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          使用电量计IC能监测锂离子电池的充电状态

          电子设计 ? 2019-03-13 08:06 ? 次阅读

          对于依靠锂离子电池供电的电路,仍需要专用技术来确定电池中的剩余电量,而这种技术将使能量收集应用的设计复杂化。 工程师们能够利用这些应用中的 MCUADC 实现这些技术,但会以增加复杂性为代价。 不过,利用来自 Linear Technology、Maxim Integrated、STMicroelectronics 和 Texas Instruments 等制造商的专用“电量计”IC,工程师们能很容易地在现有设计中增加这一功能。

          确定锂离子电池的充电状态 (SOC) 是一项基本要求,但却充满挑战,因为不仅不同电池间的容量差异巨大,而且同一电池内的容量也是如此。 锂离子电池一旦发生老化就是去了电荷存储能力。 因此,旧电池即使充满电,其提供有用电压的时间也会少于新电池。 无论使用何种锂离子电池,SOC 都会因为温度和放电速率而产生极大差异,所以任何一种特定的电池都会对应一组独特的曲线。(图 1)。

          使用电量计IC能监测锂离子电池的充电状态

          图 1:如 Panasonic VL 系列等锂离子存储设备的输出电压由多种因素决定,包括温度、放电速率和电池老化程度(感谢 Panasonic 提供数据)

          锂离子技术输出电压特征曲线的性质会使 SOC 的确定过程变得复杂。 采用其他技术时,开路电压 (OCV) 用来可靠指示充电状态。 不过,采用如 Panasonic VI 系列等锂离子电池时,这些电池的电压输出曲线相对平坦,使得这种方法更加难以实现(图 1)。 相反,锂离子电池的监视方法通常依靠库伦计数或者阻抗测量完成,前者会随时间跟踪放电电流,而后者则利用了 SOC 和电池内部阻抗之间的关系。

          这两种方法均需要连续精确测量电池的输出电流和电压,然后对比将 SOC 和电压相关联的模型认真分析这些值。 对于每一种能量收集应用,工程师们通常会充分利用已有 MCU 和 ADC 器件实现能量收集应用的核心功能。 如 Microchip Technology 的 MCP3421 等 ADC 器件可用来捕获电流和电压输出的测量值,然后由 MCU 分析这些值(图 2)。 此时,MCU 执行 SOC 算法或者将这些测量值与 SOC 查询表中的理想?#21040;?#34892;比较,或者组合使用算法分析和数据查询功能。

          使用电量计IC能监测锂离子电池的充电状态

          图 2:工程师们可利用如 Microchip MCP3421 等 ADC 实现电量计功能,从而向 MCU 发送电池电压和电流测量值,用于?#28010;?SOC(感谢 Microchip Technology 提供数据)。

          电量计 IC 是一种集成解决方案,从而可用单一器件替换 ADC 和各种分立元件,该器件能够执行复杂的 SOC ?#28010;?#21151;能并将结果传输至 MCU(图 3)。 大多数电量计 IC 采用库伦计数法,即通过测量电流检测电阻器的电压来跟踪电流放电情况,用以?#28010;?#38146;离子电池 SOC。

          使用电量计IC能监测锂离子电池的充电状态

          图 3:在典型应用中,专用电量计 IC 通过测量检测电阻器上的电压来监视电池电流,并将 SOC 计算结果和其他充电信息发送至 MCU(感谢 Texas Instruments 提供数据)。

          如 Linear Technology LTC2941-1 等先进的电量计 IC 均是将专用库伦计数器与片载检测电阻器相结合,其中片载电阻器采用温度补偿型,以提高准确性。 此处,库伦计数器监视内部检测电阻器上生成的电压,并汇集测量数据,以?#28010;?#20805;电状态(图 4)。 LTC2942-1 除?#22363;?#20102; LTC2941-1 的功能外,还能测量温度和电压。

          使用电量计IC能监测锂离子电池的充电状态

          图 4:如 Linear Technology LTC2941-1 等电量计 IC 集成了用于进行 SOC ?#28010;?#30340;混合信号库伦计数电路(感谢 Linear Technology 提供数据)

          电量计 IC 通常将 SOC 作为单一数值传输。 另外,Linear 的 LTC4150 电量计 IC 则采用一系列输出脉冲形式发?#25512;?#32467;果,而这些脉冲对应于流入或流出电池的定量电荷。

          虽然库伦计数法是电量计 IC 中的常用方法,但许多此类器件将库伦计数法与定期性电压测量相结合,通常用于重新校准结果,对温度或电池老化效应进行补偿。 Maxim Integrated DS2786B 能在电池充放电时统计流入和流出电池的电荷。 当应用进入非工作状态时,DS2786B 会在确定电池电压所需的足够延时后测量电池 OCV。 根据 OCV 测量结果,该器件会利用片载 OCV 电池模型调节已保存的库仑计数值。 这种模型保存在 DS2786B 的 EEPROM 中,该模型使 SOC 与电压曲线上的多个特定点相关联(图 5)。

          使用电量计IC能监测锂离子电池的充电状态

          图 5:Maxim Integrated DS2786B 仍采用将开路电压与锂离子电池 SOC 相关联的片载模型(感谢 Maxim Integrated 提供数据)。

          DS2786B 在上电时测量初始电压,并利用 OCV 电池模型数据确定其进行电荷测量的起始点。 下一次 OCV 测量会?#24066;?#22120;件纠正任何误差。 该器件会根据电池老化情况调节其结果,补偿容量变化。

          TMicroelectronics STC3115 采用其专有的 OptimGauge 自适应算法跟踪 SOC 并更新片载电池模型,进而对温度、老化以及与保存在其片载属性中的不同类型电池的特征差异进行补偿。 片载 Σ-△ ADC 测量进行 SOC 跟踪和模型升?#31471;?#38656;的电池电压、电流和温度数值。 在高速充电或者放电期间,该器件使用库伦计数方法?#28010;?SOC。

          用于功率敏感型应用时,该器件还有一个能够禁用电流检测的低功耗运行模式。 工程师可对 STC3115 编程,使其在正常和低功耗工作模式之间?#35874;唬?#20174;而使器件正常工作?#26412;?#24230;最高,待机时功耗最低。

          Texas Instruments bqJUNIOR? 系?#33455;?#26377;多种低功耗工作模式,专为低功耗工作而设计,其正常工作模式下电流消耗小于 90 μA,睡眠模式下小于 2.5 μA,深?#20154;?#30496;模式下则小于 20 nA。 如 bq27210 等 bqJUNIOR 器件?#21830;?#20379;针对电池老化、温度、自放电和放电速率的容量补偿信息。 在每个放电周期内,这些器件自动重新校准保存在片载寄存器内的各种参数值,包括电流、容量、耗尽时间、SOC、电池温度、电池电压和状态等。

          Texas Instruments 也提供采用其专有的阻抗跟踪方法的电量计 IC,这种方法利用电池阻抗测量值来?#28010;?#38146;离子电池的 SOC。 阻抗跟踪不需要为电池性能建模,也不需要为更新片载模型参数而重新校准序列。 如 TI bq27421-G1 和 bq27425-G2 等阻抗跟踪 IC 能够计算电池剩余容量,而无需建模或者自适应,并能在电池的整个使用寿命期限内以及不同的工作条件下实现高精度。

          结论

          能否准确?#28010;?#38146;离子电池的 SOC 取决于对电池电压和电流精确测量。 对于某些能量收集应用,工程师们可利用现成的 MCU 和 ADC 完成所需的测量和分析。 单芯片电量计 IC 集成了复杂的算法,为 SOC 确定提供了简单的解决方案。 工程师们利用现有的电量计 IC,就能把提供准确的锂离子电池充电和容量信息所需的功能轻而易举地添加到能量收集应用中。

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          麒麟950处理器电路原理图资料免费下载

          麒麟950有四颗Cortex-A53核心和四颗Cortex-A72核?#27169;?#26368;高主频达到2.3GHz,图....
          发表于 03-15 08:00 ? 70次 阅读
          麒麟950处理器电路原理图资料免费下载

          ESP8266硬件设计?#25913;?#30340;详细资料免费下载

          本手册提供了 ESP8266EX 系列的产品信息,包括 ESP8266EX 芯片,配置 ESP826....
          发表于 03-15 08:00 ? 27次 阅读
          ESP8266硬件设计?#25913;?#30340;详细资料免费下载

          nRF52预览开发工具包用户?#25913;?#30340;资料免费下载

          除了硬件,nRF52预览开发工具包还包括固件源代码、文档、硬件示意图和布局文件。
          发表于 03-15 08:00 ? 32次 阅读
          nRF52预览开发工具包用户?#25913;?#30340;资料免费下载

          日本首艘搭载锂离子电池的混合动力货船,仅靠电池可航?#24615;?小时

          船舶的电动化正在为锂电池应用开拓新的应用空间
          的头像 高工锂电 发表于 03-14 16:54 ? 226次 阅读
          日本首艘搭载锂离子电池的混合动力货船,仅靠电池可航?#24615;?小时

          winbond电动车的解决方案详细资料说明

          本文档详细介绍的是winbond电动车的解决方案详细资料说明免费下载。主要内容包括了:电动自行车控制....
          发表于 03-14 16:39 ? 80次 阅读
          winbond电动车的解决方案详细资料说明

          为什么飞机上禁止携带锂离子电池

          你坐飞机的时候有没有看到这样的安全信息提示牌?
          发表于 03-14 15:01 ? 83次 阅读
          为什么飞机上禁止携带锂离子电池

          Ecovolta正为其锂离子电池引进一?#20013;?#23433;全概念 可降低电动汽车电池起火和电池爆炸风险

          据外媒报道,瑞士电池制造商Ecovolta正为其锂离子电池引进一?#20013;?#23433;全概念,该概念被证实可以降低电....
          发表于 03-13 16:21 ? 101次 阅读
          Ecovolta正为其锂离子电池引进一?#20013;?#23433;全概念 可降低电动汽车电池起火和电池爆炸风险

          实验?#26131;?#35013;扣式电池的流程介绍

          实验室所用隔膜一般为Celgard2400或者Celgard系列其他产品,冲压成小圆片后使用,直径略....
          的头像 锂电联盟会长 发表于 03-13 15:11 ? 333次 阅读
          实验?#26131;?#35013;扣式电池的流程介绍

          BQ27541-G1单电池锂离子电池?#21152;?#34920;的数据手册免费下载

          德州仪器BQ27541-G1锂离子电池?#21152;?#34920;是一个T微控制器外围设备,为单电池锂离子电池组提供?#21152;?#35745;....
          发表于 03-13 08:00 ? 35次 阅读
          BQ27541-G1单电池锂离子电池?#21152;?#34920;的数据手册免费下载

          WF-ESP8266低功耗WIFI模块的数据手册免费下载

          ESP8266 拥有高性能无线 SOC,给移动平台设计师带来福音,它以最?#32479;?#26412;提供最大实用性,为 W....
          发表于 03-13 08:00 ? 51次 阅读
          WF-ESP8266低功耗WIFI模块的数据手册免费下载

          灵动微电子成功完成C轮融资

          国内专注于32位MCU产品与应用方案的领先供应商灵动微电子宣布,成功获得数千万元C轮融资。此轮融?#35270;?...
          发表于 03-12 17:43 ? 188次 阅读
          灵动微电子成功完成C轮融资

          奥迪正测?#26434;?#24223;旧锂离子电池供电的工厂车辆 未来将可节省数百万美元

          据外媒报道,奥迪(Audi)正在其位于德国英戈尔施塔特(Ingolstadt)的主要工厂测?#26434;?#24223;旧锂....
          发表于 03-12 15:35 ? 76次 阅读
          奥迪正测?#26434;?#24223;旧锂离子电池供电的工厂车辆 未来将可节省数百万美元

          核心技术仍未实现自主化,高端市场被日韩企业垄断

          一般需要采用4-7层结构的复合材料和极厚的铝箔,且生产过程中的对软包装材料的生产技术要求较高,需要综....
          的头像 电子发烧友网工程师 发表于 03-12 15:27 ? 1193次 阅读
          核心技术仍未实现自主化,高端市场被日韩企业垄断

          高通2月初低调地更新官网的骁龙660 SoC详细参数

          原来,此前骁龙660所谓的支持2500万像素,是基于开启MFNR(多帧降噪)、ZSL(内存缓冲)和3....
          的头像 电子发烧友网工程师 发表于 03-12 14:47 ? 903次 阅读
          高通2月初低调地更新官网的骁龙660 SoC详细参数

          瑞萨推出内建嵌入式快闪MCU 加速汽车ECU整合

          瑞萨电子日前推出内建嵌入式快闪的微控制器(MCU),整合了硬体式虚拟化的辅助功能,同时仍保有RH85....
          的头像 刘伟DE 发表于 03-12 11:37 ? 1728次 阅读
          瑞萨推出内建嵌入式快闪MCU 加速汽车ECU整合

          如何进行锂离子电池充电器的设计详细论文资料说明

          锂离子电池具有体积小、质量轻、比能量高、寿命长、可快速充电等优点。相较于其它类型的电池而言,具有明显....
          发表于 03-12 08:00 ? 127次 阅读
          如何进行锂离子电池充电器的设计详细论文资料说明

          赛普拉斯推出PSoC? 6 MCU新系列 为物联网安全护航

          赛普拉斯半导体公司全新的PSoC? 64 Secure MCU系?#33455;?#22791;PSA?#29616;?的安全性能。
          的头像 人间烟火123 发表于 03-10 10:28 ? 1986次 阅读
          赛普拉斯推出PSoC? 6 MCU新系列 为物联网安全护航

          赛普拉斯推出2款低功耗蓝牙mcu样片以支持物联网蓝牙网络连接

          新的解决方案延长了电池续航,能够实现长距离连接,并且帮助可穿戴设备和遥控设备实现语音控制和音频传输功....
          的头像 人间烟火123 发表于 03-10 10:22 ? 1804次 阅读
          赛普拉斯推出2款低功耗蓝牙mcu样片以支持物联网蓝牙网络连接

          SmartBond DA1469x新产品集多核处理 集传感、处理、通信为一体

          如今蓝牙的应用已经非常广?#28023;?#25163;机、玩具、智能家居等众多产品都将蓝牙作为标配,2018年蓝牙设备出货量....
          发表于 03-10 10:16 ? 130次 阅读
          SmartBond DA1469x新产品集多核处理 集传感、处理、通信为一体

          32位MCU受热捧 但8位MCU还有更大的发挥空间

          随着ARM系列不断吞噬8位MCU的市场份额,业界认为32位MCU将取代8位MCU,8位MCU将会退出....
          发表于 03-10 10:11 ? 179次 阅读
          32位MCU受热捧 但8位MCU还有更大的发挥空间

          EM单片机开发板的详细资料介绍

          单片机开发(实验)板V1.0 是针对MCU 控制器开发人员专门设计的,其性价比高。该板采用STC89....
          发表于 03-08 16:22 ? 138次 阅读
          EM单片机开发板的详细资料介绍

          英特尔将采用跟手机一样的SoC大小核设计,即将投产

          当有人问你,为什么电脑的CPU不设计成大小核,你会想到什么?当小编听到这个问题时,第一想到的是功?#27169;?...
          的头像 传感器技术 发表于 03-08 09:43 ? 741次 阅读
          英特尔将采用跟手机一样的SoC大小核设计,即将投产

          TMS320F28076 TMS320F2807x Piccolo 微控制器

          C2000?32位微控制器在处理,传感和驱动方面进行了优化,?#21830;?#39640;实时控制应用中的闭环性能,例如工业电机驱动,光伏逆变器和数字电源,电动车辆与运输,电机控制以及传感和信号处理.C2000产品线包括Delfino?高端性能系列和Piccolo?入门级性能系列。 TMS320F2807x微控制器平台属于Piccolo?系列,适用于高级闭环控制应用,例如工业电机驱动,光伏逆变器和数字电源,电动车辆与运输以及传感和信号处理。数字电源和工?#30331;?#21160;器的完整开发包作为powerSUITE和DesignDRIVE方案的一部分提供。 F2807x是基于TI行业领先的C28x内核的32位浮点微控制器。此内核的性能通过三角运算硬件加速器得到了提升,该加速器利用CPU指令(如正?#36965;?#20313;弦和反正切函数)提高了转矩环路和位置计算中常见的基于三角运算的算法性能。 F2807x微控制器系列采用一个CLA实时控制协处理器.CLA是一款独立的32位浮点处理器,运行速度与主CPU相同。该CLA会对外设触发器作响响应,并与主C28x CPU同时执行代码。这种并行处理功能可有效加倍实时控制系统的计算性能。通过利用CLA执行时间关键型功能,主C28x CPU可以得到释放,以便用于执行通信和诊断等其...
          发表于 01-08 17:49 ? 54次 阅读
          TMS320F28076 TMS320F2807x Piccolo 微控制器

          CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块

          使用业界首款可编程FCC,IC,CE和Wi-Fi?#29616;?#26080;线微控制器(MCU)模块,内置Wi-Fi,开始您的设计连接。 SimpleLink CC3200MOD专为物联网(IoT)而创建,是一个集成了ARM Cortex-M4 MCU的无线MCU模块,?#24066;砜突?#20351;用单个设备开发整个应用程序。凭借片上Wi-Fi,互联网和强大的安全协议,无需先前的Wi-Fi体验即可加快开发速度。 CC3200MOD将所有必需的系统级硬件组件(包括时钟,SPI闪存,RF开关和无源元件)集成到LGA封装中,以便于组装和?#32479;?#26412;PCB设计。 CC3200MOD作为完整的平台解决方案提供,包括软件,样本应用,工具,用户和编程?#25913;希?#21442;考设计以及TI E2E支持社区。 应用MCU子系统包含行业标准的ARM Cortex- M4内核以80 MHz运行。 该器件包括各种外设,包括快速并行相机接口,I2S,SD /MMC,UART,SPI,I2C和四通道ADC。 CC3200系列包括用于代码和数据的灵活嵌入式RAM;带外部串行闪存引导程序和外设驱动程序的ROM;用于Wi-Fi网络处理器服务包,Wi-Fi证书和?#23616;?#30340;SPI闪存。 Wi-Fi网络处理器子系统具有Wi-Fi片上网络,并包含一个附加功能专用的ARM...
          发表于 08-20 17:53 ? 121次 阅读
          CC3200MOD SimpleLink Wi-Fi CC3200 片上因特网无线 MCU 模块
          重庆幸运农场app
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