電池是便攜式電子設備的唯一電力來(lái)源

 

無(wú)論是使用智能手機、健身追蹤器、運動(dòng)相機、室外導航設備、相機還是手持式收發(fā)器，都會(huì )遇到意想不到的低電量警告。大多數情況下，這類(lèi)警告信息只會(huì )帶來(lái)不便，但對于安全和應急設備來(lái)說(shuō)，可能會(huì )造成嚴重的后果。

 

通過(guò)電量計確定電池充電狀態(tài)

 

由于電池材料、化學(xué)成分和環(huán)境溫度都會(huì )發(fā)生變化，因此只通過(guò)電量計檢測電池電壓所得到的結果并不可靠。此外，電池阻抗也會(huì )隨著(zhù)充電狀態(tài)和電池老化程度而變化，實(shí)現精確測量更是難上加難。

 

每種電池的化學(xué)特性都會(huì )產(chǎn)生一種獨特的放電特征，有些比較適合表示基于電壓的充電狀態(tài)，而有些電壓和負載電流放電曲線(xiàn)幾乎是一條直線(xiàn)，使得電量計只能顯示100%或一條平坦的曲線(xiàn)。所以需要引入另一種能夠測量電池充放電電流的方法，即所謂的庫侖計法來(lái)確定充電狀態(tài)。這種方法考慮到了電池老化和自放電特性。

 

充電狀態(tài)的重要性

 

隨著(zhù)消費者對技術(shù)的日益了解，能否精確地指示電池充電狀態(tài)成為了衡量手持消費電子設備的關(guān)鍵指標。為了準確地預測電池充電狀態(tài)，許多制造商會(huì )根據特定的應用和用例來(lái)定制電池，導致產(chǎn)品延遲上市，有些情況下還需向第三方供應商發(fā)貨。然而，國家對于鋰離子等電池的運輸監管法規越來(lái)越嚴格，對運輸方式和剩余電量均有明確的規定。

 

除了電池運輸法規外，為了便于日常使用和儲存，還需要在設計中加入其他監測電子設備，以使相對易揮發(fā)的電池（許多電池能夠提供數百安培的電流）能在安全的參數范圍內運行。售后電池供應商為了節省成本往往會(huì )忽略電池安全問(wèn)題，因此需要設備制造商在其電池和終端產(chǎn)品設計中增加電池加密認證技術(shù)，以免出現安全問(wèn)題。

 

測量充電狀態(tài)所面臨的挑戰

 

如上所述，能夠準確測量電池充電狀態(tài)并將其顯示在電量計上，不僅需要考慮運行期間的功耗，還需考慮待機期間的功耗。在運輸和倉儲過(guò)程中，還需要考慮設備放在櫥柜中或“箱子里”時(shí)所產(chǎn)生的靜態(tài)電流。電量計本身也會(huì )消耗能量，因此，在計算電池可攜帶多少電量，以及消費者收到電池后是否有足夠的電量來(lái)工作時(shí)，需要考慮到這一點(diǎn)。

 

作為消費者，我們喜歡產(chǎn)品在收到后無(wú)需充電即能工作。而為了保持電量計指示準確，相關(guān)電路必須始終處于接通狀態(tài)。在消費者使用產(chǎn)品之前關(guān)閉電量計，會(huì )造成充電狀態(tài)指示不夠準確。請注意，為確保運輸和倉儲期間的安全，如果溫度過(guò)高或部件故障導致出現短路情況，請謹慎啟用蓄電池保護功能（溫度、電流和電壓監測）。

 

精確的充電狀態(tài)測量解決方案

 

Maxim Integrated MAX1730x低功耗系列就是一個(gè)很好的示例，它在3mm×3mm的封裝中集成了電量計、保護和認證功能。MAX17301用于測量鋰離子電池或鋰聚合物電池的充電狀態(tài)，當激活輸出FET時(shí)，具有24µA的超低靜態(tài)電流，休眠期間更是低至18µA；禁用FET時(shí)，電流可降至0.1µA。此IC提供了一系列全面的電池健康狀態(tài)和安全保護功能，包括過(guò)壓（取決于溫度）、過(guò)充電流、電池欠/過(guò)溫、欠壓和過(guò)放電/短路。MAX1730x還具有用于與主微控制器通信的單線(xiàn)/I2C接口，以便讀取MAX1730x的數據和控制寄存器（圖1）。

 

圖1：Maxim Integrated MAX1730x方框圖（來(lái)源：Maxim Integrated）

 

電池健康狀態(tài)和保護要求由電壓、電流和溫度決定。Maxim的ModelGauge m5算法可用于計算電池的充電狀態(tài)，既具有庫侖計出色的短期高精度、高線(xiàn)性度特性，又具有電池開(kāi)路電壓測量出色的長(cháng)期穩定性。此溫度補償算法的附加輸入可產(chǎn)生精確的充電狀態(tài)讀數（圖2）。該算法計算的是電池的開(kāi)路電壓，包括帶載情況。

 

圖2：使用ModelGauge m5算法計算Maxim MAX1730x的校正充電狀態(tài)（來(lái)源：Maxim Integrated）

 

MAX1730x通過(guò)電池老化特性和放電率來(lái)補償電量計讀數。它提供了各種工作條件下的充電狀態(tài)百分比或毫安時(shí) (mAh) 讀數。該算法還可提供滿(mǎn)充時(shí)間和老化預測功能，以預測電池何時(shí)開(kāi)始因老化和使用而導致容量下降。數據記錄功能使用非易失性存儲器記錄電池壽命周期內的多達13個(gè)參數，包括自首次通電以來(lái)的時(shí)間。

 

圖3：詳細說(shuō)明Maxim Integrated ModelGauge m5算法的原理圖表（來(lái)源：Maxim Integrated）

 

結論

 

能夠在電量計中準確顯示電池的充電狀態(tài)，而無(wú)需對蓄電池進(jìn)行耗時(shí)的特性描述，是衡量一個(gè)產(chǎn)品是否成功的關(guān)鍵。Maxim采用ModelGauge m5算法的電量計IC MAX1730x不僅實(shí)現了這一功能，而且通過(guò)結合保護和認證功能，節省了寶貴的電路板空間和材料清單 (BOM)。

本文轉載自貿澤電子。

 

 

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