电池-电量监测基础知识

一、为何要进行电池电量监测

        不知各位有没有想过为何现在手机电池和笔记本电脑电池不容易鼓包了？十年前还经常出现的电池鼓包最近像是消失了一样，其实是因为随着电量监测技术的发展，哪怕是最基本的电子设备也有电池侧和产品侧至少两级电量监测与保护电路，电池不容易像以前一样过充或者过放，因此也不容易发生异常化学反应产生气体导致电池鼓包。

        除了防止过充过放外，精准的电量监测还能提高电池利用率。如果电池电量监测不准确，那么为了防止过放只能提高放电保护阈值，可能造成电池还没放完电就显示低电量。

        那么现在的电量监测方式和以往的有何不同又有何优势呢？下文将简单介绍。

二、传统省成本的电量监测方式         

    1. 基于电压的电量监测

      假设我们知道一款锂电池的满电量电压是4.2V，完全放电电压是3.2V，那么我们就可以用电压来判断电池是否充满或是否放尽，实际上电池电压和电量有一定的函数关系，只需要测出这个函数关系我们就可以用单片机读取电池电压来判断剩余电量。

图1 传统电阻分压式电量监测

        如图1，一般MCU的ADC输入电压不高因此需要电阻分压，但分压电阻自身又带来了一定的能耗，如果是在低功耗的设备上是万万不能接受的，而如果提高了分压电阻阻值虽然可以降低功耗，但等效阻抗增大导致ADC采样不准，因此需要加（电压跟随器）进行阻抗匹配，增加电路设计复杂性的同时还带来了成本的增加。

    图2 带阻抗匹配的分压式电量监测

   2.基于电压的电量监测优势与不足

       基于电压的电量监测的优势是可以在无负载的情况下进行电量监测。   

        但基于电压的电量监测还有其它的不足之处，例如在小电流时准确度较高，但当有大电流负载情况时，电压可能随之突变，造成电量监测准确度下降。生活中也可以看出这一点，如电动车拧动油门可能造成显示的电量急剧下降。

        同时由于电池在老化之后或者低温等状况下，其内阻会有所变化，因此电压-容量曲线会产生偏差导致电量监测误差。

三、更准确的电量检测方式

    1. 电流积分式监测-库仑计

        电流积分式监测是对放电电流进行连续积分来计算电池电荷量，因此只要知道总的电荷量就可以实时得到剩余电量比例，它的优势是可以在带负载的情况下进行电量监测。后续将更新专门的文章介绍此种方式，欢迎关注。

    2. 阻抗跟踪技术

        阻抗跟踪技术是一种实时测量电池内阻的方式，这种方式可以结合前面两种电压与电流监测方式的优势，在有无负载的情况下均可以准确的监测电量。后续将更新专门的文章介绍此种方式，欢迎关注。

------ 总结 ------

总结：本文简单介绍了电量监测的三种方式，后续会写文章会详细介绍库仑计方式与阻抗跟踪方式。