便携式电子设备电池技术讲解

3、电量检测算法

许多可携式产品都利用电压测量值来估计电池剩馀电量，但是电池电压与剩馀电量的关系却会随著放电率、温度和电池老化程度而改变，使这种方法的误差率最高可达50％。市场对使用时间更长的产品需求不断增强，因此系统设计人员需要更加精确的解决方案。使用电量检测计吧来测量电池充人或消耗的电量，将能够在很宽的应用电源级别范围内提供更精确的电池电量估测。

3.1电量检测算法应用举例之一,功能完整的单＼双电池便携式应用电池组设计

*电量检测原理.较好的电量检测计至少要具备电池电压、电池组温度和电流、测量方法；一个微处理9a；和一套及业经验证的电量检测算法。bq2650x及bq27x00是功能完整的电量检测计，具有一个测量电压与温度的模数转换器(ADC)和一个测量电流与充电感测的模数转换器。这些电量检测计还具有一个微处理器，负责执行德州仪器的电量检测算法。这些演算法会补偿锂离子电池的自放电、老化、温度和放电率等因素。晶片内含微处理器为主机系统处理器省下这些计算负担.电量检测计能够提供剩余电量状态等信息，bq27x00系列产品还提供剩余可运行时间(Run Time to Empty)主机可随时向电量检测计查询这些信息，再透过LED指示灯或屏幕显示将电池信息通知用户。电量检测计的使用非常方便，系统处理器仅需要配置12C或HDQ通信驱动器即可。
*电池组电路描述.图4(a)为可选用具有鉴定功能IC的典型的电池组应用电路。根据所使用电量检测计IC的不同，电池组至少需要有三到四个外部终端。

VCC及BAT引脚会连到电池电压，以便为，C供电及测量电池电压。电池接地端连接了一个电阻值较小的检测电阻器，让电量检测计的高阻抗SRP及SRN输入端能够监控感测电阻两端的电压。通过流经检测电阻器的电流可用来判断电池充入或释放的电量。设计人员选择检测电阻值时必须考虑电阻两端的电压不能超过100 mV，过低的电阻值可能会在电流较小时产生误差。电路板布局必须确保从SRP及SRN到检测电阻器的连接要尽可能靠近感测电阻端；换言之，它们应该是采用Kelvin连线。

HDQ引脚需要外部上拉电阻器，该电阻应位于主机或主应用端，这样电量检测计才能在电池组与便携式设备连接断开时启用睡眠功能。建议上拉电阻值选用10 kΩ。

*电池组鉴定。价格低廉的伪冒电池的问题日益严重，这些电池可能不包含OEM厂商要求的安全保护电路。所以，真品电池组可包含图4(a)所示的鉴定电路。当要鉴定电池时，主机向含有IC(bq26150，作用是循环冗余校验(CRC))的电池组发出一个询问值(challenge)，电池组所含的CRC会根据这个询问值和，IC中内建的CRC多项式计算这个CRC值。CRC是基于主机的查询命令与IC中秘密定义的CRC多项式完成的，主机也会进行CRC值计算井与电池组的计算结果比较以确定鉴定是否成功。

一旦电池通过鉴定，bq26150则会发出指令以确保主机与电量检测计之间的资料线路通讯正常。当电池连接中断或重新连接时，整个鉴定过程将重复一次。

*双电池应用。图4(b)为使用bq26500支持双体锂离子电池的典型应用电路。为了支持多颗电池，此电路增加一个可调稳压器。电量检测计的BAT引脚与最下面一节电池的负极相连，以完成可变电池组电压的测量。
主机要能够读懂电量检测计测量的可变电池组电压，以确定放电结束阈值以及充电终止阈值。至於电量剩余状态(RemainingStateofCapacity)等，则不需要解读就能直接使用。

上述bq2650x及bq27x00等电量检测计提供电池制造商一个简单易用的选择方案，该方案L[仅仅测量电池电压要精确很多，这些电量检测计可用於各种电池架构，并可支持电池鉴定及双电池应用‘

3.2电量检测算法应用举例之二,能适用于各种通用电量计的新型IC.

当今不少制造厂商可提供种类丰富的电量计IC,，用户可从中选取合适的功能器件，以优化产品的性价比。利用电量计贮测量的电池参数，这种分离式架构允许用户在主机内定制电量计量算法．从而省去电池组内嵌处理器的成本。值此以Dallase semicconductor公司名为例的DS2762芯片作典型分析. 一新型分离式电量计IC,其结构见图5(a)所示.

*DS2762应用特征

DS2762是一款单节锂电池电量计与保护电路，集成于一片微小的2.46mm× 2.74mm倒装片封装。由于内部集成了用于电量检测的高精密电阻，该款器件非常节省空间。它所具有的小尺寸和无可比拟的高集成度，对于移动电话电池组及其它类似的手持产品，如PDA等，都非常理想。集成的保护电路连续地监视电池的过压、欠压和过流故障(充电或放电期间)。不同于独立的保护IC，DS2762允许主处理器监视/控制保护FET的导通状态，这样，可以通过DS2762的保护电路实现系统电源控制。DS2762也可以充电一个已深度消耗的电池，当电池电压不足3V时，提供一条限制电流的恢复充电路径。

DS2762能够精确监视电池电流、电压和温度，其动态范围与分辨率满足任何通行的移动通信产品的测试标准。测得的电流对内部产生的时基进行积分，实现电量计量。通过实时、连续的自动失调纠正，电量计量的精度得以提高。内置的检测电阻消除了因制造工艺和温度而造成的电阻变化，进一步提高了电量计的精度。重要数据保存于32字节、可加锁的EEPROM；16字节的SRAM用于保存动态数据。与DS2762的所有通信均通过1-Wire、多节点通信接口进行，最大限度减少了电池组与主机的连线。其主要特征为；单节锂电池保护器；高精度电流(电量计量)、电压和温度测量；可选的集成25mΩ检测电阻，每个DS2762经过单独微调；0V电池恢复充电；32字节可加锁EEPROM，16字节SRAM，64位ROM；

1-Wire，多节点，数字通信接口；支持多电池组电源管理，并通过保护FET实现系统电源控制；休眠模式下电源电流仅2µA(最大);工作模式下电源电流为90µA(最大);2.46mm×2.74mm倒装片封装或16引脚下SSOP封装，两者均可选择带或不带检测电阻;复具有备有评估板.