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。


相关型号
DS2786 免费样品
下一步
EE-Mail 订阅EE-Mail,接收关于您感兴趣的新文档的自动通知。
© , Maxim Integrated Products, Inc.
The content on this webpage is protected by copyright laws of the United States and of foreign countries. For requests to copy this content, contact us.
APP 3978:
应用笔记 3978,AN3978, AN 3978, APP3978, Appnote3978, Appnote 3978