电量检测论文（共5篇）
电量检测论文 篇1
伴随微电子、触控和显示技术的发展,平板电脑和智能手机越来越普及。CPU向多核发展,屏幕分辨率达到300PPI以上,屏幕尺寸也越来越大。功耗大,待机时间缩短变成突出问题。便携式设备采用锂离子电池供电,为保证设备的移动性,及时、准确地提供剩余电量信息对于用户变得非常重要。
一、开路电压法
锂离子电池的阳极用金属氧化物制造,阴极由碳化物组成,采用非液态有机锂盐作为电解质。电池充电时,锂盐在阳极分解为锂离子,并通过电解液来到阴极,嵌入到阴极有机物中。电池放电时,过程刚好相反,锂离子脱离嵌入物,通过电解质来到阳极合成锂盐并释放电能。锂离子电池充满电时的开路电压约为4.1V,放电终了可以到达3V以下。放电过程中开路电压随剩余电量减少,逐渐降低。把锂离子电池开路电压和剩余电量关系用曲线描述,建立锂离子放电曲线模型,就可以建立电压和电量的关系。因此通过测量电池开路电压计算电池的剩余电量,这种方法称为开路电压法。
开路电压法存在几个问题。一是锂离子电池放电曲线易受环境温度、放电电流的影响。在低温环境和大电流放电的情况下,锂离子电池提供的电量比常温小电流状态大大减少。二是电池在放电过程中会遇到电流突变情况,电压会下降0.2V以上,会造成剩余电量测量值突变。三是电池本身随着使用充放电次数的增加,会产生老化,电池的容量随充放电次数增加而减少。虽然这种老化现象非常缓慢,但是锂电池每年仍会损失20%以上的容量。锂离子电池不使用时,由于电解质中的杂质和化学反应,也会造成一定的电量损失。四是开路电压法需要测量电池的开路电压,但在实际使用过程中总是带载测量,因此测量电压值本身有一定误差。虽然开路电压法原理简单,实现容易,检测电路损耗小,但是由于上述几点因素,单独使用无法获得精确的剩余电量信息。
二、库仑计法
库仑计法是计算流入、流出电池的净电荷来计算电池剩余电量。该方法需要借助一个毫欧姆级、高精度、低温漂电阻作为电流传感器,电流传感器串联在电池放电主通路。初次使用电池时,需给电池预置一个总电量。该测量方法的基本原理是用某时间点电流代表时间间隔T内平均电流,计算出时间T内的电量,然后进行积分。设定一个测量周期T,充电时,每隔时间T测量一次电阻两端电压,通过计算得到电流值I,与测量周期T相乘后得到时间T内充入电池的电量。对每个周期T测得的电量值进行累加后得到电池总电量。设置标志位,对测量电压极性进行识别,区分充电和放电。放电时对放电电流和测量周期进行相乘,然后从总电量进行累减,这样很容易计算出剩余电量。
这种方法存在三个问题,一是总电量在温度和放电电流改变时会变化;二是总电量随电池老化会减小;三是电池在不工作时存在自放电,造成容量损失。因此该方法需要借助另外算法不断进行修正,才可以达到满意的精度。
三、综合测量法
综合测量方法基于上述开路电压法和库仑计法,是二者的结合。预设放电曲线模型,锂离子电池第一次放电时采用开路电压法,借助设定的放电曲线给出剩余电量值。在第一次充电时,用库伦法计算充入电池电量。根据充入电量与电压的关系,对预设放电曲线关系进行修正,给出修正后的放电曲线模型,用于第二次放电时剩余电量测量。以后每次充电时修正放电曲线。通过不断学习的方式,提高剩余电量测量精确度。对于电流突变造成电压突变的情况,可以采用电压滤波的方式,对一定时间内的电池电压进行平均,如果平均电池电压下降了,再通过放电曲线模型给出剩余电量。基本消除了电压突变带来的剩余电量测量影响。
综合测量法在硬件上实现,需借助CPU进行运算和非易失性存储芯片对数据进行存储,因此可以使用多种算法保证剩余电量的精确测量。部分芯片厂开发出集成RISC核、EEPROM和RAM的芯片,用于锂电池剩余电量测量。有的芯片带有完备的学习算法,可完成所有必要的测量,用户只需发命令读取电量信息即可,如DS2780,上位机通过1-Wire总线读取电量信息,并为锂电池提供必要的安全保护电路。
四、结语
受到温度,放电电流等多种因素影响,简单的开路电压法和库仑计发都无法得到精确的结果。如果采用综合测量法,虽然可以获得满意的精度,但需要进行复杂的算法设计。通过使用现成的电量计芯片,可以大大缩短开发周期,获得满意的测量结果。
用电量转正符合预期 篇2
国信证券分析师表示，8月份发电量环比增长2.9％，从2000～2008年8月份环比的历史数据看，8月与7月相比基本持平，因此电量增长是需求进一步复苏导致的，而非季节性因素。
渤海证券的分析师指出，8月份规模以上企业工业增加值同比增长12.3％，环比加快了1.5个百分点，连续4个月同比增速加快；同期全社会用电量为3462亿千瓦时，同比增长8.22％。随着经济复苏进入后半程，工业产品产量的增长有效带动了电力需求的回升，用电量回升的速度开始超过经济的增长速度。
中金公司分析师预计，9月份电量同比增速仍维持高位，因为2008年同期的基数比较低，但环比将出现下降，因为9月份一般为三季度的用电淡季。
中金公司分析师建议优选三季度业绩可能超预期的公司。审慎推荐的顺序是：华电国际、国电电力、华能国际、申能股份和长江电力。
国信证券分析师认为，8月份火电机组利用小时环比、同比均实现正增长，在煤价、电量之外成为提升火电公司业绩的又一推动力，因此火电股存在补涨机会。分析师谨慎推荐国电电力、宝新能源、粤电力、申能股份。另外建议关注8月份用电情况复苏最快的广西，桂冠电力下属火电有望受益。
不过，渤海证券分析师预计电力板块的投资主线将在四季度出现转折点。四季度前半段将延续三季度围绕复苏路径展开的补涨行情，火电板块三季度业绩大幅增长的利好兑现后，由于四季度业绩增长幅度的减弱，预计火电板块补涨行情将接近尾声。
行业评判
国泰君安煤炭价格中长期看涨
由于煤炭供给稳定，加上预期下游行业走势逐步明朗，继续看好中长期煤炭价格，但仍维持近期煤价平稳的判断。资产注入预期较确定的开滦股份、国阳新能和中油化建仍可继续持有。激进型投资者可在焦煤上涨态势未确立前，提前布局焦煤类公司，西山煤电、盘江股份、开滦股份值得看好。
申银万国汽车业盈利有望增长
下半年汽车业销售存在单月创出今年以来新高的可能性。盈利也有望增长。下半年单季盈利将超过二季度，相应地，部分主流公司下半年单季盈利环比也将明显上升。股价表现将取决于业绩超预期的幅度。继续看好上海汽车、宇通客车、福耀玻璃、潍柴动力、福田汽车、一汽轿车和华域汽车。
中投证券纺织服装业底部徘徊
纺织服装出口金额依然显示底部反复特征，预计单边回升的情况要到今年底或明年初。建议重点关注具有较强议价能力的出口型上市公司。如大杨创世、山东如意等。另外在国内服装生产逐渐恢复的情况下，服装的上游子行业也存在较多的机会，关注鲁泰A、航民股份、伟星股份等。
东北证券生猪养殖进入上升期
截至9月，生猪价格已连续10周以上回升，表明新的上升周期已经开始。上升周期应该在一年半左右，所以今年下半年和明年是养猪业的上升周期。养猪业的整体利润率在17％以下，在行业低谷也不会发生深度亏损。重点养猪类公司有罗牛山新五丰和正邦科技。谨慎推荐正邦科技。
银河证券海运行业正稳健恢复
今年下半年，进出口贸易支持集装箱运输快速恢复。铁矿石等散货运输大幅上升后进人稳健阶段，油品运输稳步增长，由此推断远洋海运行业进入稳健恢复期。给予海运行业20lO年平均20倍市盈率的估值水平。关注中海发展等综合公司，以及稳定需求的油运公司，如长航油运等。
中金公司有线网络价值被低估
受体制束缚，有线网络经营能力和内在价值被严重低估。虽然有线网络的价值仍处于u型的左半侧。但继续下降空间有限。在政策的推动下，有线网络价值在明年有望向右侧转移，初现U型反转迹象。建议投资者根据“重组整合+业绩改善”两条主线选择个股，推荐天威视讯和歌华有线。
基金动态
兴业趋势《福布斯》排名居首
国际著名商业杂志《福布斯》中文版发布了2009中国基金排行榜，共有60只开放式基金和5只封闭式基金入榜。兴业趋势取代华夏大盘精选，成为国内最优秀的股票型基金。最新公布的15家国内机构9月基金推荐榜单显示，兴业社会责任连续第5个月在股票型基金推荐中获得第一，兴业可转债更是连续9个月在偏债型基金中位列榜首。在同时公布的十佳基金经理榜单中，兴业全球的王晓明名列第二。
瑞和沪深300分级指基开卖
国投瑞银瑞和沪深300指数分级基金9月17日正式发行。作为国内首只分级指数基金，该基金发行期截至9月30日，只发行10个工作日。该基金还实施限量发售，场内、场外合计发行规模上限为120亿元。
建信沪深300指数基金发售
建信沪深300指数基金(LOF)于9月21日起募集，发行期至10月30日。该基金主要投资于沪深300指数成份股，通过严格的投资程序约束和数量化风险管理手段，力争实现跟踪偏离度和跟踪误差最小化。
银华邮储“一对多”两日售罄
银华基金首批获批的两只“一对多”已通过农行和邮储银行进行销售。其中，与邮储银行合作的灵活配置型产品已于9月11日售罄，销售仅持续两日。首日销售规模超过2亿元，登记的意向客户超过600户。另一只与农行合作的保本型产品也受到了投资者的广泛关注和踊跃认购。
华商基金投资策略经受考验
电量检测论文 篇3
现有矿井下工作的计算机全部采用防爆、隔爆兼有安全便携的设计,供电电源采用镍氢电池,这种工作机的内部都不设有对电池电量检测的模块,所以,这种井下的工作机电量一般就会处于一种未知的状态,断电情况时有发生。因此,就需要在现有的接口以及硬件资源环境下开发出一种电量监测系统,使其具备实时的采集、传输、处理、显示及缺电报警功能,用来解决井下计算机工作过程中电量的实时监测问题。由于需要把从矿井下采集到的电池电量数据通过虚拟串口传输到上位机的USB总线上,所以有必要开发USB/RS232接口转换器使虚拟串口经过此转换器连接到上位机的USB总线上。
1系统的总体设计
本文设计的串口转换模块要实现两种功能:①实现USB接口主机的功能,系统的USB口接USB移动存储设备,系统的RS232口接串口设备,实现RS232设备和USB移动存储设备的数据通信,如图1所示;②实现USB设备的功能,系统的USB端接USB主机,RS232端接串口设备,实现传统意义上的串口到USB口的转换,用户可以直接将串口设备当成普通的USB设备来进行操作。
为了使USB主机接口的设计及其编程的复杂程度降低,使用专用的USB芯片已经成为开发人员的最优方案。本系统是采用嵌入MCU的USB控制器,因此,其实现USB接口的数据传输只需要CPU访问一系列的寄存器以及存储器即可。这与常规的设计方法相比较,简化了串口转换模块内部的程序开发,使其外部接口的速度大大提高。
本文选用的是 Cypress公司EZ-USB系列的CYC68013芯片。该芯片集成了SIE(串行接口引擎)、USB2.0收发器、具有可编程功能的外围接口和增强型的8051微控制器。智能的串行接口引擎可以处理很多USB1.1和USB2.0协议。
2系统的硬件实现
2.1 CYC68013芯片
CYC68013芯片的结构如图2所示。
CYC68013芯片具有如下特性:①使用比标准8051速度更快、功能更强的改进型8051内核;②高度集成;③其USB内核使研制人员不需要深层次了解USB协议即可开发出所需要的USB设备;④具有易用的软件开发工具。
2.2 USB控制电路模块
2.2.1 USB控制电路的设计
CYC68013芯片集成了增强型的8051微控制器内核,可以对USB总线进行控制,因而,就可以简化USB的接口电路。以CYC68013芯片为核心的USB控制电路如图3所示。
2.2.2 CYC68013芯片电压输入电路的设计
USB总线所提供的电压是+5 V,而CYC68013芯片工作所需要的电压是+3.3 V,所以需要设计一个电压转换电路来进行电平的转换,选用BM1117-3.3芯片实现+5 V到+3.3 V电压的变换。电压转换电路如图4所示。
2.2.3 电平转换电路设计
RS232串行总线接口以+12 V表示数字信号0,-12 V表示数字信号1,而USB总线以+5 V表示数字信号1,0 V表示数字信号0,因此,实现以CYC68013芯片为核心的USB/RS232接口转换器需要设计电平转换电路。电平转换电路采用MAX232芯片设计,如图5所示。
3系统的软件设计
3.1 系统软件设计
以CYC68013芯片作为核心控制器,在硬件上可以实现对USB接口主机最基本的控制功能。为了满足USB/RS232接口转换器的功能,还需要设计系统软件实现USB与RS232之间的协议匹配。系统的软件包括USB的主机协议、Mass Storage类的协议、FAT文件协议等三大部分。软件的接收及发送线程流程图分别见图6和图7。
3.2 批量传输的实现及Mass Storage类协议的构建
系统采用相对简单的Bulk-Only传输协议,支持UFI、RBC。
Bulk-Only传送Mass Storage命令块、状态包以及数据是通过批量化传输函数来进行;而UFI、RBC指令集命令的作用对象是存储介质,即在Bulk-Only的传输协议格式下发送特定的请求命令。以上两方面就是构建Mass Storage类协议的主要内容。
4结论
基于CYC68013芯片的USB/RS232转换电路结构简单,由上位机得到的电池电量测量结果与通过高精度万用表测量的结果完全相同。经过多次实验取证,证明由所设计的接口转换器传输的电池电量数据准确可靠,有效地解决了现有矿井下工作机无法实时进行电池电量监测的问题。
参考文献
[1]姚渭箐,周伟.基于FT2232H的USB-RS232转换模块设计[J].电子设计工程,2009,17(7):4-6.
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电量从哪儿来？走走就行 篇4
“我曾经通过人们的步行运动让一个飞轮转起来，”英国公司Pavegen的创始人Laurence Kemball-Cook对《第一财经周刊》说，“走路的人越多，它转得也越快。”Pavegen地板就是这个原理。
5厘米厚的地板，每块售价为600英镑（约合5568.78元人民币），人们在上面走一步，地板中心的LED灯就会亮一下，意味着能量转换已启动，这可以产生7瓦的电力，其中安置的太阳能板还可以提供辅助电力。转换获得的电能可直接为周围一些低功率的设施供电，比如街道照明、广告灯箱等。多余的电能还可以储存在一个锂电池内，最多可以保存3天。
现在，Pavegen已经在全球30多个国家超过100个地方安装了其地板，其中包括英国的哈罗德百货以及希斯罗机场，巴西的这座足球场则是Pavegen目前规模最大的一个项目。
Pavegen地板的材料是可回收的，它们大多是橡胶以及一些军用级别的不锈钢。这些材料比较容易改造调整至符合现有的建筑结构，它们还便于安装，也能嵌入防水防震等功能。每块地板大约可以供人踩踏2000万步，寿命为5年。
6年前，工业设计专业出身的Kemball-Cook在读研究生期间曾在英国大型能源公司Eon实习，当时他领到的任务是找到利用风能或太阳能为城市街道照明供电的方法。这个项目失败了，城市中有太多的阴影区域是最大的阻碍。
但这次经历让Kemball-Cook开始留意其他更适合城市空间、能提供充沛供给的能源。他很快发现，答案就在脚下。
把人体产生的能量转换成电能并不新奇，自行车轮胎上安装的发电机就可以把你骑自行车产生的能量转换成电能，这样的技术已经存在了几十年。但是，从步行中获取足够多有用的能量却要复杂得多，挑战在于如何从瞬间的步伐中捕获迅速散发的能量并将它们储存起来。毕竟，人们希望得到的是一种可持续的电力，而不是跳跃式的。
Pavegen似乎解决了这个问题，所涉及的核心技术是其最高级的商业机密，Kemball-Cook称之为压电技术，它利用了石英在受压后能产生电流的原理。
Kemball-Cook在2009年成立了Pavegen，一开始并不顺利，他花了好几年的时间开发技术并说服人们使用他的产品。“投资者在没看到地板安装后的样子时，是不会投资的。”
第一块Pavegen地板的安装甚至都不怎么合法。Kemball-Cook在某天凌晨两点闯入了一栋建筑，没经人许可就安装了Pavegen地板，还拍了照片，把它发到网站上，注明“热烈庆祝最新安装成功！”不过那之后，他很快拿到了第一份商业订单。
2012年伦敦奥运会期间，Pavegen地板首次在公众面前亮相，奥林匹克主会场和临近的Westfield购物中心之间的通道上铺设了Pavegen地板，它们为整个商场照明用电提供补充。
根据Pavegen的测算，普通人一天的行走步数足以维持一盏街道照明灯整晚的电力供应。而在一些人流集中的地区，能量转换的潜能更大。
百货商场和购物中心就是不错的选择，光是Westfield，每年就有3000万客流量。在一场音乐节的测试中，跳舞狂欢的人群脚下的Pavegen地板甚至足够为现场每个人的手机充上电。一年下来，一块Pavegen地板储存的能量能帮853个手机充满电，或是让一辆电动车跑上7英里（约合11.27公里）。
不过，Kemball-Cook并不打算让Pavegen进入家庭市场，因为人们在家里的走动并不频繁，可发挥的空间不大。办公室是他们下一个想要占领的地方。“假设在一栋办公楼里有4000名员工，他们早上来上班，中午去吃饭，吃完饭回来，到最后下班，在主要的出入口会产生大量的能量，这些能量或许能够供应整座大楼的照明电力。”Kemball-Cook说。
目前Pavegen主要和地产商、机场和零售商合作，Kemball-Cook还想看到Pavegen地板出现在车站和街道上，但这些项目往往需要花更长的时间。
当然，Kemball-Cook并不是唯一一个试图把道路转换成充电设备的人。日本丰桥技术科学大学已经开发出一种能让电动车在车外充电的方法—安装了特殊轮胎的电动车将直接从嵌入道路的钢轨中获取能量。他们的设想是，当汽车轮胎滚动时，位于其内部的钢丝可以从道路上的钢轨中获得能量并传送至电动马达中。如此，这辆电动车甚至无需配置电池。
虽然这项技术的可行性已经被证实，但商业化却是很难逾越的障碍—在道路上铺设这种设备将是一项庞大的工程。
Kemball-Cook认为，一旦让街道的地板互联，城市管理者就可以精确地知道有多少人在那里移动，从而能更有效地控制街道照明，或者更合理地安排城市路面清洁的最佳时间，而Pavegen可以尽快实现商业化的优势在于，它能成为智能城市中重要的一部分。除了是一个小型电站，地板还可以是数据热点、Wi-Fi热点、蓝牙热点……所有的互联都可以通过地板完成。而对于零售商而言，这些数据也有更大的商业潜力，比如帮助他们分析人流在不同时段的分布和变化。
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不过，Pavegen的发展仍有阻力。最大的难题就是成本，铺设一平米地板的费用高达1250英镑（约合1.16万元人民币）。“理想的情况是让Pavegen的成本能降到和普通地板一样，但实现这点，还需要投入更多的时间和资金，”Kemball-Cook说，“不过投资者们对我们很有耐心，太阳能花了近60年才发展到今天的地步，我想我们的技术20年之内就可以变得很成熟。”
Pavegen目前年营收为250万英镑（约合2324.5万元人民币），去年的销售收入增长了20%。公司的估值为2000万英镑（约合1.86亿元人民币），对于一个从事硬件开发的技术公司来说，这是个不错的数字。
去年中旬，Pavegen在众筹平台Crowdcube上启动了一轮筹资，12个小时之内就筹到了75万英镑（约合698万元人民币），最后总共筹得了132万英镑（约合1227万元人民币），大大超出目标。Pavegen会将公司5%的股份分配给这些众筹的投资人，“这就像是个迷你IPO，人们通过踩踏我们的地板，创造能量，现在同样的一群人也给我们带来能量。”
这些资金都投入到位于剑桥的新研发中心中，它正在寻找更好的技术，降低成本，并从每一步中捕获更多的能量。Pavegen即将推出一款新产品，让人们不需要踩在地板的中央，也能将步行能量转换成电能。这种新型地板已经有了第一个客户—美国白宫。
拥有如此有权势的客户资源无疑是品牌增加知名度的好机会，这也是现阶段Pavegen极为看重的，在现有的技术无法在短期内实现快速突破的情况下，它需要更多的订单来压低制造成本。Pavegen还与快时尚品牌H&M合作，H&M位于伦敦牛津街的旗舰店的入口处和四层的互动墙区域安装了Pavegen地板，从4月18日开始，顾客出入时转换的电能可以满足一些互动装置的运 作。
现在，人们每踩一下Pavegen地板，中心的LED灯就会亮一下，虽然这看起来有些多余，但Kemball-Cook认为，这种直观的效果能鼓励人们多在它上面走走，而其耗去的电量只有一步伐所获能量的5%。
此外，Kemball-Cook和他的研发团队现在也开始研究，能否将与Pavegen地板类似的技术原理应用在鞋子上。Kemball-Cook已经在和耐克、锐步等运动鞋厂商讨论如何将这项技术整合进目前的消费者产品。如此，走路或跑步的过程中，你的手机和音乐播放器就可以通过地板来充电了。
1992年，美国时尚品牌L.A.Gear曾推出一款能发光的运动鞋，这让全球的孩子都爱上了这种每走一步便能闪烁的鞋子。如果Pavegen和这些运动鞋厂商的计划能够实现，鞋子（其实是地板）发亮，将不仅仅是好玩，还能发电—据说，每个人平均一生要走5000万步，这可以转换成不少电能，可不能白白就让它从脚下“溜走”。
电量检测论文 篇5
随着大容量高耗能的移动电子产品的问世, 移动备用电源也随之发展而来。移动电源俗称充电宝, 是为了弥补移动电子产品本身电池电量的不足而孕育而生的。例如i Phone等高能耗的电子产品。移动电源本身是由大容量的锂电池和内部控制电路构成。控制电路又分为两种, 一种为简单的升压控制芯片与单片机结合组成, 另一种则为专用控制芯片形成的集充电、升压、过流、过压以及短路保护等为一体的综合性电路系统, 而这种方案也正以成本更低, 控制更完备, 系统更安全等优势越来越受到消费者青睐。在各种移动电源专用控制芯片的控制系统中有重要的一个控制环节, 那就是移动电源的内部锂电池的电量指示, 这种指示剩余电量的功能需要有较为准确的电量检测方法。
2 各种电池电量检测方案分析
2.1 目前通用的电量显示方法
目前通用的显示方式都是以四个LED灯的显示方案为主流, 故本文也采用四个LED的显示方式来举例说明。
通用做法是将移动电源的总电量划分为四部分, 25%, 50%, 75%, 100%。分别用四个LED灯来显示。最早出现的移动电源中的电量指示, 基本都是以电池电压的等分来简单判断电量多少的。例如将电池电压分为3.3V, 3.6V, 3.9V, 4.2V, 并以此为划分25%, 50%, 75%, 100%, 就是认为在电池电压为4.2V~3.9V时电池电量为电池总电量的100%, 当电池电压在3.9V~3.6V时电池电量为电池总电量的7 5%, 电池电压在3.9 V~3.6V时电池电量为电池总电量的50%, 当电池电压在3.6V~3.3V时电池电量为电池总电量的25%。
实际上, 以上这种划分并不准确, 因为电池的充放电时间与电池电压不是简单的线性关系。这样会导致电量划分不均匀, 可能在指示50%~75%部分实际却占据了电池60%的电量。根据专门对电池电量的测试, 事实情况也确实如此。根据测试结果, 电池电量最多也就是电池能供电时间最长的电压段是在3.7V~3.9V, 基本占一半以上的总电量。, 以单节2500mah, 输出1A电流为例, 电池电压在3.7V~3.9V时放电时间大约80分钟左右。
为了解决这个问题, 工程师对电池电压的划分做了调整, 不在以电压等分的形式作为电量多少的参考, 而以电池充电或者放电的时间等分点所对应的电压为参考。例如电池放电时, 电压由4.2V降到3.98V用了四分之一的总容量时间, 那就以3.98V作为一个参考电压门槛, 以此类推。这基本形成了目前通用的移动电源控制芯片的电量检测方式。
上述方式存在两个问题。一是由于电池内阻的存在使得在实际采样到的电池电压并非电池真实电压, 并且系统板上电池端导线电阻以及保护IC开关管导通电阻都将作为电池内阻的形式叠加上去, 这是一个相当大的量级, 一般都有将近100毫欧。
2.2 带有内阻补偿的电量检测方案
更进一步的解决方案为, 在以电池电压为参考的同时, 同步采集电池电流, 根据采集到的电流的大小来计算等效电池内阻 (包括导线电阻和保护IC的开关导通电阻) , 然后将这个内阻产生的额外压降叠加到电池容量参考电压上, 这样就更好的改善了电池电量的检测精度, 使得检测方式更进了一步。
但这种改进后本方案人也是有一定的问题的。对于不同电池容量和移动电源生产厂家而言很难保证这个等效电阻是能有效的补偿, 因此需要每一批次进行调整补偿值的大小, 这对于控制芯片上意味着还需要一个专门的控制电阻补偿的调整引脚。
另外在上述的两种方案中都还存在电池充电和放电参考门槛不一致的情况。这样充电和升压判断参考电压不同会导致在充电和升压互转的时候看到不同状态剩余电量不一样的问题。例如:在充电时显示为75%的电量, 结果转换为升压输出时变为50%的电量的现象。当然这都是电池的充放电曲线不同造成的问题。
目前认为较好的的电池电量方式是电量计芯片中所采用的方式。但电量计芯片的设计较为复杂, 在移动电源目前的生产成本上不容易将电量计的电路设计加入进去, 它需要mcu, 大量的数字处理, 以及复杂的算法等。而本文提出了一个既不需要太复杂的数字电路但却能较好的提高电池电量检测的方式, 具有相当的可行性。
3 电荷计量检测电量方案的分析与设计
本论文的改进方法为电荷计量的方法, 这与电量计芯片中的设计思想有些类似, 但设计简洁, 在移动电源控制芯片中易于实现。
3.1 设计思想
首先, 用1 A的电流给电池充电或者放电, 电池容量为2000m Ah, 这个过程需要充电2小时。充入或者流出电池的电荷量为, t的变化范围为2小时。如果在两小时的时间能用一个相应的数字信号来记录这个时间, 那么电池的总电量就会被数字化, 检测精度将用数字电路的位数实现。例如用六位的寄存器存储就可得到1%精度的总电量。之后, 利用这个数字的四分之一点作为25%的检测门槛, 四分之二作为50%以此类推, 再通过数字比较和逻辑控制就可得到我们设计的结果。
3.2 设计步骤
第一步震荡器设计:振荡器的设计是关键的也是首要的一环。它承担着将模拟信号转换为数字的过程。首先, 芯片外部电池上的充电电流或者放电电流Ibat与内部振荡器给电容充电的电流IOSC要成线性变化, 这是为了保证这个电池这个电量是跟随外部电流实时变化的。内部电容上每个周期的充电电荷为。电池的充电或者放电电荷。在两小时内外部以1A电流给电池充电, 内部以假设以1u A的电流给5p F的电容充电, 这样在内部就得到了一个在两小时内对应的周期数, 就计量为电池的容量。即存在这个公式。参数N需要经过时间和电流的换算得到。
对应同一个电量的电池充电电流变小, 那么内部给电容充电的电流也同比例减小, 即输出的周期时间会相应的变长, 周期个数相应的变少, 即电池电量的变化相应的减少。反之, 如果充电电流变大, 那么周期数也会变多, 电池电池电量的变化也会变大。同样, 在放电的时候也有这样的规律。接下来需要设计的就是将这个振荡器输出的脉冲数进行累加或者递减, 然后存储起来作为总电量。
第二步双向计数器设计:本设计中双向计数器也是很重要的。之所以用双向的就因为在充电的时候是用加法计数放电的时候用减法计数。计数器的计数值是需要经过精密计算的, 且总数一定要满足电池的总容量, 才能更好的满足更多的电池电量规格需要。同时要用电池充饱信号可以控制计数器的置位, 用电池电量放电到零电量时的放光信号控制复位。
第三步数字除法电路设计:负责将寄存器中的数字四等, 得到相对应的参考数字, 作为25%、50%、75%、100%门槛参考值。由于电池的容量不同, 所以不同电池存储的数字也同, 但都能将其等分, 并且这里不涉及到充电曲线和放电曲线不一致的问题, 同时也不用考虑内阻带来的影响。
第四步数字比较器电路设计:数字比较器用来做实时充电量的多少与现有的电压参考进行比较。对于系统而言需要一个完整的充电或者放电过程, 这样系统将把总电量记录在寄存器中, 由于电池端是不掉电的, 所以这个数字会一直保持着, 当每次电量充电或者放电到一定电量时会与标准参考比较, 得到一个电量数值, 这个数字信号将经过逻辑处理后经过驱动电路用LED显示出来。当然也可驱动液晶用更高精度的百分比显示。
设计框图如图1:
3.3 设计局限性
本设计方案需要改进的部分:
第一由于没个电池的容量不同, 所以需要在正式显示电量之前要有一个完整的充电或者放电过程。才能测得电池总电量。除此之外电池容量是记录在数字寄存器中的, 所以需要保持电池一直有电, 当电池电量过低已经为负时, 很可能导致电路无法保持电池的总电量数, 再次充电时需要重新计算总电量。针对这两种情况, 需要以电池分压方式作为有效的补充来判断电池电量。
第二移动电源在未使用时, 电池的自放电和移动电源系统本身要消耗 (几十微安的电流) 电流并未考虑在内。这个问题可以通过电池电量的充饱信号 (电池电压充电到4.2V时发出标志信号) 和电池电量的放光信号 (电池放电到电池电压为3V左右时发出的标志信号) 来将计数器清零或者置位满电量来解决这个误差。
另外, 这里未考虑充放电时系统温度的影响, 在实际设计时需要注意把握。
虽然本设计对于专用电量计控制芯片来说计量精度上会稍差一些, 但芯片设计成本会大为降低, 而且对移动电源的电量管理的精度已经大为提高, 所以本方案是一种能行之有效的解决目前移动电源中电池电量显示不准确的方案。按照本方案的设计思想, 实际产品正处于研发测试阶段。这一方案将对移动电源的发展具有一定的意义。
摘要：本论文以移动电源芯片中的电池电量检测为核心, 分析了目前这类芯片中检测电量的方式及其不足之处, 并提出了一种性价比较高的检测设计方案, 并对方案的优缺点进行阐述分析, 并认为是一种设计相对容易, 并能很好提高电池电量检测精度的设计方案。