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电池电量计：以精度制胜

时间：07-31 来源：Maxim Integrated Products 点击：

电量的相对水平，通常称为充电状态(SOC)，是指剩余电量与电池容量的比。该参数的确定需要监测流入、流出的电荷量 - 一种所谓的"库仑计"法。实际的库仑计是通过对流入、流出电池的电流进行累计计算实现的。用高分辨率ADC测量该电流时，通常需要使用一个小电阻与电池阳极串联。

电量分析

　　由于无法确定电池充电状态(SOC)与上文提到的一些参数之间的函数关系，电池容量还要依靠经验确定。目前还没有详尽的分析模型(具有足够精度)用于计算特定工作条件下(例如温度、充电次数、电流等)的容量。理论模型仅适用于确定条件，为了得到相对充电水平，这些模型用于特定条件并进行整体校准。

为了达到足够高的电量计量精度，必须不断地对模型参数进行校准-采用所谓的电量"学习"方式，配合库仑计，这种方法可以使电量计量精度达到几个百分点以内。

电量计量方案选择

对于不同类型、配置和应用中的可充电电池，现代集成电路都可以确定其充电状态(SOC)。尽管消耗少量的电源电流(工作模式消耗60µA，休眠模式消耗1µA)，这些芯片仍可获得较高的精度。电量计芯片分为三种类型(表2)，因为锂电池是多数应用的首选，这里例举了锂离子和锂聚合物电池的电量计量电路。
表2. 电量计电路

Part Type of Fuel-Gauge IC Function in Battery Pack Function in Host System

DS2762 Coulomb counter Measurement Algorithm + display

DS2780 Fuel gauge Measurement + algorithm Display

MAX1781 Programmable fuel gauge Measurement + flexible algorithm Display

库仑计，有时也就是大家所熟知的电池监测器，用于测量、计数和电池参数的转换，包括电量、温度、电压、充电次数以及使用时间等参数。库仑计无法测量变量，还没有智能化。这类芯片中的DS2762包含了高精度的25m检流电阻，还可监测温度、电池电压和电流，并通过1-Wire®总线进行通信，允许电池组或主机系统中的微控制器读取所有数据。可以组成一个灵活的低成本系统，但需要了解相当多的背景知识，并进行一定的开发工作，通过IC供应商提供的软件、模型和支持可以降低开发成本。
另一种方法是使用电量计计算库仑量，这种完备的集成方案可以运行带学习算法的电量计量，并可完成所有必要的测量。智能电池通常采用电量计进行自动监测，使用集成电量计所需的开发工作较少，有助于缩短产品上市时间。DS2780即属于完全集成的电量计，允许主机通过1-Wire®总线读取充电状态(SOC)，并为锂电池提供必要的安全保护电路。
另一种选择是采用可编程电量计，这种电量计包括微控制器，可以提供相当大的灵活性。例如MAX1781，内部集成了RISC核、EEPROM和RAM。开发者可以实现电池建模、电量计编程和必要的测量。简单、精确的充电状态(SOC)指示可以通过内部LED驱动器实现。
结论
受多种相互关联的参数的影响，对于可充电电池的电量计量成为一项复杂任务。简单的测量无法提供准确的结果，仅适用于一些不重要的应用场合。通过使用现成的电量计芯片，可以实现高精度、可靠的电量计量。
类似文章发表在Battery Power Products and Technology 2006年9月刊。
1-Wire是Dallas Semiconductor Corp.的注册商标。
Dallas Semiconductor是Maxim Integrated Products, Inc.的全资子公司。

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Part	Type of Fuel-Gauge IC	Function in Battery Pack	Function in Host System
DS2762	Coulomb counter	Measurement	Algorithm + display
DS2780	Fuel gauge	Measurement + algorithm	Display
MAX1781	Programmable fuel gauge	Measurement + flexible algorithm	Display