[nRF51822] 15、穿戴式設備上電量檢測裝置的設計及細節技術點(偏專業硬件文章)



穿戴式

設備如智能手環、智能手表一般采用幾百毫安時的鋰離子電池來供電。因此,與之配套的充電電路、穩壓電路和電池電量檢測電路便必不可少!本文主要談談該類消費類電子內部電池電量檢測的一般方法及其優缺點。

電池電量檢測看似簡單,實則不易!

目前人們主要使用的兩種檢測電池電量的方法是:

一種方法以電流積分為基礎;而另一種則以電壓測量為基礎。

下面是一種簡單的綜合電流法和電壓法的電池電量檢測方案:

一種集成電壓、電流的電池電量檢測方案

其中電流檢測方法本質是電壓,是通過使用AD采樣采樣電阻兩端的電壓,並根據歐姆定律來獲得電流,然后根據庫倫定量對電流積分得到消耗電量。

一種基於電流采樣的電池電量檢測方案

電壓測量方法是基於電池電壓和剩余電池量之間存在的某種已知的關系,該方法要求測量器件不施加負載。

某款電池的充放電電量和電池電壓的關系曲線圖

上圖為某款電池的充放電電量和電池電壓的關系曲線,因此根據此模型可以用電池兩端的電壓來估算電池的當前電量


當前,

電池電量檢測系統還存在問題,主要是:測量數據對電量結果提供的信息不准確,不全面,忽略了溫度對電池性能的影響和電池自身老化及內阻變化等因素。而隨着電池本身的老化,電池的額定容量也會逐漸減小,缺乏對電池容量的滿循環校准,這樣測量的誤差也會隨着電池使用時間的變長而越來越大。[1]

電流積分法(也即:庫侖計法)則受到電池自放電的影響,如果電池在充電后幾天都未使用,或者幾個充、放電周期都沒有充滿,那么由內部化學反應引起的自放電現象就會變得非常明顯。

不同的電池模型有不同的自放電速度,這取決於充電狀態、溫度以及電池的充放電循環歷史等因素。[2]


文章引用

[1] 程宇菥. 鋰電池電量檢測系統設計[D].電子科技大學,2014.
[2] 唐慧強,李超. 基於CC2530的鋰電池電量檢測系統的設計[J]. 化工自動化及儀表,2011,03:350-353.
[3] 張永凱,趙建平,陶明超,王成,王曉冬. 基於庫侖計法的鋰電池電量檢測[J]. 化工自動化及儀表,2016,02:191-194.
[4] 李萌. 基於存儲器和查找表算法的無運算單元電池電量檢測系統芯片設計[D].復旦大學,2012.
[5] 孫立君. 一種基於移動電源的電池電量檢測方案的實現[J]. 數字技術與應用,2014,04:77-78.


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