[一元电池评测方法]简便的电池电量测试设计方法

一、序言

采用手持式家用电器，希望能随时知道电池组的所余用电量，所能持续的组织工作天数，并且据此调节相关应用领域，这无疑将是一个十分方便的事情，尤其适合采用智能智能机的家庭用户。电池组用电量检验控制技术在笔记型电脑中已经比比皆是，多数笔记型电脑都有控制器管理工作的选项，提供更多不同的控制器组织工作模式以及电池组报警机能。但是在更加模组化的超薄商品市场，这一控制技术却还不尽然。

手持式商品提供更多的机能越来越纷繁复杂，用户日益需要精确地监控电池组用电量，以便灵活管理工作可用控制器，明确显示余下组织工作天数，尽可能延长系统运行的天数。现在大多数智能机采用的用电量量测方式还十分简单，缺乏准确度。目前主流的检验方式是简单量测电池组阻抗，估算相相关联的电池组余下用电量。总用电量乘以4或5，也就是一般来说能在智能机萤幕上看见的4格或是5格的用电量Bar，因此每行的准确度即是25%或是20%，这种的精确度或许无法满足用户精密明确要求的应用领域。

此种阻抗推算用电量的方式一般来说如下：一块电池组在振动的时候，电池组的阻抗会随著电池组用电量的流失逐渐地上升。这种就能获得一个十分简单而有效的相关联亲密关系，就是阻抗相关联容量。透过电池组正常采用（比如100mA振动）的振动曲线，对天数展开4等分，以电池限制阻抗为4.2V的锂电组为例，能列出这种一个相关联亲密关系，4.20V—100%，3.85V—75%，3.75V—50%，3.60V—25%，3.40V—5%（因为智能机不可能完全用真空管组的用电量，一般低于3.40V 时就可能定时开关了）。很或许，此种精确度最高只有25%。另外，电池组阻抗会随著RFPA的功率发射发生突变，一般来说会变大0.2V-0.3V。如果一味的采用阻抗演示用电量方式，就会误差更大。为的是解决电池组阻抗突然变大的量测问题，当前工程师们的普遍方式是DOM算法展开平均值低通滤波器，对一段天数内的电池组阻抗展开平均值化，如果该天数段的平均电池组阻抗的确上升了，则预估用电量的确越来越少了，否则即认为用电量并未变化。

电池组阻抗演示余下用电量的方式的确存有着缺陷，而透过库仑计实时监控电池组耗用用电量而排序余下用电量的方式则十分精确。Fairchild的FAN4010是此种应用领域的众所周知器件。它是一颗阻抗检验传感器，专门用于检验手持式设备电池组的电池/耗电量阻抗，能将透过精密检验阻抗的阻抗讯号转换为ADC能检验到的阻抗讯号，从而排序一段天数内耗用的真实用电量。

二、硬件阻抗的众所周知结构设计

为的是满足用户精密的电池组用电量监控需求，FAN4010外加合适的应用领域阻抗并加上特定的软件Bilaspur，就能很好的达至明确要求。如图1是FAN4010的众所周知应用领域SimRank。外围只需要两个阻抗Rsense、Rout即构成精密的放大阻抗。如图2是在结构上原理左图，因此存有Vsense = I_load * Rsense, Vout = 0.01 * Vsense * Rout，由此两公式能等到I_load=100*Vout/(Rout*Rsense)，因此只要用ADC监控Vout上的阻抗，再乘以已知的阻抗值Rout和Rsense，就能获得精确的阻抗耗用阻抗，而阻抗对天数展开积分，，即能达至所耗用的用电量精确值。用总用电量减去精确的用电量耗用值，即可获得精确的余下用电量。电池阻抗，则反之亦然。

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图1 FAN4010的应用领域SimRank

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图2 FAN4010的在结构上原理左图

FAN4010的众所周知应用领域图以及Rsense、Rout的选值明确要求如下。其中图3为电池组的电池阻抗，图4为电池组的振动阻抗。

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图3 电池部分的参考原理图

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图4 振动部分的参考原理图

Rsense(R_sense1/R_sense2)

这两个阻抗串联在电池和振动的路径上。因此，我们需要一个低阻值的阻抗采样阻抗。矛盾的是，如果Rsense太低，精确度都将丢失。若Rsense选择的过大，则此阻抗上的压降和功耗都很大。因此，Rsense的选择应该是理想的高准确度和所能允许阻抗损失的综合平衡。虽然FAN4010在Vsense值较低时采样阻抗上的功耗最小，但是一个更大的Rsense值能提供更多更多的精确性。然而较大的Rsense会产生一个比较大的阻抗降，减少了可提供更多给阻抗的有效阻抗，这在低阻抗尤其电池组供电的应用领域中会很有麻烦。正因为如此，结构设计中要很好地了解预期的最大允许阻抗阻抗和阻抗供电阻抗。为的是获得最大化的精确度，建议Rsense的选择应符合以下条件：10mV<200mv>

Rout(R_out1/R_out2)

接到GND上的Rout这个阻抗，是用来产生一个可供ADC检验到的阻抗讯号。它的选择主要取决于两个参数：I_out(即I_load*Rsense/100)以及ADC的阻抗采样范围。最大的I_load产生的最大Vout不能超过ADC的最大采样阻抗。为的是保证精确度最大化，同时又希望最大的Vout能尽量接近ADC的最大采样量程。

另外，为的是保证FAN4010的最大线性化，Rout的选择应满足用户公式：

其中Vin为输入阻抗，Iout_fs的值则是表1中的相关联值，在不同的最大Vsense时，其值不一样。例如，若最大的Vsense为500mV时，则Iout_fs=5mA。

Table.1 Iout_FS的选值表

Layout结构设计图例如图5，走线的基本原则是：FAN4010尽量靠近电池/振动阻径。

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图5 layout实例

三、众所周知的软件结构设计

用电量排序的算法如图6，相关说明如下：

假设前提：现有两块电池组，A （总容量1000mAh左右，不确定），B（总容量1500mAh左右，不确定），此2电池组均可能采用在智能机P上。

插入电池组（开机）→→是否电池组校准（默认否）→→否→→调用电池组容量曲线a（默认）（若采用电池组B，则修改为采用电池组容量曲线b）→→透过电池组端电池组Vcc以及监控耗用电量联合评估余下用电量百分比。

→→是→→若要校准，请保证该电池组已经充满电→→选择校准曲线，a 还是 b? →→记录最高端电池组Vcc-h，默认此时电池组用电量百分比100%→→按每一可排序天数段，分别监控耗用电量，以及电池组端阻抗→→一直采用到电池组没电，定时开关，记录此状态阻抗Vcc-l以及默认此时电池组百分比0%，排序总的用电量损耗Q，此Q即为以后容量曲线的total Q。

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图6 软件流程图