關鍵字：鋰電池 電量計
相對于電子及半導體的進步, 手持及便攜式設備卻有著體積及重量等的物理限。這個zui主要的就是給了手持及便攜式設備的能量儲存設備, 也就是電池的大小及重量加上了。當然電池電能容量的大小, 跟手持及便攜式設備的續(xù)航力有直接的相關, 然而這方面主題的探討, 不在此過度的探討。
既然電池電能容量是固定的（當然這只是針對固定的個時間而言, 隨著長期的使用, 電池存在老化的問題；也就是可以使用的電能容量相較于新電池時來的少）。電量計存在的目的, 就是不管在哪個電池使用的時間點, 可以的估算出電池剩余電量, 進步的, 依據目前設備的能耗狀況, 估算出剩余可用時間。從使用者角度來看, 如果能進步的估算出看電影還可以看多久, 打還可以打多久, 甚至于要作視頻會議還可以講多久, 玩游戲可以玩多久等等的時間估算, 可以說是把電量計的功能提升到zui的境界。
下面我們就zui主要的電量計做進步分析：
主要電量計分析：
1.電壓查表法來計算剩余電量
自從手持及便攜式設備被開發(fā)出來, 電池就被使用在這些裝置上。在實際運用的角度來看, 電池剩余電量的, 直是使用者要求的重點, 人都不希望看到剩余電料顯示還有3, 可是下秒鐘或是接個, 或是打開相機準備照相, 結果卻是斷電收場。當然這種狀況在早期feature phone時代是經常發(fā)生, 主要是因為當時設備的功能單純, 能耗相對的也較少, 顆滿電的電池芯用個3~5天都不是問題。所以當時的電量計的式設計很簡單, 就是用量測電壓, 透過查表、或是簡單的計算來決定剩余電量。
相對于智能手機的時代, 顆滿電的電池只能用個天的狀況, 如果電量指示還有3, 下個動作卻讓設備直接斷電, 恐怕消費者都沒法接受。
電壓查表法的優(yōu)點是成本低zui低, 能耗也很低。缺點是也zui相對較低, 且SOC會隨著負載的變化而上下跳動, 當電池老化之后, 這種跳變的現象會加明顯。
2.庫侖計
庫侖計, 顧名思義, 就是電池電荷的累計。通過檢流電阻充放電電流, 沖進去的電量就是電池的容量。總容量減去放出的容量就是電池剩余容量。
此方法實現相對簡單, 且原理理解, 是目前使用比較多的種計算方法, 但是, 并無法作為真正的電池電量計算使用。方案zui大的問題在于兩點, 是累計誤差, 隨著時間的推進, 誤差會越來越大；二是電池的充入電量和放出電量是不相等的, 在不同的負載、溫度等條件下, 容量差別大, zui的就是常溫滿電的電池在低溫下只能放出很少的電量。
所以, 庫侖計般只是作為電量計算的輔助工具, 需要配合其他設備或采樣數據進行修正使用。
3.透過電壓, 電流及溫度, 加上算法來計算剩余電量
這是比較的電量計算方案, 正常使用條件下通過庫侖計計算電量, 在特定條件下通過電壓或溫度進行補償。對新電池來說可以比較的計算出剩余電量, 可是當電池老化之后就逐步降低, 這主要是因為庫侖計的計算基礎事先要了解目前電池的總容量, 再依據量測到的當前的電壓、電流以及溫度, 來計算用掉的容量之后, 估算出剩余電量?？墒钱旊姵乩匣? 隨之而來的就是總容量變少, 這個時候如果還是用新電池的總容量當成計算的基礎, 剩余電量的計算誤差就會越來越大。
這個方式的優(yōu)點是期初很, 缺點有：
（a）元器件成本相對較, 同時需要額外的制程及設備來進行檢流電阻的校正, 以及對電池的充放電來估算初期電池總容量。
（b）隨著電池老化, 誤差會隨之增加。
（c）方案本身的能耗比較于電壓方案要很多。
4.針對電壓方案的優(yōu)化
（a）這個方案主要是針對長期進行優(yōu)化, zui主要的步驟就是在電量計芯片內, 針對現在使用的電池芯建模, 由于理論上電池無論是新的還是老化之后, 其OCV（開路電壓）曲線都是相同。因此建立了電池模型就有實際剩余電量的參考依據, 同時還把因為大電流放電溫升的因素考慮進來, 以提升長期電量計算?？墒沁@個方案是在大部分應用中, 都可以維持在正常范圍內。
（b）除此以外, 也有廠商針對上述缺點, 在電量計內加上自我學習校準的演算功能, 來應對老化的影響, 以保持長期剩余電量的。
5.針對普通電流方案的優(yōu)化
由于普通電流方案的長期誤差很大, 因此有廠家建立了“內阻追蹤（Impedance Track）”的, 根據內阻的變化決定電池老化的程度, 來修正剩余電量計算的。
電量計比較
市場應用狀況分析
由于手持及便攜設備大體可以分成兩個部份, 是智能手機, 二式平板計算機/MID。針對這兩個市場的應用, 目前這兩個區(qū)塊的主要參考設計還是由AP廠家來提供。例如智能手機的Qualcomm, Broadcom, MTK, nVIdia, Samsung, Hisilicon（海思）等, 以及平板計算機/MID的志, 炬力, 瑞芯微, 中星微等。
由于大部的手持及便攜式設備廠家在開發(fā)新的產品時, 都必須仰賴AP廠提供, 所以對原廠的參考設計, 除了布線之外, 對元器件的使用大多不做動。所以只要原廠的參考設計用了某廠家的電量計, 或是如Qualcomm, Broadcom, MTK等用了自己PMIC內的庫侖計, 再通過AP的計算來實現電量計功能。目前在市場上由于蘋果手機及平板的原始設計用的是TI的方案, 所以在市場上, TI可以說是在電量計耕耘zui久, *zui大的廠商。其次是由于Samsung大量采用Maxim的電量計方案, 所以Maxim可以說是保有電量計市場二哥的位置。
其余的無論是把庫侖計放在PMIC內, 亦或是如Cellwise的加上自學習功能的電量計, 都是zui近這兩年進到市場的方案。之所以會有這個趨勢, zui重要的原因是消費者開始要求設備的電量指示的。這個要求反應在手持及便攜式設備的操作系統(tǒng)（iOS, Android, Windows Phone）, 還有的APP上。由這個趨勢也可以清楚的看出, 電量計在手持及便攜式設備上所扮演的角色也越來越重要了。
結語
電量計在手持及便攜式設備, 尤其是智能手機及平板計算機/MID應用的重要隨著AP廠家把庫侖計加入PMIC, 提供電量計的功能, 已經被突顯出來了?？墒沁@只是起步, 由于電量計是在手持及便攜式設備內zui了解電池的芯片, 因此如何透過這個特點, 延長電池的使用壽命, 會是下個可以延續(xù)的應用。
進步的是, 在手持及便攜式設備的應用中, 智能手機及平板計算機/MID只是其中的環(huán)。鋰電池的應用必須要有電量計的應用, 會被開發(fā)出來, 現在可見的是在消費市場上的便攜式移動電源就是個很好的例子。不具備電量計的移動電源售價大概都在美金100元以下, 可是像Lifetrons銷售的移動電源, 由于帶有00~99的電量指示, 可以將售價訂在美金240元。這個差異不電量計的價格, 但卻消費者心目中電量計的價值。
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