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第2期
张永凯等.基于库仑计法的锂电池电量检测
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基于库仑计法的锂电池电量检测
张永凯起建平陶明超王成王晓冬2
(t.曲阜师范大学物理工程学院,山东曲阜273165;2,北京农业信息技术研究中心,北京100097
3.衣业部农业信息技术重点实验室,北京100097)
摘要为了提高电池屯量的估算精度,擬出一种基于库仓计法的锂电池电量信实时检测方法,给出
电池电重检的件组成与软伴流程。对设计方案进行测试与对比,发现谅方法实现了包电池电量
电压和电流的指示,提高了电量估算度。
关惫词电量检测电池库仑计法估算精度
中題分类号TH862,7文标识码B文章编号10003932(2016)02-0191-04
随着低压、低功耗集成电路的发展,对于电池分,计算此段时间流过电阻的电荷量,并对电荷量
容量和性能的要求越来越高。目前,锂电池具有累加或累减,最后得到当前电池容量。
能量密度大、使用寿命长、自放电少及污染小等优
库仓计法能够比较容易地计算出剩余电量,但
点,广泛应用于笔记本(PC机)、远程监控手机及是电池不工作时存在自放电现象,且总电量会随着
数码相机等便携式电子产品中。但锂电池也存温度而改变,同时电池会发生老化。考虑到上述问
在不足之处,如过压充电、欠压放电都会造成电池题,为了达到满意的电池电量检测精度,需要选择合
的永久损坏]。锂电池的电量检测与保护是保证适的库仑计芯片和控制芯片对其进行管理。
电子设备可靠运行的重点,因此电池电量管理变1.2整体方案
得极为重要。
本设计采用STM32F10308716芯片作为主控
在电池电量检测方面,常用的预估方法是エ制器,选用库心计芯片Ds2784估算电池电量。
作电压法和开路电压法。工作电压法通过实时测整体方案由电量信息采集部分、主控芯片和电量
量电池工作电压来估算电池剩余电量的范聞,但显示3部分构成,STM32F103C86读取库仑计芯
工作的电池容量会受到电池温度、放电率及自放片DS2784采集的电量信息(即电流传感器计算
电率等多种因素的影响,所以,通过测量工作电的流入、流出电量),然后在ICD上显示。
压对电池容量进行准确估计是很困难的;开路电
3库仓计芯片与检测电路
压法与剩余电量存在固定而准确的关系,但是准
库仑计芯片DS2784是一款精密的电压、温
确的电压测量需要电池断开一个小时以上,使其度、电流测量芯片,芯片内置温度传感器,能够根
内部处于稳定状态,而电池实际使用过程无法满据库仑计原理、放电速率、温度和电池特性综合估
足此需求们。为了提高电量估算精度,笔者采用算健电池剩余容量。该芯片具有学习功能,能够
库仑计法进行锂电池电量检测,并分别给出其硬按照学习的最大容量自动调整锂电池容量,改变
件和软件部分。
电池老化系数。通过相关寄存器的配置可实现电
1硬件部分
池自放电电流的估算和锂电池保护。
1.1库仓计法原理
锂电池通过压降模块HI533实现3.3V稳
库仑计法是通过计算流人、流出电池的电荷压输出,给库仑计芯片提供稳定的工作电压。
来估算电池电量的。该方法需要一个高精度、毫
欧级、低温漂电阻作为电流传感器,申联在电池主
收稿日期:2015-06-29
通路上刚,设定一个周期时间7,取某一时刻的电
热金项目:国家重大科学仪器设备开发专项基金资助项目
2011Y080052);北京市农林科学院青年科研基金资助项
流作为这个周期?的平均电流,然后对其进行积
日(QNI20153)
方数据
化工自动化及仪表
第43卷
VIN引脚用于电池电压检测,通过此管脚可实时
使用GM1117-3.3模块(图3)实现3.3V的
检测电池当前电压。SNS引脚是检测电阻连接稳压输出,用于给STM32F103C876和LCD供电。
端,与电池地VSS通过一个电阻串联,用于电流
VDD
GMI117-3.3
IN
检测,由于检测电阻阻值太大会增加功耗,影响测
GND our F
量准确度,所以选用一个10mD的检测电阻。DQ
C1=C==C
引脚是芯片的数据通信端,负责与微控制器通信,
是漏极开路,为了驱动高电平输出,必须加上拉电
阻。PLS管脚用于检测电池是否短路、充放电过
流。总体检测电路如图1所示。
图3GM1117-3.3模块
vpn
LCD选用128x128的点阵液晶屏,具有使用
方便、显示清晰的特点,因LCD仅用于显示功能
DS2784
HT7533
电池
只需单向数据传输,其电路设计如图4所示。
PLSVD
CNK128128-11001A
囚1检测电路
GND
1.4控制电路与显示电路
STM32F103C8T6工作频率高达72MHz,64K
图4LCD显示电路
的 FLASH和20K的SRAM,具有体积小、功耗低、
2软件部分
接口丰富及功能强大等优点。STM32F103C8T62.1锂电池特性参数配置
外围电路如图2所示,PB0~PB2引脚外接LCD
控制端,PB3~PB10是LCD的数据总线。库仑计
库仑计芯片估算电量时用到的参数包括实时
芯片DS2784采用1-Wire通信方式,1-Wire总线
测量值和锂电池的特性参数。库仓计芯片周期性
检测电池的电压、电流和温度,并把检测结果保存
采用单根信号线,既传输时钟又传输数据,且数据
传输是双向的?,因此将STM32F103C876的
到 EMPROM寄存器中。为了提高电池估算的准
PB11引脚接库仑计芯片的DQ引脚,1-Wie协议
确度,需耍对锂电池特性参数进行配置。库仑计
芯片根据所需参数进行计算,最后把电量信息存
需要严格的时序,考虑到使用环境的复杂性,应把储在寄存器中,如图5所示。
通信总线设计的尽量短,以增强系统的稳定性。
老化容量
电压
老化系效
电流
STM32F103C8T6
PBO -I8 D/C
充电电压
空电压
PAL4/SWCLK PB3
空电流
空容量
库仑计芯片
平均电流
温度
ND GND
剩余绝对
BOOTO
RST 2 NRS
有效电量
43DB4
GND
满电量
检测电阻
剩余相对
PRIO
有效电量
SOC-OUT PBLI _4 Do
最小充电电流
VDD I
VDD 2
VDD 3
图5库仓计顶层算法框图
33V
VSSA
老化容量参数存放电池额定容量,用来估算
正常使用时电池容量减少的情况,主要由老化系
AGND GND
数调整补偿。老化系数是通过放电次数的老化估
图2STM32F103C876外国电路
算和学习功能修改的,当电池实际容量大于设置
容量时,芯片会学习较大容量,修改老化系数。学
万方数据