探讨两个电池电量相关的技术问题

电池供电的电子产品不计其数，具有便携性好的优点，可以随时随地使用。但是有一个让用户非常焦虑的事情是电池续航问题。我们在使用电池供电的产品时，会关心当前电池还有多少电量、还能用多久。

我最近买了一个蓝牙耳机，选择它的一个重要原因就是它可以直观的显示电池电量，

 

如果本身没有显示，只能在电池电量低时收到语音提示，或者在电脑、手机上查看电量信息（蓝牙协议里有电池电量的服务，会将电量信息发给主设备），不如直接显示方便。

本文探讨和电池电量相关的2个技术问题：电量采集和电量显示。

一、电量采集

电池电量采集方法主要有两种：

1） 电压采集法：这种方法是基于电池电压与电量的关系来进行采集的。电池电压随着电量消耗而逐渐降低，因此可以通过采集电池电压来估算电量。电压采集法具有成本低、实现简单的优点，但其精度较差，尤其是在电池电量较低时。

电池的种类不同，电压和电量的关系也不同。

图片来源：https://www.powertechsystems.eu/home/tech-corner/lithium-ion-state-of-charge-soc-measurement/ 

上图可以看出，铅酸电池具有相对线性的曲线，可以很好地估计充电状态：然而，锂离子电池的放电曲线要平坦得多，这意味着在很宽的工作范围内，电池端子的电压变化非常小。

2）库仑计法：这种方法是基于电池电流累积来进行采集的。库仑计是一种电路，它能够累积通过其的电流。通过记录电流累积值，可以计算出电池消耗的电量。库仑计法具有精度高、可靠性好的优点，但其成本也较高，实现也更为复杂。

对于普通应用来说，使用第一种电压采集法即可，以4.2V锂电池为例，电池容量和电压关系大概如下，可根据电压估算出电池容量。

图片来源：https://siliconlightworks.com/li-ion-voltage

二、电量显示

假设电池电量使用如下图标进行显示，满格电量为4格

假设我们可以按照如下电压进行设置：

4.20V~3.90V满格

3.90V~3.80V三格

3.80V~3.72V两格

3.72V~3.65V一格

3.65以下，低电压告警。

代码里你可能会按照如下方式实现：

 

if(Vol >= 3.9)
  Disp(4);
else if(Vol >= 3.8)
  Disp(3);
else if(Vol >= 3.72)
  Disp(2);
else if(Vol >= 3.65)
  Disp(1);
else
  Disp(0);

 

这么写实际会有问题，会出现在临界值时出现电量格数来回跳变的问题。比如ADC测得电压时3.90V时显示满格，当测到3.89V时会就显示3格，下一时刻由于ADC采集误差或者本身电池电压波动就会测到3.90V，这时就又显示了满格，之后会再次出现3格。这样会让用户觉得紊乱，实际中不能这么用，需要改进。

改进的方法是加入回差控制：

 

if(Vol >= 3.9)
  Disp(4);
else if(vbat >= 3.8+0.02 && vbat < 3.9-0.02) 
  Disp(3);
else if(vbat >= 3.72+0.02 && vbat < 3.8)
  Disp(2);
else if(vbat >= 3.65+0.02 && vbat < 3.72)
  Disp(1);
else if(Vol < 3.65)
  Disp(0);
else
    ; // 不处理

这样就可以解决这个问题，原理也很简单，就是在跳变的区间内不做处理即可。

　　审核编辑：汤梓红