電量計(jì)在手持設(shè)備中的實(shí)現(xiàn)

　　摘要

　　本文結(jié)合鋰電池充放電特性，詳細(xì)介紹和比較了三種鋰電池電量的計(jì)算方法：電壓估算法、模型查表法和電流檢測(cè)法，分析了系統(tǒng)側(cè)電量計(jì)量和電池側(cè)計(jì)量的優(yōu)缺點(diǎn)，并以意法半導(dǎo)體電量計(jì)量芯片STC3100為例，介紹了其使用方法和設(shè)計(jì)中的注意事項(xiàng)，在其Demo板上實(shí)現(xiàn)1%精度的電量計(jì)量，同時(shí)說明和實(shí)現(xiàn)了鋰電池的電量初次預(yù)估和減小電量計(jì)量偏差的軟件算法。實(shí)驗(yàn)證明，電流檢測(cè)法具有更高的精度和穩(wěn)定性，并且能消除由于電池老化帶來的測(cè)量誤差，更適合應(yīng)用在電池組中或手持設(shè)備的主電路板中。

　　Accurate Fuel gauge implementation for Li-Ion Battery in portable devices

　　Abstract

　　This article presents three methods to implement the fuel gauge for the Li-Ion battery in portable devices: Voltage-Monitoring, Battery-modeling and Current-sensing, and analyze the characters of different gauge IC locations. STC3100 is the battery monitor IC with battery fuel gauge by current-sensing method from STMicroelectronics, one experiment is setup with STC3100 demoboard to implement the battery fuel gauge, and a software is designed to minimize the measuring error. Finally, the results show that current-sensing fuel gauge has better accuracy and stability, can effectively minimize the error due to battery aging, more suitable for hand-held devices.

　　鋰電池具有高存儲(chǔ)能量、壽命長(zhǎng)、重量輕和無(wú)記憶效應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在現(xiàn)行便攜式設(shè)備中得到了廣泛的使用，尤其是在手機(jī)、多媒體播放器、GPS終端等消費(fèi)類電子設(shè)備中。這些設(shè)備不但單純地只是支持單一的通訊功能，還支持流媒體播放和高速的無(wú)線發(fā)送和接收等等功能。隨著越來越多功能的加入且要獲得更長(zhǎng)單次充電的使用時(shí)間，便攜式設(shè)備中鋰電池的容量也不斷地增大，以智能手機(jī)為例，主流的電池容量已經(jīng)800mAH增長(zhǎng)到現(xiàn)在1500mAH，并且還有繼續(xù)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。

　　隨著大容量電池的使用，如果設(shè)備能夠精確的了解電池的電量，不僅能夠很好地保護(hù)了電池，防止其過放電，同時(shí)也能夠讓用戶精確地知道剩余電量來估算所能使用的時(shí)間，及時(shí)地保存重要數(shù)據(jù)。因此，在PMP和GPS中，電量計(jì)不斷加入到設(shè)備中，并且電量計(jì)也在智能手機(jī)中得到了應(yīng)用，尤其是在一些Windows Mobile操作系統(tǒng)的智能手機(jī)中，如圖1所示，電池電量的顯示已由原來的柱狀圖變?yōu)榱藬?shù)字顯示。

　　本文介紹和比較三種種不同電量計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法，并且以意法半導(dǎo)體的STC3100電池監(jiān)控IC為例，在其Demo實(shí)現(xiàn)了1%精度的電池精度計(jì)量。

　　1，電量計(jì)的實(shí)現(xiàn)方法和分類。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)行設(shè)備中有三種電量計(jì)，分別是：

　　直接電池電壓監(jiān)控方法，也就是說，電池電量的估計(jì)是通過簡(jiǎn)單地監(jiān)控電池的電壓得來的，盡管該方法精度較低和缺乏對(duì)電池的有效保護(hù)，但其簡(jiǎn)單易行，所以在現(xiàn)行的設(shè)備中得到最廣泛的應(yīng)用。然而鋰電池本身特有的放電特性，如圖2所示。不難從中發(fā)現(xiàn)，電池的電量與其電壓不是一個(gè)線性的關(guān)系，這種非線性導(dǎo)致電壓直接檢測(cè)方法的不準(zhǔn)確性，電量測(cè)量精度超過20%。電池電量只能用分段式顯示，，如圖1.a所示，無(wú)法用數(shù)字顯示精確的電池電量。手機(jī)用戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，在手機(jī)顯示還有兩格電的時(shí)候，電池的電量下降得非常快，也就是因?yàn)檫@時(shí)候電池已經(jīng)進(jìn)入Phase3。