20年前,電量計IC還沒有出現,最早期的設計是單片機通過AD口檢測電池電壓來判斷電池的剩餘電量,這種電壓檢測的方法對電池小電流放電,電池電量誤差還算準確,因為電壓逐漸降低的,只要設置幾個固定的電壓點來判斷,如100%,75%,50%,25%,10%幾個容量對應的電壓即可,如(圖一)。

電壓容量對應表

圖一


如果大電流放電,就很不適合了,因為大電流放電,電壓波動比較大,就像早期的手機一樣,沒有打電話之前顯示還有兩格電,通話中就直接提示電量不足,請及時充電。

及時充電


這就給會消費者帶來誤解,說這是你產品有問題,明明還有兩格電,為什麼通話不了,要求退貨換貨等一系列問題,其實這跟設計方案沒有多大關係,因為當時只有這樣的方案,沒有其他方案可以選,而且電池材料也不是那麼穩定和成熟。

隨著科技的進步,電池材料越來越穩定,電池管理IC如春筍般的不斷冒出,不斷創新,不斷完善,最具代表性的如德州儀器,美信等國際大公司。市場上很多高端的產品都會用上電量計IC, 那麼何為電量計?顧名思義就是電池電量計算,計算電池剩餘多少容量,剩餘工作時間,電量計IC內部集成了計量算法,如庫倫計數,阻抗跟踪,卡曼濾波等算法,能夠通過電流,電壓,溫度,使用次數等參數計算出電池還剩多少容量,能夠支持使用多長時間,電量低了提醒用戶充電,常用電量計IC有BQ27541、DS2781、DS2782、BQ40Z50等。為何帶電量計IC的電池會賣那麼貴呢?如果不了解智能電池生產工序,可能就只是片面的理解就是電池加板,加線,電池綜合測試儀測試通過後就出貨了,實際上生產智能電池遠遠沒有那麼簡單,比這個複雜太多了。

電量計IC

圖3


首先從電池的保護板開始,如何能讓主板知道電池的信息,那麼保護板就要設計成帶通信的,通過通信與主板建立聯繫,這樣主板需要什麼樣的信息就可以直接讀取電量計存儲的信息,第二,設計保護板後,需要根據客戶要求的電芯學習CHEM_ID, 何為CHEM_ID? ID是Ti公司集成了很多電池型號的老化數據,然後對每一款電池的類型編了號碼,我們學習這個ID就是匹配當中的一款電池的老化數據,這樣電池以後的電量模型就以這個ID對應的老化曲線進行計算。

友飛翔老化車間帶電量計的電池組正在充放電老化


(友飛翔老化車間帶電量計的電池組正在充放電老化)



學習這個ID並不容易,首先要根據電池的參數設置好,然後校準電壓,溫度,電流;然後以0.2C充滿靜置2個小時,然後以0.2C放電至過放保護靜置5個小時;得到數據後上傳到Ti的官網,Ti的官網會返回一系列的ID號,選擇合適的ID號之後,寫入電量計IC,然後電池與保護板進行電量計算老化測試,以0.2C充滿靜置2個小時,然後以0.1C放電至過放靜置5個小時,循環兩次,得到最新的滿充容量,電池阻抗更新,狀態的變化,就如BQ40Z50兩串的保護板,學習成功後,阻抗會更新成0055,Update Status更新成0e,學習完成後,如圖三、圖四;導出批量文件,做批量使用。保護燒錄老化數據後,電池組裝生產後,需要上充放電櫃老化測試,老化電池容量。整一個生產過程非常複雜,不僅僅是單單一個電量計IC價格比普通保護IC的價格貴10倍,同樣電池組裝工序也複雜幾倍,所以為什麼帶通信的電池會那麼貴,但是貴有貴的好處,設備能夠準確得到電池的電壓、溫度、電流、剩餘容量、剩餘時間等信息,避免設備關機造成損失。

圖4


未來的高端電子產品的電池發展趨勢肯定是都是帶電量計的,現在不管什麼行業都想把電池的性能發揮到極致,大到汽車電池,小到平時的可穿戴設備電池,都必須能夠精確的估算出電池還剩多少容量,剩餘多少時間,因為電池早已經到滲透到我們生活中,我們生活中很多東西都離開不了電池!