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獲取電量計應(yīng)用中的鋰電池特性

作者： 時間：2012-04-13 來源：網(wǎng)絡(luò) 收藏

　　引言

　　要精確估算Li+電池的剩余電量，有必要了解電池特性如何隨著溫度和負載電流的變化而改變。本應(yīng)用筆記介紹了一種獲取Li+電池特性的方法，討論了如何采集并處理數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)載入Dallas電池管理器件的評估軟件，用于電量計應(yīng)用中。器件通過累積電流寄存器(ACR)監(jiān)視流入和流出Li+電池的電流，并將ACR的數(shù)據(jù)與已計算出的電池滿電量和空電量進行比較，從而確定剩余容量。

　　獲取Li+電池特性的步驟

　　1. 確定充電和放電曲線
　　獲取Li+電池特性的最好辦法是創(chuàng)造一個盡可能與實際應(yīng)用相類似的環(huán)境。其中包括保護電路、放電曲線(包括實際應(yīng)用中有效電流和待機電流的典型值)、充電曲線、及應(yīng)用的周圍環(huán)境溫度。因此要求對電池充電和放電過程進行模擬，并且要相應(yīng)調(diào)整工作溫度。通常情況下，應(yīng)該以10°C為步長，在0°C至40°C范圍內(nèi)獲取各種電池特性參數(shù)。同時，評估軟件所要求的溫度點間隔也是10°C。

　　有效電流指用戶使用過程中Li+電池的典型輸出電流。待機電流指空閑狀態(tài)時Li+電池的典型輸出電流。

　　評估軟件電量計部分中Active Empty和Standby Empty分別對應(yīng)Li+電池以有效電流放電和待機電流放電到空電壓(由用戶定義)的點?？针娏奎c如圖1所示，相關(guān)說明見步驟5。用戶可以定義不同的有效空電量點和待機空電量點。充電電路將Li+電池充分充電的點定義為滿電量點。有關(guān)使用內(nèi)置電量計的Dallas電池管理器件的詳細說明，參見應(yīng)用筆記131：Lithium-Ion Cell Fuel Gauging with Dallas Semiconductor。

獲取電量計應(yīng)用中的鋰電池特性
圖1. 逐步放電過程中電壓與電流的關(guān)系

　　2. 校準(zhǔn)器件的失調(diào)寄存器
　　根據(jù)器件數(shù)據(jù)資料的說明，將Dallas電池管理器件與Li+電池正確連接后，應(yīng)校準(zhǔn)器件的失調(diào)。借助于所選器件的評估軟件，可以很容易的對器件的失調(diào)進行校準(zhǔn)。確認電路中沒有接入負載，然后點擊Meters標(biāo)簽中的Calibrate Offset按鈕。如果不使用評估軟件，可根據(jù)應(yīng)用筆記224：Calibrating the Offset Register of the DS2761，逐步校準(zhǔn)失調(diào)。

　　3. 開始記錄數(shù)據(jù)
　　使用評估軟件可以很容易的記錄數(shù)據(jù)。只需進入Data Log標(biāo)簽，設(shè)置Sample Interval為15秒并點擊Log Data。建議采用15秒的間隔時間，因為該時間間隔可以保證在不生成太大文件的前提下，能記錄所有需要數(shù)據(jù)點。所有實時數(shù)據(jù)將被記錄在指定的文件中，直到點擊Stop Logging Data按鈕。

　　4. 在室溫下激活電池
　　首先必須對電池進行激活(break-in)。通常，在Li+電池壽命的初期其容量將有百分之幾的波動。因此，建議在測試電池特性之前使其經(jīng)過20次完全充放電周期。在這一過程中無需記錄數(shù)據(jù)，但如果進行數(shù)據(jù)記錄有助于用戶監(jiān)視其他電池失調(diào)參數(shù)，以用于最終數(shù)據(jù)分析。

　　5. 從最高溫度開始校準(zhǔn)
　　通常建議從最高溫度開始測試電池的特性，因為此時Li+電池容量最大，適合作為其他數(shù)據(jù)的參考點。設(shè)定電池工作在最高溫度下，將電池充分放電至待機空電量點。隨后，根據(jù)實際應(yīng)用要求的充電曲線對電池充分充電，這一點對應(yīng)的是該溫度下的滿電量點。之后，將電池以有效電流充分放電至用戶定義的有效空電壓，以確定有效空電量點。最后，將負載變?yōu)榇龣C電流并繼續(xù)放電，直至電壓降到待機空電壓，以確定待機空電量點。

　　如果想加速該過程，用戶可以將電流從有效電流逐步降低至待機電流。如圖1所示，設(shè)定有效電流為200mA，待機電流為5mA，兩種情況下的空電壓均定義為3.3V。采用200mA的電流將電池放電至3.3V，使電壓降到有效空電量點，然后，經(jīng)過幾秒鐘后，再以100mA的電流對電池放電，使其再次達到空電壓點。隨后放電電流逐步降低，從50mA、20mA、10mA到5mA，直至最后電池電壓穩(wěn)定在空電壓，該點即為待機空電量點。這樣，不需要經(jīng)過漫長的5mA放電過程，即可使電池快速達到相同的空電量點。

　　6. 在各個溫度下重復(fù)操作
　　一旦到達某一溫度的待機空電量點，立即轉(zhuǎn)入下一個溫度，并開始對電池充電直至電池滿充。充電完成后即到達該溫度的滿電量點。然后將電池放電到有效空電量點和待機空電量點。在所有需要的溫度上重復(fù)上述操作，完成對電池特性的測量。

　　從特性參數(shù)中篩選關(guān)鍵數(shù)據(jù)點

　　評估軟件將實時數(shù)據(jù)以帶制表分隔符的格式記錄在文本文件中，方便導(dǎo)入電子表格。然后可以通過分類或繪制圖表的方式，篩選出所需要的數(shù)據(jù)。

　　7. 找出所有需要的數(shù)據(jù)點
　　用戶可以對記錄文件里的數(shù)據(jù)進行分類，標(biāo)記出所有滿電量點、有效空電量點以及待機空電量點。完成上述過程的簡單辦法是，瀏覽所有數(shù)據(jù)，查找Current列并觀察電流讀數(shù)的變化情況，并且在電子表格中沒有用到的列插入“x”。例如，當(dāng)電池從充電狀態(tài)變?yōu)榉烹姞顟B(tài)時，記為滿電量點；當(dāng)電池停止以有效電流放電時，記為有效空電量點；當(dāng)電池從放電狀態(tài)變?yōu)槌潆姞顟B(tài)時，記為待機空電量點。然后通過電子表格的自動篩選(AutoFilter)功能，可以很方便地查看各個重要的標(biāo)記點。

　　表1給出了獲取 Li+電池特性時，使用DS2761采集數(shù)據(jù)，經(jīng)過篩選后，標(biāo)記出的各個重要數(shù)據(jù)點的范例。本例中，電池以900mA的恒定電流充電，直至電壓達到4.2V。然后繼續(xù)充電保持電池電壓穩(wěn)定在4.2V，直到電流逐漸降至70mA，該點即為滿電量點。電池以350mA電流放電，直至電壓降到3.0V，這一點對應(yīng)有效空電量點。電池以3mA電流放電至電壓降到2.7V，這一點則對應(yīng)待機空電量點。分別在40°C、30°C、20°C、10°C以及0°C下獲取電池特性參數(shù)。

　　如果在步驟4的電池激活過程中記錄了數(shù)據(jù)，可以對空電量點進行比較，以判斷其是否有增加或減少，進而判斷電流值是否存在失調(diào)。因為是在恒溫條件下完成這一激活過程，所以如果不存在任何失調(diào)，則所有空電量點將完全相同。如果存在失調(diào)，則應(yīng)該根據(jù)ACR列所引入的失調(diào)對數(shù)據(jù)進行響應(yīng)的修正，從而準(zhǔn)確測量Li+電池特性。

表1. Li+電池特性參數(shù)

  • Time
    Voltage
    Current
    Temperature
    ACR
    Mark
    Label
    1:13:26 AM
    3.25
    918.317
    40
    62.38
    x
    Start
    2:12:41 AM
    4.158
    480.817
    40
    927.97
    x
    Break
    2:41:34 AM
    4.197
    68.688
    39.75
    1032.7
    x
    Full
    5:26:54 AM
    3.035
    		
				
            
                
			
							
    
                
			            
    
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    關(guān)鍵詞：
            			            電量計
                        充放電
                        電池充電
                        
            
    
            
			
    
		
    	
		

	

    
	
	
    
		
    
			
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