摘要：本文介紹一種新的高精度技術用于電池電量計，可幫助手機和其它便攜式設備用戶防止系統意外關閉的不便和無奈。

電池供電的移動設備如智能手機、平板電腦和筆記本電腦已為現代生活所必需。例如，當今智能手機供應人們每天需多次使用的許多功能：發電郵、發短信、GpS、拍照、日歷、記事本、多媒體播放器，甚至時不時的電話。用戶通常要在低電量時繼續操作他們的設備，假如即使顯示還剩百分之幾的電量，系統突然關閉，可能帶來不便。同樣，許多筆記本電腦用戶，已經歷過在筆記本電腦為保護電池而比預期更快關機后，丟失未保存的工作的沮喪。

考慮到隨時準確知曉電池剩余電量對用戶的重要性，精確的電池“電量計”極其重要。但是通常用于便攜式設備的庫倫計數技術不僅不準確，導致意外關機的可能性非常大，而且受制于溫度相關的誤差，并消耗寶貴的電池電量，而將這些電量用來為其它功能電路供電可能更好。

1庫倫計數電量計

庫侖計數使用一個高精度的電流檢測電阻來監測電池不斷輸出的電流。電流隨時間而集成，并將結果與已知的最大電量進行比較，以計算可用的剩余電量。

從根本上說庫倫計數是不準確的，因為它無法檢測電池自放電事件，因自放電電流未流過庫倫計數的檢測電阻。而且，自放電事件往往升高環境溫度，改變檢測電阻阻抗從而進一步影響精確度。此外，電池每次必須充滿電以便精確校準。

庫倫計數更多的缺點包括精密檢測電阻相對高的成本，以及當檢測電流持續流過被這電阻消耗的寶貴的電池電量。

庫倫計數精確度約8%左右。因此假如指示器顯示剩余電量為10%，那么實際值可能低至2%。對筆記本用戶來說，這帶來在工作中丟失未保存文件的切實風險。在智能手機中，因系統關閉非必需的功能而可能導致通話中斷或功能丟失。由于如此不準確的水平，用戶可能在即使指示器顯示還有20%左右剩余電量時就開始擔心電池剩余的使用時間。對顯示的電池使用時間驟降的擔心，只會新增對狀態信息的不信任感。

當市場耐心等待電池技術的改進(或事實上不甘現狀)，設備設計工程師構思日益復雜的電源管理方法，以節省每一個可能報廢的電池電量時，電量計為用戶供應準確的讀數，同時它本身消耗盡可能少的電池電量是極其重要的。

2更好的方法

安森美半導體已開發出專利方法HG-CVR(通過使用內部阻抗探測電流-電壓的混合計量法)，根據使用精密的模數轉換器(ADC)測得的電池電壓計算電池剩余電量。圖1所示為基本應用電路，顯示使用這技術的一個電量計系統的重要功能模塊。

描述被監測的電池技術的電壓與電量的關系特性的參考表被存于內存中。通過比較測到的電壓與存于表中的值，可計算出電池剩余電量。圖2說明了原理：假如測得的電壓為4.0V，與參考表的比較表明電池電量剩余75%。

在已知的時間間隔重復測量電壓。電池溫度也被監控。根據電壓和溫度測量，和在已知的時間間隔記錄的電壓變化，就可計算出電池電量將完全耗盡前的剩余時間。當電池電壓更低時，讀數會更頻繁，以確保當電池剩余的使用時間變得更短時的準確的預測。

這種方法通過測量電池組電壓，能考慮到電池自放電事件。而且，電池無需充滿電就能校準。即使電池只充電到50%，也可準確計算電池剩余使用時間。

由于測量間隔，監測電路無需持續運行。這使電量計電路能在測量之間進入節能睡眠模式。與傳統的庫倫計數相比，這種方法因無需檢測電阻因而降低運行能耗。

3溫度補償

眾所周知，在低環境溫度下工作對鋰離子電池性能有顯著影響。特別地，隨著溫度降至0℃以下，電池阻抗變化，導致當放電電流流動時電池壓降新增。安森美半導體已在其LC709203F電池電壓檢測電量計IC中添加獨特的校正算法。這算法有助于確保電量計在寬范圍的環境溫度下在所有電池電壓下的精度保持在2.8%以內。

為比較使用安森美半導體的LC709203F的電量計量法和庫倫計數電路的性能，裝有新電池的智能手機自適應以支持正負極電池連接，電池組的輸出熱敏電阻被連接至LC709203F，同時使智能手機的內置電量計能繼續運行。數據記錄器用來記錄內置電量計的輸出，這通過智能手機的I2C總線和LC709203F的輸出來監測。智能手機被置于一個0℃的恒溫容器中，開啟背光，運行于飛行模式。圖3所示為實驗裝置。

圖4所示為比較的結果。使用LC709203F在測試期內達到的精度高于2.8%，電池剩余電量最低水平高于2%。標準的電量計系統運行具有不同程度的誤差，當電池電量即將耗盡時，達到高于6%的最高水平。從用戶角度來講，希望當電池電量更低時有更高精度，以便預測設備可能關閉的時間。

4尺寸和省電

LC709203F支持只需一個外部元器件的高能效電量計量，而替代的器件可能要2-5個或多達14個額外元器件，這大大節省物料單成本和設計時間，還提升可靠性。而且，1.76mmx1.6mm的封裝較替代器件小45%。結合減少的元器件數，這使電量計電路的整體線路板(pCB)面積將減少約77%。這對智能手機設計工程師可能代表了一個關鍵的好處，他們持續奮戰于嵌入所有設計元素以供應消費者想要的功能和用戶接口，留給元器件更小的空間使這一切成為現實。

總功耗也更低。LC709203F工作電流為15μA，約為相似的競爭器件118μA的1/10。除了運行時的消耗改進超過87%，LC709203F在睡眠模式下最高消耗60%的電流。

5結論

傳統的庫倫計數電池電量計具有相對較差的精度，使當今用戶在使用他們的移動設備時容易受到不便的中斷，特別是當工作接近電池剩余電量極限時。新技術使用精密的電池電壓檢測，內置誤差校正和溫度補償，確保一個更精確、具成本效益和節能的方法，將使用戶能更加有效地管理他們的移動電池。