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標(biāo)簽 > 電量計(jì)
電量計(jì)（coulomb counter）是根據(jù)法拉第定律設(shè)計(jì)出用于測(cè)量電路中所通過電量的裝置稱為“庫(kù)侖計(jì)”或“電量計(jì)”。
電量計(jì)（coulomb counter）是根據(jù)法拉第定律設(shè)計(jì)出用于測(cè)量電路中所通過電量的裝置稱為“庫(kù)侖計(jì)”或“電量計(jì)”。
根據(jù)法拉第定律，用電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量可以精確計(jì)算出通過電路的電量。利用這個(gè)原理設(shè)計(jì)出的用于測(cè)量電路中所通過電量的裝置，稱為“電量計(jì)”或“庫(kù)侖計(jì)”。常用電量計(jì)有“銀電量計(jì)”、“氣體電量計(jì)”等。
電量計(jì)（coulomb counter）是根據(jù)法拉第定律設(shè)計(jì)出用于測(cè)量電路中所通過電量的裝置稱為“庫(kù)侖計(jì)”或“電量計(jì)”。
根據(jù)法拉第定律，用電極上發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)的量可以精確計(jì)算出通過電路的電量。利用這個(gè)原理設(shè)計(jì)出的用于測(cè)量電路中所通過電量的裝置，稱為“電量計(jì)”或“庫(kù)侖計(jì)”。常用電量計(jì)有“銀電量計(jì)”、“氣體電量計(jì)”等。
讓電池電量計(jì)更精確
電池供電的移動(dòng)設(shè)備如智能手機(jī)、平板電腦和筆記本電腦已為現(xiàn)代生活所必需。例如，當(dāng)今智能手機(jī)提供人們每天需多次使用的許多功能：發(fā)電郵、發(fā)短信、GPS、拍照、日歷、記事本、多媒體播放器，甚至?xí)r不時(shí)的電話。用戶通常需要在低電量時(shí)繼續(xù)操作他們的設(shè)備，如果即使顯示還剩百分之幾的電量，系統(tǒng)突然關(guān)閉，可能帶來不便。同樣，許多筆記本電腦用戶，已經(jīng)歷過在筆記本電腦為保護(hù)電池而比預(yù)期更快關(guān)機(jī)后，丟失未保存的工作的沮喪。
考慮到隨時(shí)準(zhǔn)確知曉電池剩余電量對(duì)用戶的重要性，精確的電池“電量計(jì)”極其重要。但是通常用于便攜式設(shè)備的庫(kù)倫計(jì)數(shù)技術(shù)不僅不準(zhǔn)確，導(dǎo)致意外關(guān)機(jī)的可能性非常大，而且受制于溫度相關(guān)的誤差，并消耗寶貴的電池電量，而將這些電量用來為其它功能電路供電可能更好。
1 庫(kù)倫計(jì)數(shù)電量計(jì)
庫(kù)侖計(jì)數(shù)使用一個(gè)高精度的電流檢測(cè)電阻來監(jiān)測(cè)電池不斷輸出的電流。電流隨時(shí)間而集成，并將結(jié)果與已知的最大電量進(jìn)行比較，以計(jì)算可用的剩余電量。
從根本上說庫(kù)倫計(jì)數(shù)是不準(zhǔn)確的，因?yàn)樗鼰o法檢測(cè)電池自放電事件，因自放電電流未流過庫(kù)倫計(jì)數(shù)的檢測(cè)電阻。而且，自放電事件往往升高環(huán)境溫度，改變檢測(cè)電阻阻抗從而進(jìn)一步影響精確度。此外，電池每次必須充滿電以便精確校準(zhǔn)。
庫(kù)倫計(jì)數(shù)更多的缺點(diǎn)包括精密檢測(cè)電阻相對(duì)高的成本，以及當(dāng)檢測(cè)電流持續(xù)流過被這電阻消耗的寶貴的電池電量。
庫(kù)倫計(jì)數(shù)精確度約8%左右。因此如果指示器顯示剩余電量為10%，那么實(shí)際值可能低至2%。對(duì)筆記本用戶來說，這帶來在工作中丟失未保存文件的切實(shí)風(fēng)險(xiǎn)。在智能手機(jī)中，因系統(tǒng)關(guān)閉非必需的功能而可能導(dǎo)致通話中斷或功能丟失。由于如此不準(zhǔn)確的水平，用戶可能在即使指示器顯示還有20%左右剩余電量時(shí)就開始擔(dān)心電池剩余的使用時(shí)間。對(duì)顯示的電池使用時(shí)間驟降的擔(dān)心，只會(huì)增加對(duì)狀態(tài)信息的不信任感。
當(dāng)市場(chǎng)耐心等待電池技術(shù)的改進(jìn)（或事實(shí)上不甘現(xiàn)狀），設(shè)備設(shè)計(jì)工程師構(gòu)思日益復(fù)雜的電源管理方案，以節(jié)省每一個(gè)可能報(bào)廢的電池電量時(shí)，電量計(jì)為用戶提供準(zhǔn)確的讀數(shù)，同時(shí)它本身消耗盡可能少的電池電量是極其重要的。
2 更好的方法
安森美半導(dǎo)體已開發(fā)出專利方法HG-CVR（通過使用內(nèi)部阻抗探測(cè)電流-電壓的混合計(jì)量法），根據(jù)使用精密的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）測(cè)得的電池電壓計(jì)算電池剩余電量。圖1所示為基本應(yīng)用電路，顯示使用這技術(shù)的一個(gè)電量計(jì)系統(tǒng)的主要功能模塊。
描述被監(jiān)測(cè)的電池技術(shù)的電壓與電量的關(guān)系特性的參考表被存于內(nèi)存中。通過比較測(cè)到的電壓與存于表中的值，可計(jì)算出電池剩余電量。圖2說明了原理：如果測(cè)得的電壓為4.0 V，與參考表的比較表明電池電量剩余75%。
在已知的時(shí)間間隔重復(fù)測(cè)量電壓。電池溫度也被監(jiān)控。根據(jù)電壓和溫度測(cè)量，和在已知的時(shí)間間隔記錄的電壓變化，就可計(jì)算出電池電量將完全耗盡前的剩余時(shí)間。當(dāng)電池電壓更低時(shí)，讀數(shù)會(huì)更頻繁，以確保當(dāng)電池剩余的使用時(shí)間變得更短時(shí)的準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)。
這種方法通過測(cè)量電池組電壓，能考慮到電池自放電事件。而且，電池?zé)o需充滿電就能校準(zhǔn)。即使電池只充電到50%，也可準(zhǔn)確計(jì)算電池剩余使用時(shí)間。
由于測(cè)量間隔，監(jiān)測(cè)電路無需持續(xù)運(yùn)行。這使電量計(jì)電路能在測(cè)量之間進(jìn)入節(jié)能睡眠模式。與傳統(tǒng)的庫(kù)倫計(jì)數(shù)相比，這種方法因無需檢測(cè)電阻因而降低運(yùn)行能耗。
3 溫度補(bǔ)償
眾所周知，在低環(huán)境溫度下工作對(duì)鋰電池性能有顯著影響。特別地，隨著溫度降至0℃以下，電池阻抗變化，導(dǎo)致當(dāng)放電電流流動(dòng)時(shí)電池壓降增加。安森美半導(dǎo)體已在其LC709203F電池電壓檢測(cè)電量計(jì)IC中添加獨(dú)特的校正算法。這算法有助于確保電量計(jì)在寬范圍的環(huán)境溫度下在所有電池電壓下的精度保持在2.8%以內(nèi)。
為比較使用安森美半導(dǎo)體的LC709203F的電量計(jì)量法和庫(kù)倫計(jì)數(shù)電路的性能，裝有新電池的智能手機(jī)自適應(yīng)以支持正負(fù)極電池連接，電池組的輸出熱敏電阻被連接至LC709203F，同時(shí)使智能手機(jī)的內(nèi)置電量計(jì)能繼續(xù)運(yùn)行。數(shù)據(jù)記錄器用來記錄內(nèi)置電量計(jì)的輸出，這通過智能手機(jī)的I2C總線和LC709203F的輸出來監(jiān)測(cè)。智能手機(jī)被置于一個(gè)0℃的恒溫容器中，開啟背光，運(yùn)行于飛行模式。圖3所示為實(shí)驗(yàn)裝置。
圖4所示為比較的結(jié)果。使用LC709203F在測(cè)試期內(nèi)達(dá)到的精度高于2.8%，電池剩余電量最低水平高于2%。標(biāo)準(zhǔn)的電量計(jì)系統(tǒng)運(yùn)行具有不同程度的誤差，當(dāng)電池電量即將耗盡時(shí)，達(dá)到高于6%的最高水平。從用戶角度來講，希望當(dāng)電池電量更低時(shí)有更高精度，以便預(yù)測(cè)設(shè)備可能關(guān)閉的時(shí)間。
4 尺寸和省電
LC709203F支持只需一個(gè)外部元器件的高能效電量計(jì)量，而替代的器件可能需要2-5個(gè)或多達(dá)14個(gè)額外元器件，這大大節(jié)省物料單成本和設(shè)計(jì)時(shí)間，還提升可靠性。而且，1.76mm x 1.6mm的封裝較替代器件小45%。結(jié)合減少的元器件數(shù)，這使電量計(jì)電路的整體線路板（PCB）面積將減少約77%。這對(duì)智能手機(jī)設(shè)計(jì)工程師可能代表了一個(gè)關(guān)鍵的好處，他們持續(xù)奮戰(zhàn)于嵌入所有設(shè)計(jì)元素以提供消費(fèi)者想要的功能和用戶接口，留給元器件更小的空間使這一切成為現(xiàn)實(shí)。
總功耗也更低。LC709203F工作電流為15 µA，約為相似的競(jìng)爭(zhēng)器件118 µA的1/10。除了運(yùn)行時(shí)的消耗改進(jìn)超過87%，LC709203F在睡眠模式下最高消耗60%的電流。
5 結(jié)論
傳統(tǒng)的庫(kù)倫計(jì)數(shù)電池電量計(jì)具有相對(duì)較差的精度，使當(dāng)今用戶在使用他們的移動(dòng)設(shè)備時(shí)容易受到不便的中斷，特別是當(dāng)工作接近電池剩余電量極限時(shí)。新技術(shù)使用精密的電池電壓檢測(cè)，內(nèi)置誤差校正和溫度補(bǔ)償，確保一個(gè)更精確、具成本效益和節(jié)能的方案，將使用戶能更有效地管理他們的移動(dòng)電池。
手機(jī)是如何知道電池剩余多少電量呢？其實(shí)在電池的內(nèi)部有一個(gè)電量計(jì)，用于指示可充電電池中的剩余電量以及在特定工作條件下電池還能持續(xù)供電的時(shí)間。
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