庫侖計電量計的應用設計

　　5 如何應對電量隨溫度的變化?

　　電量計內(nèi)部帶有溫度傳感器，可測量電池的溫度，如果將電池滿電量與溫度的對應關系寫入器件，根據(jù)測量的電池溫度，就能計算出當前的溫度下電池的滿電量，電池在不同溫度、不同的放電電流情況下所能釋放出的電能總量也是不同的，因此，也要將不同電流、不同溫度下電池放空后的剩余電量(該部分電量無法釋放出來)寫入內(nèi)部寄存器。電池可以以最大允許放電電流范圍內(nèi)的任意值進行放電，如何存儲這么多的放電曲線?幸運的是，采用電池供電的系統(tǒng)通常有兩種工作模式：正常工作模式和待機模式。因此，只需要將這兩種狀態(tài)下的放電曲線(分別稱為有效空電量和待機空電量)保存在內(nèi)部寄存器中就可以了，這個過程稱之為電池建模。

　　將圖3中各溫度點下對應的空/滿電量值寫入寄存器即可，對于相鄰溫度點之間的溫度，按照線性化進行處理。

　　根據(jù)測量得到的電池溫度以及內(nèi)部的電池模型，器件可計算出當前溫度下的滿電量和空電量(待機空電量和有效空電量)，ACR寄存器內(nèi)部存儲的是目前電池計量電量，從ACR中減去該溫度下的空電量，就可以得到剩余的絕對電量，用絕對剩余電量與該溫度下的滿電量相比，得到的百分比值稱為相對剩余電量。

　　該溫度下的滿電量對于未經(jīng)老化的新電池可以通過模型獲得，對于老化的電池，由于電池容量下降，如何確定滿電量?

　　6 如何確定老化電池的滿電量?

　　器件內(nèi)部有兩個寄存器：老化容量寄存器(AC)和老化系數(shù)寄存器(AS)，AC寄存器存儲電池的標稱容量，器件內(nèi)部的計數(shù)器在電池放電時進行加計數(shù)，當計數(shù)值達到32倍的AC寄存器值后會將AS寄存器中的值減1，這相當于將電池的容量減少了0.78%，通過這種方式可以實現(xiàn)電池老化，在設計時，如果增大AC寄存器的值會降低電池的老化速度，減小AC寄存器的值會加速電池老化。

　　電量計長時間運行會累積誤差，為消除累積誤差，電量計還提供了“學習”的功能，觸發(fā)“學習”功能和完成一個完整的“學習”周期是需要一定條件的：必須檢測到有效空電量點才能觸發(fā)“學習”功能，此時，開始充電，必須不間斷充電直到檢測到滿電量點才能完成“學習”過程，當完成一個完整的“學習”周期后，電量計會自動根據(jù)當前溫度下的滿電量值以及老化系數(shù)更新ACR，消除ACR累積的誤差。

　　7 OCV電量計工作原理

　　開路電壓檢測電量計利用電量計上電時測量電池的電壓(通常情況下，電池應該靜止足夠長時間使電池電壓恢復)，通過存儲在電池內(nèi)部的電壓和電量對應關系查找表來估算電池的電量，該電量計和電池的相關性不大，因此可以用在主機側，使用該電量計的系統(tǒng)可任意更換電池(更換電池的型號必須一致)。

　　8 電量計設計

　　通過以上介紹了電量計的具體工作原理，以及電量計針對不同溫度、不同電流狀態(tài)作出的修正和老化處理措施，可以對內(nèi)部寄存器進行配置，使電量計精確預報剩余電量。

　　電池參數(shù)保存在器件內(nèi)部參數(shù)EEPROM寄存器，這些參數(shù)分別是：

　　RSNSP：保存外部檢流電阻阻值;

　　RSGAIN：設置檢流電阻的增益;

　　RSTC：設置電阻的溫度系數(shù)，該電阻阻值的精度直接決定了電量累計的精度。

　　VCHG：電池充滿時對應的電壓值;

　　IMIN：電池充滿電時對應的充電電流值;

　　VAE：電池有效空電量時對應的電壓點;

　　IAE：電池有效空電量時對應的電流值;

　　這些參數(shù)和電池的“學習”過程相關，只有當電池電壓從大于VAE的電壓降到低于VAE的電壓同時放電電流大于IAE中設定的電流時才能檢測到空電量點，否則就認為沒有檢測到空電量點，當檢測到空電量點時，就會在狀態(tài)寄存器中置學習標志位。此時，需要對電池進行不間斷充電直至充滿，電量計檢測充滿要根據(jù)VCHG和IMIN中設置的值進行判斷，只有到電池電壓達到VCHG并且充電電流低于IMIN時，電量計才會認為電池充滿，此時，內(nèi)部會將AS寄存器更新，完成學習過程。這些寄存器要根據(jù)實際應用進行設置，如果設置不正確可能無法完成學習過程。

　　其他的一些存儲器與電池模型相關，在存儲電池模型對應的電量時采用斜率的方式進行存放，這樣可以減少內(nèi)部存儲單元的數(shù)量。關于如何設置、計算這些存儲器的數(shù)值，請參考應用筆記：

　　http://www.maximintegrated.com/cn/app-notes/index.mvp/id/3584

　　當這些寄存器正確設置后，經(jīng)過一個完整的放電和充電周期后，電量計就能夠正確報告剩余電量以及百分比。

　　通常情況下，電池包內(nèi)部帶有電池保護板，如果電量計位于電池保護板的內(nèi)側，通常沒有問題，但是如果電量計位于電池保護板的外側，當保護板啟動保護時，電量計將會掉電，此時，電量計內(nèi)部的測量數(shù)據(jù)會丟失(參數(shù)數(shù)據(jù)由于保存在EEPROM中，不會丟失)，如果再次上電，ACR及AS寄存器的值會從內(nèi)部的備份存儲器恢復，ACR的備份是RARC變化4%備份一次，因此，最大有可能造成電量4%的報告誤差，因此，建議在設計時將電量計放在保護板的內(nèi)側，這樣，即使保護板發(fā)生保護，電量計也不會掉電。

　　9 結束語

　　以上介紹了基于庫侖計的電量計的工作原理以及電量計如何在不同溫度、不同電流下確保正確預報電量，并對內(nèi)部和計量相關寄存器作了說明，通過控制器對電量計進行控制，可實時監(jiān)視電量的變化并可報告多種和電池相關參數(shù)。

　　參考文獻：
　　[1]DS2780 datasheet
　　[2]DS2788 datasheet
　　[3]Mitchell M.Lithium-ion Cell Fuel Gauging With MAXIM Battery Monitor ICs
　　[4]RSGAIN校準[R/OL].http://china.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/4114
　　[5]COB校準[R/OL].http://china.maximintegrated.com/app-notes/index.mvp/id/4188