使用充電器電池的電量計算原理介紹

發布日期 : 2018年04月11日00時00分00秒

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(te)性如表1所示(shi)。

鉛(qian)酸蓄電(dian)池容量大(da)(da)，內阻低(di)(一般400Ah的2V蓄電(dian)池內阻大(da)(da)約(yue)為0.5mΩ)，可(ke)(ke)(ke)進行大(da)(da)電(dian)流放電(dian)，但是(shi)笨重且(qie)體積龐(pang)大(da)(da)、不(bu)便于攜(xie)帶，常用在(zai)汽車(che)和工業場(chang)合。其(qi)電(dian)極材料(liao)含鉛(qian)，可(ke)(ke)(ke)對環境造(zao)成(cheng)極大(da)(da)污(wu)染。鉛(qian)酸蓄電(dian)池對充電(dian)控制的要(yao)求不(bu)高，可(ke)(ke)(ke)以進行浮(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(zai)多(duo)數便攜應用中，都需要(yao)隨時了解電(dian)池剩余(yu)容量以估(gu)算電(dian)池使(shi)用時間(jian)。

圖1 簡化的電池電量計框圖

最早應(ying)用(yong)的(de)方(fang)法是(shi)(shi)通過(guo)(guo)監視電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)開(kai)路(lu)(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)來獲(huo)得(de)剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)(liang)(liang)。這是(shi)(shi)因為電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)和剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)(liang)(liang)之間(jian)(jian)有一個(ge)確定的(de)關系(xi)，測(ce)量(liang)(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)即可估算(suan)其剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)(liang)(liang)。這種方(fang)法的(de)局限是(shi)(shi)：1）對于不同廠商(shang)生產(chan)的(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)，其開(kai)路(lu)(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)與容(rong)量(liang)(liang)(liang)之間(jian)(jian)的(de)關系(xi)各不相同。2）只有通過(guo)(guo)測(ce)量(liang)(liang)(liang)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)空載(zai)時(shi)的(de)開(kai)路(lu)(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)才能獲(huo)得(de)相對準確的(de)結果(guo)，但是(shi)(shi)大(da)多數應(ying)用(yong)都需要在運行中了解電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)的(de)剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)(liang)(liang)，此時(shi)負載(zai)電(dian)(dian)(dian)流在內阻上產(chan)生的(de)壓(ya)降將(jiang)會影(ying)響開(kai)路(lu)(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)測(ce)量(liang)(liang)(liang)精(jing)度。而電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)內阻的(de)離散(san)性(xing)很大(da)，且隨著(zhu)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)老化這種離散(san)性(xing)將(jiang)變得(de)更大(da)，因此要補償該壓(ya)降帶來的(de)誤差將(jiang)十分困難。綜上所述，通過(guo)(guo)開(kai)路(lu)(lu)(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)來實時(shi)估算(suan)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)(chi)(chi)(chi)剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)(liang)(liang)的(de)方(fang)法在實際應(ying)用(yong)中無法達到足夠的(de)精(jing)度，只能提供一個(ge)大(da)致(zhi)的(de)參(can)考值。

另(ling)一種大量(liang)(liang)應(ying)用的方法是(shi)通過(guo)測量(liang)(liang)流(liu)入/流(liu)出電(dian)(dian)池(chi)的凈電(dian)(dian)荷來估算電(dian)(dian)池(chi)剩(sheng)(sheng)余容量(liang)(liang)。這種方法對流(liu)入/流(liu)出電(dian)(dian)池(chi)的總電(dian)(dian)流(liu)進行積分(fen)，得到(dao)的凈電(dian)(dian)荷數即(ji)為剩(sheng)(sheng)余容量(liang)(liang)。電(dian)(dian)池(chi)容量(liang)(liang)可以預置，也可在(zai)后續的完整充電(dian)(dian)周期中進行學習。在(zai)補償電(dian)(dian)池(chi)自放電(dian)(dian)、不同(tong)溫度下的容量(liang)(liang)變化等因(yin)素(su)后，這種方法可以獲(huo)得令人滿意(yi)的精度，因(yin)此廣泛運用于筆記本電(dian)(dian)腦等高端(duan)應(ying)用中。

電(dian)池電(dian)量計工作原(yuan)理(li)

電(dian)池電(dian)量(liang)計對流入/流出電(dian)池的總電(dian)流持續進行積(ji)分，并將積(ji)分得到的凈(jing)電(dian)荷(he)數作為剩余容量(liang)。

電池電量

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)除以檢流(liu)電(dian)阻RSNS的(de)(de)阻值(zhi)即(ji)得到以Ah(安時(shi))為單位(wei)的(de)(de)電(dian)池容量(liang)。ADC轉換(huan)結(jie)果和(he)(he)累加后的(de)(de)結(jie)果都帶有符號(hao)位(wei)，按照(zhao)圖1中(zhong)的(de)(de)連接方式，充(chong)電(dian)時(shi)CR為正，ACR遞(di)增(zeng)；放電(dian)時(shi)CR為負，ACR遞(di)減(jian)。外部微控制(zhi)器可(ke)以讀取CR和(he)(he)ACR值(zhi)，經過換(huan)算(suan)得到真(zhen)實的(de)(de)充(chong)放電(dian)電(dian)流(liu)和(he)(he)電(dian)量(liang)值(zhi)。

實(shi)際的電(dian)(dian)量計還包括一些控(kong)制和(he)接口邏輯(ji)，通常還能檢測(ce)電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)壓和(he)溫度等(deng)參數。一些智能電(dian)(dian)量計可以自動完(wan)成電(dian)(dian)池(chi)自放電(dian)(dian)的修正，還可保存電(dian)(dian)池(chi)特性曲線，允許用戶定制電(dian)(dian)池(chi)電(dian)(dian)量計算法。