有關如何獲取電量計應用中的鋰離子電池特性

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據，并將數據載入Dallas電池管理器件的評估軟件，用于電量計應用中。器件通過累積電流寄存器(ACR)監視流入和流出Li+電池的電流，并將ACR的數據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造一個盡可能與實際應用相類似的環境。其中包括保護電路、放電曲線(包括實際應用中有效電流和待機電流的典型值)、充電曲線、及應用的周圍環境溫度。因此要求對電池充電和放電過程進行模擬，并且要相應調整工作溫度。通常情況下，應該以10°C為步長，在0°C至40°C范圍內獲取各種電池特性參數。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時Li+電池的典型輸出電流。

評估軟件電量計部分中ActiveEmpty和StandbyEmpty分別對應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。有關使用內置電量計的Dallas電池管理器件的詳細說明，參見應用筆記131：Lithium-IonCellFuelGaugingwithDallasSemiconductor。

圖1.逐步放電過程中電壓與電流的關系

2.校準器件的失調寄存器

根據器件數據資料的說明，將Dallas電池管理器件與Li+電池正確連接后，應校準器件的失調。借助于所選器件的評估軟件，可以很容易的對器件的失調進行校準。確認電路中沒有接入負載，然后點擊Meters標簽中的CalibrateOffset按鈕。如果不使用評估軟件，可根據應用筆記224：CalibratingtheOffsetRegisteroftheDS2761，逐步校準失調。

3.開始記錄數據

使用評估軟件可以很容易的記錄數據。只需進入DataLog標簽，設置SampleInterval為15秒并點擊LogData。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，能記錄所有需要數據點。所有實時數據將被記錄在指定的文件中，直到點擊StopLoggingData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過20次完全充放電周期。在這一過程中無需記錄數據，但如果進行數據記錄有助于用戶監視其他電池失調參數，以用于最終數據分析。

5.從最高溫度開始校準

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，適合作為其他數據的參考點。設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，根據實際應用要求的充電曲線對電池充分充電，這一點對應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，將負載變為待機電流并繼續放電，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定在空電壓，該點即為待機空電量點。這樣，不需要經過漫長的5mA放電過程，即可使電池快速達到相同的空電量點。

6.在各個溫度下重復操作

一旦到達某一溫度的待機空電量點，立即轉入下一個溫度，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上述操作，完成對電池特性的測量。

從特性參數中篩選關鍵數據點

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

7.找出所有需要的數據點

用戶可以對記錄文件里的數據進行分類，標記出所有滿電量點、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，瀏覽所有數據，查找Current列并觀察電流讀數的變化情況，并且在電子表格中沒有用到的列插入“x”。例如，當電池從充電狀態變為放電狀態時，記為滿電量點；當電池停止以有效電流放電時，記為有效空電量點；當電池從放電狀態變為充電狀態時，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記點。

表1給出了獲取Li+電池特性時，使用DS2761采集數據，經過篩選后，標記出的各個重要數據點的范例。本例中，電池以900mA的恒定電流充電，直至電壓達到4.2V。然后繼續充電保持電池電壓穩定在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。

如果在步驟4的電池激活過程中記錄了數據，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。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，則所有空電量點將完全相同。如果存在失調，則應該根據ACR列所引入的失調對數據進行響應的修正，從而準確測量Li+電池特性。