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電池供電流量計(jì)工作原理
更新時(shí)間:2012-10-22 點(diǎn)擊量:2272

電池供電流量計(jì)電池供電渦輪流量計(jì)池供電轉(zhuǎn)子流量計(jì),電池目前大量應(yīng)用的充電電池包括鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子/鋰聚合物電池。

  鉛酸蓄電池容量大,內(nèi)阻低(一般400Ah的2V蓄電池內(nèi)阻大約為0.5mΩ),可進(jìn)行大電流放電,但是笨重且體積龐大、不便于攜帶,常用在汽車和工業(yè)場合。其電極材料含鉛,可對環(huán)境造成極大污染。鉛酸蓄電池對充電控制的要求不高,可以進(jìn)行浮充。

  鎳鎘電池容量較大,內(nèi)阻低、放電電壓平穩(wěn),適合作為直流電源。與其他種類的電池相比,鎳鎘電池耐過充電和過放電,操作簡單方便,但是具有記憶效應(yīng),應(yīng)盡量在*放電之后進(jìn)行充電。電極材料含有劇毒重金屬鎘,隨著環(huán)保要求的提高,其*越來越小。

  鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的,采用金屬化氫替代有毒的鎘,在大部分場合可以替代鎳鎘電池。其容量約為鎳鎘電池的1.5~2倍,且沒有記憶效應(yīng)。相對于鎳氫電池,它對充電控制的要求較高,目前大量使用在一些便攜電子產(chǎn)品中。

  鋰離子電池是目前zui常見的二次鋰電池,擁有高能量密度,與高容量鎳鎘/鎳氫電池相比,其能量密度為前者的1.5~2倍。其平均使用電壓為3.6V,是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍。它的內(nèi)阻較大,不能進(jìn)行大電流充放電,并且需要的充放電控制,以防止電池?fù)p壞并達(dá)到*使用性能。鋰離子電池廣泛使用在各種便攜電子產(chǎn)品中,包括手機(jī)、筆記本電腦、mp3等。

  鋰聚合物電池是一種新型的二次鋰電池,具有更大的容量;內(nèi)阻較低,允許10C充放電電流。它和鋰離子電池一樣需要的充放電控制。目前,鋰聚合物電池主要用于一些需要大電流充放電的應(yīng)用中,如動(dòng)力/模型汽車等。充電電池容量估算方法

  在多數(shù)便攜應(yīng)用中,都需要隨時(shí)了解電池剩余容量以估算電池使用時(shí)間。

  zui早應(yīng)用的方法是通過監(jiān)視電池開路電壓來獲得剩余容量。這是因?yàn)殡姵囟穗妷汉褪S嗳萘恐g有一個(gè)確定的關(guān)系,測量電池端電壓即可估算其剩余容量。這種方法的局限是:1)對于不同廠商生產(chǎn)的電池,其開路電壓與容量之間的關(guān)系各不相同。2)只有通過測量電池空載時(shí)的開路電壓才能獲得相對準(zhǔn)確的結(jié)果,但是大多數(shù)應(yīng)用都需要在運(yùn)行中了解電池的剩余容量,此時(shí)負(fù)載電流在內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降將會(huì)影響開路電壓測量精度。而電池內(nèi)阻的離散性很大,且隨著電池老化這種離散性將變得更大,因此要補(bǔ)償該壓降帶來的誤差將十分困難。綜上所述,通過開路電壓來實(shí)時(shí)估算電池剩余容量的方法在實(shí)際應(yīng)用中無法達(dá)到足夠的精度,只能提供一個(gè)大致的參考值。

  另一種大量應(yīng)用的方法是通過測量流入/流出電池的凈電荷來估算電池剩余容量。這種方法對流入/流出電池的總電流進(jìn)行積分,得到的凈電荷數(shù)即為剩余容量。電池容量可以預(yù)置,也可在后續(xù)的完整充電周期中進(jìn)行學(xué)習(xí)。在補(bǔ)償電池自放電、不同溫度下的容量變化等因素后,這種方法可以獲得令人滿意的精度,因此廣泛運(yùn)用于筆記本電腦等應(yīng)用中。

  電池電量計(jì)工作原理

  電池電量計(jì)對流入/流出電池的總電流持續(xù)進(jìn)行積分,并將積分得到的凈電荷數(shù)作為剩余容量。

  簡化的電池電量計(jì)如圖1所示。其中,RSNS為mΩ級檢流電阻,RL為負(fù)載電阻。電池通過開關(guān)、RSNS對RL放電時(shí)的電流IO在RSNS兩端產(chǎn)生的壓降為VS(t)=IO(t)×RSNS。電量計(jì)持續(xù)檢測RSNS兩端的壓差VS,并將其通過ADC轉(zhuǎn)換為N位的數(shù)字量Current(簡稱CR),之后以時(shí)基確定的速率進(jìn)行累加,M位累加結(jié)果Accumulated_Current(簡稱ACR)的單位為Vh(伏時(shí))。對量化后的VS進(jìn)行累加相當(dāng)于對其進(jìn)行積分,結(jié)果為。

  電池電量

  因此,將ACR值除以檢流電阻RSNS的阻值即得到以Ah(安時(shí))為單位的電池容量。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和累加后的結(jié)果都帶有符號位,按照圖1中的連接方式,充電時(shí)CR為正,ACR遞增;放電時(shí)CR為負(fù),ACR遞減。外部微控制器可以讀取CR和ACR值,經(jīng)過換算得到真實(shí)的充放電電流和電量值。

  實(shí)際的電量計(jì)還包括一些控制和接口邏輯,通常還能檢測電池電壓和溫度等參數(shù)。一些智能電量計(jì)可以自動(dòng)完成電池自放電的修正,還可保存電池特性曲線,允許用戶定制電池電量計(jì)算法。

  電池電量計(jì)的計(jì)算

  通常,在電量計(jì)數(shù)據(jù)資料中CR的單位為mV,ACR的單位為mVh。

  根據(jù)前文的說明,CR值為取樣電阻兩端的電壓值,典型的12bitCR如表2所示。

  其中,S為符號位,20為LSB。如果CR的滿偏值為F,則其LSB的計(jì)算公式如下:

 ?。?)若CR的讀數(shù)為M,取樣電阻為值RSNS,則實(shí)際的電流值為:

 ?。?)電流方向由S位確定。若滿偏值F為±64mV,則LSB為±15.625μV;RSNS為10mΩ時(shí)zui大電流為±6.4A。若M為768,則實(shí)際電流為

  ACR為取樣電阻兩端電壓的累積值,典型的16bitACR如表3所示。

  其中,S為符號位,20為LSB。如果ACR的滿偏值為F,則LSB的計(jì)算公式如下:

 ?。?)凈電荷量由S位確定。若滿偏值F為±204.84mVh,則LSB為±6.25μVh;RSNS為10mΩ時(shí)zui大電量為±20.48Ah。若M為7680,則實(shí)際電量為