關(guan)鍵字(zi)：鋰(li)電池 電量計
相(xiang)對(dui)於(yu)電子(zi)及半(ban)導(dao)體的進步(bu), 手(shou)持(chi)及便攜(xie)式設(she)備卻有(you)著(zhe)體積及重(zhong)量等(deng)的物(wu)理限(xian)。這(zhe)個(ge)zui主(zhu)要(yao)的就是(shi)給(gei)了手(shou)持(chi)及便攜(xie)式設(she)備的能量(liang)儲存(cun)設備, 也(ye)就(jiu)是(shi)電池的大小(xiao)及重(zhong)量加上(shang)了(le)。當然電池電能容量的大小(xiao), 跟手(shou)持(chi)及便攜(xie)式設(she)備的續航(hang)力(li)有直接(jie)的相關(guan), 然而這(zhe)方(fang)面(mian)主(zhu)題(ti)的探討, 不(bu)在此過(guo)度(du)的探討。
既(ji)然電池電能容量是(shi)固(gu)定的（當然這(zhe)只是(shi)針(zhen)對(dui)固(gu)定的個(ge)時間(jian)而言(yan), 隨著(zhe)長(chang)期的使用(yong), 電池存(cun)在老化(hua)的問題(ti)；也(ye)就(jiu)是(shi)可(ke)以使(shi)用(yong)的電能容量相較於(yu)新(xin)電池時(shi)來(lai)的少(shao)）。電量計存(cun)在的目(mu)的, 就是(shi)不(bu)管(guan)在哪個(ge)電池使(shi)用(yong)的時間(jian)點(dian), 可(ke)以的估算(suan)出電池剩(sheng)余電量, 進(jin)步(bu)的, 依據(ju)目(mu)前設(she)備的能耗狀況, 估算(suan)出剩余可(ke)用時間。從(cong)使(shi)用(yong)者(zhe)角度(du)來(lai)看(kan), 如(ru)果(guo)能進(jin)步(bu)的估算(suan)出看電影(ying)還可(ke)以看(kan)多(duo)久(jiu), 打還可(ke)以打多(duo)久(jiu), 甚(shen)至(zhi)於(yu)要作(zuo)視頻(pin)會議(yi)還可(ke)以講(jiang)多(duo)久(jiu), 玩(wan)遊(you)戲可(ke)以玩(wan)多(duo)久(jiu)等(deng)等(deng)的時間(jian)估算(suan), 可(ke)以說是(shi)把電量計的功能提(ti)升(sheng)到(dao)zui的境(jing)界(jie)。
下面我(wo)們就zui主(zhu)要(yao)的電量計做進步(bu)分析：
主(zhu)要(yao)電量計分析：
1.電壓查(zha)表(biao)法來計算(suan)剩余電量
自從(cong)手(shou)持(chi)及便攜(xie)式設(she)備被開發出來, 電池就(jiu)被(bei)使(shi)用(yong)在這(zhe)些裝(zhuang)置上(shang)。在實際(ji)運用的角度(du)來(lai)看(kan), 電池剩(sheng)余電量的, 直是(shi)使(shi)用者(zhe)要(yao)求(qiu)的重(zhong)點(dian), 人都不(bu)希(xi)望看(kan)到(dao)剩余電料(liao)顯示(shi)還有(you)3, 可(ke)是(shi)下秒(miao)鐘或是(shi)接(jie)個(ge), 或是(shi)打開相機(ji)準(zhun)備照相, 結果卻是(shi)斷電收場(chang)。當(dang)然這(zhe)種狀(zhuang)況在早(zao)期feature phone時(shi)代是(shi)經(jing)常發生, 主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為當(dang)時設備的功能單純(chun), 能(neng)耗相對(dui)的也(ye)較少(shao), 顆(ke)滿(man)電的電池芯(xin)用個(ge)3~5天都不(bu)是(shi)問題(ti)。所以當(dang)時(shi)的電量計的式設(she)計很(hen)簡單, 就是(shi)用(yong)量測電壓, 透(tou)過(guo)查(zha)表(biao)、或是(shi)簡(jian)單的計算(suan)來決(jue)定剩(sheng)余電量。
相(xiang)對(dui)於(yu)智能手(shou)機(ji)的時代, 顆(ke)滿(man)電的電池只(zhi)能(neng)用(yong)個(ge)天的狀況, 如果(guo)電量指示(shi)還有(you)3, 下個(ge)動(dong)作(zuo)卻讓(rang)設(she)備直接(jie)斷電, 恐(kong)怕(pa)消(xiao)費(fei)者(zhe)都沒法接受。
電壓查(zha)表(biao)法的優點(dian)是(shi)成(cheng)本(ben)低(di)zui低(di), 能耗也(ye)很(hen)低(di)。缺(que)點(dian)是(shi)也(ye)zui相(xiang)對較低(di), 且(qie)SOC會隨著(zhe)負(fu)載的變(bian)化(hua)而上(shang)下跳動(dong), 當(dang)電池老(lao)化(hua)之(zhi)後(hou), 這(zhe)種跳變(bian)的現(xian)象(xiang)會加明(ming)顯。
2.庫侖(lun)計
庫(ku)侖計, 顧名思義, 就是(shi)電池電荷的累計。通(tong)過(guo)檢流電阻充(chong)放(fang)電電流, 沖進去的電量就(jiu)是(shi)電池的容量。總(zong)容量減去放(fang)出的容量就是(shi)電池剩(sheng)余容量。
此方(fang)法實現(xian)相(xiang)對(dui)簡(jian)單, 且(qie)原理理解, 是(shi)目(mu)前使(shi)用比較多(duo)的種計算(suan)方(fang)法, 但是(shi), 並無(wu)法作(zuo)為真(zhen)正的電池電量計算(suan)使用(yong)。方(fang)案(an)zui大(da)的問題(ti)在於(yu)兩(liang)點(dian), 是(shi)累計誤差, 隨(sui)著(zhe)時間的推進(jin), 誤差會越來(lai)越大(da)；二是(shi)電池的充入(ru)電量和(he)放(fang)出電量是(shi)不(bu)相(xiang)等(deng)的, 在不(bu)同(tong)的負(fu)載、溫度(du)等(deng)條件下, 容量差別大, zui的就是(shi)常(chang)溫滿(man)電的電池在低(di)溫下只能(neng)放(fang)出很少(shao)的電量。
所以, 庫(ku)侖(lun)計般只是(shi)作(zuo)為電量計算(suan)的輔助(zhu)工(gong)具, 需(xu)要配合其他(ta)設備或采樣(yang)數(shu)據(ju)進行修(xiu)正使(shi)用。
3.透(tou)過(guo)電壓, 電流及溫度(du), 加(jia)上(shang)算(suan)法來計算(suan)剩余電量
這(zhe)是(shi)比(bi)較的電量計算(suan)方(fang)案(an), 正常(chang)使用(yong)條(tiao)件下通(tong)過(guo)庫侖(lun)計計算(suan)電量, 在特定條(tiao)件下通(tong)過(guo)電壓或溫度(du)進(jin)行補償。對(dui)新(xin)電池來(lai)說可(ke)以比(bi)較的計算(suan)出剩余電量, 可(ke)是(shi)當(dang)電池老(lao)化(hua)之(zhi)後(hou)就(jiu)逐步(bu)降(jiang)低(di), 這(zhe)主(zhu)要(yao)是(shi)因(yin)為庫(ku)侖計的計算(suan)基(ji)礎事先(xian)要(yao)了解目(mu)前電池的總(zong)容量, 再依(yi)據(ju)量測到(dao)的當前(qian)的電壓、電流以及溫度(du), 來(lai)計算(suan)用掉(diao)的容量之後, 估算(suan)出剩余電量。可(ke)是(shi)當(dang)電池老(lao)化(hua)之(zhi)後(hou), 隨(sui)之而來的就是(shi)總(zong)容量變(bian)少(shao), 這(zhe)個(ge)時候(hou)如(ru)果(guo)還是(shi)用(yong)新(xin)電池的總(zong)容量當成(cheng)計算(suan)的基(ji)礎, 剩(sheng)余電量的計算(suan)誤差就(jiu)會越來(lai)越大(da)。
這(zhe)個(ge)方(fang)式(shi)的優點(dian)是(shi)期初(chu)很(hen), 缺(que)點(dian)有：
（a）元(yuan)器件成(cheng)本(ben)相(xiang)對較, 同時(shi)需(xu)要額(e)外(wai)的制程(cheng)及設備來進行檢流電阻的校正, 以及對電池的充放(fang)電來估(gu)算(suan)初期電池總(zong)容量。
（b）隨著(zhe)電池老(lao)化(hua), 誤差會隨之(zhi)增加(jia)。
（c）方(fang)案(an)本(ben)身(shen)的能耗比較於(yu)電壓方(fang)案(an)要(yao)很多(duo)。
4.針(zhen)對(dui)電壓方(fang)案(an)的優化(hua)
（a）這(zhe)個(ge)方(fang)案(an)主(zhu)要(yao)是(shi)針(zhen)對(dui)長(chang)期進(jin)行優化(hua), zui主(zhu)要(yao)的步(bu)驟(zhou)就是(shi)在電量計芯(xin)片內(nei), 針(zhen)對(dui)現(xian)在使用(yong)的電池芯(xin)建模, 由於(yu)理論(lun)上(shang)電池無(wu)論(lun)是(shi)新(xin)的還是(shi)老(lao)化(hua)之(zhi)後(hou), 其(qi)OCV（開路(lu)電壓）曲線都是(shi)相(xiang)同。因此建立(li)了(le)電池模(mo)型(xing)就(jiu)有(you)實際(ji)剩余電量的參考依(yi)據(ju), 同時還把因為大(da)電流放(fang)電溫升的因素(su)考慮進來, 以提(ti)升(sheng)長(chang)期電量計算(suan)。可(ke)是(shi)這(zhe)個(ge)方(fang)案(an)是(shi)在大部(bu)分應用(yong)中(zhong), 都可(ke)以維(wei)持(chi)在正常(chang)範圍(wei)內(nei)。
（b）除(chu)此以外(wai), 也(ye)有(you)廠商針(zhen)對(dui)上(shang)述缺(que)點(dian), 在電量計內(nei)加上(shang)自我(wo)學(xue)習(xi)校準(zhun)的演(yan)算(suan)功能, 來(lai)應對老化(hua)的影(ying)響(xiang), 以保(bao)持(chi)長(chang)期剩(sheng)余電量的。
5.針(zhen)對(dui)普通(tong)電流方(fang)案(an)的優化(hua)
由(you)於(yu)普通(tong)電流方(fang)案(an)的長(chang)期誤差很(hen)大(da), 因此有廠家(jia)建立(li)了(le)“內阻(zu)追(zhui)蹤(zong)（Impedance Track）”的, 根據(ju)內阻的變(bian)化(hua)決(jue)定電池老(lao)化(hua)的程(cheng)度(du), 來(lai)修(xiu)正剩(sheng)余電量計算(suan)的。
電量計比(bi)較
市(shi)場(chang)應(ying)用狀(zhuang)況分析
由(you)於(yu)手持(chi)及便攜(xie)設備大體可(ke)以分成(cheng)兩(liang)個(ge)部(bu)份(fen), 是(shi)智(zhi)能手機(ji), 二(er)式(shi)平(ping)板(ban)計算(suan)機(ji)/MID。針(zhen)對(dui)這(zhe)兩(liang)個(ge)市(shi)場(chang)的應用(yong), 目(mu)前這(zhe)兩(liang)個(ge)區塊的主(zhu)要(yao)參考設(she)計還(hai)是(shi)由(you)AP廠家(jia)來提(ti)供(gong)。例如(ru)智能(neng)手機(ji)的Qualcomm, Broadcom, MTK, nVIdia, Samsung, Hisilicon（海思(si)）等(deng), 以及平板(ban)計算(suan)機(ji)/MID的誌, 炬力(li), 瑞芯(xin)微, 中(zhong)星微等(deng)。
由於(yu)大部(bu)的手持(chi)及便攜(xie)式設(she)備廠家(jia)在開發(fa)新(xin)的產品時(shi), 都必須(xu)仰賴(lai)AP廠提(ti)供(gong), 所以對(dui)原(yuan)廠的參考設(she)計, 除(chu)了布(bu)線之(zhi)外, 對元(yuan)器件的使用(yong)大多(duo)不(bu)做動(dong)。所以只(zhi)要(yao)原廠的參考設(she)計用(yong)了某(mou)廠家(jia)的電量計, 或是(shi)如(ru)Qualcomm, Broadcom, MTK等(deng)用了(le)自己PMIC內(nei)的庫侖(lun)計, 再通(tong)過(guo)AP的計算(suan)來實(shi)現(xian)電量計功能。目(mu)前在市(shi)場(chang)上(shang)由(you)於(yu)蘋果手(shou)機(ji)及平板(ban)的原始(shi)設計用(yong)的是(shi)TI的方(fang)案(an), 所以在市(shi)場(chang)上(shang), TI可(ke)以說是(shi)在電量計耕(geng)耘zui久(jiu), *zui大(da)的廠商。其次(ci)是(shi)由(you)於(yu)Samsung大量采用(yong)Maxim的電量計方(fang)案(an), 所以Maxim可(ke)以說是(shi)保(bao)有(you)電量計市(shi)場(chang)二(er)哥(ge)的位(wei)置(zhi)。
其(qi)余的無(wu)論(lun)是(shi)把庫侖計放(fang)在PMIC內, 亦或是(shi)如(ru)Cellwise的加上(shang)自學(xue)習(xi)功能的電量計, 都是(shi)zui近(jin)這(zhe)兩(liang)年進(jin)到(dao)市(shi)場(chang)的方(fang)案(an)。之(zhi)所以會有這(zhe)個(ge)趨勢(shi), zui重(zhong)要的原因(yin)是(shi)消(xiao)費者(zhe)開(kai)始(shi)要求設(she)備的電量指示(shi)的。這(zhe)個(ge)要求(qiu)反(fan)應(ying)在手持(chi)及便攜(xie)式設(she)備的操(cao)作(zuo)系統（iOS, Android, Windows Phone）, 還(hai)有的APP上(shang)。由(you)這(zhe)個(ge)趨勢(shi)也(ye)可(ke)以清(qing)楚的看出, 電量計在手持(chi)及便攜(xie)式設(she)備上(shang)所扮演(yan)的角色也(ye)越來(lai)越重(zhong)要了。
結語(yu)
電量計在手持(chi)及便攜(xie)式設(she)備, 尤其是(shi)智(zhi)能手機(ji)及平板(ban)計算(suan)機(ji)/MID應(ying)用(yong)的重(zhong)要隨著(zhe)AP廠家(jia)把庫侖計加(jia)入(ru)PMIC, 提(ti)供(gong)電量計的功能, 已經被(bei)突(tu)顯出來了(le)。可(ke)是(shi)這(zhe)只是(shi)起(qi)步(bu), 由(you)於(yu)電量計是(shi)在手持(chi)及便攜(xie)式設(she)備內zui了解電池的芯(xin)片, 因(yin)此如何(he)透(tou)過(guo)這(zhe)個(ge)特點(dian), 延(yan)長(chang)電池的使用(yong)壽命(ming), 會是(shi)下個(ge)可(ke)以延(yan)續的應用(yong)。
進步(bu)的是(shi), 在手持(chi)及便攜(xie)式設(she)備的應用(yong)中(zhong), 智能(neng)手(shou)機(ji)及平板(ban)計算(suan)機(ji)/MID只(zhi)是(shi)其(qi)中(zhong)的環(huan)。鋰(li)電池的應用(yong)必須(xu)要有(you)電量計的應用(yong), 會被開(kai)發出來, 現(xian)在可(ke)見的是(shi)在消費(fei)市(shi)場(chang)上(shang)的便攜(xie)式移(yi)動(dong)電源就(jiu)是(shi)個(ge)很好(hao)的例子(zi)。不(bu)具(ju)備電量計的移(yi)動(dong)電源售價大概(gai)都在美金(jin)100元(yuan)以下, 可(ke)是(shi)像Lifetrons銷(xiao)售的移(yi)動(dong)電源, 由(you)於(yu)帶有00~99的電量指示(shi), 可(ke)以將(jiang)售價訂在美金(jin)240元(yuan)。這(zhe)個(ge)差異不(bu)電量計的價格, 但卻消(xiao)費(fei)者(zhe)心目(mu)中(zhong)電量計的價值。
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