電池電量計(jì)的原理與計(jì)算

1、一、For personal use only in study and research; not for commercial use二、三、常用充電時(shí)間經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式1、充電電流小于等于電池容量的5時(shí)充電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量（ mAH ） X1.6詵電電流（mA）2、充電電流大于電池容量的 5，小于等于 10時(shí)：充電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量（ mAH ） X1.5詵電電流（mA）3、 充電電流大于電池容量的10，小于等于 15時(shí)：充電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量（ mAH ） X1.3 一充電電流（mA4、 充電電流大于電池容量的15，小于等于 20時(shí)充電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量（ mAH ） X

2、1.2詵電電流（mA）5、充電電流大于電池容量的20時(shí)：充電時(shí)間（小時(shí)）=電池容量（mAH ) X1.1詵電電流(mA)二、充電電池簡(jiǎn)介目前大量應(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。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 0.5m Q）,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。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

3、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。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 1.52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1.52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

4、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 /模型汽車等。三、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。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

5、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)

6、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。四、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mQ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）=l o（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

7、_Current（ 簡(jiǎn)稱 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 ：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)D 1 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。實(shí)際的電量計(jì)還包括一些控制和接口邏輯， 通常還能檢測(cè)電池電壓和溫度等參數(shù)。 一些智能 電量計(jì)可以自動(dòng)完成電池自放電的修正， 還可保存電池特性曲線， 允許用戶定制電池

8、電量計(jì) 算法。表格五、電池電量計(jì)的計(jì)算通常，在電量計(jì)數(shù)據(jù)資料中 CR 的單位為 mV， ACR 的單位為 mVh。 根據(jù)前文的說(shuō)明， CR 值為取樣電阻兩端的電壓值，典型的 12bit CR 如表 1 所示。 其中，S為符號(hào)位，20為L(zhǎng)SB。如果CR的滿偏值為F，則其LSB的計(jì)算公式如下：若CR的讀數(shù)為M，取樣電阻為值 Rsns，則實(shí)際的電流值為: 電流方向由S位確定。若滿偏值 F為i64mV，則LSB為土 15.625譏 Rsns為10mQ時(shí)最 大電流為5.4A。若M為768，則實(shí)際電流為ACR為取樣電阻兩端電壓的累積值，典型的 16bit ACR如表2所示。其中，S為符號(hào)位，20為L(zhǎng)SB。

9、如果ACR的滿偏值為F，則LSB的計(jì)算公式如下：LSB =凈電荷量由 S位確定。若滿偏值 F為204.84mVh，貝U LSB為土 6.25卩Vh RSNS為10mQ時(shí)最大電量為20.48Ah。若M為7680，則實(shí)際電量為 六、結(jié)語(yǔ)本文在介紹了電池電量計(jì)的原理之后，給出了一些簡(jiǎn)單的計(jì)算公式。設(shè)計(jì)者可以方便的從電 量計(jì)讀數(shù)中計(jì)算出真實(shí)電量，從而加快設(shè)計(jì)過(guò)程。僅供個(gè)人用于學(xué)習(xí)、研究；不得用于商業(yè)用途For personal use only in study and research; not for commercial use.Nur f u r den pers?nlichen f u r Studien, Forschung, zu kommerziellen Zwecken verwendet werden.Pour l e tude et la recherche uniquementa des fins