1、鋰離子電池容量計(jì)量之庫侖計(jì)法手機(jī)型號：波導(dǎo) S1200鋰離子電池容量計(jì)量之庫侖計(jì)法;一直想寫一篇關(guān)于電池容量庫侖計(jì)的文章,可以要完全說明庫侖計(jì)的工作原理卻相當(dāng)?shù)穆闊?因?yàn)檫@種容量計(jì)量方法涉及的電池方面的知識太多太復(fù)雜,同時還有一部分集成IC方面的知識.為了雅俗共賞,我就把這篇關(guān)于庫侖計(jì)的文章分成四個部分.1.基本概念介紹,就是引出為什么要用庫侖計(jì)來計(jì)量電池容量.2.庫侖計(jì)簡單說明,講得比較淺適合一般的用戶.3.庫侖計(jì)進(jìn)階說明,詳細(xì)補(bǔ)充庫侖計(jì)的工作原理.4.有關(guān)庫侖計(jì)在手機(jī)上使用的各種現(xiàn)象解釋,特別是擁有愛立信手機(jī)的機(jī)友,不妨參考一下第一部分.基本概念介紹;mAh:電池容量的計(jì)量單位,實(shí)際就是電

2、池中可以釋放為外部使用的電子的總數(shù).;折合物理上的標(biāo)準(zhǔn)的單位就是大家熟悉的庫侖.;庫侖的國際標(biāo)準(zhǔn)單位為電流乘于時間的安培秒.;1mAh=0.001安培*3600秒=3.6安培秒=3.6庫侖;mAh不是標(biāo)準(zhǔn)單位,但是這個單位可以很方便的用于計(jì)量和計(jì)算.;比如一顆900mAh的電池可以提供300mA恒流的持續(xù)3小時的供電能力.在鋰離子電池容量計(jì)量之電壓法一文中,我詳細(xì)介紹了用電池電壓近似獲得電池容量的方面.但是這個方法是比較粗糙的.要想獲得鋰離子電池的電量使用的正確情況,只有用庫侖計(jì).就象大家家里面的水量計(jì)量用的水表的作用原理.要計(jì)算流經(jīng)的電荷的多少才能獲得鋰離子電池的電量使用情況.如何得到流經(jīng)的

3、電荷量呢,就只有通過測試單位時間內(nèi)回路流經(jīng)的電流大小.如果測到的電流是恒定不變的,把測到的電流乘于時間就可以簡單的得到了電荷量了.這鐘情況一般只有實(shí)驗(yàn)室里面才能發(fā)生.通常用一個恒流來放電計(jì)算電池的容量,而且測到的容量也比較精確.如果測到的電流是隨時間變化的,那么就需要對這個變化的電流進(jìn)行積分才能得到電荷量,手機(jī)上的電池就是這種情況,電流隨時都在變化.電流要如何測到呢?簡單的講就是通過測量一個特定的電阻兩端的電壓(單位伏特V或毫伏mV),把電壓除于這個電阻的阻值(單位歐姆ohm或毫歐mohm)就得到即時的電流值(單位是安培A或毫安mA)了.第二部分,庫侖計(jì)的工作原理及簡單應(yīng)用庫侖計(jì)工作原理目前手

4、機(jī)電池的容量計(jì)量(象愛立信手機(jī)電池),是在電池的保護(hù)線路上串聯(lián)了一個電量計(jì)量芯片,其中串聯(lián)的是一個集成的電阻,電阻值一般是2030毫歐之間.其基本原理是,芯片上集成了一個取樣電阻,當(dāng)流過不同電流后產(chǎn)生不同的壓差,芯片就對這個電壓(實(shí)際轉(zhuǎn)換為電流)和時間進(jìn)行積分,得到用戶使用時的正確電量(注意,電量的單位是mAh). ;很多芯片可以實(shí)現(xiàn)這個功能,TI的,MAXIM的幾個半導(dǎo)體芯片公司均有類似產(chǎn)品出品.電池增加這個芯片后,成本提高,對手機(jī)也提出了通訊的要求.所以很多手機(jī)沒有這個功能.那么該芯片通過實(shí)時積分得到容量以后,把容量(單位是mAh)數(shù)據(jù)存儲在芯片的EEPROM中,并根據(jù)手機(jī)的需求,通過通訊

5、線傳遞給手機(jī).那么手機(jī)就得到了這塊電池的準(zhǔn)確容量.;庫侖計(jì)的芯片,即電量計(jì)量芯片是裝在手機(jī)電池里面的,通常是與鋰離子電池的保護(hù)線路設(shè)計(jì)在一起.;在庫侖計(jì)芯片的存儲器里面通常有如下的基本電池信息電池的初始容量(mAh),即額定容量,一個電池完全充放后得到的容量電池的當(dāng)前容量(mAh),處于使用狀態(tài)是的電池容量當(dāng)前流經(jīng)的電流(mA),即手機(jī)的電流損耗庫侖計(jì)簡單應(yīng)用但是一般手機(jī)不會顯示容量(比如還有550mAh或剩下345mAh)這么一個讓用戶不好理解的數(shù)值.這里就有兩種容量顯示方式,通過計(jì)算把容量mAh轉(zhuǎn)換成可以很好理解的另外一種單位.1.容量百分比(單位是%)每個電池都有一個初始容量或稱為額定容

6、量.把當(dāng)前的電池容量除于額定容量就可以得到當(dāng)前電池的容量百分比一塊額定容量為600mAh的電池,如果當(dāng)前電池容量只有456mAh,手機(jī)就顯示456/600=76%.2.待機(jī)時間和通話時間(單位是時間:小時h)手機(jī)本身根據(jù)自身的待機(jī)或通話電流損耗,會相應(yīng)的內(nèi)置一個計(jì)算公式,見這個容量轉(zhuǎn)換成用戶可以理解的待機(jī)時間和通話時間.待機(jī)時間的計(jì)算公式就是:電池的當(dāng)前容量/當(dāng)前流經(jīng)的電流=*小時通話時間的計(jì)算公式就是電池的當(dāng)前容量/通話時平均電流=*小時第三部分 庫侖計(jì)進(jìn)階說明1.電路有兩種類型的設(shè)計(jì)電路來獲得電池的容量一種是A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換,通常是12位精度,將電壓值轉(zhuǎn)換為12位精度的16進(jìn)制數(shù)字后乘于取樣

7、的間隔時間.一種是集成模式,利用RC積分電路來獲得電壓對時間的積分值.兩者最終得到的都是電池的容量.2.容量的歸一電壓法那樣測一個電壓的時間非常短.不需要容量的歸一.由于庫侖計(jì)的容量獲得必須是對時間的積分才能獲得.那么要獲得該電池的額定容量,就必須對電池進(jìn)行一次完全的充分才能得到正確的電池容量信息.在庫侖計(jì)的使用之初,廠家會賦予庫侖計(jì)一個電池的初始容量.但是每次使用不可能都是完全用光或完全充飽.所以經(jīng)常的淺充淺放會積累容量的誤差.所以必須定期對使用庫侖計(jì)的鋰離子電池進(jìn)行完全充分的操作,使其重新獲得正確的電池額定容量.3.額定容量的調(diào)整鋰離子電池的實(shí)際容量會隨著循環(huán)的進(jìn)行,可用容量會逐漸的衰減.

8、如果庫侖計(jì)里面保存的初始容量一成不變的話,肯定會導(dǎo)致容量顯示的錯誤.比如初始容量是600mAh的電池,在100次循環(huán)以后,其實(shí)際容量已經(jīng)變成500mAh了,如果在進(jìn)行容量顯示是仍然按照600mAh這個數(shù)來計(jì)算的話,勢必造成電池永遠(yuǎn)充不飽這個問題.所以在庫侖計(jì)的里面還有一個容量對使用次數(shù)調(diào)整的算法,會根據(jù)電池循環(huán)次數(shù)調(diào)整其實(shí)際容量.鋰離子電池的容量還會隨使用溫度的變化得到不同的可用容量.比如在25度時,電池可以得到幾乎100%的可用容量而在0度是,電池只能放出80%的可用容量.如果不對容量進(jìn)行溫度調(diào)整的話,勢必造成低溫環(huán)境使用時,明明顯示剩余20%的容量,卻提前關(guān)機(jī)這個現(xiàn)象.所以在庫侖計(jì)里面還有

9、一個容量對溫度調(diào)整的算法,會根據(jù)電池的實(shí)際溫度進(jìn)行可用容量調(diào)整.4.電池標(biāo)識碼許多庫侖計(jì)芯片都順便集成了一個電池標(biāo)識碼記錄區(qū)域.它的作用是給手機(jī)電池標(biāo)一個序列號,這個序列號是保存在芯片里面的,利用與手機(jī)的通訊口傳遞給手機(jī).手機(jī)驗(yàn)證這個序列號.如果是正確的就判斷為正品電池.如果序列號驗(yàn)證錯誤,手機(jī)就提示是非正品電池甚至拒絕工作.不要小看庫侖計(jì)芯片,小心的一個芯片,不但要進(jìn)行高精度的電量計(jì)量,還要進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算調(diào)整.而且 還要與主機(jī)(手機(jī))進(jìn)行通訊聯(lián)系.第四部分.有關(guān)庫侖計(jì)在手機(jī)上使用的現(xiàn)象解釋上面詳細(xì)的介紹了庫侖計(jì)芯片本身的工作原理.但是作為一個面向用戶的應(yīng)用,得到容量(mAh)這個數(shù)據(jù)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不

10、夠的.那么如何把容量轉(zhuǎn)換成為待機(jī)時間就是手機(jī)的軟件的工作了.手機(jī)通過通訊,獲得如下信息電池的初始容量(mAh),即額定容量,一個電池完全充放后得到的容量電池的當(dāng)前容量(mAh),處于使用狀態(tài)是的電池容量當(dāng)前流經(jīng)的電流(mA),即手機(jī)的電流損耗注意,當(dāng)前流經(jīng)的電流是個非常沒有規(guī)律的值.顯而易見,許多因素影響了這個電流.當(dāng)?shù)氐男盘枏?qiáng)度,會影響手機(jī)的待機(jī)電流手機(jī)附加功能,比如藍(lán)牙功能,紅外功能會增加或改變待機(jī)電流手機(jī)背光(操作手機(jī)時),會大大的增大待機(jī)電流.這些影響因素會導(dǎo)致以下這個待機(jī)時間計(jì)算公式出現(xiàn)偏差電池的當(dāng)前容量/當(dāng)前流經(jīng)的電流=*小時如果待機(jī)電流穩(wěn)定不變或變化很小的話,這個待機(jī)時間就會起到很好的計(jì)算作用這就是為什么手機(jī)固定放置在一個地方,待機(jī)時間很準(zhǔn)的原因當(dāng)?shù)匦盘柕暮脡囊仓苯拥挠绊懯謾C(jī)的待機(jī)時間顯示.本來在A地顯示180個小時待機(jī)的同一個手機(jī)拿到B地馬上就變成了240個小時待機(jī).這是因?yàn)橛?jì)算公式的分母變化了.但是待機(jī)時間的變化和強(qiáng)烈反差的出現(xiàn)并不是說電池出現(xiàn)了問題,實(shí)際其電池的容量還是沒有變化的