庫(kù)侖計(jì)電量計(jì)的應(yīng)用設(shè)計(jì)

　　5 如何應(yīng)對(duì)電量隨溫度的變化?

　　電量計(jì)內(nèi)部帶有溫度傳感器，可測(cè)量電池的溫度，如果將電池滿電量與溫度的對(duì)應(yīng)關(guān)系寫(xiě)入器件，根據(jù)測(cè)量的電池溫度，就能計(jì)算出當(dāng)前的溫度下電池的滿電量，電池在不同溫度、不同的放電電流情況下所能釋放出的電能總量也是不同的，因此，也要將不同電流、不同溫度下電池放空后的剩余電量(該部分電量無(wú)法釋放出來(lái))寫(xiě)入內(nèi)部寄存器。電池可以以最大允許放電電流范圍內(nèi)的任意值進(jìn)行放電，如何存儲(chǔ)這么多的放電曲線?幸運(yùn)的是，采用電池供電的系統(tǒng)通常有兩種工作模式：正常工作模式和待機(jī)模式。因此，只需要將這兩種狀態(tài)下的放電曲線(分別稱為有效空電量和待機(jī)空電量)保存在內(nèi)部寄存器中就可以了，這個(gè)過(guò)程稱之為電池建模。

　　將圖3中各溫度點(diǎn)下對(duì)應(yīng)的空/滿電量值寫(xiě)入寄存器即可，對(duì)于相鄰溫度點(diǎn)之間的溫度，按照線性化進(jìn)行處理。

　　根據(jù)測(cè)量得到的電池溫度以及內(nèi)部的電池模型，器件可計(jì)算出當(dāng)前溫度下的滿電量和空電量(待機(jī)空電量和有效空電量)，ACR寄存器內(nèi)部存儲(chǔ)的是目前電池計(jì)量電量，從ACR中減去該溫度下的空電量，就可以得到剩余的絕對(duì)電量，用絕對(duì)剩余電量與該溫度下的滿電量相比，得到的百分比值稱為相對(duì)剩余電量。

　　該溫度下的滿電量對(duì)于未經(jīng)老化的新電池可以通過(guò)模型獲得，對(duì)于老化的電池，由于電池容量下降，如何確定滿電量?

　　6 如何確定老化電池的滿電量?

　　器件內(nèi)部有兩個(gè)寄存器：老化容量寄存器(AC)和老化系數(shù)寄存器(AS)，AC寄存器存儲(chǔ)電池的標(biāo)稱容量，器件內(nèi)部的計(jì)數(shù)器在電池放電時(shí)進(jìn)行加計(jì)數(shù)，當(dāng)計(jì)數(shù)值達(dá)到32倍的AC寄存器值后會(huì)將AS寄存器中的值減1，這相當(dāng)于將電池的容量減少了0.78%，通過(guò)這種方式可以實(shí)現(xiàn)電池老化，在設(shè)計(jì)時(shí)，如果增大AC寄存器的值會(huì)降低電池的老化速度，減小AC寄存器的值會(huì)加速電池老化。

　　電量計(jì)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行會(huì)累積誤差，為消除累積誤差，電量計(jì)還提供了“學(xué)習(xí)”的功能，觸發(fā)“學(xué)習(xí)”功能和完成一個(gè)完整的“學(xué)習(xí)”周期是需要一定條件的：必須檢測(cè)到有效空電量點(diǎn)才能觸發(fā)“學(xué)習(xí)”功能，此時(shí)，開(kāi)始充電，必須不間斷充電直到檢測(cè)到滿電量點(diǎn)才能完成“學(xué)習(xí)”過(guò)程，當(dāng)完成一個(gè)完整的“學(xué)習(xí)”周期后，電量計(jì)會(huì)自動(dòng)根據(jù)當(dāng)前溫度下的滿電量值以及老化系數(shù)更新ACR，消除ACR累積的誤差。

　　7 OCV電量計(jì)工作原理

　　開(kāi)路電壓檢測(cè)電量計(jì)利用電量計(jì)上電時(shí)測(cè)量電池的電壓(通常情況下，電池應(yīng)該靜止足夠長(zhǎng)時(shí)間使電池電壓恢復(fù))，通過(guò)存儲(chǔ)在電池內(nèi)部的電壓和電量對(duì)應(yīng)關(guān)系查找表來(lái)估算電池的電量，該電量計(jì)和電池的相關(guān)性不大，因此可以用在主機(jī)側(cè)，使用該電量計(jì)的系統(tǒng)可任意更換電池(更換電池的型號(hào)必須一致)。

　　8 電量計(jì)設(shè)計(jì)

　　通過(guò)以上介紹了電量計(jì)的具體工作原理，以及電量計(jì)針對(duì)不同溫度、不同電流狀態(tài)作出的修正和老化處理措施，可以對(duì)內(nèi)部寄存器進(jìn)行配置，使電量計(jì)精確預(yù)報(bào)剩余電量。

　　電池參數(shù)保存在器件內(nèi)部參數(shù)EEPROM寄存器，這些參數(shù)分別是：

　　RSNSP：保存外部檢流電阻阻值;

　　RSGAIN：設(shè)置檢流電阻的增益;

　　RSTC：設(shè)置電阻的溫度系數(shù)，該電阻阻值的精度直接決定了電量累計(jì)的精度。

　　VCHG：電池充滿時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓值;

　　IMIN：電池充滿電時(shí)對(duì)應(yīng)的充電電流值;

　　VAE：電池有效空電量時(shí)對(duì)應(yīng)的電壓點(diǎn);

　　IAE：電池有效空電量時(shí)對(duì)應(yīng)的電流值;

　　這些參數(shù)和電池的“學(xué)習(xí)”過(guò)程相關(guān)，只有當(dāng)電池電壓從大于VAE的電壓降到低于VAE的電壓同時(shí)放電電流大于IAE中設(shè)定的電流時(shí)才能檢測(cè)到空電量點(diǎn)，否則就認(rèn)為沒(méi)有檢測(cè)到空電量點(diǎn)，當(dāng)檢測(cè)到空電量點(diǎn)時(shí)，就會(huì)在狀態(tài)寄存器中置學(xué)習(xí)標(biāo)志位。此時(shí)，需要對(duì)電池進(jìn)行不間斷充電直至充滿，電量計(jì)檢測(cè)充滿要根據(jù)VCHG和IMIN中設(shè)置的值進(jìn)行判斷，只有到電池電壓達(dá)到VCHG并且充電電流低于IMIN時(shí)，電量計(jì)才會(huì)認(rèn)為電池充滿，此時(shí)，內(nèi)部會(huì)將AS寄存器更新，完成學(xué)習(xí)過(guò)程。這些寄存器要根據(jù)實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行設(shè)置，如果設(shè)置不正確可能無(wú)法完成學(xué)習(xí)過(guò)程。

　　其他的一些存儲(chǔ)器與電池模型相關(guān)，在存儲(chǔ)電池模型對(duì)應(yīng)的電量時(shí)采用斜率的方式進(jìn)行存放，這樣可以減少內(nèi)部存儲(chǔ)單元的數(shù)量。關(guān)于如何設(shè)置、計(jì)算這些存儲(chǔ)器的數(shù)值，請(qǐng)參考應(yīng)用筆記：

　　http://www.maximintegrated.com/cn/app-notes/index.mvp/id/3584

　　當(dāng)這些寄存器正確設(shè)置后，經(jīng)過(guò)一個(gè)完整的放電和充電周期后，電量計(jì)就能夠正確報(bào)告剩余電量以及百分比。

　　通常情況下，電池包內(nèi)部帶有電池保護(hù)板，如果電量計(jì)位于電池保護(hù)板的內(nèi)側(cè)，通常沒(méi)有問(wèn)題，但是如果電量計(jì)位于電池保護(hù)板的外側(cè)，當(dāng)保護(hù)板啟動(dòng)保護(hù)時(shí)，電量計(jì)將會(huì)掉電，此時(shí)，電量計(jì)內(nèi)部的測(cè)量數(shù)據(jù)會(huì)丟失(參數(shù)數(shù)據(jù)由于保存在EEPROM中，不會(huì)丟失)，如果再次上電，ACR及AS寄存器的值會(huì)從內(nèi)部的備份存儲(chǔ)器恢復(fù)，ACR的備份是RARC變化4%備份一次，因此，最大有可能造成電量4%的報(bào)告誤差，因此，建議在設(shè)計(jì)時(shí)將電量計(jì)放在保護(hù)板的內(nèi)側(cè)，這樣，即使保護(hù)板發(fā)生保護(hù)，電量計(jì)也不會(huì)掉電。

　　9 結(jié)束語(yǔ)

　　以上介紹了基于庫(kù)侖計(jì)的電量計(jì)的工作原理以及電量計(jì)如何在不同溫度、不同電流下確保正確預(yù)報(bào)電量，并對(duì)內(nèi)部和計(jì)量相關(guān)寄存器作了說(shuō)明，通過(guò)控制器對(duì)電量計(jì)進(jìn)行控制，可實(shí)時(shí)監(jiān)視電量的變化并可報(bào)告多種和電池相關(guān)參數(shù)。

　　參考文獻(xiàn)：
　　[1]DS2780 datasheet
　　[2]DS2788 datasheet
　　[3]Mitchell M.Lithium-ion Cell Fuel Gauging With MAXIM Battery Monitor ICs
　　[4]RSGAIN校準(zhǔn)[R/OL].http://china.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/4114
　　[5]COB校準(zhǔn)[R/OL].http://china.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/4188