锂电池电量计选型有哪些因素

一路上

锂电池具有很高的能量密度，因此在便携式设备与储能设备中得到了广泛应用。为了在安全的条件下尽可能充分利用锂电池储电能力，尤其是在部分应用中，比如笔记本电脑，手机，电动自行车等，由于涉及到数据丢失或安全隐患，系统往往需要较准确地了解锂电池的电量数据。但由于锂电池放电特性的非线性，会受到温度、放电电流大小、电池的老化程度等影响，要准确预测锂电池的剩余电量，具有较高的难度。

最早期的方法是通过电压推测剩余电量，误差非常大，可能高达20~40%； 然后业界推出了库伦积分的方法，误差还是比较大，可能高达10~20%；相对精确一些的方法是在库伦积分的基础上发展起来的CEDV或查表校正法，电量预测精度得到很大改善，较好的情况下，可以达到5%以内；TI在吸取这些方法的优点的基础上，根据锂电池的特性，推出了专利技术--阻抗跟踪算法，结合了电压校正与电流积分的优点，通过建立锂电池的放电特性曲线、温度模型等，实时监测电池的阻抗变化，从而可以较准确地预测放电截止点，实现了1~2%的电量检测精度，是目前最精确的电量计算算法。

针对不同的应用场景，先电量计做一个基本的分类：

电池的节数：

• 1串电池的应用领域比较广，比如手机、智能手表、POS、平板电脑等，对精度、电路面积等的差异比较大，因此，1串电池的电量计方案就比较多。很多1串电池体积比较小，因此通常对封装尺寸有一定要求。因为只有1串，所以也不存在电池不均衡的情况，不需要均衡功能。
• 2串以上的电池，通常就需要考虑均衡功能了。2~4串电量计在笔记本电脑等领域使用量较大，所以一般采用集成保护功能的方式，以降低整体成本。
• 4串以上的电池因为电池电压差异比较大，比较难为不同应用单独开发专用的芯片，可以采用分压后监控电池总电压的方式，或采用与模拟前端芯片配合的方方式。
  

电池的种类：

• 很多型号电量计主要针对锂电池的应用，特别是阻抗跟踪算法，但CEDV算法是基于库仑计的，也可以用于镍氢电池、铅酸电池。磷酸铁锂电池的放电平台非常平坦，电压检测的较小误差就可能会造成电量计算较大的误差，因此阻抗跟踪算法的精度会受到一定的影响，部分电量计针对磷酸铁锂电池的应用做了优化设计。
  

电量计放在什么位置：

• 通常，电量计放在电池包里可以实现更高的精度，并且可以实现数据加密与电池身份的识别，避免仿冒伪劣电池引起的潜在危险。
• 1串电池电量计也可以放在系统主板上，但由于引入了MOS、连线阻抗的影响，以及不便于校准，电量精度会受到影响，尤其是在更换电芯后，系统端的电量计中的参数设置可能会与实际使用的电芯不匹配，从而带来较大误差；另一方面，系统板厂通常不具备电量计的校准、测试经验和设备，从而带来潜在的风险。
• 2~4串的电池，如果把电量计放在系统端，因为不便于引线，通常不便于监测每节电芯的电压，电量计自带的均衡功能也可能无法发挥作用，而且必须要在电池包里额外加保护电路，所以通常建议把2~4串的电量计放在电池包里。
• 对于4串以上的电量计，通常无法独立监测每节电芯的电压，需要与模拟前端芯片配合或仅监控电池的平均电压，均衡和保护功能由模拟前端芯片或保护芯片完成，电量计的位置取决于系统的架构。
  

电量计电路的尺寸要求：

• 对于用于智能手表等应用，容量较小的电池，由于电池的体积较小，因此对电量计电路的面积有较高要求，可以采用小型封装（比如BGA）的电量计；
• 进一步的话，可以采用集成保护功能、集成电流检测电阻的电量计芯片的方式减少外部电路元件来实现减小电路面积的目的。
  

电量计的通讯接口：

• 采用电量计的应用，通常系统都需要读取电池的电量、电压、温度等信息，因此电量计需要与系统通讯；
• 对于2串及以上的电量计，最常用的通讯接口是SMBus（通常也能与I2C接口的MCU通讯兼容）；
• 1~2串电池的电量计，则常采用I2C与单线通讯接口HDQ。
  

电量计的成本要求：

• 通常精度要求高，电量计的成本就会略高一些；
• 对于部分精度要求不太高的应用，可以选择低成本型号。