应对电池老化,用电量计赢得客户信任

2018年3月1日

Bakul Damle 作者: Bakul Damle
Maxim Integrated电池管理业务总监

最近,您可能听说了这则新闻 — 智能手机制造商为了适应电池的老化而将旧型号的产品降速,以防止电池老化的手机意外关机。

虽然本意是好的,但该新闻仍然引起了客户的强烈反对,很大程度上是因为客户无法获得详细的电池信息,以及厂商没有对管理旧电池的方式做出明确的说明。这一事件也确实引发了人们的关注,且提升了向客户提供可靠电池信息的重要性。

管理老化电池并不难

目前使用的大多数移动设备采用锂离子电池,电池性能会随时间推移下降。电池容量会变小、内部阻抗变大。老化电池的负载较重时,与轻载相比,可利用的容量较小,这是因为旧电池比新电池的阻抗高。

在您的电池供电设计中集成电量计IC为管理旧电池提供了相对简单的途径。除了许多电量计提供的充电状态(SOC)数据外,Maxim ModelGauge™ m5 IC等新型电量计也提供以下数据基准点:

  • 可用容量和报告容量
  • 老化
  • 定时器
  • 剩余工作时间
  • 周期
  • 老化预测
  • 电池电阻

您可根据客户的期望决定披露哪些信息,这有助于他们更好地管理电池供电设备,帮助建立客户对电池管理方式的信任。

以下我们较为详细地讨论一下各个参数。

可用容量和报告容量

ModelGauge m5的空电量补偿特性估算理论剩余容量(RemCapMIX,假设理想电池条件)和可用容量(RemCapAV,考虑负载、温度和老化因素)。可用容量会随负载或温度的任何变化而立刻发生变化。然而,这会造成数值的突然跳变,取决于负载或温度变化。例如,即使没有连接充电器,如果仅仅是从重载变为轻载,看到可用容量发生跳变可能会引起混淆。为缓解这一问题,可使用报告容量(RemCapREP)将剩余容量传递至用户界面。报告容量不会像可用容量那样发生突然变化。负载发生变化时,其轨迹仅仅是重新瞄准可用容量估算的相同剩余工作时间。

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图1. 可用容量和报告容量为设备用户提供电池寿命指标

老化

电量计中的老化寄存器是当前满容量与原始设计容量的百分比,一般随电池使用时间的推移发生下降。

定时器

定时器允许电量计跟踪电池的老化,采用自IC首次连接到电池以来的绝对时间。部分Maxim电量计也定期将该信息备份到片上非易失存储器,作为学习功能的一部分。对于其他电量计,主机系统可定期保存该信息,并在掉电时将其恢复到IC。

剩余工作时间

在特定负载以及假设负载或功率下的剩余工作时间(TTE),是另一个非常有用的参数。启动高负载任务之前,系统可查询电量计,检查电池是否支持成功完成该任务所需的预期运行时间。该措施可用于防止高负载任务发生中断,从而防止意外崩溃,特别是电池电量较低时。系统可主动采取电源管理措施,仅允许轻载任务,或者提示消费者电池电量太低,无法支持某些高负载功能。

周期

周期寄存器保存电池经历过的充电/放电周期总次数,对部分以及完整周期进行累计,就像汽车上的里程表一样。

Cycle+老化预测

Cycle+老化预测估算消费者在电池寿命期间可利用的周期次数。Model Gauge m5算法监测电池容量随时间发生的变化,并计算电池容量下降到预设门限所需的周期次数。该预测可用于及时更换电池,或者采取其他电池管理措施,通过动态改变充电特性来延长电池寿命。

电池电阻

电阻寄存器包含计算的电池内阻平均值,是通过将开路电压与长时间内负载或充电条件下的测量电压进行比较实现的,一般随电池使用时间的推移逐渐增大。

延长运行时间、提高性能

为进一步增强用户体验,电量计IC可提供一些主动电池管理能力。例如,许多Maxim电量计包括一种名为动态电池电源的特性,允许优化CPU性能,实现更好的运行时间。这是通过将CPU降速到正好能够防止系统奔溃的水平来实现的。例如,在许多单节电池供电的应用中,系统要求至少3.3V电压才能正确工作。通过将电量计配置为动态电池电源,可将系统的负载控制或限制到电池的能力范围之内,确保不会低于最低系统电压,直到电池电量到达极低状态,此时可从容地关闭系统。所以,用户既可获得延长运行时间,又能避免电池欠压造成意外崩溃。如果没有类似动态电池电源的功能,系统制造商实际上就相当于盲目地限制系统性能,从而招致客户的反感。

部分Maxim电量计还拥有可编程、高速电流比较器,可监测和控制峰值负载,防止造成电池崩溃。这些比较器被触发时,向主机系统发送报警,后者即可采取相应的电源管理措施,降低峰值负载/尖峰。可将可编程门限设定为低于电池保护器限值,防止意外触发电池硬关断。这些比较器也可用于确保系统遵守电量计提供给主机系统的动态电源建议。

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图2. 使用MAX17055电量计IC,动态电源功能估算放电期间的电源容量

总而言之,客户希望获得清晰的电池信息,以及运行时间与电池寿命相关的可能达到的性能平衡。凭借电量计IC,您能够为客户提供丰富的可靠电池信息。特别是Maxim电量计,不但提供各种能够延长运行时间的工具,而且也能够实现最高系统性能,帮助您赢得客户的信任。