充电电池电量计原理及计算方法充电电池电量计原理及计算方法
目前大量应用的充电电池包括铅酸蓄电池、镍镉/镍氢电池、锂离子/锂聚合物电池。
目前大量应用的充电电池包括铅酸蓄电池、镍镉/镍氢电池、锂离子/锂聚合物电池。这几种电池的特性如表1所示。
铅酸蓄电池容量大，内阻低(一般400Ah的2V蓄电池内阻大约为0.5mΩ)，可进行大电流放电，但是笨重且体积庞大、不便
于携带，常用在汽车和工业场合。其电极材料含铅，可对环境造成极大污染。铅酸蓄电池对充电控制的要求不高，可以进行浮
充。
镍镉电池容量较大，内阻低、放电电压平稳，适合作为直流电源。与其他种类的电池相比，镍镉电池耐过充电和过放电，
操作简单方便，但是具有记忆效应，应尽量在完全放电之后进行充电。电极材料含有剧毒重金属镉，随着环保要求的提高，其
市场份额越来越小。
镍氢电池是在镍镉电池的基础上发展而来的，采用金属化氢替代有毒的镉，在大部分场合可以替代镍镉电池。其容量约为
镍镉电池的1.5～2倍，且没有记忆效应。相对于镍氢电池，它对充电控制的要求较高，目前大量使用在一些便携电子产品中。
锂离子电池是目前最常见的二次锂电池，拥有高能量密度，与高容量镍镉/镍氢电池相比，其能量密度为前者的 1.5～2
倍。其平均使用电压为3.6V，是镍镉电池、镍氢电池的3倍。它的内阻较大，不能进行大电流充放电，并且需要精确的充放电
控制，以防止电池损坏并达到最佳使用性能。锂离子电池广泛使用在各种便携电子产品中，包括手机、笔记本电脑、mp3等。
锂聚合物电池是一种新型的二次锂电池，具有更大的容量；内阻较低，允许10C充放电电流。它和锂离子电池一样需要精
确的充放电控制。目前，锂聚合物电池主要用于一些需要大电流充放电的应用中，如动力/模型汽车等。充电电池容量估算方
法
在多数便携应用中，都需要随时了解电池剩余容量以估算电池使用时间。
图1 简化的电池电量计框图
最早应用的方法是通过监视电池开路电压来获得剩余容量。这是因为电池端电压和剩余容量之间有一个确定的关系，测量
电池端电压即可估算其剩余容量。这种方法的局限是：1）对于不同厂商生产的电池，其开路电压与容量之间的关系各不相
同。2）只有通过测量电池空载时的开路电压才能获得相对准确的结果，但是大多数应用都需要在运行中了解电池的剩余容
量，此时负载电流在内阻上产生的压降将会影响开路电压测量精度。而电池内阻的离散性很大，且随着电池老化这种离散性将
变得更大，因此要补偿该压降带来的误差将十分困难。综上所述，通过开路电压来实时估算电池剩余容量的方法在实际应用中
无法达到足够的精度，只能提供一个大致的参考值。
另一种大量应用的方法是通过测量流入/流出电池的净电荷来估算电池剩余容量。这种方法对流入/流出电池的总电流进行
积分，得到的净电荷数即为剩余容量。电池容量可以预置，也可在后续的完整充电周期中进行学习。在补偿电池自放电、不同
温度下的容量变化等因素后，这种方法可以获得令人满意的精度，因此广泛运用于笔记本电脑等高端应用中。
电池电量计工作原理
电池电量计对流入/流出电池的总电流持续进行积分，并将积分得到的净电荷数作为剩余容量。
简化的电池电量计如图1所示。其中，RSNS为mΩ级检流电阻，RL为负载电阻。电池通过开关、RSNS对RL放电时的电
流IO在RSNS两端产生的压降为VS(t)=IO(t)×RSNS。电量计持续检测RSNS两端的压差VS，并将其通过ADC转换为N位的数字
量Current(简称CR)，之后以时基确定的速率进行累加，M位累加结果Accumulated_Current(简称ACR)的单位为Vh(伏时)。对
量化后的VS进行累加相当于对其进行积分，结果为。
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