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適用于單節或兩節電池供電的便攜式應用的完整電池組設計
文章來(lái)源: 更新時(shí)間:2011/10/6 22:55:00
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引言 

盡管電壓測量已經(jīng)單獨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 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(zhù)對長(cháng)運行時(shí)間產(chǎn)品的需求不斷增長(cháng),系統設計人員需要一款更為精確的解決方案。在一個(gè)寬范圍的應用功率級中, 使用電池電量監測計 IC 來(lái)測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。 

電池電量監測計原理 

電池電量監測計就是一種自動(dòng)監控電池電量的 IC,其向做出系統電源管理決定的處理器報告監控情況。一個(gè)不錯的電池電量監測計至少需要一些測量電池電壓、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)驗證的電池電量監測計算法。 

bq2650x 和 bq27x00 均為完整的電池電量監測計,其擁有一個(gè)用于電壓和溫度測量的模數轉換器 (ADC) 以及一個(gè)電流和充電感應 ADC。這些電池電量監測計還擁有一顆運行 TI 電池電量監測計算法的內部微處理器。這些算法將對鋰離子 (Li-ion) 電池的自放電、老化、溫度和放電率進(jìn)行補償。該微處理器可以使主機系統處理器不用進(jìn)行沒(méi)完沒(méi)了的計算。 

電池電量監測計提供了諸如“電量剩余狀態(tài)”等信息,同時(shí) bq27x00 系統還提供了“剩余運行時(shí)間”信息。主機在任何時(shí)候都可以詢(xún)問(wèn)到這種信息,并由主機來(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。由于系統處理器只需要一個(gè) 12C 或一個(gè) HDQ 通信驅動(dòng),因此使用電池電量監測計非常簡(jiǎn)單。 

電池組電路描述 

圖1 描述了電池組中的應用電路。根據所使用電池電量監測計 IC 的不同,電池組將至少具有三到四個(gè)可用外部終端。 

圖1:典型的應用電路。
圖1:典型的應用電路。

VCC 和 BAT 引腳將接入電池電壓,用于 IC 功率和電池電壓的測量。一只低阻值感應電阻被安裝在電池的接地端,以使感應電阻兩端的電壓能夠被電池電量監測計的高阻抗 SRP 和 SRN 輸入監控到。流經(jīng)感應電阻的電流有助于我們確定電池的已充電量或已放電量。在選擇感應電阻值時(shí),設計人員必須考慮到其兩端的電壓不應該超過(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 到感應電阻的連接盡可能地靠近感應電阻的各個(gè)端點(diǎn);即 Kelvin 連接測量。 

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。這種電阻應該位于主機側或主應用側上,以使電池電量監測計的睡眠功能在電池組與便攜式設備的連接斷開(kāi)后能夠被激活。推薦上拉電阻器值為 10 kΩ。

電池組驗證 

便攜式設備的可充電電池必須在設備壽命結束之前得到更換。這就給那些提供便宜的替代電池的廠(chǎng)商打開(kāi)了一個(gè)巨大的市場(chǎng),而這些電池可能并沒(méi)有原始設備制造商要求的安全和保護電路。 

因此,除了電池電量監測計功能以外,電池組可能還包括驗證特性(請參見(jiàn)圖2)。主機將驗證包含計算循環(huán)冗余碼校驗 (CRC) IC(TI的bq26150)的電池組。這種 CRC 基于這種身份驗證以及在 IC 中秘密定義的 CRC 多項式之上。主機還對 CRC 進(jìn)行計算,并對各種值進(jìn)行比對,以確定是否成功獲得了驗證。如果沒(méi)有,那么主機將決定是再進(jìn)行一次驗證還是不允許該電池的系統供電。 

一旦電池通過(guò)驗證,那么 bq26150 將接收到一個(gè)命令,以確保所有通過(guò)數據線(xiàn)的通信在主機和電池電量監測計之間得到傳輸。 

圖2:具有 bq27000 和驗證 IC 的電路。
圖2:具有 bq27000 和驗證 IC 的電路。

就此來(lái)看,主機可以繼續利用電池電量監測計的功能。在斷開(kāi)電池以及重新連接至電池時(shí),都必須重復進(jìn)行整個(gè)驗證過(guò)程。 

兩節電池應用 

圖 3 顯示了具有 bq26500 的支持兩節鋰離子電池的典型應用電路。一個(gè)可調電壓調節器被添加至系統中,以實(shí)現多電池支持。電池電量監測計的 BAT 引腳被連接至底部電池的正極,以實(shí)現電池組的調節電壓測量。 

圖3:具有 bq26500 的兩節電池應用。
圖3:具有 bq26500 的兩節電池應用。

主機需要對電池電量監測計測得的電池組調節電壓進(jìn)行解釋?zhuān)源_定放電結束閾值和充電終止時(shí)間。我們可以按照電池電量監測計報告的那樣利用“電量剩余狀態(tài)”等信息。 

結論 

bq2650x 和 bq27x00 為電池廠(chǎng)商提供了一種簡(jiǎn)單的電池電量報告替代方法。只需通過(guò)從電池電量監測計的寄存器中讀取數據,主機便可以獲得剩余電量值,然后將這一結果顯示給最終用戶(hù)。利用電池電量監測計,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,因為電量估計將會(huì )比僅對電池電壓進(jìn)行測量所獲得的數據更加準確。電池電量監測計可以用于各種結構中,其擁有驗證特性,并允許在許多兩節電池供電的應用中使用。

 
 
 
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