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。這幾種電池的特性如表1所示。
鉛(qian)酸(suan)蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)容量大(da)(da)，內阻低(一般400Ah的2V蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)內阻大(da)(da)約為(wei)0.5mΩ)，可(ke)(ke)進(jin)行(xing)大(da)(da)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)放電(dian)(dian)(dian)(dian)，但(dan)是(shi)笨重(zhong)且(qie)體(ti)積龐(pang)大(da)(da)、不便于攜帶(dai)，常用在(zai)汽(qi)車和工業(ye)場(chang)合(he)。其電(dian)(dian)(dian)(dian)極(ji)材(cai)料含鉛(qian)，可(ke)(ke)對(dui)環境造成(cheng)極(ji)大(da)(da)污染。鉛(qian)酸(suan)蓄電(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)對(dui)充電(dian)(dian)(dian)(dian)控制的要求不高，可(ke)(ke)以進(jin)行(xing)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(zai)多數便攜應用中，都需要(yao)隨時(shi)了(le)解電(dian)池剩余容(rong)量以估算電(dian)池使用時(shi)間。
圖1 簡化的電池電量計框圖
最(zui)早應(ying)用的(de)(de)(de)方法(fa)是(shi)通(tong)過(guo)監視(shi)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)開(kai)(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)來獲得(de)剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)。這(zhe)(zhe)是(shi)因為電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)和剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)之(zhi)間(jian)(jian)有一個確定的(de)(de)(de)關系(xi)，測量(liang)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)端(duan)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)即(ji)可(ke)估算其剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)。這(zhe)(zhe)種方法(fa)的(de)(de)(de)局限(xian)是(shi)：1）對于不(bu)同廠商(shang)生產的(de)(de)(de)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)，其開(kai)(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)與容(rong)量(liang)之(zhi)間(jian)(jian)的(de)(de)(de)關系(xi)各不(bu)相(xiang)同。2）只有通(tong)過(guo)測量(liang)電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)空(kong)載時(shi)的(de)(de)(de)開(kai)(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)才(cai)能獲得(de)相(xiang)對準確的(de)(de)(de)結果，但是(shi)大(da)多數應(ying)用都需要在(zai)運行中了(le)解電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的(de)(de)(de)剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)，此時(shi)負載電(dian)(dian)(dian)流在(zai)內(nei)(nei)阻上(shang)產生的(de)(de)(de)壓(ya)(ya)(ya)降將會影響(xiang)開(kai)(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)測量(liang)精(jing)度(du)(du)。而電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)內(nei)(nei)阻的(de)(de)(de)離(li)散(san)性很大(da)，且隨著電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)老化這(zhe)(zhe)種離(li)散(san)性將變得(de)更(geng)大(da)，因此要補償該壓(ya)(ya)(ya)降帶(dai)來的(de)(de)(de)誤差將十分困(kun)難(nan)。綜上(shang)所(suo)述，通(tong)過(guo)開(kai)(kai)路(lu)電(dian)(dian)(dian)壓(ya)(ya)(ya)來實時(shi)估算電(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)剩余(yu)(yu)容(rong)量(liang)的(de)(de)(de)方法(fa)在(zai)實際應(ying)用中無法(fa)達到足夠的(de)(de)(de)精(jing)度(du)(du)，只能提(ti)供(gong)一個大(da)致的(de)(de)(de)參考(kao)值。
另(ling)一(yi)種(zhong)大量(liang)應用的方法(fa)(fa)是(shi)通過測量(liang)流(liu)(liu)(liu)入/流(liu)(liu)(liu)出電(dian)(dian)(dian)池(chi)的凈(jing)電(dian)(dian)(dian)荷(he)來估(gu)算電(dian)(dian)(dian)池(chi)剩余容(rong)量(liang)。這種(zhong)方法(fa)(fa)對(dui)流(liu)(liu)(liu)入/流(liu)(liu)(liu)出電(dian)(dian)(dian)池(chi)的總電(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)(liu)進行(xing)積分(fen)，得到的凈(jing)電(dian)(dian)(dian)荷(he)數即為剩余容(rong)量(liang)。電(dian)(dian)(dian)池(chi)容(rong)量(liang)可以預(yu)置，也可在后續的完(wan)整(zheng)充電(dian)(dian)(dian)周(zhou)期(qi)中進行(xing)學習。在補償(chang)電(dian)(dian)(dian)池(chi)自放電(dian)(dian)(dian)、不同溫(wen)度(du)下的容(rong)量(liang)變化等因(yin)素后，這種(zhong)方法(fa)(fa)可以獲(huo)得令人滿意的精度(du)，因(yin)此廣(guang)泛運用于(yu)筆記本電(dian)(dian)(dian)腦等高端應用中。
電池電量計工作(zuo)原(yuan)理
電(dian)池電(dian)量(liang)計對流(liu)(liu)入/流(liu)(liu)出電(dian)池的(de)總電(dian)流(liu)(liu)持(chi)續進行積分，并將積分得到的(de)凈電(dian)荷數作為剩余(yu)容(rong)量(liang)。
電(dian)池(chi)電(dian)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(ci)，將ACR值(zhi)除以(yi)檢流電(dian)阻RSNS的阻值(zhi)即得到以(yi)Ah(安時)為(wei)單位的電(dian)池(chi)容量(liang)(liang)。ADC轉(zhuan)換結果和(he)累加后的結果都帶有符號(hao)位，按照圖1中的連接方式，充(chong)電(dian)時CR為(wei)正(zheng)，ACR遞增；放電(dian)時CR為(wei)負，ACR遞減。外部微(wei)控制器可(ke)以(yi)讀(du)取CR和(he)ACR值(zhi)，經過換算得到真實的充(chong)放電(dian)電(dian)流和(he)電(dian)量(liang)(liang)值(zhi)。
實際(ji)的(de)電量計(ji)還包括一些(xie)控制(zhi)和接口(kou)邏輯(ji)，通常(chang)還能檢(jian)測電池(chi)電壓和溫度(du)等參數。一些(xie)智(zhi)能電量計(ji)可(ke)以自動完(wan)成(cheng)電池(chi)自放電的(de)修正，還可(ke)保存電池(chi)特性曲線，允許用戶定制(zhi)電池(chi)電量計(ji)算法。
電(dian)池電(dian)量計的計算
通常，在電量計數據資料中(zhong)CR的單(dan)位為mV，ACR的單(dan)位為mVh。
根據前文的說明(ming)，CR值為取樣電阻兩端的電壓值，典型的12bit CR如表(biao)2所(suo)示。
其(qi)中，S為符號(hao)位，20為LSB。如(ru)果(guo)CR的(de)滿偏值為F，則其(qi)LSB的(de)計算公式如(ru)下(xia)：
（1）
若CR的讀數為(wei)M，取樣(yang)電阻為(wei)值RSNS，則(ze)實際的電流值為(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(wei)取樣電阻兩(liang)端電壓的累積值，典型的16bit ACR如表3所(suo)示。
其(qi)中，S為符號位，20為LSB。如果ACR的滿偏值為F，則LSB的計(ji)算公式(shi)如下：
（3）
凈電(dian)荷量(liang)由S位確定。若滿偏值F為(wei)±204.84mVh，則LSB為(wei)±6.25μVh；RSNS為(wei)10mΩ時最(zui)大(da)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。