基于開路電壓(OCV)的電量計(jì)DS2786

引言

基于OCV的獨(dú)立式電量計(jì)DS2786可根據(jù)空閑狀態(tài)下電池的開路電壓來估算可充電鋰離子(Li+)電池的可用容量。器件根據(jù)儲(chǔ)存在IC中的查找表，通過開路電壓確定電池的相對(duì)容量。這一功能使用戶可以在電池組插入后立即得到準(zhǔn)確的容量信息。

然而，由于電池阻抗隨溫度變化，根據(jù)溫度和負(fù)載條件不同，電池的可輸出容量可能會(huì)與DS2786報(bào)告的剩余電量有些差別。本應(yīng)用筆記描述了如何理解基于OCV的電量計(jì)DS2786的讀數(shù)，以及如何準(zhǔn)確估算特定溫度和負(fù)載條件下可供給應(yīng)用電路的容量。

描述電池特性

為了闡明如何提高基于OCV電量計(jì)的估算精度，本應(yīng)用筆記給出了一個(gè)范例，該范例采用經(jīng)Dallas Semiconductor公司經(jīng)過特性測(cè)試的1100mAh電池的OCV曲線。在20°C溫度條件下，電池以950mA恒流充電至4.2V。然后，又以4.2V恒壓對(duì)該電池充電。當(dāng)充電電流逐漸減小至50mA時(shí)，可認(rèn)為電池為滿電量(100%)。隨后，以220mA負(fù)載電流(0.2C)對(duì)電池放電直到電池電壓降至2.5V。此時(shí)，可認(rèn)為電池電量為零電量(0%)。

隨后，以8段折線線性近似電池特性曲線，并儲(chǔ)存到DS2786
中。表1給出了該指定電池的容量和對(duì)應(yīng)開路電壓，而圖1繪出了電池的OCV曲線。

進(jìn)一步測(cè)試電池的溫度特性(0°C、10°C和20°C)，以確定電池在不同充電狀態(tài)下的OCV特性。在本應(yīng)用筆記中，假設(shè)溫度高于20°C時(shí)測(cè)試曲線的變化可忽略。

按照上述的過程把電池充電至滿電量。然后，再分別以600mA、275mA、100mA和5mA的電流將電池放電至3.2V。這些放電率分別表示無線手持設(shè)備的多媒體模式、通信模式、背光模式和待機(jī)模式。

每當(dāng)電池達(dá)到滿電量或零電量時(shí)，就將電池閑置一個(gè)小時(shí)并且記錄其OCV (表2)。圖2給出了電池OCV相對(duì)于電池溫度的曲線圖。

在實(shí)驗(yàn)過程中，DS2786中裝入了表1給出的曲線并且連接到電池上。DS2786估算各個(gè)滿電量點(diǎn)和零電量點(diǎn)的剩余電量，如表3所示。圖3是根據(jù)表3中數(shù)據(jù)繪出的曲線。

修正DS2786報(bào)告的容量

表3表示在不同的溫度和負(fù)載條件下，鋰離子(Li+)電池中儲(chǔ)存的電量不能完全釋放到應(yīng)用電路中。為了修正DS2786報(bào)告的電量，只需要減去當(dāng)前溫度和負(fù)載條件下不能釋放到應(yīng)用電路中的電量就可以了。

例如，假設(shè)應(yīng)用電路在通信模式下消耗的電流為275mA。根據(jù)表3，在20°C時(shí)電池儲(chǔ)存能量的1.5%不能釋放到應(yīng)用電路中。如果DS2786根據(jù)OCV測(cè)量結(jié)果報(bào)告電池的剩余電量為其儲(chǔ)存能量的20%，那么在該模式下，應(yīng)用電路將以1.5%作為空電量點(diǎn)基準(zhǔn)，并且報(bào)告還有18.5% (20% - 1.5%)的總電池電量可以使用。溫度為0°C時(shí)，在相同負(fù)載下將有4.5%的電池儲(chǔ)存電量不能釋放。在這種情況下，應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)該報(bào)告還有15.5% (20% - 4.5%)的總電池電量可以使用。

結(jié)論

提高基于OCV的電量計(jì)DS2786的電量估算精度，從而可使應(yīng)用電路能指示出在特定溫度和負(fù)載條件下，有多少Li+電池中存儲(chǔ)的能量能夠傳遞給應(yīng)用電路。可通過構(gòu)造一個(gè)簡(jiǎn)單的表格并采用數(shù)據(jù)內(nèi)插的方法，來進(jìn)一步提高容量報(bào)告的精度。Dallas Semiconductor公司可幫助用戶采集數(shù)據(jù)和構(gòu)建表格。

附錄A: 與庫(kù)侖計(jì)比較

Dallas Semiconductor公司基于庫(kù)侖計(jì)的電量計(jì)提供了一種方法，可報(bào)告不同溫度和負(fù)載條件下能夠釋放到應(yīng)用電路的電池電量。欲了解這種電量計(jì)方法的詳細(xì)內(nèi)容，請(qǐng)參看應(yīng)用筆記131。

表4給出了相對(duì)于表1中給出的零電量(0%)點(diǎn)的滿電量點(diǎn)和零電量點(diǎn)，以mAh為單位。Dallas Semiconductor公司的庫(kù)侖計(jì)電量計(jì)正是使用表4估算電池可釋放的剩余電量。表5給出了相比20°C時(shí)電池滿電量1108mAh的百分比。這些器件的累積電流寄存器(ACR)與各個(gè)零電量值相比較，差值被返回作為相應(yīng)溫度和負(fù)載條件下能夠釋放到應(yīng)用電路的電量。

把DS2786報(bào)告的剩余電量(表6)與表5中歸一化的滿電量和零電量點(diǎn)進(jìn)行比較，可看出DS2786在每個(gè)點(diǎn)報(bào)告的剩余電量與采用庫(kù)侖計(jì)方法報(bào)告的剩余電量相差不大。

附錄B: 電池滿充電量的比例縮放

0°C時(shí)對(duì)電池充電，電池在較低的電量時(shí)就會(huì)到達(dá)滿電量點(diǎn)。0°C時(shí)，電池中存儲(chǔ)的電量為1061mAH；而20°C時(shí)，電池中存儲(chǔ)的電量為1108mAH。當(dāng)0°C并且電池滿充時(shí)，DS2786將根據(jù)OCV測(cè)量結(jié)果報(bào)告電池中儲(chǔ)存的電量為其總電量的96.5%。如果還減去275mA零電量點(diǎn)時(shí)的4.5%，則0°C時(shí)滿充的電池只能以275mA負(fù)載電流向應(yīng)用電路提供電池總?cè)萘康?1.5%。

這是對(duì)電池所能釋放的容量占總?cè)萘堪俜直鹊臏?zhǔn)確描述，但對(duì)于終端用戶來說，當(dāng)電池滿充卻沒有顯示剩余電量為100%，這將很容易造成混淆。由于1108mAh的電量中只有91.5%可用，因此可以相應(yīng)的縮放所顯示的容量，以顯示在0°C時(shí)所存儲(chǔ)的容量中有100%可用。

為此，只需要簡(jiǎn)單地把當(dāng)前溫度和相應(yīng)的負(fù)載條件下，可釋放給應(yīng)用電路的電量與可用電量的相比。在本范例中，0°C時(shí)，在通信模式下可提供的電量的百分比91.5%與91.5% (滿電量 - 零電量)，即得到100%。當(dāng)DS2786報(bào)告剩余電量為20%，我們知道0°C時(shí)只能提供滿電量的15.5% (20% - 4.5%)，因此，為了確定0°C時(shí)可提供的電量，將15.5%除以91.5%，得到17%。這就是說可向應(yīng)用電路提供0°C時(shí)電池電量的17%。通過這種方法就可以解決用戶可能遇到的任何問題。

其中：

CapacityDS2786 = IC報(bào)告的相對(duì)電量值；

Empty = 相應(yīng)溫度和負(fù)載條件下測(cè)得的零電量點(diǎn)；

Full = 相應(yīng)溫度下測(cè)得的滿電量點(diǎn)。