适用于单节或两节电池供电的便携式应用的完整电池组设计

木犯001号

适用于单节或两节电池供电的便携式应用的完整电池组设计 [复制链接]

引言 尽管电压测量已经单独被用于许多便携式产品估算电池的剩余电量，但是这种方法 可能存在高达 50% 的误差。电池电压和电量之间的关系会随放电率、温度和电池 老化程度而有所不同。例如，相比相同电量损耗的低放电率，高放电率会带来更大 的压降。当电池在不同温度下放电时，我们会注意到一些类似的特征。  
随着对长运行时间产品的需求不断增长，系统设计人员需要一款更为精确的解决方 案。在一个宽范围的应用功率级中， 使用电池电量监测计 IC 来测量流入或流出电 池的电荷，将得到一种更好的电池电量估算方法。  
电池电量监测计原理 电池电量监测计就是一种自动监控电池电量的 IC，其向做出系统电源管理决定的处 理器报告监控情况。一个不错的电池电量监测计至少需要一些测量电池电压、电池 组温度和电流的方法、一颗微处理器、以及一种业经验证的电池电量监测计算法。  
bq2650x 和 bq27x00 均为完整的电池电量监测计，其拥有一个用于电压和温度测 量的模数转换器 (ADC) 以及一个电流和充电感应 ADC。这些电池电量监测计还拥 有一颗运行 TI 电池电量监测计算法的内部微处理器。这些算法将对锂离子 (Li-ion) 电池的自放电、老化、温度和放电率进行补偿。该微处理器可以使主机系统处理器 不用进行没完没了的计算。  
电池电量监测计提供了诸如“电量剩余状态”等信息，同时 bq27x00 系统还提供了 “剩余运行时间”信息。主机在任何时候都可以询问到这种信息，并由主机来决定是 通过 LED 还是通过屏幕显示消息来通知最终用户有关电池的信息。由于系统处理 器只需要一个 12C 或一个 HDQ 通信驱动，因此使用电池电量监测计非常简单。  
电池组电路描述 图 1 描述了电池组中的应用电路。根据所使用电池电量监测计 IC 的不同，电池 组将至少具有三到四个可用外部终端。

VCC 和 BAT 引脚将接入电池电压，用于 IC 功率和电池电压的测量。一只低阻 值感应电阻被安装在电池的接地端，以使感应电阻两端的电压能够被电池电量监测 计的高阻抗 SRP 和 SRN 输入监控到。流经感应电阻的电流有助于我们确定电池 的已充电量或已放电量。在选择感应电阻值时，设计人员必须考虑到其两端的电压 不应该超过 100 mV。太小的电阻值在低电流条件下可能会带来误差。电路板布局 必须确保 SRP 和 SRN 到感应电阻的连接尽可能地靠近感应电阻的各个端点；即 Kelvin 连接测量。  
HDQ/SDA 和 SCL 引脚均为开漏器件，二者都要求有一个外部上拉电阻。这种电 阻应该位于主机侧或主应用侧上，以使电池电量监测计的睡眠功能在电池组与便携 式设备的连接断开后能够被激活。推荐上拉电阻器值为 10 kΩ。  
电池组验证 便携式设备的可充电电池必须在设备寿命结束之前得到更换。这就给那些提供便宜 的替代电池的厂商打开了一个巨大的市场，而这些电池可能并没有原始设备制造商 要求的安全和保护电路。  
因此，除了电池电量监测计功能以外，电池组可能还包括验证特性（请参见图 2）。 主机将验证包含计算循环冗余码校验 (CRC) IC（TI的bq26150）的电池组。这种 CRC 基于这种身份验证以及在 IC 中秘密定义的 CRC 多项式之上。主机还对 CRC 进行计算，并对各种值进行比对，以确定是否成功获得了验证。如果没有， 那么主机将决定是再进行一次验证还是不允许该电池的系统供电。
一旦电池通过验证，那么 bq26150 将接收到一个命令，以确保所有通过数据线的 通信在主机和电池电量监测计之间得到传输。

就此来看，主机可以继续利用电池电量监测计的功能。在断开电池以及重新连接至 电池时，都必须重复进行整个验证过程。

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两节电池应用 图 3 显示了具有 bq26500 的支持两节锂离子电池的典型应用电路。一个可调电压 调节器被添加至系统中，以实现多电池支持。电池电量监测计的 BAT 引脚被连接 至底部电池的正极，以实现电池组的调节电压测量。
图 3 具有 bq26500 的两节电池应用

主机需要对电池电量监测计测得的电池组调节电压进行解释，以确定放电结束阈值 和充电终止时间。我们可以按照电池电量监测计报告的那样利用“电量剩余状态”等 信息。  
结论 bq2650x 和 bq27x00 为电池厂商提供了一种简单的电池电量报告替代方法。只需 通过从电池电量监测计的寄存器中读取数据，主机便可以获得剩余电量值，然后将 这一结果显示给最终用户。利用电池电量监测计，最终用户可以在剩余电量极少的 情况下尽可能多地使用电池的所充电量，因为电量估计将会比仅对电池电压进行测 量所获得的数据更加准确。电池电量监测计可以用于各种结构中，其拥有验证特性， 并允许在许多两节电池供电的应用中使用。