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
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)100mV。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10kΩ。
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
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
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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