三种电池容量监测方案分析(三种电池容量监测方案及措施分析)

摘要:电子系统设计者通常专注于提高电源转换效率、配置芯片睡眠模式和提高电池容量。然而，关于电池充电检测的准确性的检测问题很容易被忽视。这种设计通常使用电压跟随器进行阻抗匹配，设计者可以将检测电阻调整到降低电池功耗的水平。

IOT产品，如智能手环、电动牙刷、智能门锁等。这些多功能设备要求电池必须能够提供更大的供电能力和更长的运行时间。电子系统设计人员通常专注于提高电源转换效率、配置芯片睡眠模式和提高电池容量。然而，关于电池充电检测的准确性的检测问题很容易被忽视。

问:为什么要注意电池电量检测的准确性？

答:我们花了很多精力优化功耗，但是电池电量检测的误差范围是10%，也就是说当系统电量低的时候，10%的电池容量或者运行时间不在需要报警的点上。

有几种常见的电池充电检测方案

库仑仪测量

库仑计计数的基本原理是对流入和流出电池的电流进行积分。在实际应用中，通常使用专用IC进行检测和统计。对于可充电电池，这种方法非常有效，但是对于不可充电电池，比如智能门窗传感器中的纽扣电池，设计者无法知道用户使用的是哪个品牌的电池，因此没有准确的电池初始容量数据。因为一次性电池使用后报废，所以不存在所谓的充电电流。电量计只有在充满电后立即完全放电才能更新电池的容量，这一点在便携式IOT产品中非常明显。另外，库仑计的功耗也是工作时不可忽视的一点。以TI的BQ76920库仑计芯片为例，开启ADC采集模式时，其自身功耗可达130uA，可能已经远远超过便携式IOT产品的自身功耗。

电池电压检测

检测电池的电压，通过电池电压数据等效判断电量的高低。这种设计通常使用电压跟随器进行阻抗匹配，设计者可以将检测电阻调整到M级，以降低电池的功耗。这种设计比较直观，但由于电池内阻的原因，只有在不给电池抽大电流的情况下，检测到的电压才与电池电量有很强的相关性。当电池老化，使用环境处于低温状态时，检测到的功率误差会更大。

阻抗跟踪测量

电池的稳态电路模型可以简化为一个电压源和一个电阻。电压源相当于电池的开路电压，电阻相当于电池的内阻。在大电流泵浦的情况下，内阻将分担部分压降。比如用了一年的干电池，在0℃的低温下，可能内阻为0.5VΩ。假设上面提到的“电池电压检测”方案得到的电压值为1.2V，从电压的角度来看足以驱动1V供电的电机，但实际上，如果此时电机的启动电流为1A，那么在启动的瞬间，电池的输出电压为1.2-0.5=0.7V，0.7V无法驱动电机，也就是说，即使电池电压为1.2V，在内部的特性下也无法驱动工作电压为1V的电机

事实上，当电池以恒定电流放电时，放电曲线大致如下:

我们可以看到电池的放电曲线在中间过程会比较平缓，接近满充和低充时功率下降的速度会明显加快，这与电化学反应的特性有关。同样，电池的内阻也不是一个常数，这个值可以反馈电池的动态放电性能。

关于阻抗测试，介绍一种方法:先检测电池在小电流输出时的电池电压Ua，再给电池抽大电流I(实际应用中，为了避免不必要的功率浪费，建议结合产品的大电流动作)。当大电流抽运结束时，检测电池电压Ub，电池内阻R = (UA-UB)/i

通过测量电池电压和内阻，考虑静态和动态条件，加入放电速度、工作温度、老化程度、自放电特性等参数，可以在电池功率的计算和这些参数之间建立起函数关系的模型，即阻抗跟踪测量。

原创不易，如有转载需求，务必告知！

如果我的话激励或帮助了你，

“喜欢/转发”是我最大的支持！

推荐阅读:

五金熊原创合集(2021年10月更新)