檢測普通鋅錳干電池的電量是否充足，通常有兩種方法。第一種方法是通過測量電池瞬時短路電流來估算電池的內(nèi)阻，進(jìn)而判斷電池電量是否充足；第二種方法是用電流表串聯(lián)一只阻值適當(dāng)?shù)?a style="padding: 0px; margin: 0px; border: 0px; color: rgb(52, 52, 52); text-decoration: none;" target="_blank">電阻，通過測量電池的放電電流計算出電池內(nèi)阻，從而判斷電池電量是否充足。

    第一種方法的最大優(yōu)點是簡便，用萬用表的大電流檔就可直接判斷出干電池的電量，缺點是測試電流很大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過干電池允許放電電流的極限值，在一定程度上影響干電池使用壽命。第二種方法的優(yōu)點是測試電流小，安全性好，一般不會對干電池的使用壽命產(chǎn)生不良影響，缺點是較為麻煩。

    筆者用MF47型萬用表對一節(jié)新2號干電池和一節(jié)舊2號干電池分別用上述兩種方法進(jìn)行測試對比。假設(shè)ro是干電池內(nèi)阻，RO是電流表內(nèi)阻，用第二種測試方法時，RF是附加的串聯(lián)電阻，阻值3Ω，功率2W。

    實測結(jié)果如下。新2號電池E=1.58V（用2.5V直流電壓檔測量），電壓表內(nèi)阻為50kΩ，遠(yuǎn)大于ro，故可近似認(rèn)為1.58V是電池的電動勢，或稱開路電壓。用第一種方法時，萬用表置5A直流電流檔，電表內(nèi)阻RO=0.06Ω，測得電流為3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω，ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二種方法時，測得電流為0.395A，RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω，電流500mA檔內(nèi)阻為0.6Ω，所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。

    舊2號電池用第一種方法測量時，先測得開路電壓E=1.2V，電表內(nèi)阻RO=6Ω，讀數(shù)為6.5mA，萬用表置50mA直流電流檔，ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω，ro=184.6-6=178.6Ω。用第二種方法，測得電流為6.3mA，ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω，ro=190.5-6-3=181.5Ω。

    顯然兩種測試方法的結(jié)果基本一致。最終計算結(jié)果的微小差別是由于讀數(shù)誤差、電阻RF的誤差以及接觸電阻等多方面因素造成的，這種微小誤差不致影響對電池電量的判斷。如果被測電池的容量小、電壓高（例如15V、9V疊層電池），則應(yīng)將RF的阻值適應(yīng)增大。   
目前大量應(yīng)用的充電電池包括鉛酸蓄電池、鎳鎘/鎳氫電池、鋰離子/鋰聚合物電池。這幾種電池的特性如表1所示。

    鉛酸蓄電池容量大，內(nèi)阻低(一般400Ah的2V蓄電池內(nèi)阻大約為0.5mΩ)，可進(jìn)行大電流放電，但是笨重且體積龐大、不便于攜帶，常用在汽車和工業(yè)場合。其電極材料含鉛，可對環(huán)境造成極大污染。鉛酸蓄電池對充電控制的要求不高，可以進(jìn)行浮充。

    鎳鎘電池容量較大，內(nèi)阻低、放電電壓平穩(wěn)，適合作為直流電源。與其他種類的電池相比，鎳鎘電池耐過充電和過放電，操作簡單方便，但是具有記憶效應(yīng)，應(yīng)盡量在完全放電之后進(jìn)行充電。電極材料含有劇毒重金屬鎘，隨著環(huán)保要求的提高，其市場份額越來越小。

    鎳氫電池是在鎳鎘電池的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的，采用金屬化氫替代有毒的鎘，在大部分場合可以替代鎳鎘電池。其容量約為鎳鎘電池的1.5～2倍，且沒有記憶效應(yīng)。相對于鎳氫電池，它對充電控制的要求較高，目前大量使用在一些便攜電子產(chǎn)品中。

    鋰離子電池是目前最常見的二次鋰電池，擁有高能量密度，與高容量鎳鎘/鎳氫電池相比，其能量密度為前者的　1.5～2倍。其平均使用電壓為3.6V，是鎳鎘電池、鎳氫電池的3倍。它的內(nèi)阻較大，不能進(jìn)行大電流充放電，并且需要精確的充放電控制，以防止電池?fù)p壞并達(dá)到最佳使用性能。鋰離子電池廣泛使用在各種便攜電子產(chǎn)品中，包括手機(jī)、筆記本電腦、mp3等。

    鋰聚合物電池是一種新型的二次鋰電池，具有更大的容量；內(nèi)阻較低，允許10C充放電電流。它和鋰離子電池一樣需要精確的充放電控制。目前，鋰聚合物電池主要用于一些需要大電流充放電的應(yīng)用中，如動力/模型汽車等。充電電池容量估算方法。

    在多數(shù)便攜應(yīng)用中，都需要隨時了解電池剩余容量以估算電池使用時間。

    最早應(yīng)用的方法是通過監(jiān)視電池開路電壓來獲得剩余容量。這是因為電池端電壓和剩余容量之間有一個確定的關(guān)系，測量電池端電壓即可估算其剩余容量。這種方法的局限是：1）對于不同廠商生產(chǎn)的電池，其開路電壓與容量之間的關(guān)系各不相同。2）只有通過測量電池空載時的開路電壓才能獲得相對準(zhǔn)確的結(jié)果，但是大多數(shù)應(yīng)用都需要在運行中了解電池的剩余容量，此時負(fù)載電流在內(nèi)阻上產(chǎn)生的壓降將會影響開路電壓測量精度。而電池內(nèi)阻的離散性很大，且隨著電池老化這種離散性將變得更大，因此要補償該壓降帶來的誤差將十分困難。綜上所述，通過開路電壓來實時估算電池剩余容量的方法在實際應(yīng)用中無法達(dá)到足夠的精度，只能提供一個大致的參考值。

    另一種大量應(yīng)用的方法是通過測量流入/流出電池的凈電荷來估算電池剩余容量。這種方法對流入/流出電池的總電流進(jìn)行積分，得到的凈電荷數(shù)即為剩余容量。電池容量可以預(yù)置，也可在后續(xù)的完整充電周期中進(jìn)行學(xué)習(xí)。在補償電池自放電、不同溫度下的容量變化等因素后，這種方法可以獲得令人滿意的精度，因此廣泛運用于筆記本電腦等高端應(yīng)用中。

    電池電量計工作原理

    電池電量計對流入/流出電池的總電流持續(xù)進(jìn)行積分，并將積分得到的凈電荷數(shù)作為剩余容量。

    簡化的電池電量計如圖1所示。其中，RSNS為mΩ級檢流電阻，RL為負(fù)載電阻。電池通過開關(guān)、RSNS對RL放電時的電流IO在RSNS兩端產(chǎn)生的壓降為VS(t)=IO(t)×RSNS。電量計持續(xù)檢測RSNS兩端的壓差VS，并將其通過ADC轉(zhuǎn)換為N位的數(shù)字量Current(簡稱CR)，之后以時基確定的速率進(jìn)行累加，M位累加結(jié)果Accumulated_Current(簡稱ACR)的單位為Vh(伏時)。對量化后的VS進(jìn)行累加相當(dāng)于對其進(jìn)行積分，結(jié)果為。

    電池電量

因此，將ACR值除以檢流電阻RSNS的阻值即得到以Ah(安時)為單位的電池容量。ADC轉(zhuǎn)換結(jié)果和累加后的結(jié)果都帶有符號位，按照圖1中的連接方式，充電時CR為正，ACR遞增；放電時CR為負(fù)，ACR遞減。外部微控制器可以讀取CR和ACR值，經(jīng)過換算得到真實的充放電電流和電量值。

    實際的電量計還包括一些控制和接口邏輯，通常還能檢測電池電壓和溫度等參數(shù)。一些智能電量計可以自動完成電池自放電的修正，還可保存電池特性曲線，允許用戶定制電池電量計算法。

    電池電量計的計算

    通常，在電量計數(shù)據(jù)資料中CR的單位為mV，ACR的單位為mVh。

    根據(jù)前文的說明，CR值為取樣電阻兩端的電壓值，典型的12bit CR如表2所示。

    其中，S為符號位，20為LSB。如果CR的滿偏值為F，則其LSB的計算公式如下：

    （1）

    若CR的讀數(shù)為M，取樣電阻為值RSNS，則實際的電流值為：

    （2）
    電流方向由S位確定。若滿偏值F為±64mV，則LSB為±15.625μV；RSNS為10mΩ時最大電流為±6.4A。若M為768，則實際電流為 。

    ACR為取樣電阻兩端電壓的累積值，典型的16bit ACR如表3所示。

    其中，S為符號位，20為LSB。如果ACR的滿偏值為F，則LSB的計算公式如下：

    （3）

    凈電荷量由S位確定。若滿偏值F為±204.84mVh，則LSB為±6.25μVh；RSNS為10mΩ時最大電量為±20.48Ah。若M為7680，則實際電量為 。

    結(jié)語

    本文在介紹了電池電量計的原理之后，給出了一些簡單的計算公式。設(shè)計者可以方便的從電量計讀數(shù)中計算出真實電量，從而加快設(shè)計過程。