使用充電器電池的電量計算原理介紹
目前大量應用的充電電池包括鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子/鋰聚合物電池充電器。這幾種電池的特性(xing)如表1所示。
鉛(qian)酸蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)容量大，內(nei)阻低(di)(一般400Ah的2V蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)內(nei)阻大約(yue)為0.5mΩ)，可(ke)(ke)進(jin)行大電(dian)流放(fang)電(dian)，但是笨(ben)重且(qie)體積龐(pang)大、不便于攜(xie)帶，常用(yong)在汽(qi)車和工(gong)業場合。其電(dian)極材(cai)料含鉛(qian)，可(ke)(ke)對環境造成極大污染。鉛(qian)酸蓄(xu)(xu)電(dian)池(chi)對充電(dian)控制的要(yao)求不高，可(ke)(ke)以進(jin)行浮(fu)充。
鎳鎘電池容量較大，內阻低、放電電壓平穩，適合作為直流電源。與其他種類的電池相比，鎳鎘電池耐過充電和過放電，操作簡單方便，但是具有記憶效應，應盡量在完全放電之后進行充電。電極材料含有劇毒重金屬鎘，隨著環保要求的提高，其市場份額越來越小。
鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎上發展而來的，采用金屬化氫替代有毒的鎘，在大部分場合可以替代鎳鎘電池。其容量約為鎳鎘電池的1.5～2倍，且沒有記憶效應。相對于鎳氫電池，它對充電控制的要求較高，目前大量使用在一些便攜電子產品中。
鋰離子電池是目前最常見的二次鋰電池，擁有高能量密度，與高容量鎳鎘/鎳氫電池相比，其能量密度為前者的 1.5～2倍。其平均使用電壓為3.6V，是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍。它的內阻較大，不能進行大電流充放電，并且需要精確的充放電控制，以防止電池損壞并達到最佳使用性能。鋰離子電池廣泛使用在各種便攜電子產品中，包括手機、筆記本電腦、mp3等。
鋰聚合物電池是一種新型的二次鋰電池，具有更大的容量；內阻較低，允許10C充放電電流。它和鋰離子電池一樣需要精確的充放電控制。目前，鋰聚合物電池主要用于一些需要大電流充放電的應用中，如動力/模型汽車等。充電電池容量估算方法。
在多數便攜應用中，都需要隨時了解電池(chi)剩余容量以估算電池(chi)使用時間(jian)。
圖1 簡化的電池電量計框圖
最早應用(yong)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)是(shi)通過監視電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)來獲得剩(sheng)(sheng)余容(rong)量(liang)。這(zhe)是(shi)因(yin)為電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)端(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)和剩(sheng)(sheng)余容(rong)量(liang)之(zhi)間有一個確定的(de)(de)(de)(de)關系，測量(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)端(duan)(duan)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)即可估算(suan)其剩(sheng)(sheng)余容(rong)量(liang)。這(zhe)種方(fang)法(fa)(fa)的(de)(de)(de)(de)局限是(shi)：1）對于不同廠(chang)商生(sheng)產的(de)(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)，其開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)與容(rong)量(liang)之(zhi)間的(de)(de)(de)(de)關系各(ge)不相(xiang)同。2）只(zhi)有通過測量(liang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)空載時的(de)(de)(de)(de)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)才能獲得相(xiang)對準確的(de)(de)(de)(de)結果，但是(shi)大(da)(da)多數應用(yong)都需要在(zai)(zai)運行中(zhong)了解(jie)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)的(de)(de)(de)(de)剩(sheng)(sheng)余容(rong)量(liang)，此時負載電(dian)(dian)(dian)(dian)流在(zai)(zai)內(nei)(nei)阻上(shang)產生(sheng)的(de)(de)(de)(de)壓(ya)(ya)降將(jiang)(jiang)會影響(xiang)開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)測量(liang)精度(du)(du)。而電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)內(nei)(nei)阻的(de)(de)(de)(de)離散性很大(da)(da)，且隨著電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)老(lao)化(hua)這(zhe)種離散性將(jiang)(jiang)變得更大(da)(da)，因(yin)此要補償(chang)該壓(ya)(ya)降帶來的(de)(de)(de)(de)誤差將(jiang)(jiang)十分困難。綜上(shang)所述，通過開路(lu)電(dian)(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)來實(shi)時估算(suan)電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)剩(sheng)(sheng)余容(rong)量(liang)的(de)(de)(de)(de)方(fang)法(fa)(fa)在(zai)(zai)實(shi)際(ji)應用(yong)中(zhong)無法(fa)(fa)達到(dao)足夠的(de)(de)(de)(de)精度(du)(du)，只(zhi)能提供一個大(da)(da)致的(de)(de)(de)(de)參考值。
另(ling)一種大量應用(yong)的(de)方法是通過測量流(liu)(liu)(liu)(liu)入(ru)(ru)/流(liu)(liu)(liu)(liu)出電(dian)(dian)池的(de)凈電(dian)(dian)荷來(lai)估算電(dian)(dian)池剩(sheng)余容(rong)量。這種方法對流(liu)(liu)(liu)(liu)入(ru)(ru)/流(liu)(liu)(liu)(liu)出電(dian)(dian)池的(de)總(zong)電(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)(liu)進(jin)行積(ji)分，得到的(de)凈電(dian)(dian)荷數即為剩(sheng)余容(rong)量。電(dian)(dian)池容(rong)量可(ke)以預置，也可(ke)在后續的(de)完整充電(dian)(dian)周期中進(jin)行學(xue)習。在補償電(dian)(dian)池自放(fang)電(dian)(dian)、不同溫度(du)下(xia)的(de)容(rong)量變(bian)化(hua)等因素(su)后，這種方法可(ke)以獲得令人滿意的(de)精度(du)，因此廣泛運用(yong)于筆記本電(dian)(dian)腦等高端應用(yong)中。
電(dian)(dian)池電(dian)(dian)量計工(gong)作(zuo)原(yuan)理
電池電量計對流入(ru)/流出電池的總電流持續進(jin)行積分，并(bing)將積分得到的凈(jing)電荷數作(zuo)為剩余容量。
電池(chi)電量
簡化的電池電量計如圖1所示。其中，RSNS為mΩ級檢流電阻，RL為負載電阻。電池通過開關、RSNS對RL放電時的電流IO在RSNS兩端產生的壓降為VS(t)=IO(t)×RSNS。電量計持續檢測RSNS兩端的壓差VS，并將其通過ADC轉換為N位的數字量Current(簡稱CR)，之后以時基確定的速率進行累加，M位累加結果Accumulated_Current(簡稱ACR)的單位為Vh(伏時)。對量化后的VS進行累加相當于對其進行積分，結果為。
因此，將ACR值(zhi)除以(yi)檢流(liu)電(dian)(dian)阻(zu)RSNS的(de)(de)阻(zu)值(zhi)即得到以(yi)Ah(安時)為(wei)單位(wei)的(de)(de)電(dian)(dian)池容量。ADC轉換結果(guo)和(he)累(lei)加(jia)后(hou)的(de)(de)結果(guo)都帶有符號位(wei)，按照圖1中的(de)(de)連接方式(shi)，充電(dian)(dian)時CR為(wei)正，ACR遞增；放(fang)電(dian)(dian)時CR為(wei)負，ACR遞減。外部微(wei)控制器可以(yi)讀取CR和(he)ACR值(zhi)，經過換算(suan)得到真實(shi)的(de)(de)充放(fang)電(dian)(dian)電(dian)(dian)流(liu)和(he)電(dian)(dian)量值(zhi)。
實(shi)際的電(dian)(dian)(dian)量計還(huan)(huan)包(bao)括一(yi)些控制和(he)接口邏輯，通常還(huan)(huan)能(neng)檢測電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)壓和(he)溫度(du)等參數。一(yi)些智(zhi)能(neng)電(dian)(dian)(dian)量計可(ke)(ke)以自動完成電(dian)(dian)(dian)池(chi)自放電(dian)(dian)(dian)的修正，還(huan)(huan)可(ke)(ke)保存電(dian)(dian)(dian)池(chi)特性(xing)曲線，允許(xu)用戶定制電(dian)(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)(dian)量計算法(fa)。
電(dian)池電(dian)量計的計算
通常，在(zai)電(dian)量計數據資(zi)料中CR的(de)單(dan)位為(wei)mV，ACR的(de)單(dan)位為(wei)mVh。
根據前文(wen)的(de)說(shuo)明，CR值為取樣電(dian)阻兩端的(de)電(dian)壓值，典型的(de)12bit CR如表2所示。
其(qi)中(zhong)，S為符(fu)號位，20為LSB。如果CR的滿偏值為F，則其(qi)LSB的計算(suan)公式如下：
（1）
若CR的讀數(shu)為(wei)M，取(qu)樣電阻為(wei)值RSNS，則實際的電流(liu)值為(wei)：
（2）
電流方向由S位確定。若滿偏值F為±64mV，則LSB為±15.625μV；RSNS為10mΩ時最大電流為±
。
ACR為取樣電阻兩端電壓的(de)累積值，典型(xing)的(de)16bit ACR如表3所示。
其中，S為(wei)符號(hao)位，20為(wei)LSB。如果ACR的(de)滿(man)偏值為(wei)F，則LSB的(de)計算公式(shi)如下：
（3）
凈電(dian)荷量(liang)由S位確定。若滿(man)偏值F為(wei)±204.84mVh，則LSB為(wei)±6.25μVh；RSNS為(wei)10mΩ時最大電(dian)量(liang)為(wei)±20.48Ah。若M為(wei)7680，則實際電(dian)量(liang)為(wei)。
結語
本文在介紹了電池電量計的原理之后，給出了一些簡單的計算公式。設計者可以方便的從電量計讀數中計算出真實電量，從而加快設計過程。