充分利用可用的電池容量

電池電量監(jiān)測(cè)的主要目的是最大限度地利用電池中的容量。一般來(lái)說(shuō)，我們很難使用電池中100%的容量。為什么？

這里有兩個(gè)因素。首先，當(dāng)充電時(shí)，充電電壓很難精確地為電池的完全充電電壓。通常，為了防止電池過(guò)沖，充電電壓誤差被向下偏置。也就是說(shuō)，電池的充電電壓可以是或，使得如果以該低充電電壓充電，則充電容量可以變小。

此外，由于電池電量監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確，為了安全起見(jiàn)，用戶可能會(huì)保守估計(jì)電量，以防止由于突然的關(guān)鍵問(wèn)題而導(dǎo)致數(shù)據(jù)丟失，也就是說(shuō)，當(dāng)電池的實(shí)際電量尚未達(dá)到0%時(shí)，他會(huì)提前報(bào)告給0%，讓系統(tǒng)提前關(guān)閉，以避免用戶數(shù)據(jù)丟失。當(dāng)然，用戶體驗(yàn)感覺(jué)電池容量變小了，這是一個(gè)缺點(diǎn)。

這樣做的后果也是電池的容量不能被充分利用。電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù)是為了最大限度地監(jiān)測(cè)電池電量，讓用戶能夠最大限度地使用電池的當(dāng)前容量，這個(gè)藍(lán)色部分實(shí)際上是指電池的有效容量。我們的技術(shù)是盡可能地向上或向下擴(kuò)展實(shí)際有效容量。

 

 

傳統(tǒng)的機(jī)組側(cè)燃料表

這是用于單電池便攜式應(yīng)用的傳統(tǒng)電池組的框圖。燃料表位于電池組的側(cè)面，用于連續(xù)監(jiān)測(cè)電池運(yùn)行，并通過(guò)I2C或單線協(xié)議向主機(jī)提供剩余容量或運(yùn)行時(shí)間信息。

然而，當(dāng)電池循環(huán)壽命結(jié)束時(shí)，我們不得不扔掉電池組，盡管燃料表仍然完好無(wú)損。我們被迫購(gòu)買另一個(gè)帶有燃料表的電池組，這增加了最終用戶的成本。我們能在主機(jī)側(cè)安裝燃料表以最大限度地降低成本嗎？

傳統(tǒng)的電池組功率監(jiān)測(cè)技術(shù)具有這樣的框架結(jié)構(gòu)，功率監(jiān)測(cè)芯片一般放置在電池組中。還有一個(gè)保護(hù)器可以控制MOS管。當(dāng)電池被過(guò)充電或過(guò)放電時(shí)，該保護(hù)器切換MOS以保護(hù)電池單元。

通常，在電池組中放置一個(gè)熱敏電阻來(lái)監(jiān)測(cè)電池組。溫度，除了左側(cè)是指手機(jī)或平板電腦的系統(tǒng)板外，電源管理芯片和主機(jī)的處理器主要與該系統(tǒng)板上的燃油表有關(guān)。主機(jī)的處理器通常通過(guò)I2C或單線。HDQ總線讀取燃油表中的功率信息。

 

在知道該電力信息的情況下，決定在電池完全放電之前還有多少時(shí)間。一些用戶在想做某些事情時(shí)可以提示用戶當(dāng)前電量是否充足，這是一種傳統(tǒng)的解決方案，即將燃料表放在電池組中的解決方案。TI在這方面的主要設(shè)備是兩個(gè)主要芯片BQ27541和BQ27545。

BQ227441，這是一個(gè)相對(duì)低成本的解決方案；我們還有BQ27741，這是一種結(jié)合了燃料表和保護(hù)器的解決方案；BQ28z560，這也是一個(gè)包括燃料表和保護(hù)器的解決方案。

 

 

系統(tǒng)側(cè)阻抗跟蹤燃料表

在本示意圖中，燃料表位于主機(jī)側(cè)，以最大限度地降低電池組成本。這樣，當(dāng)電池組的使用壽命結(jié)束時(shí)，我們就不必在電池組中購(gòu)買另一套電子元件。

隨著技術(shù)的進(jìn)步，或者TI的阻抗跟蹤技術(shù)的引入，現(xiàn)在有這樣一種應(yīng)用，將燃料表放置在設(shè)備的主板側(cè)，而電池側(cè)只有一個(gè)保護(hù)器和MOS管。有一個(gè)熱敏電阻，當(dāng)然里面還有一個(gè)電池，這有什么好處？

 

電池組的成本大大降低，而且電池組的供應(yīng)商更容易找到，因?yàn)樗讶剂媳韽碾姵亟M移到了主機(jī)側(cè)，所以這樣的解決方案現(xiàn)在是可行的。TI也為這兩個(gè)程序提供支持。

還有BQ28z550。這種解決方案是將燃料表放在便攜式設(shè)備的系統(tǒng)板上，這樣電池組就不需要放電表，這樣可以降低電池組的成本，更容易找到供應(yīng)商。本TI主要的燃油表有BQ27510、BQ27520、BQ27441也可用于此場(chǎng)合，還有BQ27425、BQ27421…等等。

 

 

燃料表的功能是什么

 

電池與用戶之間的通信

?測(cè)量：

–蓄電池電壓

–充電或放電電流

–溫度

?提供：

–電池運(yùn)行時(shí)間和剩余容量

–電池運(yùn)行狀況信息

–整體電池電源管理（工作模式）

 

電表的主要功能是什么？燃料表必須首先完成系統(tǒng)和蓄電池之間的通信。該系統(tǒng)需要知道電池的電量，并需要通過(guò)總線與燃料表進(jìn)行通信。我剛才提到了I2C和單線HDQ總線通信。在通信過(guò)程中，系統(tǒng)可以獲得哪些信息？

第一個(gè)是測(cè)量的模擬信息，如電池電壓、電池充電水平和放電電流以及電池溫度。這些基本模擬信息被用作燃料表，更重要的是提供電池容量信息，

 

也就是說(shuō)，電池的剩余容量、電池的工作時(shí)間、電池的健康狀態(tài)信息，另一個(gè)是芯片本身必須能夠完成工作狀態(tài)的轉(zhuǎn)換，也就是說(shuō)它必須從正常工作模式轉(zhuǎn)變?yōu)榈凸哪Ｊ剑瑢?shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變，達(dá)到什么目的？達(dá)到省電的目的。

 

如何使用燃料表

如何實(shí)現(xiàn)電源監(jiān)控？

 

第一種方法是基于電壓的功率監(jiān)測(cè)。功率或容量的百分比被視為電池電壓的函數(shù)。這是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的公式。當(dāng)然，這個(gè)函數(shù)本身的表達(dá)式不一定是。要得到它，只需要得到一個(gè)與開(kāi)路電壓和容量百分比相對(duì)應(yīng)的表，并且該表中每個(gè)點(diǎn)之間的數(shù)據(jù)可以通過(guò)差值補(bǔ)償?shù)姆椒ǐ@得。

另一種方法是庫(kù)侖計(jì)數(shù)，庫(kù)侖計(jì)數(shù)是通過(guò)對(duì)充入電池或從電池放電的電流進(jìn)行積分而獲得的能量。我們可以把電池想象成我們汽車的油箱。這個(gè)油箱里裝滿了多少油，釋放了多少油可以計(jì)算出里面還剩多少油。這也是一個(gè)基于生活經(jīng)驗(yàn)的相對(duì)直觀的算法。

現(xiàn)在最新的算法是阻抗跟蹤算法。事實(shí)上，這種算法是基于電池的實(shí)時(shí)內(nèi)阻測(cè)量來(lái)獲得電池容量的。它的公式是剛才列出的圖中的公式，即端子電壓V。它等于電池的開(kāi)路電壓減去電流乘以電池的內(nèi)阻。該電流是指流入或流出電池的總電流。

 

基于電壓的燃料表

讓我們首先介紹一下基于電壓的燃料表。這張圖片是一個(gè)電池的開(kāi)路電壓曲線?；纠砟??這種方法是使用不同的電網(wǎng)編號(hào)來(lái)表示電池在不同電壓下的容量。例如，當(dāng)“網(wǎng)格”表示電池電量已滿時(shí)，使用4。當(dāng)我可以使用3個(gè)網(wǎng)格來(lái)表示電池容量時(shí)，請(qǐng)使用2個(gè)網(wǎng)格。

可以使用1個(gè)網(wǎng)格來(lái)表示電池的容量，也就是說(shuō)，使用不同的網(wǎng)格編號(hào)來(lái)對(duì)應(yīng)不同的電池電壓來(lái)表示電池容量。這種方法相對(duì)不準(zhǔn)確，通常用于最早的低端細(xì)胞。早期的手機(jī)或數(shù)碼相機(jī)。這種方法有什么問(wèn)題？

也就是說(shuō)，當(dāng)電流波動(dòng)時(shí)，它會(huì)上下跳躍。例如，如果我有放電電流，或者電流相對(duì)較大，你可以在放電過(guò)程中看到紅色箭頭。如果電流在這一點(diǎn)上突然減小或者I突然變?yōu)?，

這個(gè)電壓顯然會(huì)上升。如果電壓通常升高到這一點(diǎn)，其電網(wǎng)編號(hào)將變?yōu)?個(gè)電網(wǎng)。當(dāng)它下降時(shí)，變化將更加明顯。當(dāng)它下降時(shí)，電池格數(shù)可能接近0格，或者用紅色表示電池的格數(shù)，此時(shí)的跳躍將從紅色變?yōu)?格，此時(shí)它將來(lái)回跳躍。如果電流改變，例如，他剛剛打電話停在這里，電池還剩2個(gè)電池。他以為還有電，然后他突然又打了一個(gè)電話，馬上變成了0，所以這個(gè)表示的誤差會(huì)比較大，因?yàn)槟憧梢钥吹诫姵厝萘繉?shí)際上是由4個(gè)網(wǎng)格表示的。

 

因?yàn)?個(gè)網(wǎng)格對(duì)應(yīng)25%的容量，所以跳一個(gè)網(wǎng)格有25%的容量差，跳兩個(gè)網(wǎng)格有50%的容量差。所以這種方法的誤差相對(duì)較大。誤差相對(duì)較大的原因是電池有內(nèi)阻，在電流相對(duì)較大的情況下，其柵極數(shù)跳得更多。

 

 

蓄電池電阻

這是蓄電池開(kāi)路電壓和端子電壓的公式。剛才已經(jīng)說(shuō)過(guò)，電池的內(nèi)阻是溫度、充電狀態(tài)和電池老化的函數(shù)。

經(jīng)過(guò)100次充電和放電后，電池的內(nèi)阻將翻一番；同一批電池的阻抗偏差可能為10%～15%；不同鋰電池制造商或質(zhì)量較差的制造商的內(nèi)阻偏差會(huì)更大。

 

阻抗與溫度和DOD有關(guān)

對(duì)容量計(jì)算影響最大或最難獲得的信息之一是I*Rbat。當(dāng)然，我是相對(duì)容易獲得的，只要可以測(cè)量流入和流出的電流。利用目前的技術(shù)，可以測(cè)量±1mA的精度。那么，這個(gè)Rbat相對(duì)難以測(cè)量，因?yàn)樗腔趦蓚€(gè)量計(jì)算的。

上圖主要是阻抗與溫度和容量百分比之間的關(guān)系。剛才已經(jīng)提到了這種關(guān)系。基本上，阻抗隨著溫度的降低而增加，并且隨著容量百分比的降低而增大。這就是這樣一個(gè)概念。