满足所有设计的电量计

随着智能手机和平板电脑等传统消费电子产品的发展进入停滞期，许多有创意的设计工程师开始专注于下一波创新浪潮。有一部分创新采用联网设备的形式，充分发挥通过互联网将数据传输到易于访问的数据库的优势，从而有可能利用大数据进行趋势分析。其中许多设备无需插电，利用电池进行工作，或者在断电的情况下使用电池作为备用，非常方便。

图1

在传统的产品开发方式中，通常组织庞大的团队，每一项开发任务都有专门的工程师负责；形成鲜明对比的是，现在越来越强调团队的小型化和灵活性，以便尽快将产品推向市场，以及观察其被接受程度，从而制定该产品领域的投资决策。也有许多初创公司拥有极富创造力的工程师，其核心竞争力不一定是电路设计，而更多是应用软件开发或工业设计。这些工程师有时候将电子设计视为实现其想法的手段，而软件才是将其与竞争对手区分开来的关键所在。另外还有日益盛行的创客运动(Maker Movement)，爱好者纯粹为了自身乐趣而创造新事物，或者仅仅因为个人原因而奉献出巨大的热情。

电池管理的复杂性可能与这些头脑风暴风马牛不相及。他们只需要开箱即用的东西，并且很容易实现生产。在传统的电量计量方法中，需要团队中的电源或电池专家与电量计厂商协同工作，建立适合电池使用的模型。其中包括在各种负载和温度条件下对电池进行特征分析(如果有包含恒温箱的专用电池测试设备可供使用)，或者将电池运输到电量计制造商的实验室进行特征分析。这就可能涉及到实际成本和无形成本。仅仅锂离子电池的运输物流就要接受越来越严格的安全审查，以及运输时间问题。电池交付给电量计厂家后，可能需要数周的时间在各种不同负载和温度条件下对电池进行完全地特征分析并建立模型。然后系统设计师才能够将定制的电池模型添加到电量计中，开始评估和落实最终设计。

Maxim Integrated将最先进的超低功耗、混合信号IC技术与其ModelGauge™ m5 EZ电量计算法紧密结合，适逢其时地推出了创新解决方案。该算法被内置到MAX1720x/MAX1721x超低功耗独立式电量计IC。MAX17201/MAX17211监测单节电池；MAX17205/MAX17215监测和平衡2节或3节电池组，或者监测多节串联电池组。通过Maxim 1-Wire® (MAX17211/MAX17215)或2线 I2C (MAX17201/MAX17205)接口访问数据和控制寄存器。

系统设计师利用评估软件中的配置向导，很容易生成适合具体应用的电池模型，不存在与定制电池特征化相关的任何难题。系统设计师只需提供三条信息：1) 电池的设计容量是多少(常见于电池标签或数据资料)；2) 每节电池的电压为多少时即认为电池电量为空(取决于应用限制)；以及3) 电池充电电压是否高于4.275V (多节电池串联时，则指每节电池)。见图2。

图2

或

除电池建模外，配置向导还指导系统设计师完成各种硬件配置功能，例如：

·电池组原理图(与多节串联电池相关)

·串联电池的数量

·关断模式(如果电池与系统分离)

·检测电阻选择

·温度测量--IC内部或使用外部热敏电阻

·基于不同条件的报警，例如电压、电流、温度或电池电量状态(SOC %)、过流检测、极性

·电池寿命记录

·通用非易失存储器的使用

这就省去了对IC编程时为了设置寄存器而手动执行各种配置时复杂而容易发生错误的任务。

那么在实际中是如何工作的呢？注意爱迪生在1883年的言论："某人一旦开始从事辅助电池的工作，就算是挖掘出了撒谎的潜力。"全面、清晰地了解这项新技术的表现，避免夸大其词非常重要。

Maxim开发了庞大的电池数据库，包括电池在类似于用户使用场景的各种测试条件下的特性和行为。这使得Maxim能够利用之前收集的设计数据，验证电量计算法的任何改进。利用该数据，Maxim分析了数百种不同容量电池的性能，绘制直方图数据，如图3所示。

图3

数据表明，在室温及更高温度下，94%以上测试用例的SOC误差小于3%。这些测试用例排除了某些类型的电池，这些电池与更传统、常规的化学物质相比，开路电压(OCV)与SOC%关系存在较大差异。

尽管这些结果看起来非常好，但如果我们在每种情况下使用定制精调的电池模型，会牺牲多少性能呢？图4所示的直方图为EZ模型与"精调"定制模型的比较，绘制成测试用例百分比与其误差区间的关系。虽然1%区间的精调模型的用例数量确实较高，但3%误差以下所有测试用例的集合表明，EZ模型涵盖了95%的测试用例，而定制模型涵盖了97%的测试用例。考虑到建立定制模型所需的额外工作量、资源和时间，EZ模型看起来实