电量表ic简化锂离子电池的充电监测作业

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1、集合在线——全球首个电子元器件团购平台对於仰赖锂离子电池的电路而言，判断电池的剩余电量需使用特殊技术，这会让能源采集应用的设计更为复杂。工程师能采用此类应用常用的MCU和ADC纳入这些特殊技术，但是复杂性也会随着提升。然而，工程师可使用众多制造商所推出的专用「电量表」IC，即可将此功能加入到既有的设计中，包括LinearTechnology、MaximIntegrated、STMicroelectronics和TexasInstruments。　　判断锂离子电池的充电状态(SOC)非常重要，但也极具挑战性，因为不同的电池在容量上差距甚大，甚至相同电池也有此现象。随着锂离

2、子电池老化，储存电荷的能力也会减弱。因此，即使完全充电，老旧的电池提供可用电压的持续时间会比新电池更短。在锂离子电池上，温度和放电率会大幅影响SOC，会在任何特定电池上产生一系列独特的电压曲线（图1）。　　Panasonic的VL系列锂离子储存装置　　图1：锂离子储存装置（如Panasonic的LV系列）的输出电压会受到众多因素影响，包括温度、放电率以及电池寿命（资料来源：Panasonic）。　　锂离子技术特有的输出电压曲线本质会使得SOC的判定更加复杂。至於其他技术，开路电压(OCV)则能为充电状态提供更可靠的指示。Panasonic的VI系列等锂离子电池，具有相对

3、较平坦的输出曲线，因此监测方式更具挑战性（图1）。然而，锂离子电池的监测一般皆仰赖库伦计数或阻抗值量测达成；前者会随着时间追踪放电量，後者则藉由SOC和电池内部阻抗值之间的关系判断。　　这些方法每个都需要详尽且持续地测量电池的输出电流和电压，接着详尽分析这些数值并且与SOC的相关电压模型进行比较。对能源采集应用而言，工程师通常可透过MCU、ADC等既有元件的优势，为能源采集应用提供核心功能。可使用MicrochipTechnology的MCP3421等ADC撷取电流和电压输出的量测值，以便MCU进行分析（图2）。接着，MCU会执行SOC演算法或是对量测值与SOC查找表的

4、理想值进行比较，或是进行一些演算分析以及数据搜寻的组合式方法。　　集合在线——全球首个电子元器件团购平台　　MicrochipTechnology的MCP3421ADC图2：工程师可透过ADC（如Microchip的MCP3421）实施电量表功能，藉此为MCU提供电池电压与电流的量测值，以进行SOC预估（资料来源：MicrochipTechnology）。　　电量表IC提供整合式解决方案，可用单一元件取代ADC和离散元件，能执行复杂的SOC预估法并且将预估结果传送到MCU（图3）。绝大多数的电量表IC皆采用库伦计数法，藉此测量横跨电流感测电阻的电压，以便针对预估锂离子电

5、池之SOC所需的电流放电量进行追踪。　　TexasInstruments的专用电量表IC　　图3：在典型应用中，专用电量表IC会测量横跨感测电阻的电压，藉此监测电池电流，然後将计算後的SOC结果以及其他电荷资讯传送给MCU（资料来源：TexasInstruments）。集合在线——全球首个电子元器件团购平台　　进阶电量表IC（如LinearTechnology的LTC2941-1）会结合专用的库伦计数器以及晶片上感测电阻，并针对温度进行补偿以提升准确性。在此例中，库伦计数器会监测内部感测电阻所产生的电压，然後整合测得的数据预估电荷（图4）。LTC2942-1含有LTC2

6、941-1的功能以及额外能力，可进行温度和电压的量测。　　LinearTechnology的LTC2941-1　　图4：LinearTechnology的LTC2941-1等电量表IC会整合混合式讯号库伦计数电路以进行SOC预估（资料来源：LinearTechnology）。　　电量表IC通常会将SOC以单一数值的方式传送。相反地，Linear的LTC4150电量表IC会将结果以一系列输出脉冲的方式传送，并且呼应流进或流出电池的固定电荷量。　　虽然电量表IC常用库伦计数方法，但通常许多装置都会将库伦计数结合周期性电压量测，以便重新校正结果，将温度以及电池老化的效应纳入考

7、量。MaximIntegrated的DS2786B会在电池充电以及放电时计算流入和流出电池的电荷。应用未运作时，DS2786B会进行电池OCV量测，但在这之前会延迟一段足够的时间让电池电压趋稳。根据OCV量测结果，元件会使用晶片上的OCV电池模型调整其所储存的库伦计数值。此模型储存在DS2786B的EEPROM中，会将SOC与电压曲线特定点上的电压彼此关联（图5）。　　集合在线——全球首个电子元器件团购平台MaximIntegrated的DS2786B　　图5：MaximIntegrated的DS2768B具有晶片上模型，会将开路电压与锂