便攜式無線產(chǎn)品的電池燃料量測(cè)
本文探討鋰離子電池燃料表如何才能夠高精度和低成本兼得。電池燃料表的剩余電量顯示類型可以是低耗電的LED指示燈,也可以是較為高級(jí)的時(shí)鐘顯示方式,能夠告訴用戶電池還能工作多長(zhǎng)時(shí)間。
燃料量測(cè)計(jì)算：電壓方式與電流方式
燃料量測(cè)的精度取決于電池使用量和剩余蓄電量的計(jì)算方法：即采用電壓方式還是采用電流方式計(jì)算電量。
在基于電壓的燃料量測(cè)中,一塊含有比較器電路的芯片負(fù)責(zé)監(jiān)測(cè)原電池的電壓。隨著電池容量的下降,電壓也下降。通過測(cè)得的電壓降可計(jì)算出剩余的電池容量。
雖然利用電池電壓與容量之間的關(guān)系能夠得到一種廉價(jià)的燃料量測(cè)方法,但是不斷變化的溫度和放電率所產(chǎn)生的影響會(huì)使這種方法變得很不可靠,因此,利用電壓測(cè)量結(jié)果來作為電池容量的指示的出錯(cuò)率可能很高。
電壓量測(cè)方式的總誤差可通過對(duì)以下三個(gè)環(huán)境因素的偏差加以相應(yīng)補(bǔ)償?shù)姆椒ǖ玫?b>校正,這三個(gè)環(huán)境因素就是溫度﹑放電率和電壓電平。然而,這樣做需要增加額外的電路,成本也就隨之上升了。
人們更多采用的是基于電流的量測(cè),至少在原理上它得到了更為廣泛的應(yīng)用。該方法需要精密的模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路和一個(gè)低阻值的高精度感測(cè)電阻,以便在源自電池的電源通路上產(chǎn)生一個(gè)較小的壓降。
電流流入電池以及從電池流出時(shí)均由感測(cè)電阻進(jìn)行測(cè)量,測(cè)量結(jié)果按時(shí)間順序累積在存儲(chǔ)器中并被用來確定電池的剩余容量——事實(shí)上是以安培/小時(shí)的形式提供出電池剩余的供電總量。
盡管基于電流的量測(cè)一開始比基于電壓的方法復(fù)雜一些,但更高的精度卻是其固有特性。未經(jīng)校正的電流量測(cè)的受控試驗(yàn)表明其出錯(cuò)率約為10％,誤差源于上面提及的兩個(gè)環(huán)境因素：溫度和放電率。與電壓量測(cè)的誤差校正相比,在非常低的成本條件下,電流量測(cè)的誤差校正能夠?qū)崿F(xiàn)更高的精度。
為提高燃料表精度而進(jìn)行的設(shè)計(jì)
影響電池功率的參數(shù)因位置和應(yīng)用的不同而不同：而且每個(gè)原電池也不同。由于需要測(cè)量動(dòng)態(tài)的環(huán)境溫度和放電率,每個(gè)原電池還必須就應(yīng)用所期望的環(huán)境溫度范圍和電流消耗進(jìn)行特性化處理。
如圖1所示,電池容量隨溫度的上升而增加,因此,原電池電流耗用程度是在不同的溫度條件下確定的,而且確定的是有效和待機(jī)操作狀態(tài)下的電流耗用程度。然后,確定與溫度和放電率有關(guān)的“全點(diǎn)”(full points)和“空點(diǎn)”(empty points)。這些特征數(shù)據(jù)點(diǎn)隨后被保存在非易失性存儲(chǔ)器中(事實(shí)上,在電池組內(nèi)對(duì)原電池間的變動(dòng)進(jìn)行了平均處理)。
電流流入和流出電池組時(shí)被測(cè)量和累積,并與存入值相比較。處理器運(yùn)用一種相當(dāng)簡(jiǎn)單的軟件算法來計(jì)算剩余的電池容量(以百分比的形式給出)。
