探討兩個電池電量相關的技術問題

電池供電的電子產品不計其數，具有便攜性好的優點，可以隨時隨地使用。但是有一個讓用戶非常焦慮的事情是電池續航問題。我們在使用電池供電的產品時，會關心當前電池還有多少電量、還能用多久。

我最近買了一個藍牙耳機，選擇它的一個重要原因就是它可以直觀的顯示電池電量，

如果本身沒有顯示，只能在電池電量低時收到語音提示，或者在電腦、手機上查看電量信息（藍牙協議里有電池電量的服務，會將電量信息發給主設備），不如直接顯示方便。

本文探討和電池電量相關的2個技術問題：電量采集和電量顯示。

一、電量采集

電池電量采集方法主要有兩種：

1） 電壓采集法：這種方法是基于電池電壓與電量的關系來進行采集的。電池電壓隨著電量消耗而逐漸降低，因此可以通過采集電池電壓來估算電量。電壓采集法具有成本低、實現簡單的優點，但其精度較差，尤其是在電池電量較低時。

電池的種類不同，電壓和電量的關系也不同。

圖片來源：https://www.powertechsystems.eu/home/tech-corner/lithium-ion-state-of-charge-soc-measurement/

上圖可以看出，鉛酸電池具有相對線性的曲線，可以很好地估計充電狀態：然而，鋰離子電池的放電曲線要平坦得多，這意味著在很寬的工作范圍內，電池端子的電壓變化非常小。

2）庫侖計法：這種方法是基于電池電流累積來進行采集的。庫侖計是一種電路，它能夠累積通過其的電流。通過記錄電流累積值，可以計算出電池消耗的電量。庫侖計法具有精度高、可靠性好的優點，但其成本也較高，實現也更為復雜。

對于普通應用來說，使用第一種電壓采集法即可，以4.2V鋰電池為例，電池容量和電壓關系大概如下，可根據電壓估算出電池容量。

圖片來源：https://siliconlightworks.com/li-ion-voltage

二、電量顯示

假設電池電量使用如下圖標進行顯示，滿格電量為4格

假設我們可以按照如下電壓進行設置：

4.20V~3.90V滿格

3.90V~3.80V三格

3.80V~3.72V兩格

3.72V~3.65V一格

3.65以下，低電壓告警。

代碼里你可能會按照如下方式實現：

if(Vol >= 3.9)
  Disp(4);
else if(Vol >= 3.8)
  Disp(3);
else if(Vol >= 3.72)
  Disp(2);
else if(Vol >= 3.65)
  Disp(1);
else
  Disp(0);

這么寫實際會有問題，會出現在臨界值時出現電量格數來回跳變的問題。比如ADC測得電壓時3.90V時顯示滿格，當測到3.89V時會就顯示3格，下一時刻由于ADC采集誤差或者本身電池電壓波動就會測到3.90V，這時就又顯示了滿格，之后會再次出現3格。這樣會讓用戶覺得紊亂，實際中不能這么用，需要改進。

改進的方法是加入回差控制：

if(Vol >= 3.9)
  Disp(4);
else if(vbat >= 3.8+0.02 && vbat < 3.9-0.02) 
  Disp(3);
else if(vbat >= 3.72+0.02 && vbat < 3.8)
  Disp(2);
else if(vbat >= 3.65+0.02 && vbat < 3.72)
  Disp(1);
else if(Vol < 3.65)
  Disp(0);
else
    ; // 不處理

審核編輯：湯梓紅