应用笔记 4224

DS2786电池电量计在2节电池供电系统主机侧的使用


摘要 : DS2786独立式、开路电压(OCV)检测电量计针对单节锂离子(Li+)电池包应用设计。然而,只需在典型应用电路中添加几个额外器件,DS2786即可用来测量2节锂离子电池包的电量。本应用笔记详细说明了在主机侧使用DS2786测量2节锂离子电池供电系统电量的电路。

概述

DS2786独立式、开路电压(OCV)检测电量计根据电池闲置时的开路电压估算锂离子(Li+)和锂聚合物(Li-Poly)电池的可用电量。通过储存在IC中的查找表,由开路电压(OCV)确定相应的电池电量。这一功能可以在电池包接入系统后立即得到准确的电量信息。

尽管DS2786设计用于单节Li+电池系统,但也可以用来测量2节电池的电量。本应用笔记介绍的电路通过添加一个IC即可利用DS2786在主机侧测量2节电池电量,该电路可充分利用DS2786的所有功能,包括片上电压、电流和温度测量,两路辅助电压输入以及2线接口。

电路说明

图1所示电路在2节电池供电系统的主机侧使用DS2786,该电路额外增加了一片IC—低压差(LDO)线性稳压器,并在DS2786标准应用电路基础上增添了一些分立元件。

图1. DS2786在2节Li+/锂聚合物电池供电系统主机侧的应用
图1. DS2786在2节Li+/锂聚合物电池供电系统主机侧的应用

由于2节电池包的电压超出了DS2786 VDD引脚的最大工作电压,需要采用低功耗稳压器为VDD提供可接受的电压。示例电路采用MAX1726EUK5 LDO提供稳定的电压。这款稳压器的典型工作电流为2µA,关断模式下电流仅为0.7µA,非常适合电池供电应用。5V输出的LDO可确保DS2786 VDD引脚的电压大于VIN引脚的电压。为保证稳定性,LDO输入、输出电容可按推荐值选择。如果采用其它LDO,需保证在任何情况下VDD引脚的电压始终大于VIN引脚的电压。

必须将2节电池包的电压降至VIN引脚可接受的范围。利用电阻R2和R3构成的分压器可方便地将电池包电压一分为二,采用这种方法,VIN引脚的电压为电池包总电压的一半。

该电路中,VOUT连接至两个分压电路(对于电池电量测量,这不是必需的)。电阻R0和电池包识别电阻提供AIN0的电压源,用于识别不同的电池包。电阻R1和热敏电阻提供AIN1的电压源,用于测量电池包温度。VOUT、AIN0和AIN1引脚可以用作其它用途,也可以不使用。

注意事项

DS2786根据VIN引脚的开路电压估算电池包容量,图1所示电路仅测量了电池包电压的二分之一,因此需要相应地修改存储在DS2786 EEPROM中基于电压的容量查找表。由电池包参数获得的电压和容量对应值存储于EEPROM中,电压值应除以2。例如,如果电池包在8V下容量为80%,则存储值应为4V下80%。

由电阻R2和R3组成的分压器给系统设计人员带来了一个难题,即在保持VIN电压测量精度的同时最大程度地降低电池负载。增大电阻值能够降低电流,但同时会增大由VIN输入电阻(RIN)引起的电压误差。表1给出了三组电阻值,以及对应的电流和最差工作条件下的电压误差计算结果。查找表中的电池容量和电压值均为DS2786给定的默认值。测量误差在任意情况下的最大值约为3.67V至4V,此时电池电压的放电曲线相对平坦。表1只考虑了最差条件下的RIN (最小值为15MΩ)与R2和R3并联产生的测量误差,电阻R2和R3间的差异也会带来误差,建议在同批次电阻中选取R2和R3。

表1. 分压器不同取值时对应的误差计算结果
  R2 = R3 = 50kΩ,
RIN = 15MΩ
R2 = R3 = 100kΩ,
RIN = 15MΩ
R2 = R3 = 200kΩ,
RIN = 15MΩ
VIN RThevenin
24958.403
VIN RThevenin
49833.889
VIN RThevenin
99337.748
DS2786 Default Lookup Table Values Voltage Measurement Error
0.00166389
Voltage Measurement Error
0.00332226
Voltage Measurement Error
0.00662252
Capacity (%) Cell Voltage (V) Δ Capacity (%) Δ Voltage (mV) Δ Capacity/Δ Voltage Max VIN Error (mV) Max Capacity Error (%) Max Current (µA) Max VIN Error (mV) Max Capacity Error (%) Max Current (µA) Max VIN Error (mV) Max Capacity Error (%) Max Current (µA)
100 4.17114 9.5 84.23 0.11279 6.94 0.78 83.42 13.86 1.56 41.71 27.62 3.12 20.86
90.5 4.08691 5.5 45.17 0.12177 6.80 0.83 81.74 13.58 1.65 40.87 27.07 3.30 20.43
85 4.04175 5 36.62 0.13653 6.73 0.92 80.83 13.43 1.83 40.42 26.77 3.65 20.21
80 4.00513 27.5 174.56 0.15754 6.66 1.05 80.10 13.31 2.10 40.05 26.52 4.18 20.03
52.5 3.83057 27.5 78.13 0.35200 6.37 2.24 76.61 12.73 4.48 38.31 25.37 8.93 19.15
25 3.75244 15 79.35 0.18905 6.24 1.18 75.05 12.47 2.36 37.52 24.85 4.70 18.76
10 3.67310 5 53.71 0.09309 6.11 0.57 73.46 12.20 1.14 36.73 24.33 2.26 18.37
5 3.61938 5 433.35 0.01154 6.02 0.07 72.39 12.02 0.14 36.19 23.97 0.28 18.10
0 3.18604                        

总结

DS2786设计用于测量单节Li+电池电量,但经过修改后,可以在主机侧测量2节电池的电量。本文给出的电路在DS2786标准电路的基础上增加了一片IC,即可用于2节电池的电量测量。该电路使2节电池供电系统可充分利用DS2786的功能,实现独立式、基于OCV的电量测量。

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