医疗设备的备份电池解决方案

电池具有非常相似的松弛电压/充电状态曲线。令人惊讶的是，其不会因电池制造的不同而不同。这就使我们可以确定电池的最大容量和电池的剩余容量。

　　例如，如果您已知：1）3.6V松弛电压与 10% 的充电状态密切相关；2）在充电过程中，电池电量监测计对 1000mA 的电流进行了积分；3）得出的 3.95V 开路电压与 93% 的充电状态密切相关，该电池的真实容量为 1206mAh （1000mA/83%）。利用 1A 电流进行充电时，如果电池电压从 3.6V 上升到 3.8V，那么在 10% 充电状态和室温条件下 DC 阻抗为 0.2 Q。如果系统可以容许的最小电压为 3V，那么阻抗跟踪将会计算并报告在 10% 充电状态的 1A 负载条件下还有大约 7 分钟的剩余电池电量。

　　在刚刚过去的几年里，电子硬件实施得到了发展。最初的芯片组是由三个独立的芯片组成：1）电池电量计微处理器；2）模拟前端 （AFE）；以及 3）二次过压保护器。微处理器对电流进行了积分并运行电池电量计监测算法，并且还直接与 AFE 通信。高压容限 AFE 利用集成的模数转换器 （ADC） 对电池电压进行了测量，提供了过流保护并进行电池平衡。两个芯片都能安全地独立运行。第三级保护来自一个独立的二次电压保护器，对于一个永久性错误条件，该保护器会触发一个化学保险丝（对于锂离子电池而言，过压是最危险的情况，因为其有可能会引起燃烧）。

　　最新一代锂离子电池容量指示器在一个塑料封装中集成了微控制器和 AFE 芯片，从而大大降低了系统级复杂性和板级空间要求。与电池电量监测计的通信是通过 SMBus 标准协议完成的（SMBuS 基于 I2C 通信协议）。如欲了解更多详情，敬请访问 www.smbus.org。该电池电量监测计可以直接与一个兼容的电池充电器或微控制器进行通信。

　　阻抗跟踪技术实际上就是一种更低成本的电池解决方案实施，该技术无需使用电池自动记忆周期功能。对于所有大容量电池而言，实现该功能都要花费数小时的时间。现在，所有下线的电池都利用一个称为“黄金图像”的工具进行了编程。在工程评估阶段就完成了该文件的创建。该阻抗跟踪算法将一直适合电池的状态，因此电池在现场的第一次放电期间，阻抗跟踪会在电池的第一个 40% 放电或充电中精确记忆真正的电池组容量。之后，所报告的电池容量精确度将达到 99%。

　　结论

　　阻抗跟踪电池电量测量技术可以使医疗工程组织利用比以往稳定的备用电池设计出的生命支持设备和便携式设备更加可靠。更重要的是，该技术不但提供了大大改进的电量监测计监测精度，而且还去除了 7% 估计剩余电量所必需的“复位”环节（在生命支持医疗应用中，该环节并不合乎实际）。其无需全面过分设计 （over-engineer） 电池容量来满足特定的备用期限，并且在生产阶段无需重复每一个电池组从而提供了更低成本的解决方案。

　　了解并跟踪单个电池阻抗是精确预测剩余电量的关键。如前所述，最重要的电池老化效应是由于高温以及以高于其最高额定电压进行充电引起的，甚至以高于额定电压 50mV 的电压进行充电也可能会使电池的使用寿命缩短一半。锂离子电池内部阻抗会在正常使用充/放电周期内增加（老化），并且阻抗在低温时会大大增加（而不会缩短使用寿命）。

　　阻抗跟踪算法的自适应特性通过监控松弛和负载状态下的电池电压，并积分充/放电过程中的电流来监控这些老化因子。由于是连续监控，所以没有必要对阻抗进行“猜测”，因此在整个电池使用寿命内都可以精确地计算真正的电池容量。