应用笔记 3978

DS2786K入门


摘要 : DS2786K是专门设计以简化独立式、基于开路电压(OCV)的电量计DS2786的评估。DS2786K数据资料中提供了硬件连接以及在PC上安装软件的相关说明。本应用笔记给出了DS2786K中术语的详细说明,并给出了使用DS2786独立式基于OCV电量计的入门步骤。

DS2786简介

DS2786独立式、基于OCV的电量计可根据空闲状态下电池的开路电压估算可充电Li+电池的剩余容量。器件根据存储在IC中的查找表,通过测量开路电压确定电池的相对容量。这一功能可以在电池组接入后迅速获得精确的电池组容量信息。计算相对容量所需的电池组特性和应用参数都保存在片上EEPROM中。

设置电量计参数

根据DS2786K的数据资料,安装完DS2786K软件并与DS2786建立通信后,要做的第一步工作就是将应用参数数据装载入DS2786中。

DS2786在出厂前已经预先装载了一组“理想” OCV/剩余电量曲线以及标准默认参数。该“理想”曲线是根据不同厂家不同容量的电池组特性产生的。该曲线给除了非常理想的开路电压特性,可以满足大多数的应用。本应用笔记假设典型应用采用默认的参数。

地址60h–7Fh存储所需的数据,包括锂电池的OCV曲线、电池容量、开路电压检测门限、以及配置电流偏移寄存器。这些数据可以在DS2786K软件中PARAMETERS标签中输入(图1);DS2786K自动将输入的数值转换为实际存储的相应的数据格式。图1中箭头所指的内容将在后续章节中进行说明。

图1. DS2786K的PARAMETERS标签示意图。箭头所指示的各个参数将在本应用笔记中进行说明。
图1. DS2786K的PARAMETERS标签示意图。箭头所指示的各个参数将在本应用笔记中进行说明。

  1. 电池组数据
    DS2786出厂前已经预装了“理想”曲线,适用于典型的Li+电池(图2)。该曲线是8段线形近似择线,反映了相对剩余电量与电池开路电压的关系。PARAMETERS标签中的Cell Data给出了多个断点,成对的给出电池剩余容量(Capacity)以及OCV (Voltage)之间的关系。所存储的Capacity值的步长为0.5%,Voltage值步长为1.22mV。电量栏中第一个和最后一个数值分别固定为0%和100%。

    如果用户需要利用电池OCV的检测功能,则只需在文本框里简单的写入新的CapacityVoltage的断点数据,并按照“访问DS2786”一节的说明将这些新数据写入DS2786。

    如果电池特性未知,Dallas Semiconductor可以提供免费服务帮助提取所用电池的特征参数。通常情况下,该“理想”曲线对于绝大多数应用来说已经足够精确了。

    图2. 典型Li+电池“理想”曲线示意图。DS2786出厂时预先装载了“理想”曲线,适用于不同厂商不同容量的电池,可提供精确的OCV特性,适用于绝大多数应用场合。除了提供预置的“理想”曲线,Dallas Semiconductor还可提供免费服务以帮助提取实际应用中所用的电池的特性参数。
    图2. 典型Li+电池“理想”曲线示意图。DS2786出厂时预先装载了“理想”曲线,适用于不同厂商不同容量的电池,可提供精确的OCV特性,适用于绝大多数应用场合。除了提供预置的“理想”曲线,Dallas Semiconductor还可提供免费服务以帮助提取实际应用中所用的电池的特性参数。

  2. 配置寄存器
    4位配置寄存器(SMOD, DNL, VODIS, ITEMP)的默认值存储在地址0x7Ch的高位4位。复选框选中时相应的位设置为1,反之则为0。可参考DS2786数据资料给出了各个位的说明。

  3. 电流失调偏移寄存器
    电流失调偏移寄存器可以用来校准静态失调误差,包括估算没有流过检测电阻的电池电流,或估算电池的自放电。用户可以输入正的或负的偏移值,此偏移值可用于电流的积分过程,单位为mA。该值将会影响电流寄存器,并在两次OCV测量期间进行累积。电流失调偏置寄存器的LSB为25µV/检测电阻阻值。用户设置时需要以mA为单位输入。

    左击METERS标签中的Update Offset按钮,使用评估板软件校准电流失调偏移寄存器。关于该校准方法的详细信息,请参考DS2786K数据资料。

  4. 电池初始容量
    电池初始容量可用于估算自上次OCV测量后,电流累加所引起的相对容量的变化。例如,如果电池初始容量为1000mAh,从上次OCV测量开始算起,电流累积量为100mAh,那么相对容量的变化为10%。但是,如果电池初始容量为2000mAh,那么同样的100mAh的电流累积量所带来的相对容量的变化则为5%。

    器件中存储的电池初始容量的单位为78.125%/VH。用户需要使用DS2786K输入电池初始容量值,单位为mAh。

    器件将一直采用电池初始容量的值,直到器件对电池容量进行重新学习。重新学习电池的容量后,器件便采用该值估算累积电流对于相对容量的影响。

  5. 屏蔽/OCV门限
    该寄存器有两个作用:设置电流屏蔽和OCV检测门限。低于屏蔽/OCV门限的电流读数不会被累积,且也不会影响剩余电量。此外,当器件检测电流读数低于屏蔽/OCV门限时,DS2786将开始检测OCV状态。如果电流值在门限之上,器件将不会检测OCV状态。

    应正确选取门限值以保证当电路处于待机模式下能够检测到OCV状态。例如,实际应用中待机模式下将消耗5mA的电流,那么屏蔽/OCV门限应该设置在7.5mA,以保证在待机模式能够检测到OCV状态。

    屏蔽/OCV门限寄存器的存储单位是25µV/检测电阻。用户输入值的单位为mA。

  6. OCV dV/dt门限
    地址0x7Ch的低4位用于设置OCV dV/dt门限。该值用于确定是否有OCV事件发生。要保证能检测到OCV事件发生,电流必须小于屏蔽/OCV门限,并且在15分钟时间内电压的变化率小于OCV dV/dt门限

    OCV dV/dt门限设置的范围1.22mV到18.30mV,LSB为1.22mV。

  7. I²C地址
    器件的I²C地址可以在0x60h到0x6Eh之间的偶地址变化。存储器地址0x7Dh的高4位用于设定I²C地址。

    表1给出I²C的地址格式,高三位固定为‘011’。地址0x7Dh的第7–4位即为I²C地址的第4–1位。位0是I²C地址的读/写位。寄存器值为0x00h表示I²C地址为0x60h而0xF0h表示的I²C的地址为0x6Eh。

    表1. I²C地址格式
    Bit 7
    Bit 6
    Bit 5
    Bit 4
    Bit 3
    Bit 2
    Bit 1
    Bit 0
    0
    1
    1
    Bit 7 of 0x7Dh
    Bit 6 of 0x7Dh
    Bit 5 of 0x7Dh
    Bit 4 of 0x7Dh
    R/W bit

    I²C地址(I²C Address)文本框中输入所希望的地址,软件会将其转换为正确的格式。

    I²C地址改变时,与评估板软件的通信将立即断开。随后,软件将重新定位新地址,无需任何用户干预。

  8. 学习门限
    用户可以通过设置学习门限设定DS2786何时学习电池电量。每次发生OCV测量时,相对容量寄存器(计量表中)都会根据容量/电压断点进行更新。新的相对容量值与上次的OCV测量时所计算的相对容量进行比较。上次OCV相对容量存储在地址为0x18h存储器中。如果从上次OCV相对容量测量时相对容量的变化超过学习门限时,DS2786将会根据两次OCV测量之间电流的累积量重新学习电池的容量。

  9. 用户EEPROM
    此单字节EEPROM可以由用户作任何用途使用。

访问DS2786

当用户完成对数据1–9的修改后,应该将相应的数据保存到DS2786中。通过Write & Copy按钮将输入到文本框中的数据转换成存储在DS2786中的相应的数据形式。随后将这些数值写到映射RAM中,并拷贝到EEPROM中。将数据写入EEPROM时,应将DS2786K评估板上的VPROG引脚连接到15V电源。DS2786K软件会适时提醒用户接入和拔掉编程电源。

左击Recall & Read按钮,可以确认输入的值是否正确,左击后器件将从EEPROM中读取写入的值,并按照上文描述的相应形式将相关的应用数据显示出来。

器件中存储的数值可以在MEMORY标签中以16进制显示。

保存和加载设置参数

在PARAMETERS标签的底部有三个按钮,这些按钮可以用于保存或装载设置参数。Load Default Set Up按钮将默认数据装载到标签中的显示框。可以对这些数据进行编辑以适应特定应用,或可以保留以实现快速评估。Load Default Set Up按钮仅改变屏幕上的显示值。要修改DS2786存储器中的值,应左击Write & Copy按钮,并保证DS2786K评估板的VPROG端口接有15V的编程电源。

用户修改设置值以后,可以采用Save Set Up按钮将这些值保存在一个文件中。之后,可以点击Load Set Up按钮,并选择所需要的文件,将相应的值加载到文本框中。同样,要修改DS2786存储器中的值,仍然需要左击Write & Copy按钮。

估算剩余电量

将参数正确设置并写入DS2786的EEPROM后,用户便可采用DS2786测量开路电压并自动估算剩余电量。一旦器件与电池相连,DS2786便开始测量电池的开路电压。当电流小于屏蔽/OCV门限且电压斜率处低于OCV dV/dt门限超过15分钟,DS2786将再次启动OCV测量。

启动软件并获取容量信息

DS2786对流入或流出电池的电流进行测量和累积,并相应的更新相对容量。器件根据电流累积的量,采用电池初始容量确定相对容量的变化。器件工作过程中,如果两次OCV测量期间,相对容量的变化超过学习门限,器件将重新学习电池的真实容量。

例如,当发生OCV事件且DS2786确定相对容量为20%。随后,在下次OCV测量中,电池容量变化至80%。假设学习门限被设置为50%,此时相对容量的变化量(60%)已经超过学习门限(50%),DS2786将重新学习电池容量。 DS2786在两次OCV测量之间对电流进行累积,并采用该累积电流估算电池的满充容量。

这种情况下,假设DS2786在两次OCV测量之间累积了1000mAh。因此,1000mAh是总电池容量的60%,而100%的总电池容量则为1667mAh。DS2786随后采用学习到的电池容量估算两次OCV事件中相对容量的变化。

图3所示,软件将不断的以DS2786中的数据更新METERS标签中的剩余电量。只需开始对电池进行充电和放电,DS2786将为您完成其它工作,同时DS2786K将显示相关信息。

图3.评估板软件实时更新DS2786K中METERS标签内Relative Capacity区域的数据。
图3.评估板软件实时更新DS2786K中METERS标签内Relative Capacity区域的数据。

结论

DS2786K的使用非常简单。用户只需以默认数据或定制的数据设定电量计参数,随后启动Li+电池的充电和放电。DS2786将为您完成其它工作。