電量計在手持設備中的實現(xiàn)

　　摘要

　　本文結合鋰電池充放電特性，詳細介紹和比較了三種鋰電池電量的計算方法：電壓估算法、模型查表法和電流檢測法，分析了系統(tǒng)側(cè)電量計量和電池側(cè)計量的優(yōu)缺點，并以意法半導體電量計量芯片STC3100為例，介紹了其使用方法和設計中的注意事項，在其Demo板上實現(xiàn)1%精度的電量計量，同時說明和實現(xiàn)了鋰電池的電量初次預估和減小電量計量偏差的軟件算法。實驗證明，電流檢測法具有更高的精度和穩(wěn)定性，并且能消除由于電池老化帶來的測量誤差，更適合應用在電池組中或手持設備的主電路板中。

　　Accurate Fuel gauge implementation for Li-Ion Battery in portable devices

　　Abstract

　　This article presents three methods to implement the fuel gauge for the Li-Ion battery in portable devices: Voltage-Monitoring, Battery-modeling and Current-sensing, and analyze the characters of different gauge IC locations. STC3100 is the battery monitor IC with battery fuel gauge by current-sensing method from STMicroelectronics, one experiment is setup with STC3100 demoboard to implement the battery fuel gauge, and a software is designed to minimize the measuring error. Finally, the results show that current-sensing fuel gauge has better accuracy and stability, can effectively minimize the error due to battery aging, more suitable for hand-held devices.

　　鋰電池具有高存儲能量、壽命長、重量輕和無記憶效應等優(yōu)點，已經(jīng)在現(xiàn)行便攜式設備中得到了廣泛的使用，尤其是在手機、多媒體播放器、GPS終端等消費類電子設備中。這些設備不但單純地只是支持單一的通訊功能，還支持流媒體播放和高速的無線發(fā)送和接收等等功能。隨著越來越多功能的加入且要獲得更長單次充電的使用時間，便攜式設備中鋰電池的容量也不斷地增大，以智能手機為例，主流的電池容量已經(jīng)800mAH增長到現(xiàn)在1500mAH，并且還有繼續(xù)增長的趨勢。

　　隨著大容量電池的使用，如果設備能夠精確的了解電池的電量，不僅能夠很好地保護了電池，防止其過放電，同時也能夠讓用戶精確地知道剩余電量來估算所能使用的時間，及時地保存重要數(shù)據(jù)。因此，在PMP和GPS中，電量計不斷加入到設備中，并且電量計也在智能手機中得到了應用，尤其是在一些Windows Mobile操作系統(tǒng)的智能手機中，如圖1所示，電池電量的顯示已由原來的柱狀圖變?yōu)榱藬?shù)字顯示。

　　本文介紹和比較三種種不同電量計的實現(xiàn)方法，并且以意法半導體的STC3100電池監(jiān)控IC為例，在其Demo實現(xiàn)了1%精度的電池精度計量。

　　1，電量計的實現(xiàn)方法和分類。

　　據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)行設備中有三種電量計，分別是：

　　直接電池電壓監(jiān)控方法，也就是說，電池電量的估計是通過簡單地監(jiān)控電池的電壓得來的，盡管該方法精度較低和缺乏對電池的有效保護，但其簡單易行，所以在現(xiàn)行的設備中得到最廣泛的應用。然而鋰電池本身特有的放電特性，如圖2所示。不難從中發(fā)現(xiàn)，電池的電量與其電壓不是一個線性的關系，這種非線性導致電壓直接檢測方法的不準確性，電量測量精度超過20%。電池電量只能用分段式顯示，，如圖1.a所示，無法用數(shù)字顯示精確的電池電量。手機用戶經(jīng)常發(fā)現(xiàn)，在手機顯示還有兩格電的時候，電池的電量下降得非常快，也就是因為這時候電池已經(jīng)進入Phase3。