應對電池老化,用電量計贏得客戶信任

2018年3月1日

Bakul Damle 作者: Bakul Damle
Maxim Integrated電池管理業務總監

 

最近,您可能聽說了這則新聞 — 智慧手機製造商為了適應電池的老化而將舊型號的產品降速,以防止電池老化的手機意外關機。

雖然本意是好的,但該新聞仍然引起了客戶的強烈反對,很大程度上是因為客戶無法獲得詳細的電池資訊,以及廠商沒有對管理舊電池的方式做出明確的說明。這一事件也確實引發了人們的關注,且提升了向客戶提供可靠電池資訊的重要性。

管理老化電池並不難

目前使用的大多數行動設備採用鋰離子電池,電池性能會隨時間推移下降。電池容量會變小、內部阻抗變大。老化電池的負載較重時,與輕載相比,可利用的容量較小,這是因為舊電池比新電池的阻抗高。

在您的電池供電設計中整合電量計IC為管理舊電池提供了相對簡單的途徑。除了許多電量計提供的充電狀態(SOC)資料外,Maxim ModelGauge™ m5 IC等新型電量計也提供以下資料基準點:

  • 可用容量和報告容量
  • 老化
  • 計時器
  • 剩餘工作時間
  • 週期
  • 老化預測
  • 電池電阻

您可根據客戶的期望決定披露哪些資訊,這有助於他們更好地管理電池供電設備,説明建立客戶對電池管理方式的信任。

以下我們較為詳細地討論一下各個參數。

可用容量和報告容量

ModelGauge m5的空電量補償特性估算理論剩餘容量(RemCapMIX,假設理想電池條件)和可用容量(RemCapAV,考慮負載、溫度和老化因素)。可用容量會隨負載或溫度的任何變化而立刻發生變化。然而,這會造成數值的突然跳變,取決於負載或溫度變化。例如,即使沒有連接充電器,如果僅僅是從重載變為輕載,看到可用容量發生跳變可能會引起混淆。為緩解這一問題,可使用報告容量(RemCapREP)將剩餘容量傳遞至使用者介面。報告容量不會像可用容量那樣發生突然變化。負載發生變化時,其軌跡僅僅是重新瞄準可用容量估算的相同剩餘工作時間。

battery life
圖1. 可用容量和報告容量為設備使用者提供電池壽命指標

老化

電量計中的老化寄存器是當前滿容量與原始設計容量的百分比,一般隨電池使用時間的推移發生下降。

計時器

計時器允許電量計跟蹤電池的老化,採用自IC首次連接到電池以來的絕對時間。部分Maxim電量計也定期將該資訊備份到片上非動態記憶體,作為學習功能的一部分。對於其他電量計,主機系統可定期保存該資訊,並在掉電時將其恢復到IC。

剩餘工作時間

在特定負載以及假設負載或功率下的剩餘工作時間(TTE),是另一個非常有用的參數。啟動高負載任務之前,系統可查詢電量計,檢查電池是否支援成功完成該任務所需的預期執行時間。該措施可用于防止高負載任務發生中斷,從而防止意外崩潰,特別是電池電量較低時。系統可主動採取電源管理措施,僅允許輕載任務,或者提示消費者電池電量太低,無法支援某些高負載功能。

週期

週期寄存器保存電池經歷過的充電/放電週期總次數,對部分以及完整週期進行累計,就像汽車上的里程表一樣。

Cycle+老化預測

Cycle+老化預測估算消費者在電池壽命期間可利用的週期次數。Model Gauge m5演算法監測電池容量隨時間發生的變化,並計算電池容量下降到預設門限所需的週期次數。該預測可用於及時更換電池,或者採取其他電池管理措施,藉由動態改變充電特性來延長電池壽命。

電池電阻

電阻寄存器包含計算的電池內阻平均值,是利用將開路電壓與長時間內負載或充電條件下的測量電壓進行比較實現的,一般隨電池使用時間的推移逐漸增大。

延長執行時間、提高性能

為進一步增強用戶體驗,電量計IC可提供一些主動電池管理能力。例如,許多Maxim電量計包括一種名為動態電池電源的特性,允許優化CPU性能,實現更好的執行時間。這是藉由將CPU降速到正好能夠防止系統奔潰的水準來實現的。例如,在許多單節電池供電的應用中,系統要求至少3.3V電壓才能正確工作。藉由將電量計配置為動態電池電源,可將系統的負載控制或限制到電池的能力範圍之內,確保不會低於最低系統電壓,直到電池電量到達極低狀態,此時可從容地關閉系統。所以,用戶既可獲得延長執行時間,又能避免電池欠壓造成意外崩潰。如果沒有類似動態電池電源的功能,系統製造商實際上就相當於盲目地限制系統性能,從而招致客戶的反感。

部分Maxim電量計還擁有可程式設計、高速電流比較器,可監測和控制峰值負載,防止造成電池崩潰。這些比較器被觸發時,向主機系統發送報警,後者即可採取相應的電源管理措施,降低峰值負載/尖峰。可將可程式設計門限設定為低於電池保護器限值,防止意外觸發電池硬關斷。這些比較器也可用於確保系統遵守電量計提供給主機系統的動態電源建議。

battery life
圖2. 使用MAX17055電量計IC,動態電源功能估算放電期間的電源容量

總而言之,客戶希望獲得清晰的電池資訊,以及執行時間與電池壽命相關的可能達到的性能平衡。憑藉電量計IC,您能夠為客戶提供豐富的可靠電池資訊。特別是Maxim電量計,不但提供各種能夠延長執行時間的工具,而且也能夠實現最高系統性能,説明您贏得客戶的信任。