关于充电电池电量计原理的详细介绍

刘生 2021-04-04 3091

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描述

现在许多运用的充电电池包含铅酸蓄电池、镍镉/镍氢电池、锂离子/锂聚合物电池。这几种电池的特性如表1所示。铅酸蓄电池容量大，内阻低（一般400Ah的2V蓄电池内阻大约为0.5mΩ），可进行大电流放电，但是粗笨且体积巨大、不便于带着，常用在轿车和工业场合。其电极资料含铅，可对环境构成极大污染。铅酸蓄电池对充电操控的要求不高，能够进行浮充。

镍镉电池容量较大，内阻低、放电电压平稳，合适作为直流电源。与其他种类的电池比较，镍镉电池耐过充电和过放电，操作简略便当，但是具有回想效应，应尽量在彻底放电之后进行充电。电极资料含有剧毒重金属镉，跟着环保要求的行进，其市场份额越来越小。

镍氢电池是在镍镉电池的基础上翻开而来的，选用金属化氢替代有毒的镉，在大部分场合能够替代镍镉电池。其容量约为镍镉电池的1.5～2倍，且没有回想效应。相关于镍氢电池，它对充电操控的要求较高，现在许多运用在一些便携电子产品中。

锂离子电池是现在最常见的二次锂电池，具有高能量密度，与高容量镍镉/镍氢电池比较，其能量密度为前者的　1.5～2倍。其均匀运用电压为3.6V，是镍镉电池、镍氢电池的3倍。它的内阻较大，不能进行大电流充放电，并且需求准确的充放电操控，以防止电池损坏并抵达最佳运用功用。锂离子电池广泛运用在各种便携电子产品中，包含手机、笔记本电脑、mp3等。

锂聚合物电池是一种新式的二次锂电池，具有更大的容量；内阻较低，容许10C充放电电流。它和锂离子电池相同需求准确的充放电操控。现在，锂聚合物电池首要用于一些需求大电流充放电的运用中，如动力/模型轿车等。充电电池容量预算办法。

在大都便携运用中，都需求随时了解电池剩下容量以预算电池运用时间。

图1 简化的电池电量计框图

最早运用的办法是通过监督电池开路电压来获得剩下容量。这是由于电池端电压和剩下容量之间有一个招认的联络，丈量电池端电压即可预算其剩下容量。这种办法的绑缚是：1）关于不同厂商出产的电池，其开路电压与容量之间的联络各不相同。2）只需通过丈量电池空载时的开路电压才调获得相对准确的效果，但是大大都运用都需求在运转中了解电池的剩下容量，此刻负载电流在内阻上发生的压降将会影响开路电压丈量精度。而电池内阻的离散性很大，且跟着电池老化这种离散性将变得更大，因而要补偿该压降带来的差错将十分困难。综上所述，通过开路电压来实时预算电池剩下容量的办法在实践运用中无法抵达满意的精度，只能供应一个大致的参考值。

另一种许多运用的办法是通过丈量流入/流出电池的净电荷来预算电池剩下容量。这种办法对流入/流出电池的总电流进行积分，得到的净电荷数即为剩下容量。电池容量能够预置，也可在后续的无缺充电周期中进行学习。在补偿电池自放电、不同温度下的容量改动等要素后，这种办法能够获得令人满意的精度，因而广泛运用于笔记本电脑等高端运用中。

电池电量计作业原理

电池电量计对流入/流出电池的总电流继续进行积分，并将积分得到的净电荷数作为剩下容量。

简化的电池电量计如图1所示。其间，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两头发生的压降为VS（t）=IO（t）×RSNS。电量计继续检测RSNS两头的压差VS，并将其通过ADC转化为N位的数字量Current（简称CR），之后以时基招认的速率进行累加，M位累加效果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，效果为。

电池电量

因而，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转化效果和累加后的效果都带有符号位，依照图1中的联接办法，充电时CR为正，ACR递加；放电时CR为负，ACR递减。外部微操控器能够读取CR和ACR值，通过换算得到真实的充放电电流和电量值。实践的电量计还包含一些操控和接口逻辑，一般还能检测电池电压和温度等参数。一些智能电量计能够主动完毕电池自放电的批改，还可保存电池特性曲线，容许用户定制电池电量核算法。