使用充電器電池的電量計算原理介紹
目前大量應用的充電電池包括鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子/鋰聚合物電池充電器。這幾種電池的特性如表1所(suo)示。
鉛酸(suan)蓄電(dian)池容量大，內阻(zu)(zu)低(一般400Ah的2V蓄電(dian)池內阻(zu)(zu)大約為0.5mΩ)，可進行(xing)大電(dian)流(liu)放電(dian)，但是笨重且體(ti)積(ji)龐大、不便于(yu)攜(xie)帶，常用在汽(qi)車和工業場(chang)合。其電(dian)極(ji)材料含鉛，可對環境造成極(ji)大污染。鉛酸(suan)蓄電(dian)池對充電(dian)控制的要求不高，可以進行(xing)浮充。
鎳鎘電池容量較大，內阻低、放電電壓平穩，適合作為直流電源。與其他種類的電池相比，鎳鎘電池耐過充電和過放電，操作簡單方便，但是具有記憶效應，應盡量在完全放電之后進行充電。電極材料含有劇毒重金屬鎘，隨著環保要求的提高，其市場份額越來越小。
鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎上發展而來的，采用金屬化氫替代有毒的鎘，在大部分場合可以替代鎳鎘電池。其容量約為鎳鎘電池的1.5～2倍，且沒有記憶效應。相對于鎳氫電池，它對充電控制的要求較高，目前大量使用在一些便攜電子產品中。
鋰離子電池是目前最常見的二次鋰電池，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。它的內阻較大，不能進行大電流充放電，并且需要精確的充放電控制，以防止電池損壞并達到最佳使用性能。鋰離子電池廣泛使用在各種便攜電子產品中，包括手機、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用中，如動力/模型汽車等。充電電池容量估算方法。
在(zai)多數便攜應用中，都需(xu)要隨時了解電池剩余容量以(yi)估算電池使用時間。
圖1 簡化的電池電量計框圖
最早應用的方(fang)法是(shi)(shi)通(tong)過(guo)監(jian)視電(dian)池(chi)(chi)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)來(lai)獲得剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)容(rong)量。這(zhe)是(shi)(shi)因為電(dian)池(chi)(chi)端電(dian)壓(ya)和剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)容(rong)量之間(jian)有一(yi)個確(que)定的關系，測(ce)量電(dian)池(chi)(chi)端電(dian)壓(ya)即(ji)可估算(suan)其剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)容(rong)量。這(zhe)種(zhong)(zhong)方(fang)法的局(ju)限是(shi)(shi)：1）對于不(bu)同廠商生產的電(dian)池(chi)(chi)，其開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)與容(rong)量之間(jian)的關系各不(bu)相同。2）只有通(tong)過(guo)測(ce)量電(dian)池(chi)(chi)空載(zai)時的開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)才能(neng)獲得相對準確(que)的結果，但是(shi)(shi)大多數應用都需要(yao)在(zai)運行中(zhong)了解電(dian)池(chi)(chi)的剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)容(rong)量，此(ci)時負載(zai)電(dian)流在(zai)內阻(zu)上(shang)(shang)產生的壓(ya)降(jiang)將(jiang)會影(ying)響開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)測(ce)量精度(du)。而電(dian)池(chi)(chi)內阻(zu)的離散性(xing)很大，且隨著電(dian)池(chi)(chi)老化這(zhe)種(zhong)(zhong)離散性(xing)將(jiang)變(bian)得更大，因此(ci)要(yao)補(bu)償該壓(ya)降(jiang)帶來(lai)的誤差將(jiang)十(shi)分困難。綜上(shang)(shang)所述，通(tong)過(guo)開(kai)路(lu)電(dian)壓(ya)來(lai)實時估算(suan)電(dian)池(chi)(chi)剩(sheng)(sheng)余(yu)(yu)容(rong)量的方(fang)法在(zai)實際應用中(zhong)無法達(da)到足夠的精度(du)，只能(neng)提供(gong)一(yi)個大致(zhi)的參考值。
另(ling)一種(zhong)大量(liang)(liang)應用的(de)方(fang)(fang)法是通過(guo)測量(liang)(liang)流(liu)(liu)入/流(liu)(liu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)凈電(dian)(dian)(dian)(dian)荷來估算電(dian)(dian)(dian)(dian)池剩余容(rong)量(liang)(liang)。這(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法對流(liu)(liu)入/流(liu)(liu)出(chu)電(dian)(dian)(dian)(dian)池的(de)總(zong)電(dian)(dian)(dian)(dian)流(liu)(liu)進(jin)行積分，得到(dao)的(de)凈電(dian)(dian)(dian)(dian)荷數即為剩余容(rong)量(liang)(liang)。電(dian)(dian)(dian)(dian)池容(rong)量(liang)(liang)可以(yi)預置，也可在后續的(de)完整充(chong)電(dian)(dian)(dian)(dian)周(zhou)期中進(jin)行學習。在補償(chang)電(dian)(dian)(dian)(dian)池自放電(dian)(dian)(dian)(dian)、不同溫度(du)下的(de)容(rong)量(liang)(liang)變(bian)化等因素后，這(zhe)種(zhong)方(fang)(fang)法可以(yi)獲得令人滿意的(de)精度(du)，因此廣泛運用于筆記本電(dian)(dian)(dian)(dian)腦等高端應用中。
電池(chi)電量計工作原理(li)
電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)(liang)計對流(liu)入(ru)/流(liu)出(chu)電(dian)池(chi)的總電(dian)流(liu)持(chi)續進(jin)行(xing)積(ji)分(fen)，并將積(ji)分(fen)得到(dao)的凈電(dian)荷數作為剩余容量(liang)(liang)。
電池電量
簡化的電池電量計如圖1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。電量計持續檢測RSNS兩端的壓差VS，并將其通過ADC轉換為N位的數字量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。
因(yin)此，將ACR值(zhi)除以檢流電(dian)阻RSNS的(de)(de)阻值(zhi)即得(de)到以Ah(安時)為(wei)(wei)單位的(de)(de)電(dian)池容量(liang)。ADC轉換結(jie)果和(he)累加后的(de)(de)結(jie)果都帶有符號位，按照圖1中的(de)(de)連接方式(shi)，充(chong)電(dian)時CR為(wei)(wei)正，ACR遞增(zeng)；放電(dian)時CR為(wei)(wei)負，ACR遞減(jian)。外部微控制器可(ke)以讀取(qu)CR和(he)ACR值(zhi)，經過換算得(de)到真(zhen)實的(de)(de)充(chong)放電(dian)電(dian)流和(he)電(dian)量(liang)值(zhi)。
實際(ji)的電(dian)量計(ji)還(huan)包括一些(xie)(xie)控制和接口邏輯，通常還(huan)能(neng)檢測電(dian)池電(dian)壓和溫度等參數。一些(xie)(xie)智能(neng)電(dian)量計(ji)可以(yi)自動完成電(dian)池自放電(dian)的修正，還(huan)可保存電(dian)池特性曲線，允許用(yong)戶定(ding)制電(dian)池電(dian)量計(ji)算(suan)法。
電池電量計(ji)的計(ji)算
通常，在(zai)電(dian)量計(ji)數(shu)據資料中(zhong)CR的單位(wei)為mV，ACR的單位(wei)為mVh。
根據前文的(de)說明，CR值(zhi)為(wei)取樣電阻(zu)兩端的(de)電壓(ya)值(zhi)，典型的(de)12bit CR如(ru)表2所示(shi)。
其中，S為符號位，20為LSB。如(ru)果CR的(de)滿偏值為F，則其LSB的(de)計算公式如(ru)下：
（1）
若CR的讀數為M，取樣(yang)電阻為值(zhi)RSNS，則實際的電流(liu)值(zhi)為：
（2）
電流方向由S位確定。若滿偏值F為±64mV，則LSB為±15.625μV；RSNS為10mΩ時最大電流為±
。
ACR為取樣電阻兩端電壓(ya)的(de)累積值，典型的(de)16bit ACR如表3所(suo)示(shi)。
其中，S為(wei)符號位，20為(wei)LSB。如果ACR的滿(man)偏值為(wei)F，則LSB的計(ji)算公式如下(xia)：
（3）
凈(jing)電(dian)(dian)荷量由S位確(que)定。若滿偏(pian)值(zhi)F為(wei)±204.84mVh，則LSB為(wei)±6.25μVh；RSNS為(wei)10mΩ時最(zui)大電(dian)(dian)量為(wei)±20.48Ah。若M為(wei)7680，則實際電(dian)(dian)量為(wei)。
結(jie)語
本文在介紹了電池電量計的原理之后，給出了一些簡單的計算公式。設計者可以方便的從電量計讀數中計算出真實電量，從而加快設計過程。