TI 通用電量計選型方案

鋰電池具有很高的能量密度，因此在便攜式設(shè)備與儲能設(shè)備中得到了廣泛應(yīng)用。為了在安全的條件下盡可能充分利用鋰電池儲電能力，尤其是在部分應(yīng)用中，比如筆記本電腦，手機，電動自行車等，由于涉及到數(shù)據(jù)丟失或安全隱患，系統(tǒng)往往需要較準(zhǔn)確地了解鋰電池的電量數(shù)據(jù)。但由于鋰電池放電特性的非線性，會受到溫度、放電電流大小、電池的老化程度等影響，要準(zhǔn)確預(yù)測鋰電池的剩余電量，具有較高的難度。

最早期的方法是通過電壓推測剩余電量，誤差非常大，可能高達20~40%； 然后業(yè)界推出了庫倫積分的方法，誤差還是比較大，可能高達10~20%；相對精確一些的方法是在庫倫積分的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的CEDV或查表校正法，電量預(yù)測精度得到很大改善，較好的情況下，可以達到5%以內(nèi)；TI在吸取這些方法的優(yōu)點的基礎(chǔ)上，根據(jù)鋰電池的特性，推出了專利技術(shù)--阻抗跟蹤算法，結(jié)合了電壓校正與電流積分的優(yōu)點，通過建立鋰電池的放電特性曲線、溫度模型等，實時監(jiān)測電池的阻抗變化，從而可以較準(zhǔn)確地預(yù)測放電截止點，實現(xiàn)了1~2%的電量檢測精度，是目前最精確的電量計算算法。

TI針對不同的應(yīng)用場景，推出了一系列的電量計產(chǎn)品，廣泛應(yīng)用于各領(lǐng)域知名品牌客戶，得到了大家的認可。為了便于大家選擇適合自己應(yīng)用的方案，我先對 TI的電量計做一個基本的分類：

電池的節(jié)數(shù)：1串電池的應(yīng)用領(lǐng)域比較廣，比如手機、智能手表、POS、平板電腦等，對精度、電路面積等的差異比較大，因此，1串電池的電量計方案就比較多。很多1串電池體積比較小，因此通常對封裝尺寸有一定要求。因為只有1串，所以也不存在電池不均衡的情況，不需要均衡功能。2串以上的電池，通常就需要考慮均衡功能了。2~4串電量計在筆記本電腦等領(lǐng)域使用量較大，所以一般采用集成保護功能的方式，以降低整體成本。4串以上的電池因為電池電壓差異比較大，比較難為不同應(yīng)用單獨開發(fā)專用的芯片，可以采用分壓后監(jiān)控電池總電壓的方式，比如BQ34Z100，或采用與模擬前端芯片配合的方方式，比如BQ78350。

電池的種類：TI的電量計主要針對鋰電池的應(yīng)用，特別是阻抗跟蹤算法，但CEDV算法是基于庫侖計的，也可以用于鎳氫電池、鉛酸電池。磷酸鐵鋰電池的放電平臺非常平坦，電壓檢測的較小誤差就可能會造成電量計算較大的誤差，因此阻抗跟蹤算法的精度會受到一定的影響，TI部分電量計針對磷酸鐵鋰電池的應(yīng)用做了優(yōu)化設(shè)計。

電量計放在什么位置：通常，電量計放在電池包里可以實現(xiàn)更高的精度，并且可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)加密與電池身份的識別，避免仿冒偽劣電池引起的潛在危險。1串電池電量計也可以放在系統(tǒng)主板上，但由于引入了MOS、連線阻抗的影響，以及不便于校準(zhǔn)，電量精度會受到影響，尤其是在更換電芯后，系統(tǒng)端的電量計中的參數(shù)設(shè)置可能會與實際使用的電芯不匹配，從而帶來較大誤差；另一方面，系統(tǒng)板廠通常不具備電量計的校準(zhǔn)、測試經(jīng)驗和設(shè)備，從而帶來潛在的風(fēng)險。2~4串的電池，如果把電量計放在系統(tǒng)端，因為不便于引線，通常不便于監(jiān)測每節(jié)電芯的電壓，電量計自帶的均衡功能也可能無法發(fā)揮作用，而且必須要在電池包里額外加保護電路，所以通常建議把2~4串的電量計放在電池包里。對于4串以上的電量計，通常無法獨立監(jiān)測每節(jié)電芯的電壓，需要與模擬前端芯片配合或僅監(jiān)控電池的平均電壓，均衡和保護功能由模擬前端芯片或保護芯片完成，電量計的位置取決于系統(tǒng)的架構(gòu)。

電量計電路的尺寸要求：對于用于智能手表等應(yīng)用，容量較小的電池，由于電池的體積較小，因此對電量計電路的面積有較高要求，可以采用小型封裝（比如BGA）的電量計，進一步的話，可以采用集成保護功能、集成電流檢測電阻的電量計芯片(比如BQ27Z746)的 方式減少外部電路元件來實現(xiàn)減小電路面積的目的。

電量計的通訊接口：采用電量計的應(yīng)用，通常系統(tǒng)都需要讀取電池的電量、電壓、溫度等信息，因此電量計需要與系統(tǒng)通訊，對于2串及以上的電量計，最常用的通訊接口是SMBus（通常也能與I2C接口的MCU通訊兼容）；1~2串電池的電量計，則常采用I2C與單線通訊接口HDQ。

電量計的成本要求：通常精度要求高，電量計的成本就會略高一些。對于部分精度要求不太高的應(yīng)用，TI也為他們提供了簡單易用的成本優(yōu)化的方案，并得到廣泛使用，比如BQ27220。

我把TI常用的電量計產(chǎn)品做了匯總，標(biāo)注了每個方案的主要特點和應(yīng)用范圍，典型應(yīng)用，以便于大家選用優(yōu)化的方案，請參考如下表格：

（綠色標(biāo)亮的物料目前TI官網(wǎng)上有現(xiàn)貨供應(yīng)）

審核編輯 黃昊宇