固態電池時代下的PMIC是什麼樣的？_風聞

電子發燒友網報道（文/黃山明）隨着新能源汽車與儲能產品的迅猛發展，也帶動了多家產業鏈公司加速固態電池的產業化佈局，包括上汽集團、寧德時代等企業都宣佈了全固態電池的量產計劃。全球範圍內，各大電池廠商預計將在2027年左右實現全固態電池的量產，中試產線的建設預計在2024年至2026年期間完成並運行。

隨着固態電池量產日期的臨近，針對固態電池的PMIC也需要在技術上進行革新，針對固態電池的特性，PMIC需要滿足特定的要求以確保電池的高效和安全運行。

固態電池的PMIC需要滿足哪些要求

近年來，固態電池技術不斷取得突破。作為一種使用固體電極和固體電解質的電池技術，其與傳統液態電解質鋰離子電池相比具有顯著的安全性和能量密度優勢。然而，為了充分利用固態電池的潛力，需要相應的PMIC來確保電池的有效管理和安全使用。

通常固態電池的輸出電壓範圍較寬，需要PMIC要能在不同的充放電階段，精確地調節和穩定輸出電壓，以滿足電池系統中各種負載的需求。例如，在電池充電時，需要將輸入電壓轉換為適合電池的充電電壓，並且要保持電壓的穩定性，防止過充導致電池損壞；在電池放電時，能將電池電壓轉換為負載所需的穩定電壓。

並且在固態電池充放電的過程中，PMIC需要即時、精確地監測電流的大小和變化趨勢。這有助於及時發現電池的過充、過放、短路等異常情況，從而採取相應的保護措施，延長電池的使用壽命。當監測到電池充電電流過大時，PMIC可以自動降低充電功率，防止電池過熱。

除了硬件保護機制外，PMIC 還應具備軟件保護算法，通過對温度數據的分析和處理，提前預測可能出現的過熱情況，並採取相應的預防措施。比如可以根據電池的温度變化趨勢，提前調整充電功率或放電功率，避免温度過快上升。

需要注意的是，雖然PMIC負責電池的充電、保護和狀態監控，智能化地管理電池健康和壽命。但固態電池的管理需要考慮到其特有的電化學行為，包括可能不同的充電曲線和温度敏感性。例如對於常見的鋰離子固態電池典型工作電壓範圍可能是2.7V至4.2V，當充電電壓超過4.2V時，PMIC應該自動切斷充電電路。

此外，高效的DC-DC轉換器是必需的，以確保從電池到負載的電力轉換儘可能高效，減少能量損失。

並且由於固態電池的電流傳輸效率可以非常高，代爾夫特理工大學的研究表明，通過優化界面，可以實現2.47×10^-4 S/cm的室温電導率。對於LiFePO₄-鋰金屬固態電池，在室温下循環時，0.25 mA/cm²的臨界電流密度顯示出更高的穩定性，庫侖效率可達99.9%。這意味着在實際應用中，固態電池可以在較高的電流密度下穩定工作，從而實現高效的電流傳輸。

當然，這對於PMIC而言是個好消息，由於固態電池能量轉換效率的提升，讓PMIC產生的熱量減少，這降低了對散熱系統的要求。同時，高效率增加了PMIC在設計上更多的靈活性，可以選擇更高頻率的操作來減少外部組件（如電感器和電容器）的尺寸，或者可以集成更多的功能而不必擔心熱量累積問題。

成本上，雖然高效率的PMIC可能需要更復雜的製造工藝和更昂貴的材料，但由於減少了對其他組件（如散熱器）的需求，總體成本反而可能會得到優化。

固態電池PMIC的實際應用

如今許多PMIC都將多軌降壓、升壓及LDO穩壓功能與每個電軌參數，以及與其他電軌間交互的複雜可配置能力整合在一起。針對固態電池的應用，比如小到可穿戴設備，大到新能源汽車、儲能電站等，這些產品通常都會有一個電源以及一個或多個 DC 電軌。儘管許多應用在一定程度上具有類似的優先級，但優先級的排序及其相對權重決定了這些應用的差異。

需要注意的是，就單個DC電軌管理以及這些電軌之間的關係、定時和操作要求而言，不存在同時滿足所有情況的最優PMIC解決方案。

例如對於可穿戴設備，優先考慮因素包括低靜態電流、高效率和超緊湊的外形。為了延長手錶的續航能力，PMIC需要採用高效的DC-DC轉換器，例如高達95%以上的轉換效率。同時，考慮到手錶內部空間有限，PMIC設計應儘量減少熱量產生，或設計有效的散熱路徑。

高度集成的PMIC將充電管理、電源調節、保護電路等功能整合在一個芯片上，減少手錶主板上的空間佔用。以及支持多級低功耗模式，例如在手錶處於靜止狀態時自動切換到超低功耗模式，進一步延長電池使用時間。

而在便攜儲能產品應用上，這類設備通常包括便攜式電源站、户外電源、電動滑板車等，它們通常需要比智能手錶更大的功率輸出，同時也需要較長的運行時間和較快的充電速度。

這類便攜儲能設備的固態電池可能使用的是多串電池組，例如3.6V到14.4V（通常是4節鋰離子電池串聯），PMIC需要支持這一較寬的電壓範圍，並能夠提供穩定的輸出電壓給不同的負載設備。

支持快速充電協議（如QC4.0+、PD3.0），使得儲能設備可以在短時間內充滿電。同時，確保在快速充電過程中，電池的温度控制在安全範圍內。

同時需要提供標準的通信接口（如I²C、SPI、USB-C PD等），以便與主控制器或其他管理單元進行數據交換，允許即時監控電池狀態，並進行必要的調整。

顯然，為滿足當今系統更復雜的需求，PMIC必須加大其輸出範圍，提升其原始DC性能，改進其附加功能，並提高用户定義的靈活性。

當前市場中如TI、Qorvo等公司都推出了不少優秀的PMIC產品，可以滿足未來固態電池時代下對PMIC的性能要求。當然，未來隨着固態電池的正式推出，對PMIC的設計也將做出相應調整，以讓其釋放最佳的性能表現。

小結

固態電池需要一個定製化的PMIC來管理其獨特的屬性，包括但不限於高效率的電源轉換、精確的電流控制、智能的電池管理以及適應其特定需求的其他功能。隨着固態電池技術的進步，PMIC的設計也將繼續演進，以滿足更高性能和更安全的標準。

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