基于开路电压(OCV)的电量计设计.PDF

/ 基于开路电压(OCV)的电量计设计 摘要：DS2786 是基于开路电压(OCV)的电量计，可报告储存在锂离子(Li+)电池中的总电量。 正常工作温度条件下，OCV 是理想的锂离子(Li+)电池存储容量指示器。然而，由于电池阻 抗随温度变化，实际提供给应用电路的容量与电池中储存的容量将有所不同。本应用笔记描 述了不同温度和负载条件下，如何提高基于 OCV 的电量计 DS2786 估算能提供给应用电路的 电池容量的精度。 引言 基于OCV的独立式电量计DS2786可根据空闲状态下电池的开路电压来估算可充电锂离子(Li+) 电池的可用容量。器件根据储存在IC中的查找表，通过开路电压确定电池的相对容量。这一 功能使用户可以在电池组插入后立即得到准确的容量信息。 然而，由于电池阻抗随温度变化，根据温度和负载条件不同，电池的可输出容量可能会与 DS2786 报告的剩余电量有些差别。本应用笔记描述了如何理解基于OCV的电量计DS2786 的读 数，以及如何准确估算特定温度和负载条件下可供给应用电路的容量。 描述电池特性 为了阐明如何提高基于 OCV 电量计的估算精度，本应用笔记给出了一个范例，该范例采用经 Dallas Semiconductor 公司经过特性测试的 1100mAh 电池的 OCV 曲线。在 20°C 温度条件 下，电池以 950mA 恒流充电至 4.2V。然后，又以 4.2V 恒压对该电池充电。当充电电流逐渐 减小至 50mA 时，可认为电池为满电量 (100%)。随后，以 220mA负载电流(0.2C)对电池放电 直到电池电压降至 2.5V。此时，可认为电池电量为零电量 (0%)。 随后，以 8 段折线线性近似电池特性曲线，并储存到 DS2786 中。表 1 给出了该指定电池的 容量和对应开路电压，而图 1 绘出了电池的 OCV 曲线。 表 1. 范例电池的 OCV 曲线 Capacity (%) OCV (V) Breakpoint 8 100 4.177 Breakpoint 7 85 4.040 Breakpoint 6 55 3.832 Breakpoint 5 45 3.799 Breakpoint 4 25 3.755 Breakpoint 3 15 3.693 / Breakpoint 2 10 3.687 Breakpoint 1 5 3.593 Breakpoint 0 0 3.213 图 1. 根据表 1 中的数据绘出的 OCV 曲线图 进一步测试电池的温度特性(0°C、10°C 和 20°C)，以确定电池在不同充电状态下的 OCV 特性。在本应用笔记中，假设温度高于 20°C 时测试曲线的变化可忽略。 按照上述的过程把电池充电至满电量。然后，再分别以 600mA、275mA、100mA 和 5mA 的电流 将电池放电至 3.2V。这些放电率分别表示无线手持设备的多媒体模式、通信模式、背光模 式和待机模式。 每当电池达到满电量或零电量时，就将电池闲置一个小时并且记录其 OCV (表 2)。图 2 给出 了电池OCV 相对于电池温度的曲线图。 表 2. 满电量点和零电量点的开路电压 Open-Circuit Voltage (V) 0°C 10°C 20°C Full 4.141 4.166 4.176 Empty 600mA 3.703 3.633 3.472 Empty 275mA 3.609 3.431 3.308 Empty 100mA 3.413 3.290 3.242 / Empty 5mA 3.229 3.215 3.211 图 2. 根据表 2 中数据绘出的范例电池 OCV 相对于电池温度的曲线图 在实验过程中，DS278