电池电量计的应用设计

上一回我们介绍了包含电压放大、比较和控制功能的电流传感器 IC RT6052，它可以像空气开关一样被使用在电路中以实现过流以后的电路保护，其应用电路之一如下图所示：

IC 中的电流检测部分其实就是个差分电压放大器，串接在电流通路上的电阻 RSHUNT 将流过的电流转换为电压差，再经放大以后就变成了方便处理的大信号，后面接上 A/D 转换器将电压转换为数据，再经过运算以后才知道实际电流的大小，所以一个完整的电流传感器实际上还是很复杂的，远不是我们看到的电路那么单纯。 同样的电流检测方式可以被应用到电池电量计里，RT9426 就是这样做的，下面是它的应用电路图之一：

同样的，电阻 RS 被串联在电池的电流进出通道上，流过它的电流所形成的电压差经 CSP/CSN 进入 RT9462，再经放大、A/D 转换和数学运算以后成为电量计算的辅助信息。 按照常识，对电流进行时间积分得到的结果就是电量，所以我们觉得电流传感器所获得的信息应该作为电池电量计算的基本依据，为什么到了 RT9426 这里它变成了辅助信息呢？ 电池在电路中是一个独立存在的元件，它的自放电没有办法被外部电路侦查到，即使与电池连接的所有电路都不耗电，在常温下存放一个月以后的电量也会下降约 1% 以上，高温下的情况就会更严重，所以仅使用电流信息的电量计是没办法反映这部分损耗的，但是只要有电量的损耗电池的电压就会发生变化，而电压又与电池电量之间有一定的对应关系，所以我们通过测量电压就可以推测出电池的容量情况。

上图是容量不同的同类锂离子电池在不同放电深度下的电压表现情况，此数据是将容量进行了归一化的结果，所以最大的容量就是 1，由图可见大家的一致性都非常好，所以只要测出电池实际的开路电压，就可以由它查出对应的容量信息，而这两者是可以预先测出来并成为一个表的，使用时只需去查阅就行了。这个方法既简单又有效，实际使用的时候却有个问题，电池都有负载，负载会消耗电流，而电池有内阻，负载电流经过时会产生压降，所以你总是不能在线测得实际的开路电压。

如上图电池模型所示，从外部电路实际测得的电压是电池开路电压和电流流过内阻所形成电压之间的差，所以只要能在两种不同的电流下测得电池电压就可以得到两个联立方程，通过对联立方程的处理就可以计算出电池内阻和电池开路电压，根据计算出的开路电压就可以知道电池的放电深度或充电深度即所谓的荷电状态 SOC，而根据电池内阻又可获知电池的老化程度，这样就对电池状态有了一个比较全面的了解。

这个图反映的是一个电池在相同的电流负载下随着循环使用次数的不同它的容量变化的情况，随着使用次数的增加，它的容量越来越小，内阻越来越大，电压变化越来越快。 在实际的应用中，负载电流通常是随时都在变化的，所以上述对电池特性的测量和计算随时都可以进行，因而以电压为主、电流为辅的方法对电池状态进行判断的速度是非常快的，与单纯以测量电流再通过积分对电量进行计算是完全不同的。 由于无需积分，RT9426 在使用时就可以和电池分离，直接装在系统端就可以了，电池是可以随时换的，只要新换上的电池与原来的电池是同一个型号，对其容量状态的判断就会非常准确，误差可以做到 1% 以下，当然了，这是有前提的，那就是我们需要对电池特性有一个准确的把握，可以从它的充放电数据中将其特性提取出来，预先放到系统中保存起来，否则在实际的应用中还是会存在较大的误差，误差值大概在 5%~10%，这是需要用户在使用时注意的。为了帮助客户避免较大误差的出现，请读者们在实际使用时要与立锜科技的技术支持人员配合，将电池的充放电数据提供给立锜，亦可将电池提供给立锜由我们来帮助你完成全部的工作。 我最近新买了一个真无线蓝牙耳机，每次使用的时候都能从手机屏幕上看到耳机的电池状况，感觉很开心也很放心。真无线蓝牙耳机在工作时需要先将电能充入耳机盒里的电池里，再用耳机盒为两个耳塞充电，耳塞工作时还需要将自己的电池状况反馈给手机，这个管理工作并不简单，我们总不能让耳塞里的电能已经耗尽了还让它工作吧，随时了解状况并及时为之补充电能是非常重要的，像 RT9426 这样的器件就可以为之保驾护航，而它的体积也特别小，最小的 CSP 封装只有 2.29mm X 1.74mm，包含焊球在内的最大高度只有 0.625mm，耳塞尺寸虽然都很紧凑，放入其中是完全没有问题的。

这张照片是我从我爱音频网上复制下来的，它出现在一篇带有无限充电、主动降噪功能的真无线耳机的拆解报告里，RT9426 就这样被放在柔性 PCB 上，独自的存在使它看起来就像是主角的样子，芯片上的字符 71 是 CSP 封装的 RT9426 的识别符号，其他则是与制造时间有关的信息及定位标志。（顺便要说明一下我是知道这颗芯片是 RT9426 才说出 71 是它的识别符号的，请不要随便看到一个字符串就来要求我们帮你识别它是什么，因为倒过来的行为是无法保证正确性的，而这样的情况我们又常常遇到，所以特别提示一下。）

我在智能手机发展的早期曾深受电量计算不准之苦，有时明明看到电池电量数据还很高，但手机突然就自动关机了，随着新技术的发展和应用，已经很久没有遇到过这样的状况了，希望 RT9426 也能在你的产品设计中帮助到你。 本文的写作完全基于自己对产品所用技术的推测，所展示的数据图表也是过去学习中所积累起来的资料，有的就是公司同事在电池研究中所获取到的信息，仅供读者参考。

原文标题：电流检测技术在电池电量计里的应用

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审核编辑：汤梓红