三种不同电量计介绍与设计及示例分析（意法半导体的STC3100电池监控IC）

锂电池具有高存储能量、寿命长、重量轻和无记忆效应等优点，已经在现行便携式设备中得到了广泛的使用，尤其是在手机、多媒体播放器、GPS终端等消费类电子设备中。这些设备不但单纯地只是支持单一的通讯功能，还支持流媒体播放和高速的无线发送和接收等等功能。随着越来越多功能的加入且要获得更长单次充电的使用时间，便携式设备中锂电池的容量也不断地增大，以智能手机为例，主流的电池容量已经800mAH增长到现在1500mAH，并且还有继续增长的趋势。

随着大容量电池的使用，如果设备能够精确的了解电池的电量，不仅能够很好地保护了电池，防止其过放电，同时也能够让用户精确地知道剩余电量来估算所能使用的时间，及时地保存重要数据。因此，在PMP和GPS中，电量计不断加入到设备中，并且电量计也在智能手机中得到了应用，尤其是在一些Windows Mobile *** 作系统的智能手机中，如图1所示，电池电量的显示已由原来的柱状图变为了数字显示。

本文介绍和比较三种种不同电量计的实现方法，并且以意法半导体的STC3100电池监控IC为例，在其Demo实现了1%精度的电池精度计量。

 
（a）柱状图电量显示 （b）数字精确电量显示 

图1 Windows Mobile 手机中电量计量

1，电量计的实现方法和分类。

据统计，现行设备中有三种电量计，分别是：

直接电池电压监控方法，也就是说，电池电量的估计是通过简单地监控电池的电压得来的，尽管该方法精度较低和缺乏对电池的有效保护，但其简单易行，所以在现行的设备中得到最广泛的应用。然而锂电池本身特有的放电特性，如图2所示。不难从中发现，电池的电量与其电压不是一个线性的关系，这种非线性导致电压直接检测方法的不准确性，电量测量精度超过20%。电池电量只能用分段式显示，，如图1.a所示，无法用数字显示精确的电池电量。手机用户经常发现，在手机显示还有两格电的时候，电池的电量下降得非常快，也就是因为这时候电池已经进入Phase3。

图2 锂电池放电曲线

电池建模方法，根据锂电池的放电曲线，建立一个数据表，每测量一个电压值，根据该电压去表中查出所对应的电量。该方法有效地提高电量的测量精度，可以达到5%，且简单易用，无需做电池的初次预估，但是该数据表的建立是一个复杂的过程，尤其是考虑到电池的温度、自放电、老化等因素的影响，并且对不同容量或类型的电池的兼容性也是一个问题。该表需要结合温度和电池寿命等因素进行修正，才能得到较高的测量精度。

库仑计，如图3所示，在电池的正极或者负极串入一个电流检测电阻，一旦有电流流入或者流出电池时，就会在电阻的两端产生电压Vsense，通过检测Vsense就可以计算出流过电池的电流。该电流与时间做积分就是变化的电量，因此其可以精确跟踪电池的电量变化，精度可达1%。尽管库仑计存在电池初次预估的问题，且电流电阻的精度直接影响了电量的精度。但是配合电池电压和温度的监控，一些软件算法可以较好地减小锂初次电量预估、电池老化、电流检测电阻精度等等因素对测量结果的影响。该方法在现行的设备和电池组中得到最为广泛的应用，下文以意法半导体带库仑计的电池监控芯片 STC3100为例，详细介绍该方法实现高精度的电量计量。

 
（a）充电  (b)放电 

图3 电池充放电示意

电量计按其位置来分，可以分为两种：电池侧电量计和系统侧电量计。电池侧电量计解释电量计量芯片直接设计在电池组中，电量计芯片永远检测一个电池，能够实时检测电池的充放电、自放电和自身老化等等，即使电池未被使用时，这些电池参数在实时地检测。该种电量比较精确，但是成本较高，电池接口复杂，系统对电池的兼容性较差。