嵌入式系统如何能够如此精确地估计其电池状态?

电器工程 电池
2022-01-13 17:50:04

据我了解,电池的端电压在充电/放电时略有变化,但与其他影响(温度、微小的制造差异、最近的充电/放电历史等)相比,这些变化很小。

但即使是最古老的手机也可能显示充电图标。即使在更换电池的情况下它也能正常工作。

这怎么可能?

4个回答

有一件事是显而易见的,但在那之前是显而易见的。

您的手机告诉您“剩余电量为 37%”。你怎么知道那是准确的?可能不是。

该软件可能会根据完全充电后的平均电流消耗、充电之间的平均时间以及特定电池的放电特性进行一些估算。然后它会为您提供最佳猜测。

随着时间的推移,它可以为电池建立一个相当准确的配置文件,并使用它来改进估计。但这通常是一个估计值。

根据我开发基于电池的系统(使用智能电池、哑镍镉电池以及介于两者之间的所有东西)的经验,您对充电水平有信心的唯一时间是 100% 和 0%。

通常,智能电池会在充满电时通知您,而智能电池可能会在电流和温度方面进行一些计算。这可以解决 100% 的情况。

0% 的情况是鬼鬼祟祟的地方。无论电池化学成分如何,当您接近电压崩溃时,放电曲线中通常会出现独特的模式。但是让电池进入深度放电通常是“坏事”(TM)。

因此,固件会寻找该模式并决定电池何时处于虚拟“0%”状态。然后它会关闭系统,以便电池中有足够的剩余电量来避免深度放电,更重要的是,避免突然断电。这允许正常关闭。

如果这看起来不太可能,请让您的手机“停机”并自行关闭。然后重新打开它。如果电池电量确实为 0%,则它无法启动并启动屏幕来告诉您它需要充电。

5%(或者可能是 10%,取决于测量精度和电池容差)警告通常也有些人为,当固件开始考虑“即将关闭”时,再次代表放电曲线上的一个点。

具有讽刺意味的是,在这种情况下,营销人员坚持让你打开那个明亮的 LED 来告诉用户他们即将耗尽电池电量。

正如您所提到的,电压在充电/放电时会发生一些变化。毫伏级测量相当简单,而且我熟悉的每种电池化学成分在“充满”和“有效空”之间都有至少几百毫伏的电压变化。

大多数电池放电曲线是线性的,至少在大多数设备使用它们的范围内是这样。因此,您可以通过记住最后一个电压峰值(对应于完全充电)、知道关闭时的电压水平并在它们之间进行插值来粗略估计剩余电量。为了更精确,您可以使用您正在使用的电池化学成分的典型放电曲线对设备进行编程,或者让设备在“调节”充放电循环期间对其进行测量。

“充电图标”代表电池的充电状态 (SOC) - 通常是一个百分比数字。

不同的电池技术以不同的方式管理...

有些具有倾斜的放电曲线 - 您知道给定温度下的给定电压代表给定的 SOC。

其他的则不太有用(例如铅/酸)并且具有非常平坦的放电曲线,因为它们提供 X 伏直到到期点,然后几乎是 0 伏!这些需要一定水平的输入/输出计数 - 并在 0%/100% 水平上重新校准。

大多数消费类设备提供相当粗略的 SOC——但它也取决于健康状态——它代表了电池在其生命周期内的状态。

以下是库仑计数器的示例: http ://cds.linear.com/docs/en/datasheet/4150fc.pdf 可用于相当准确地测量特定电池实时使用的电量,在这种情况下锂离子 1-2 节或 3-6 节 NiCd 或 NiMH 电池。它通过简单地测量一个非常小的(微欧姆)已知电阻器上的电流来实现这一点,然后随着时间的推移使用它来推导出消耗的 mAHrs,