在当今的高科技时代,移动电话、PDA、笔记本电脑、医疗设备以及测量仪器等便携式设备可谓随处可见。随着便携式应用越来越多的向多样化、专有化、个性化方面发展,有一点却始终未变,那就是所有的便携式设备均靠电池供电。
在对系统的剩余运行时间进行预测的时候,电池可以说是供电环节中*难理解的部分之一。随着便携式应用数量的不断增加,我们需要实现更多的关键性操作,例如利用移动电话进行账户管理、便携式数据记录器必须保留相应的功能以应对完全工作交接、医疗设备必须完整保存需要监控的关键数据等等。
本文将讨论尽可能**计算剩余电池电量的重要性。令人遗憾的是,仅通过测量某些数据点甚至是电池电压无法达到上述目的。温度、放电速率以及电池老化等众多因素都会影响充电状态。本文将集中讨论一种专利技术,该技术能够帮助设计人员测量锂电池的充电状态以及剩余电量。
现有的电池电量监测方法
目前人们主要使用两种监测方法:一种方法以电流积分(current integration)为基础;而另一种则以电压测量为基础。前者依据一种稳健的思想,即如果对所有电池的充、放电流进行积分,就可以得出剩余电量的大小。当电池刚充好电并且已知是完全充电时,使用电流积分方法效果非常好。这种方法被成功地运用于当今众多的电池电量监测过程中。
但是该方法有其自身的弱点,特别是在电池长期不工作的使用模式下。如果电池在充电后几天都未使用,或者几个充、放电周期都没有充满电,那么由内部化学反应引起的自放电现象就会变得非常明显。目前尚无方法可以测量自放电,所以必须使用一个预定义的方程式对其进行校正。不同的电池模型有不同的自放电速度,这取决于充电状态(SOC)、温度以及电池的充放电循环历史等因素。创建自放电的**模型需要花费相当长的时间进行数据搜集,即便这样仍不能保证结果的准确性。
该方法还存在另外一个问题,那就是只有在完全充电后立即完全放电,才能够更新总电量值。如果在电池寿命期内进行完全放电的次数很少,那么在电量监测计更新实际电量值以前,电池的真实容量可能已经开始大幅下降。这会导致监测计在这些周期内对可用电量做出过高估计。即使电池电量在给定温度和放电速度下进行了*新的更新,可用电量仍然会随放电速度以及温度的改变而发生变化。
以电压为基础的方法属于*早应用的方法之一,它仅需测量电池两级间的电压。该方法基于电池电压和剩余电量之间存在的某种已知关系。它看似直接,但却存在难点:在测量期间,只有在不施加任何负载的情况下,才存在这种电池电压与电量之间的简单关联。当施加负载时(这种情况发生在用户对电量感兴趣的多数情况下),电池电压就会因为电池内部阻抗所引起的压降而产生失真。此外,即使去掉了负载,发生在电池内部的张持过程(relaxation processe)也会在数小时内造成电压的连续变化。由于多种原因的存在,基于电池阻抗知识的压降校正方法仍存在问题,本文会在稍后讨论这些原因。