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锂离子电池容量计量之库仑计法：一直想写一篇关于电池容量库仑计的文章,可以要完全说明库仑计的工作原理却相当的麻烦,因为这种容量计量方法涉及的电池方面的知识太多太复杂,同时还有一部分集成IC方面的知识.为了雅俗共赏,我就把这篇关于库仑计的文章分成四个部分.1.基本概念介绍,就是引出为什么要用库仑计来计量电池容量.2.库仑计简单说明,讲得比较浅适合一般的用户.3.库仑计进阶说明,详细补充库仑计的工作原理.4.有关库仑计在手机上使用的各种现象解释,特别是拥有爱立信手机的机友,不妨参考一下☆☆☆☆第一部分.基本概念介绍mAh:电池容量的计量单位,实际就是电池中可以释放为外部使用的电子的总数.折合物理上的标准的单位就是大家熟悉的库仑.库仑的国际标准单位为电流乘于时间的安培秒.1mAh=0.001安培*3600秒=3.6安培秒=3.6库仑mAh不是标准单位,但是这个单位可以很方便的用于计量和计算.比如一颗900mAh的电池可以提供300mA恒流的持续3小时的供电能力.在锂离子电池容量计量之电压法一文中,我详细介绍了用电池电压近似获得电池容量的方面.但是这个方法是比较粗糙的.要想获得锂离子电池的电量使用的正确情况,只有用库仑计.就象大家家里面的水量计量用的水表的作用原理.要计算流经的电荷的多少才能获得锂离子电池的电量使用情况.如何得到流经的电荷量呢,就只有通过测试单位时间内回路流经的电流大小.如果测到的电流是恒定不变的,把测到的电流乘于时间就可以简单的得到了电荷量了.这钟情况一般只有实验室里面才能发生.通常用一个恒流来放电计算电池的容量,而且测到的容量也比较精确.如果测到的电流是随时间变化的,那么就需要对这个变化的电流进行积分才能得到电荷量,手机上的电池就是这种情况,电流随时都在变化.电流要如何测到呢?简单的讲就是通过测量一个特定的电阻两端的电压(单位伏特V或毫伏mV),把电压除于这个电阻的阻值(单位欧姆ohm或毫欧mohm)就得到即时的电流值(单位是安培A或毫安mA)了.☆☆☆☆第二部分,库仑计的工作原理及简单应用■库仑计工作原理■目前手机电池的容量计量(象爱立信手机电池),是在电池的保护线路上串联了一个电量计量芯片,其中串联的是一个集成的电阻,电阻值一般是20~30毫欧之间.其基本原理是,芯片上集成了一个取样电阻,当流过不同电流后产生不同的压差,芯片就对这个电压(实际转换为电流)和时间进行积分,得到用户使用时的正确电量(注意,电量的单位是mAh).很多芯片可以实现这个功能,TI的,MAXIM的几个半导体芯片公司均有类似产品出品.电池增加这个芯片后,成本提高,对手机也提出了通讯的要求.所以很多手机没有这个功能.那么该芯片通过实时积分得到容量以后,把容量(单位是mAh)数据存储在芯片的EEPROM中,并根据手机的需求,通过通讯线传递给手机.那么手机就得到了这块电池的准确容量.库仑计的芯片,即电量计量芯片是装在手机电池里面的,通常是与锂离子电池的保护线路设计在一起.在库仑计芯片的存储器里面通常有如下的基本电池信息:▲电池的初始容量(mAh),即额定容量,一个电池完全充放后得到的容量▲电池的当前容量(mAh),处于使用状态是的电池容量▲当前流经的电流(mA),即手机的电流损耗■库仑计简单应用■但是一般手机不会显示容量(比如还有550mAh或剩下345mAh:'(这么一个让用户不好理解的数值.这里就有两种容量显示方式,通过计算把容量mAh转换成可以很好理解的另外一种单位.1.容量百分比(单位是%)每个电池都有一个初始容量或称为额定容量.把当前的电池容量除于额定容量就可以得到当前电池的容量百分比一块额定容量为600mAh的电池,如果当前电池容量只有456mAh,手机就显示456/600=76%.2.待机时间和通话时间(单位是时间:小时h)手机本身根据自身的待机或通话电流损耗,会相应的内置一个计算公式,见这个容量转换成用户可以理解的待机时间和通话时间.待机时间的计算公式就是:电池的当前容量/当前流经的电流=***小时通话时间的计算公式就是电池的当前容量/通话时平均电流=*小时☆☆☆☆第三部分库仑计进阶说明1.电路有两种类型的设计电路来获得电池的容量一种是A/D模数转换,通常是12位精度,将电压值转换为12位精度的16进制数字后乘于取样的间隔时间.一种是集成模式,利用RC积分电路来获得电压对时间的积分值.两者最终得到的都是电池的容量.2.容量的归一电压法那样测一个电压的时间非常短.不需要容量的归一.由于库仑计的容量获得必须是对时间的积分才能获得.那么要获得该电池的额定容量,就必须对电池进行一次完全的充分才能得到正确的电池容量信息.在库仑计的使用之初,厂家会赋予库仑计一个电池的初始容量.但是每次使用不可能都是完全用光或完全充饱.所以经常的浅充浅放会积累容量的误差.所以必须定期对使用库仑计的锂离子电池进行完全充分的操作,使其重新获得正确的电池额定容量.3.额定容量的调整锂离子电池的实际容量会随着循环的进行,可用容量会逐渐的衰减.如果库仑计里面保存的初始容量一成不变的话,肯定会导致容量显示的错误.比如初始容量是600mAh的电池,在100次循环以后,其实际容量已经变成500mAh了,如果在进行容量显示是仍然按照600mAh这个数来计算的话,势必造成电池永远充不饱这个问题.所以在库仑计的里面还有一个容量对使用次数调整的算法,会根据电池循环次数调整其实际容量.锂离子电池的容量还会随使用温度的变化得到不同的可用容量.比如在25度时,电池可以得到几乎100%的可用容量而在0度是,电池只能放出80%的可用容量.如果不对容量进行温度调整的话,势必造成低温环境使用时,明明显示剩余20%的容量,却提前关机这个现象.所以在库仑计里面还有一个容量对温度调整的算法,会根据电池的实际温度进行可用容量调整.4.电池标识码许多库仑计芯片都顺便集成了一个电池标识码记录区域.它的作用是给手机电池标一个序列号,这个序列号是保存在芯片里面的,利用与手机的通讯口传递给手机.手机验证这个序列号.如果是正确的就判断为正品电池.如果序列号验证错误,手机就提示是非正品电池甚至拒绝工作.不要小看库仑计芯片,小心的一个芯片,不但要进行高精度的电量计量,还要进行复杂的运算调整.而且还要与主机(手机)进行通讯联系.☆☆☆☆第四部分.有关库仑计在手机上使用的现象解释上面详细的介绍了库仑计芯片本身的工作原理.但是作为一个面向用户的应用,得到容量(mAh)这个数据是远远不够的.那么如何把容量转换成为待机时间就是手机的软件的工作了.手机通过通讯,获得如下信息▲电池的初始容量(mAh),即额定容量,一个电池完全充放后得到的容量▲电池的当前容量(mAh),处于使用状态是的电池容量▲当前流经的电流(mA),即手机的电流损耗注意,当前流经的电流是个非常没有规律的值.显而易见,许多因素影响了这个电流.当地的信号强度,会影响手机的待机电流手机附加功能,比如蓝牙功能,红外功能会增加或改变待机电流手机背光(操作手机时),会大大的增大待机电流.这些影响因素会导致以下这个待机时间计算公式出现偏差▲电池的当前容量/当前流经的电流=***小时如果待机电流稳定不变或变化很小的话,这个待机时间就会起到很好的计算作用这就是为什么手机固定放置在一个地方,待机时间很准的原因当地信号的好坏也直接的影响手机的待机时间显示.本来在A地显示180个小时待机的同一个手机拿到B地马上就变成了240个小时待机.这是因为计算公式的分母变化了.但是待机时间的变化和强烈反差的出现并不是说电池出现了问题,实际其电池的容量还是没有变化的.这个也并不能用来说明是电池不好的原因.虽然锂离子电池没有记忆效应,不需要专门的放电处理,不需要充饱电池就可以使用,这并不影响锂离子电池的性能发挥.但是,对于正在使用配备库仑计电池的手机用户,有一点必须强调.★★★请您定期的对你所用的电池进行一次完全的充分,以便库仑计进行容量调整和归一化的进行.确保库仑计一直工作在最佳状态.★★★