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(ji)種電池的(de)特(te)性(xing)如表1所示。
鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池容量(liang)大(da)，內阻(zu)低(一般400Ah的(de)2V蓄(xu)電(dian)池內阻(zu)大(da)約為0.5mΩ)，可(ke)進行大(da)電(dian)流放電(dian)，但是笨重且體積龐大(da)、不便于攜帶，常用在汽車和工業(ye)場合。其電(dian)極材料含鉛(qian)，可(ke)對(dui)環境造成(cheng)極大(da)污染。鉛(qian)酸(suan)蓄(xu)電(dian)池對(dui)充電(dian)控制(zhi)的(de)要求不高(gao)，可(ke)以(yi)進行浮充。
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(shu)便攜應(ying)用中，都需要隨時了解(jie)電池剩(sheng)余容量以估算電池使用時間。
圖1 簡化的電池電量計框圖
最早應用(yong)的(de)(de)(de)方法(fa)是(shi)(shi)通(tong)過(guo)監視(shi)電(dian)(dian)池開路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)來(lai)(lai)(lai)獲得(de)剩(sheng)余容(rong)量(liang)。這是(shi)(shi)因為電(dian)(dian)池端(duan)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)和剩(sheng)余容(rong)量(liang)之間有一(yi)個(ge)確(que)定的(de)(de)(de)關系(xi)，測量(liang)電(dian)(dian)池端(duan)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)即可估算其剩(sheng)余容(rong)量(liang)。這種方法(fa)的(de)(de)(de)局限是(shi)(shi)：1）對于(yu)不(bu)同廠(chang)商生(sheng)產的(de)(de)(de)電(dian)(dian)池，其開路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)與容(rong)量(liang)之間的(de)(de)(de)關系(xi)各(ge)不(bu)相同。2）只有通(tong)過(guo)測量(liang)電(dian)(dian)池空(kong)載時的(de)(de)(de)開路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)才能獲得(de)相對準確(que)的(de)(de)(de)結果，但(dan)是(shi)(shi)大多數應用(yong)都需要在運(yun)行(xing)中了解(jie)電(dian)(dian)池的(de)(de)(de)剩(sheng)余容(rong)量(liang)，此時負載電(dian)(dian)流在內阻上產生(sheng)的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)降(jiang)將(jiang)會(hui)影響開路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)測量(liang)精(jing)度。而電(dian)(dian)池內阻的(de)(de)(de)離散性(xing)很(hen)大，且隨著(zhu)電(dian)(dian)池老化這種離散性(xing)將(jiang)變得(de)更大，因此要補(bu)償(chang)該壓(ya)(ya)降(jiang)帶來(lai)(lai)(lai)的(de)(de)(de)誤(wu)差將(jiang)十分困難。綜上所述，通(tong)過(guo)開路(lu)電(dian)(dian)壓(ya)(ya)來(lai)(lai)(lai)實時估算電(dian)(dian)池剩(sheng)余容(rong)量(liang)的(de)(de)(de)方法(fa)在實際應用(yong)中無法(fa)達到(dao)足夠的(de)(de)(de)精(jing)度，只能提供(gong)一(yi)個(ge)大致的(de)(de)(de)參考值(zhi)。
另(ling)一種大(da)量應用(yong)(yong)的(de)(de)(de)方(fang)(fang)法(fa)是(shi)通過測量流(liu)入/流(liu)出(chu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)凈電(dian)(dian)荷(he)來估算電(dian)(dian)池(chi)(chi)剩(sheng)余容(rong)量。這種方(fang)(fang)法(fa)對流(liu)入/流(liu)出(chu)電(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)總電(dian)(dian)流(liu)進行(xing)積分，得(de)到的(de)(de)(de)凈電(dian)(dian)荷(he)數即為剩(sheng)余容(rong)量。電(dian)(dian)池(chi)(chi)容(rong)量可以預置，也可在(zai)(zai)后續的(de)(de)(de)完整充電(dian)(dian)周期中(zhong)進行(xing)學習(xi)。在(zai)(zai)補(bu)償電(dian)(dian)池(chi)(chi)自放電(dian)(dian)、不同溫(wen)度(du)(du)下的(de)(de)(de)容(rong)量變化等因(yin)素后，這種方(fang)(fang)法(fa)可以獲(huo)得(de)令人滿意的(de)(de)(de)精度(du)(du)，因(yin)此廣(guang)泛運用(yong)(yong)于筆記本電(dian)(dian)腦等高端應用(yong)(yong)中(zhong)。
電池電量(liang)計工作原理
電(dian)池(chi)電(dian)量計對流(liu)入/流(liu)出電(dian)池(chi)的(de)總電(dian)流(liu)持續進行積(ji)分，并將積(ji)分得到的(de)凈(jing)電(dian)荷數(shu)作為剩余容量。
電池電量(liang)
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值除以(yi)檢流電(dian)(dian)阻(zu)(zu)RSNS的(de)阻(zu)(zu)值即得到以(yi)Ah(安時)為(wei)單位的(de)電(dian)(dian)池容量。ADC轉換結果和累加(jia)后的(de)結果都帶有符號位，按照圖1中的(de)連(lian)接方式(shi)，充(chong)電(dian)(dian)時CR為(wei)正，ACR遞增；放電(dian)(dian)時CR為(wei)負(fu)，ACR遞減。外部(bu)微控制器可以(yi)讀(du)取(qu)CR和ACR值，經(jing)過換算得到真(zhen)實的(de)充(chong)放電(dian)(dian)電(dian)(dian)流和電(dian)(dian)量值。
實際的(de)(de)電(dian)量(liang)(liang)計(ji)還(huan)包括一(yi)些(xie)控制(zhi)和接口邏輯，通常還(huan)能檢(jian)測電(dian)池(chi)電(dian)壓和溫度等參數。一(yi)些(xie)智(zhi)能電(dian)量(liang)(liang)計(ji)可(ke)以自動(dong)完成電(dian)池(chi)自放電(dian)的(de)(de)修正，還(huan)可(ke)保存電(dian)池(chi)特性曲線，允許用戶定制(zhi)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)(liang)計(ji)算(suan)法(fa)。
電(dian)池(chi)電(dian)量計的計算
通常，在電量計數據資料中(zhong)CR的單位為mV，ACR的單位為mVh。
根(gen)據前文的(de)說(shuo)明，CR值(zhi)為取樣電阻兩端的(de)電壓值(zhi)，典(dian)型(xing)的(de)12bit CR如(ru)表2所示。
其中，S為符(fu)號位，20為LSB。如果CR的(de)滿偏值為F，則其LSB的(de)計(ji)算公(gong)式如下：
（1）
若CR的讀數為M，取樣電阻為值RSNS，則實際的電流(liu)值為：
（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累積值，典型的16bit ACR如表3所示(shi)。
其中，S為(wei)符號位，20為(wei)LSB。如(ru)果ACR的滿偏值(zhi)為(wei)F，則LSB的計算(suan)公(gong)式(shi)如(ru)下：
（3）
凈電(dian)荷(he)量由S位確定。若(ruo)滿偏值F為(wei)±204.84mVh，則LSB為(wei)±6.25μVh；RSNS為(wei)10mΩ時(shi)最(zui)大(da)電(dian)量為(wei)±20.48Ah。若(ruo)M為(wei)7680，則實際電(dian)量為(wei)。
結(jie)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。