充電電池電量計原理及計算方法

2022-05-23 00:48:04 字數 2375 閱讀 1963

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,並且需要精確的充放電控制,以防止電池損壞並達到最佳使用效能。鋰離子電池廣泛使用在各種便攜電子產品中,包括手機、膝上型電腦、***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於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

充電電池已經成為當今電子產品的一種標準電源,特別是便攜裝置:膝上型電腦、掌上導航儀、手機等。這些產品需要消耗的功率越來越大,而可充電電池容量的增長速度遠遠不能滿足它們的需求。

功耗增長的主要原因是裝置功能的增強,例如:數位相機與手機的功能整合,膝上型電腦更高的運算速度以及大尺寸螢幕的需求等等。便攜裝置功耗的增大使得用可充電電池要比標準電池更便宜、更環保。

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容量估算方法

在多數便攜應用中,都需要隨時了解電池剩餘容量以估算電池使用時間。

圖1 簡化的電池電量計框圖

最早應用的方法是通過監視電池開路電壓來獲得剩餘容量。這是因為電池端電壓和剩餘容量之間有乙個確定的關係,測量電池端電壓即可估算其剩餘容量。這種方法的侷限是:

1)對於不同廠商生產的電池,其開路電壓與容量之間的關係各不相同。2)只有通過測量電池空載時的開路電壓才能獲得相對準確的結果,但是大多數應用都需要在執行中了解電池的剩餘容量,此時負載電流在內阻上產生的壓降將會影響開路電壓測量精度。而電池內阻的離散性很大,且隨著電池老化這種離散性將變得更大,因此要補償該壓降帶來的誤差將十分困難。

綜上所述,通過開路電壓來實時估算電池剩餘容量的方法在實際應用中無法達到足夠的精度,只能提供乙個大致的參考值。

另一種大量應用的方法是通過測量流入/流出電池的淨電荷來估算電池剩餘容量。這種方法對流入/流出電池的總電流進行積分,得到的淨電荷數即為剩餘容量。電池容量可以預置,也可在後續的完整充電週期中進行學習。

在補償電池自放電、不同溫度下的容量變化等因素後,這種方法可以獲得令人滿意的精度,因此廣泛運用於膝上型電腦等高階應用中。

電池電量計工作原理

電池電量計對流入/流出電池的總電流持續進行積分,並將積分得到的淨電荷數作為剩餘容量。

簡化的電池電量計如圖1所示。其中,rsns為mω級檢流電阻

電阻,物質對電流的阻礙作用就叫該物質的電阻。電阻小的物質稱為電導體,簡稱導體。電阻大的物質稱為電絕緣體,簡稱絕緣體。[全文]

,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,並將其通過adc轉換為n位的數字量current(簡稱cr),之後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)。

對量化後的vs進行累加相當於對其進行積分,結果為:

電池電量

因此,將acr值除以檢流電阻rsns的阻值即得到以ah(安時)為單位的電池容量。adc轉換結果和累加後的結果都帶有符號位,按照圖1中的連線方式,充電時cr為正,acr遞增;放電時cr為負,acr遞減。外部微控制器

乙個微控制器,(也稱作微處理器或mcu)就是乙個小型的計算機,它由一系列簡單的電路和一些支援cpu作用的簡單模組組成,如晶體振盪器,定時器,看門狗,序列和模擬i / o口等等。晶元裡包括非閃爍儲存器和otp rom 用來儲存程式,以及乙個很小的讀寫程式。[全文]

可以讀取cr和acr值,經過換算得到真實的充放電電流和電量值。

實際的電量計還包括一些控制和介面邏輯,通常還能檢測電池電壓和溫度等引數。一些智慧型電量計可以自動完成電池自放電的修正,還可儲存電池特性曲線,允許使用者定製電池電量計算法。

電池電量計的計算

通常,在電量計資料資料中cr的單位為mv,acr的單位為mvh。

根據前文的說明,cr值為取樣電阻兩端的電壓值,典型的12bit cr如表2所示。

其中,s為符號位,20為lsb。如果cr的滿偏值為f,則其lsb的計算公式如下:

(1)若cr的讀數為m,取樣電阻為值rsns,則實際的電流值為:

(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±*a。若m為768,則實際電流為:

acr為取樣電阻兩端電壓的累積值,典型的16bit acr如表3所示。

其中,s為符號位,20為lsb。如果acr的滿偏值為f,則lsb的計算公式如下:

(3)淨電荷量由s位確定。若滿偏值f為±204.84mvh,則lsb為±6.25μvh;rsns為10mω時最大電量為±20.48ah。若m為7680,則實際電量為:

結語本文在介紹了電池電量計的原理之後,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。

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