行動裝置-電量計介紹

行動裝置-電量計介紹

本文取自：http://cn.newmaker.com/art_40109.html

鋰電池充放電特性，介紹和比較了三種鋰電池電量的計算方法：

電壓估算法、模型查表法和電流檢測法，

分析了系統側電量計量和電池側計量的優缺點，同時說明和實現了鋰電池的電量初次預估和減小電量計量偏差的軟體演算法。實驗證明，電流檢測法具有更高的精度和穩定性，並且能消除由於電池老化帶來的測量誤差，更適合應用在電池組中或手持設備的主電路板中。

鋰電池具有高存儲能量、壽命長、重量輕和無記憶效應等優點，已經在現行可擕式設備中得到了廣泛的使用，尤其是在手機、多媒體播放機、GPS終端等消費類電子設備中。這些設備不但單純地只是支援單一的通訊功能，還支援流媒體播放和高速的無線發送和接收等等功能。隨著越來越多功能的加入且要獲得更長單次充電的使用時間，可擕式設備中鋰電池的容量也不斷地增大，以智能手機為例，主流的電池容量已經800mAH增長到現在1500mAH，並且還有繼續增長的趨勢。

隨著大容量電池的使用，如果設備能夠精確的瞭解電池的電量，不僅能夠很好地保護了電池，防止其過放電，同時也能夠讓用戶精確地知道剩餘電量來估算所能使用的時間，及時地保存重要資料。因此，在PMP和GPS中，電量計不斷加入到設備中，並且電量計也在智慧手機中得到了應用，尤其是在一些Windows Mobile作業系統的智慧手機中，如圖1所示，電池電量的顯示已由原來的柱狀圖變為了數字顯示。

圖1：Windows Mobile 手機中電量計量

電量計的實現方法和分類：
1) 直接電池電壓監控方法，

也就是說，電池電量的估計是通過簡單地監控電池的電壓得來的，儘管該方法精度較低和缺乏對電池的有效保護，但其簡單易行，所以在現行的設備中得到最廣泛的應用。然而鋰電池本身特有的放電特性，如圖2所示。不難從中發現，電池的電量與其電壓不是一個線性的關係，這種非線性導致電壓直接檢測方法的不準確性，電量測量精度超過20%。電池電量只能用分段式顯示，，如圖1.a所示，無法用數字顯示精確的電池電量。手機使用者經常發現，在手機顯示還有兩格電的時候，電池的電量下降得非常快，也就是因為這時候電池已經進入Phase3。

圖2：鋰電池放電曲線

2) 電池建模方法

根據鋰電池的放電曲線，建立一個資料表，每測量一個電壓值，根據該電壓去表中查出所對應的電量。該方法有效地提高電量的測量精度，可以達到5%，且簡單易用，無需做電池的初次預估，但是該資料表的建立是一個複雜的過程，尤其是考慮到電池的溫度、自放電、老化等因素的影響，並且對不同容量或類型的電池的相容性也是一個問題。該表需要結合溫度和電池壽命等因素進行修正，才能得到較高的測量精度。 

3) 庫侖計演算法

如圖3所示，在電池的正極或者負極串入一個電流檢測電阻，一旦有電流流入或者流出電池時，就會在電阻的兩端產生電壓Vsense，通過檢測Vsense就可以計算出流過電池的電流。該電流與時間做積分就是變化的電量，因此其可以精確跟蹤電池的電量變化，精度可達1%。儘管庫侖計存在電池初次預估的問題，且電流電阻的精度直接影響了電量的精度。但是配合電池電壓和溫度的監控，一些軟體演算法可以較好地減小鋰初次電量預估、電池老化、電流檢測電阻精度等等因素對測量結果的影響。該方法在現行的設備和電池組中得到最為廣泛的應用。

圖3：電池充放電示意

電量計按其位置來分，可以分為兩種：

A.      電池側電量計
電池側電量計解釋電量計量晶片直接設計在電池組中，電量計晶片永遠檢測一個電池，能夠即時檢測電池的充放電、自放電和自身老化等等，即使電池未被使用時，這些電池參數在即時地檢測。該種電量比較精確，但是成本較高，電池介面複雜，系統對電池的相容性較差。 

B.     系統側電量計

系統側電量計是指電量計設計在系統側而不是在電池組裡，這樣可以避免電池組的重新設計，減小的電池的管腳，系統可以相容更多的電池。並且可擕式設備要求電池體積越來越小，而容量越來越大，在系統側實現電量計比在電池中實現更為簡單便捷。但是，系統側的電量計需要更為複雜的軟體演算法，解決電池的初次預估的問題、相容不同特性電池的問題等等。