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锂电池电量检测方法集合

1.电压测量法

也就是说电池的电量通过简单的监控电池的电压而得来的。但是从下图中我们可以看到,电池的电量和电压不是线性关系的,所以这中测试方法并不精准。

优点:简单
缺点:不精准,电量测量精度仅仅超过20%。尤其是电池电量低于50%时,手机的电量计算将会变得非常不准确。所以这种方法对电池的保护是非常有限的。

2.电池建模法

这个方法是根据电池的放电曲线来建立一个数据表,数据表中会标明不同电压下的电量值。
优点:相比电压测试法更精准一些
缺点:获得精准的数据表并不简单因为电压和电量的关系还涉及到了电池的温度、自放电、老化等的因素。只有结合了众多的因素来进行修正才能够得出较满意的电量测量。

3.库仑计

库仑计是在电池的正极和负极串如一个电流检查电阻,当有电流流经电阻时就会产生Vsense,通过检测Vsense就可以计算出流过电池的电流。其中iPhone中就是采用这一方法。

优点:精度可达1%,可降低电池老化等因素对测量结果的影响。
缺点:在电池长期不工作的使用模式下。如果电池在充电后几天都未使用,或者几个充、放电周期都没有充满电,那么由内部化学反应引起的自放电现象就会变得非常明显。在这种情况下测量结果将不再那么精准。
前两种方法是以电压测量为基础,第三种库伦记监测方法是以电流积分为基础。
以上三种测试方法中库伦计的精度是最高的,他可以在不损伤电池的情况下降低电池的放电截止电压,使电池的容量得到最大限度的利用,特别是对于低电压系统和使用多次的电池。另外还可以以更高精确地发出电池电量不足的警告信息,以避免用户在使用的过程中丢失数据。

库伦计工作原理(电流积分)
简化的电池电量计如图所示:

其中,RSNS为mΩ级检流电阻,RL为负载电阻。电池通过开关、RSNS对RL放电时的电流IO在RSNS两端产生的压降为 VS(t)=IO(t)×RSNS。电量计持续检测RSNS两端的压差VS,并将其通过ADC转换为N位的数字量Current(简称CR),之后以时基确定的速率进行累加,M位累加结果Accumulated_Current(简称ACR)的单位为Vh(伏时)。对量化后的VS进行累加相当于对其进行积分,结果为:

将ACR值除以检流电阻RSNS的阻值即得到以Ah(安时)为单位的电池容量。ADC转换结果和累加后的结果都带有符号位,按照图1中的连接方式,充电时CR为正,ACR递增;放电时CR为负,ACR递减。外部微控制器可以读取CR和ACR值,经过换算得到真实的充放电电流和电量值。

4.阻抗追踪法(TI Impedance Track)

TI 的阻抗跟踪 TM 电池电量计技术是一种功能强大的自适应算法,其会记住电池特性随时间的变化情况。将这种算法与电池组具体的化学属性结合可以非常准确地知道电池的充电状态 (SOC),从而延长电池组使用寿命。

优点:温度补偿,实现更好的低温性能,精度更高
缺点:技术较为复杂

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