要加1uF去耦电容，电容应尽量靠近SH366000。回路较大时可能会导致电容去耦效果不明显，且可能形成天线受到外界噪声干扰。为防止ESD引起的干扰，电容两端到SH366000的连线应该尽量等长，且路径要尽量一致。
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VCC/BAT/PACK端也应该放置去耦电容。BAT/PACK推荐电容值为4.7uF，VCC推荐电容值为1uF。同理，这些电容应尽量靠近SH366000，布线尽量短，且路径一致。
当ESD较强导致LDO关闭时，SH366000需要PACK重新连接充电器才会启动。BAT/PACK/VCC放置滤波电容可以有效的给ESD提供回路，减小对SH366000的影响。三个滤波电容的GND应放置在SH366000的GND和PACK-之间，可最大程度的减小ESD对SH366000的冲击。

通讯线保护
SH366000使用5.6V齐纳二极管防止外界ESD冲击。齐纳二极管应尽量靠近电池组连接头，接地端应直接返回到PACK-，以尽量减少对低压部分的干扰。

FET和电池组连接头保护
PACK+与PACK-之间，以及PACK+与BAT+之间应放置串联的0.1uF电容对，以防止ESD冲击。电容对的连接线应尽量的短和宽，以降低通路中的电感效应。

接地系统
为防止ESD对SH366000等敏感组件的干扰，应将ESD回路的GND和其它低电流回路的GND相分离，仅在取样电阻处单点相连接。推荐为低电流回路的GND使用单独的地平面。
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取样误差
除去VCC/VDD/AVDD处去耦电容外，在取样电阻到SH366000之间采用差分对称布线的低通滤波网络可以有效提高库仑积分精度。滤波电阻和电容推荐使用100欧姆电阻和0.1uF电容。
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ESD系统
为保护SMBus通讯线不受外界ESD干扰，在电池组连接头焊接处放置放电间隙。间隙推荐宽度为0.2mm。
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电磁干扰
SH366000 应用电路在出现浪涌电流或ESD冲击时，大电流回路的感性阻抗较大，可能会将外界干扰引入到SH366000小电流回路中，对SH366000寄存器产生干扰或损坏。
解决此问题的最佳方式是将大电流回路器件等与SH366000等小电流器件分别放置在电路板的两侧。PCB布线时应尽量将大电流回路与SH366000信号线相分离。
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射频干扰
通常而言，射频干扰对IC性能没有影响。但IC内部部分硅结构可能会响应射频信号，从而会在某些关键节点处产生错误的电压或电流，从而影响到SH366000性能。最明显的是FUSE控制电路，SAFE管脚通过PMOS、二极管、N-MOS以及PFIN返回SH366000。这个环路可能会响应射频信号，产生足够高的电压，开启控制FUSE熔断的NMOS，熔断FUSE。此处可以用GND将这个回路隔离，并尽量缩短线的长度。

SH366000 其它注意事项

1). 上电时按照VC5 → VC4 → VC3 → VC2 → VC1由低到高顺序上电。
2). 按照三串方案应用时，将VC1和VC2短接；按照二串方案应用时，将VC1、VC2和VC3短接
3). 刚连接电芯时，如果方案为二串方案，修改参数完毕前，请不要释放PACK+端的外部电源
4). 在对SH366000 DataFlash操作时，请确保BAT/PACK电压高于5.5V，否则设置可能无效
5). PCB布线中，请给Pin 23- 26 留出测试点，以备程序升级使用
6). DataFlash中缺省参数为4串参数，若应用方案为三串/二串，则需修改DataFlash中的部分参数
7). 因串数不同而需要修改DataFlash参数时，请最后修改PackConfig
8). 在修改DataFlash参数时，请确保电池处于正常状态，不在充放电过程中修改与充放电、保护、特别是校准相关DataFlash参数
9). 程序缺省关闭二级保护，请在DataFlash参数修改完毕、校准完成后再开启二级保护。