導語
智能手機、平板電腦、移動無線設備、電池備份和便攜式醫(yī)療/保健等便攜式設備的電池續(xù)航時間一直是人們關注的重點之一，為了延長電池壽命，我們需要準確了解電池的電量，不能對鋰電池過充過放電，那么如何檢測電池剩余多少電量呢？其實在電池的內部有一個電量計，用于指示可充電電池中的剩余電量以及在特定工作條件下電池還能持續(xù)供電的時間。
電池電量計知識百科
1.電池電量監(jiān)測技術
電源管理系統(tǒng)面對的最大難題是如何延長電池的運行時間。除了尋找能量密度更高的新式電源外，系統(tǒng)設計師也在尋找盡可能高效地利用電池電能的方法。他們大多將注意力集中在提高DC/DC轉換效率上，由此延長電池運行時間，而往往忽略了與電源轉換效率及電池容量同等重要的電池電量監(jiān)測計精確度的問題。如果電池電量監(jiān)測計的誤差范圍是±10%，則為了防止丟失關鍵數(shù)據(jù)，系統(tǒng)只能利用90%的電池電能。這相當于損失了10%的電池容量或電池運行時間。 (詳細內容)
2.電量計
電池電量計是一種測量電池累計電量的增加或減少的功能或器件，用于確定可充電電池中的剩余電量以及在特定工作條件下電池還能持續(xù)供電的時間，能夠精確估計電池的電量。
3.影響鋰電池電量的因素
①溫度
最上方的曲線顯示了鋰電池在不同溫度下恒流恒壓充電的過程。從該曲線可以看出，與-20℃下的充電數(shù)據(jù)相比，電池在較高溫度下大約可以多充入20%的電量。下方的兩條曲線表示，電池放電時受溫度的影響更大，這些曲線顯示了一個完全充滿的電池在兩種不同放電電流下放電到截止點2.5V時的剩余電量，從這兩條曲線可以看出電池剩余容量與放電電流、溫度有關。在給定溫度和放電速率下，所能獲得的鋰電池容量是最上方曲線與下方對應曲線的差值。因此，在低溫或大電流放電時，鋰電池所能提供的容量將大幅減少。在低溫或大電流放電時，電池剩余電量較大，能夠在相同溫度下以較小的電流放電。
②自放電
由于電解質中混有雜質，電池內部存在不期望的化學反應，造成電量損失。常見的電池類型在室溫下的典型自放電率見表�；瘜W反應的速度受溫度影響，因此自放電與溫度有關。對于不同類型的電池，自放電可以用一個并聯(lián)電阻消耗漏電流進行建模。
③充放電次數(shù)電池容量隨著充放電次數(shù)的增加而減少，這種變化被量化為工作壽命，即一個電池在其容量降至初始容量80%之前的充、放電次數(shù)。典型鋰電池的工作壽命為300次~500次充/放電次數(shù)。
④時間
無論使用與否，電池容量在出廠后即開始逐漸下降(詳細內容)
鋰電池電量測量方法
1.電壓測量法
也就是說電池的電量通過簡單的監(jiān)控電池的電壓而得來的。但是從下圖中我們可以看到，電池的電量和電壓不是線性關系的，所以這中測試方法并不精準。
鋰電池放電曲線
優(yōu)點：簡單
缺點：不精準，電量測量精度僅僅超過20%。尤其是電池電量低于50%時，手機的電量計算將會變得非常不準確。所以這種方法對電池的保護是非常有限的。
2.電池建模法
這個方法是根據(jù)電池的放電曲線來建立一個數(shù)據(jù)表，數(shù)據(jù)表中會標明不同電壓下的電量值。
優(yōu)點：相比電壓測試法更精準一些
缺點：獲得精準的數(shù)據(jù)表并不簡單因為電壓和電量的關系還涉及到了電池的溫度、自放電、老化等的因素。只有結合了眾多的因素來進行修正才能夠得出較滿意的電量測量。
4.阻抗追蹤法（TI Impedance Track）
TI 的阻抗跟蹤 TM 電池電量計技術是一種功能強大的自適應算法，其會記住電池特性隨時間的變化情況。將這種算法與電池組具體的化學屬性結合可以非常準確地知道電池的充電狀態(tài) (SOC)，從而延長電池組使用壽命。(詳細內容)
優(yōu)點：溫度補償，實現(xiàn)更好的低溫性能，精度更高
缺點：技術較為復雜
3.庫侖計
庫侖計是在電池的正極和負極串如一個電流檢查電阻，當有電流流經(jīng)電阻時就會產生Vsense，通過檢測Vsense就可以計算出流過電池的電流。其中iPhone中就是采用這一方法。
優(yōu)點：精度可達1%，可降低電池老化等因素對測量結果的影響。
缺點：在電池長期不工作的使用模式下。如果電池在充電后幾天都未使用，或者幾個充、放電周期都沒有充滿電，那么由內部化學反應引起的自放電現(xiàn)象就會變得非常明顯。在這種情況下測量結果將不再那么精準。
前兩種方法是以電壓測量為基礎，第三種庫倫記監(jiān)測方法是以電流積分為基礎。
以上三種測試方法中庫倫計的精度是最高的，他可以在不損傷電池的情況下降低電池的放電截止電壓，使電池的容量得到最大限度的利用，特別是對于低電壓系統(tǒng)和使用多次的電池。另外還可以以更高精確地發(fā)出電池電量不足的警告信息，以避免用戶在使用的過程中丟失數(shù)據(jù)。
庫倫計工作原理（電流積分）
簡化的電池電量計如圖所示：
其中，RSNS為mΩ級檢流電阻，RL為負載電阻。電池通過開關、RSNS對RL放電時的電流IO在RSNS兩端產生的壓降為 VS(t)=IO(t)×RSNS。電量計持續(xù)檢測RSNS兩端的壓差VS，并將其通過ADC轉換為N位的數(shù)字量Current(簡稱CR)，之后以時基確定的速率進行累加，M位累加結果Accumulated_Current(簡稱ACR)的單位為Vh(伏時)。對量化后的VS進行累加相當于對其進行積分，結果為：
將ACR值除以檢流電阻RSNS的阻值即得到以Ah(安時)為單位的電池容量。ADC轉換結果和累加后的結果都帶有符號位，按照圖1中的連接方式，充電時CR為正，ACR遞增;放電時CR為負，ACR遞減。外部微控制器可以讀取CR和ACR值，經(jīng)過換算得到真實的充放電電流和電量值。
干電池電量測量方法
| 測量方法 | 優(yōu)點 | 缺點 |
|---|---|---|
| 測量電池瞬時短路電流來估算電池的內阻，進而判斷電池電量是否充足 | 簡便，用萬用表的大電流檔就可直接判斷出干電池的電量 | 測試電流很大，遠遠超過干電池允許放電電流的極限值，在一定程度上影響干電池使用壽命 |
| 用電流表串聯(lián)一只阻值適當?shù)碾娮�，通過測量電池的放電電流計算出電池內阻，從而判斷電池電量是否充足。 | 測試電流小，安全性好，一般不會對干電池的使用壽命產生不良影響 | 較為麻煩 |
| (詳細內容) | ||
