【導(dǎo)讀】隨著對(duì)長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要一款更為精確的監(jiān)測(cè)電量的解決方案。電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)便是自動(dòng)監(jiān)控電池電量的IC，它可以用于各種結(jié)構(gòu)中，其擁有驗(yàn)證特性，并允許在許多兩節(jié)電池供電的應(yīng)用中使用。
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盡管電壓測(cè)量已經(jīng)單獨(dú)被用于許多便攜式產(chǎn)品估算電池的剩余電量，但是這種方法可能存在高達(dá) 50% 的誤差。電池電壓和電量之間的關(guān)系會(huì)隨放電率、溫度和電池老化程度而有所不同。例如，相比相同電量損耗的低放電率，高放電率會(huì)帶來(lái)更大的壓降。當(dāng)電池在不同溫度下放電時(shí)，我們會(huì)注意到一些類(lèi)似的特征。
隨著對(duì)長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間產(chǎn)品的需求不斷增長(zhǎng)，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員需要一款更為精確的解決方案。在一個(gè)寬范圍的應(yīng)用功率級(jí)中，使用電池電量監(jiān)測(cè)計(jì) IC 來(lái)測(cè)量流入或流出電池的電荷，將得到一種更好的電池電量估算方法。
電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)原理
電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)就是一種自動(dòng)監(jiān)控電池電量的 IC，其向做出系統(tǒng)電源管理決定的處理器報(bào)告監(jiān)控情況。一個(gè)不錯(cuò)的電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)至少需要一些測(cè)量電池電壓、電池組溫度和電流的方法、一顆微處理器、以及一種業(yè)經(jīng)驗(yàn)證的電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)算法。
bq2650x 和 bq27x00 均為完整的電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)，其擁有一個(gè)用于電壓和溫度測(cè)量的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 以及一個(gè)電流和充電感應(yīng) ADC。這些電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)還擁有一顆運(yùn)行 TI 電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)算法的內(nèi)部微處理器。這些算法將對(duì)鋰離子 (Li-ion) 電池的自放電、老化、溫度和放電率進(jìn)行補(bǔ)償。該微處理器可以使主機(jī)系統(tǒng)處理器不用進(jìn)行沒(méi)完沒(méi)了的計(jì)算。
電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)提供了諸如“電量剩余狀態(tài)”等信息，同時(shí) bq27x00 系統(tǒng)還提供了“剩余運(yùn)行時(shí)間”信息。主機(jī)在任何時(shí)候都可以詢(xún)問(wèn)到這種信息，并由主機(jī)來(lái)決定是通過(guò) LED 還是通過(guò)屏幕顯示消息來(lái)通知最終用戶(hù)有關(guān)電池的信息。由于系統(tǒng)處理器只需要一個(gè) 12C 或一個(gè) HDQ 通信驅(qū)動(dòng)，因此使用電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)非常簡(jiǎn)單。
電池組電路描述
圖1為電池組中的應(yīng)用電路。根據(jù)所使用電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)IC的不同，電池組至少具有三到四個(gè)可用外部終端。
圖1：典型的應(yīng)用電路
VCC 和 BAT 引腳將接入電池電壓，用于 IC 功率和電池電壓的測(cè)量。一只低阻值感應(yīng)電阻被安裝在電池的接地端，以使感應(yīng)電阻兩端的電壓能夠被電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的高阻抗 SRP 和 SRN 輸入監(jiān)控到。流經(jīng)感應(yīng)電阻的電流有助于我們確定電池的已充電量或已放電量。在選擇感應(yīng)電阻值時(shí)，設(shè)計(jì)人員必須考慮到其兩端的電壓不應(yīng)該超過(guò) 100 mV。太小的電阻值在低電流條件下可能會(huì)帶來(lái)誤差。電路板布局必須確保 SRP 和 SRN 到感應(yīng)電阻的連接盡可能地靠近感應(yīng)電阻的各個(gè)端點(diǎn)；即 Kelvin 連接測(cè)量。
HDQ/SDA 和 SCL 引腳均為開(kāi)漏器件，二者都要求有一個(gè)外部上拉電阻。這種電阻應(yīng)該位于主機(jī)側(cè)或主應(yīng)用側(cè)上，以使電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的睡眠功能在電池組與便攜式設(shè)備的連接斷開(kāi)以后能夠被激活。推薦的上拉電阻器值為10kΩ。
電池組驗(yàn)證
便攜式設(shè)備的可充電電池必須在設(shè)備壽命結(jié)束之前得到更換。這就給那些提供便宜的替代電池的廠商打開(kāi)了一個(gè)巨大的市場(chǎng)，而這些電池可能并沒(méi)有原始設(shè)備制造商要求的安全和保護(hù)電路。
因此，除了電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)功能以外，電池組可能還包括驗(yàn)證特性（請(qǐng)參見(jiàn)圖 2）。主機(jī)將驗(yàn)證包含計(jì)算循環(huán)冗余碼校驗(yàn) (CRC) IC（TI的bq26150）的電池組。這種 CRC 基于這種身份驗(yàn)證以及在 IC 中秘密定義的 CRC 多項(xiàng)式之上。主機(jī)還對(duì) CRC 進(jìn)行計(jì)算，并對(duì)各種值進(jìn)行比對(duì)，以確定是否成功獲得了驗(yàn)證。如果沒(méi)有，那么主機(jī)將決定是再進(jìn)行一次驗(yàn)證還是不允許該電池的系統(tǒng)供電。
一旦電池通過(guò)驗(yàn)證，那么 bq26150 將接收到一個(gè)命令，以確保所有通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)的通信在主機(jī)和電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)之間得到傳輸。
圖2：具有 bq27000 和驗(yàn)證 IC 的電路
就此來(lái)看，主機(jī)可以繼續(xù)利用電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的功能。在斷開(kāi)電池以及重新連接至電池時(shí)，都必須重復(fù)進(jìn)行整個(gè)驗(yàn)證過(guò)程。
兩節(jié)電池應(yīng)用
圖3 顯示了具有 bq26500 的支持兩節(jié)鋰離子電池的典型應(yīng)用電路。一個(gè)可調(diào)電壓調(diào)節(jié)器被添加至系統(tǒng)中，以實(shí)現(xiàn)多電池支持。電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的 BAT 引腳被連接至底部電池的正極，以實(shí)現(xiàn)電池組的調(diào)節(jié)電壓測(cè)量。
圖3：具有 bq26500 的兩節(jié)電池應(yīng)用
主機(jī)需要對(duì)電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)測(cè)得的電池組調(diào)節(jié)電壓進(jìn)行解釋?zhuān)源_定放電結(jié)束閾值和充電終止時(shí)間。我們可以按照電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)報(bào)告的那樣利用“電量剩余狀態(tài)”等信息。
結(jié)論
bq2650x 和 bq27x00 為電池廠商提供了一種簡(jiǎn)單的電池電量報(bào)告替代方法。只需通過(guò)從電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的寄存器中讀取數(shù)據(jù)，主機(jī)便可以獲得剩余電量值，然后將這一結(jié)果顯示給最終用戶(hù)。
利用電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)，最終用戶(hù)可以在剩余電量極少的情況下盡可能多地使用電池的所充電量，因?yàn)殡娏抗烙?jì)將會(huì)比僅對(duì)電池電壓進(jìn)行測(cè)量所獲得的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確。電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)可以用于各種結(jié)構(gòu)中，其擁有驗(yàn)證特性， 并允許在許多兩節(jié)電池供電的應(yīng)用中使用。
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