当前位置：首页 > 电源 > 电源电路

在电池管理系统中使用专用电量计获得精确的电池电量

时间：2021-11-24 15:16:59

关键字：电池管理电池电量

手机看文章

扫描二维码
随时随地手机看文章

[导读]电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，即电池的容量，通常以安培·小时为单位（简称，以A·H表示，1A·h=3600C）。任何使用电池供电产品或设备的人都会意识到准确的电池容量指示器的重要性。让我们的设备在没有任何警告的情况下突然死机是非常令人沮丧的。

电池容量是衡量电池性能的重要性能指标之一，它表示在一定条件下（放电率、温度、终止电压等）电池放出的电量，即电池的容量，通常以安培·小时为单位（简称，以A·H表示，1A·h=3600C）。任何使用电池供电产品或设备的人都会意识到准确的电池容量指示器的重要性。让我们的设备在没有任何警告的情况下突然死机是非常令人沮丧的。

我们给一个电池以恒流放电，放出多少电量就是这个电池的容量，但是锂电池就不行，它有个最低放电电压，即放电电压不能低于2.75V，通常以3.0V为下限保护电压。例如锂电池容量是1000mAh,则充放电电流就1000mA,在电池最高电压4.2V内放到3.0V，放出来的容量才是电池最真实的容量。然而对于不同电压的电池，我们就不能单纯的用安时来代表容量，比如一块12V 20AH的电池，一块15V20AH的电池，哪怕都是20AH，供给相同功率负载，设备都能正常工作，但持续时间是不一样的，所以标准容量应该以功为单位。

传统上，指示电池容量的最简单方法是使用模拟比较器测量电池电压，并在低于预定阈值时生成简单的低电量警告。在已经具有通用微控制器 (MCU) 的产品中，模数转换器 (ADC) 可以获取更准确的（数字）电压读数，将该读数与一组预定义的电平进行比较，并生成更复杂的电池电量指示器。

但是，如果我们在负载条件可变的应用中查看实际电池的电压曲线，我们很快就会发现简单的基于电压的读数可能会产生误导。假设一个单串联电池供电系统需要在电池电压为 3.7V 时发出警报，这是基于约 15% 充电状态（其中 0% 为空，100% 为空）的开路电压 (OCV)已满）。挑战在于电池电压可能会在稳定之前多次超过 3.7V。系统可能会过早警告最终用户并缩短运行时间，或者过晚发出警告并导致系统崩溃，甚至可能损坏硬件。

图 1 是同一电池在不同温度下响应动态负载的示例。在低温下使用较低的电流有助于耗尽电池的所有容量。放电深度 (DOD)（DOD = 1 – 真实充电状态）使 X 轴标准化。电压响应似乎是两种不同的动物！

在电池管理系统中使用专用电量计获得精确的电池电量

图 1：电池电压对不同温度下动态负载的响应

老化是另一个问题。一旦电池的当前满容量由于老化而低于其原始满容量的 80%，它将很快下降到其寿命终止状态。对于老化的电池，电压 = 3.7V 可能表示几乎没有剩余容量。

在许多情况下，通用 MCU 的 ADC 精度通常不足以进行准确的充电状态计算。对于某些电池，1mV 误差会转换为 1% 的充电状态误差。图 2 是一个示例，其中 ±20mV 精度意味着平坦区域中 20% 的充电状态误差，假设我们需要 OCV。

在电池管理系统中使用专用电量计获得精确的电池电量

图 2：OCV 读数误差引起的 DOD 百分比误差

此外，系统中的通用 MCU 可能有许多功能块和许多并行进行的其他任务。它可能不是最节能的解决方案或最准确的电池电量指示器。但是通过添加一个小型外部专用电量计设备，我们可以获得更准确和功率优化的解决方案。

如果便携式设备长时间处于空闲/低功耗状态，则主 MCU（可能比专用仪表设备消耗更多功率）不必为了检查电池状况而唤醒并消耗功率. 虽然 MCU 可能需要几毫安来测量和计算充电状态，但离散量规消耗的电量仅为 MCU 消耗量的一小部分——平均电流为 20 至 30μA，睡眠模式开启。采用适当的电源管理技术，它甚至可以降至 <2µA。