充電電池電量計(jì)原理及計(jì)算方法

作者：時(shí)間：2010-08-08 來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

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　目前大量應(yīng)用的充電電池包括鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子/鋰聚合物電池。這幾種電池的特性如表1所示。

　　鉛酸蓄電池容量大，內(nèi)阻低(一般400Ah的2V蓄電池內(nèi)阻大約為0.5mΩ)，可進(jìn)行大電流放電，但是笨重且體積龐大、不便于攜帶，常用在汽車(chē)和工業(yè)場(chǎng)合。其電極材料含鉛，可對(duì)環(huán)境造成極大污染。鉛酸蓄電池對(duì)充電控制的要求不高，可以進(jìn)行浮充。

本文引用地址：http://butianyuan.cn/article/195352.htm

　　鎳鎘電池容量較大，內(nèi)阻低、放電電壓平穩(wěn)，適合作為直流電源。與其他種類(lèi)的電池相比，鎳鎘電池耐過(guò)充電和過(guò)放電，操作簡(jiǎn)單方便，但是具有記憶效應(yīng)，應(yīng)盡量在完全放電之后進(jìn)行充電。電極材料含有劇毒重金屬鎘，隨著環(huán)保要求的提高，其市場(chǎng)份額越來(lái)越小。

電池電量計(jì)的原理與計(jì)算

　　鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的，采用金屬化氫替代有毒的鎘，在大部分場(chǎng)合可以替代鎳鎘電池。其容量約為鎳鎘電池的1.5～2倍，且沒(méi)有記憶效應(yīng)。相對(duì)于鎳氫電池，它對(duì)充電控制的要求較高，目前大量使用在一些便攜電子產(chǎn)品中。

　　鋰離子電池是目前最常見(jiàn)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(nèi)阻較大，不能進(jìn)行大電流充放電，并且需要精確的充放電控制，以防止電池?fù)p壞并達(dá)到最佳使用性能。鋰離子電池廣泛使用在各種便攜電子產(chǎn)品中，包括手機(jī)、筆記本電腦、mp3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(nèi)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于一些需要大電流充放電的應(yīng)用中，如動(dòng)力/模型汽車(chē)等。充電電池容量估算方法

　　在多數(shù)便攜應(yīng)用中，都需要隨時(shí)了解電池剩余容量以估算電池使用時(shí)間。

　　圖1 簡(jiǎn)化的電池電量計(jì)框圖

　　最早應(yīng)用的方法是通過(guò)監(jiān)視電池開(kāi)路電壓來(lái)獲得剩余容量。這是因?yàn)殡姵囟穗妷汉褪Ｓ嗳萘恐g有一個(gè)確定的關(guān)系，測(cè)量電池端電壓即可估算其剩余容量。這種方法的局限是：1）對(duì)于不同廠商生產(chǎn)的電池，其開(kāi)路電壓與容量之間的關(guān)系各不相同。2）只有通過(guò)測(cè)量電池空載時(shí)的開(kāi)路電壓才能獲得相對(duì)準(zhǔn)確的結(jié)果，但是大多數(shù)應(yīng)用都需要在運(yùn)行中了解電池的剩余容量，此時(shí)負(fù)載電流在內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降將會(huì)影響開(kāi)路電壓測(cè)量精度。而電池內(nèi)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(bǔ)償該壓降帶來(lái)的誤差將十分困難。綜上所述，通過(guò)開(kāi)路電壓來(lái)實(shí)時(shí)估算電池剩余容量的方法在實(shí)際應(yīng)用中無(wú)法達(dá)到足夠的精度，只能提供一個(gè)大致的參考值。

　　另一種大量應(yīng)用的方法是通過(guò)測(cè)量流入/流出電池的凈電荷來(lái)估算電池剩余容量。這種方法對(duì)流入/流出電池的總電流進(jìn)行積分，得到的凈電荷數(shù)即為剩余容量。電池容量可以預(yù)置，也可在后續(xù)的完整充電周期中進(jìn)行學(xué)習(xí)。在補(bǔ)償電池自放電、不同溫度下的容量變化等因素后，這種方法可以獲得令人滿意的精度，因此廣泛運(yùn)用于筆記本電腦等高端應(yīng)用中。

　　電池電量計(jì)工作原理

　　電池電量計(jì)對(duì)流入/流出電池的總電流持續(xù)進(jìn)行積分，并將積分得到的凈電荷數(shù)作為剩余容量。

　　簡(jiǎn)化的電池電量計(jì)如圖1所示。其中，RSNS為mΩ級(jí)檢流電阻，RL為負(fù)載電阻。電池通過(guò)開(kāi)關(guān)、RSNS對(duì)RL放電時(shí)的電流IO在RSNS兩端產(chǎn)生的壓降為VS(t)=IO(t)×RSNS。電量計(jì)持續(xù)檢測(cè)RSNS兩端的壓差VS，并將其通過(guò)ADC轉(zhuǎn)換為N位的數(shù)字量Current(簡(jiǎn)稱(chēng)CR)，之后以時(shí)基確定的速率進(jìn)行累加，M位累加結(jié)果Accumulated_Current(簡(jiǎn)稱(chēng)ACR)的單位為Vh(伏時(shí))。對(duì)量化后的VS進(jìn)行累加相當(dāng)于對(duì)其進(jìn)行積分，結(jié)果為。電池電量計(jì)的原理與計(jì)算

電池電量電池電量計(jì)的原理與計(jì)算。因此，將ACR值除以檢流電阻RSNS的阻值即得到以Ah(安時(shí))為單位的電池容量。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和累加后的結(jié)果都帶有符號(hào)位，按照?qǐng)D1中的連接方式，充電時(shí)CR為正，ACR遞增；放電時(shí)CR為負(fù)，ACR遞減。外部微控制器可以讀取CR和ACR值，經(jīng)過(guò)換算得到真實(shí)的充放電電流和電量值。