電量計在手持設備中的實(shí)現

　　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，分析了系統側電量計量和電池側計量的優(yōu)缺點(diǎn)，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(shí)現1%精度的電量計量，同時(shí)說(shuō)明和實(shí)現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(shí)驗證明，電流檢測法具有更高的精度和穩定性，并且能消除由于電池老化帶來(lái)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(cháng)、重量輕和無(wú)記憶效應等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)在現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(lèi)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(wú)線(xiàn)發(fā)送和接收等等功能。隨著(zhù)越來(lái)越多功能的加入且要獲得更長(cháng)單次充電的使用時(shí)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(cháng)到現在1500mAH，并且還有繼續增長(cháng)的趨勢。

　　隨著(zhù)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(guò)放電，同時(shí)也能夠讓用戶(hù)精確地知道剩余電量來(lái)估算所能使用的時(shí)間，及時(shí)地保存重要數據。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操作系統的智能手機中，如圖1所示，電池電量的顯示已由原來(lái)的柱狀圖變?yōu)榱藬底诛@示。

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

　　1，電量計的實(shí)現方法和分類(lèi)。

　　據統計，現行設備中有三種電量計，分別是：

　　直接電池電壓監控方法，也就是說(shuō)，電池電量的估計是通過(guò)簡(jiǎn)單地監控電池的電壓得來(lái)的，盡管該方法精度較低和缺乏對電池的有效保護，但其簡(jiǎn)單易行，所以在現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，電池的電量與其電壓不是一個(gè)線(xiàn)性的關(guān)系，這種非線(xiàn)性導致電壓直接檢測方法的不準確性，電量測量精度超過(guò)20%。電池電量只能用分段式顯示，，如圖1.a所示，無(wú)法用數字顯示精確的電池電量。手機用戶(hù)經(jīng)常發(fā)現，在手機顯示還有兩格電的時(shí)候，電池的電量下降得非?？?，也就是因為這時(shí)候電池已經(jīng)進(jìn)入Phase3。