鉅大LARGE | 點(diǎn)擊量:1665次 | 2018年05月07日
關(guān)于手機(jī)鋰離子電池參數(shù)智能校正算法
手機(jī)電池的種類比較多,常用的有鋰離子電池和鎳氫電池等。鋰離子電池和鋰電池是不同的概念,通常我們說(shuō)的鋰電池其實(shí)指的是鋰離子電池。鋰離子常被簡(jiǎn)稱為鋰電池,但其實(shí)鋰電池和鋰離子電池是兩個(gè)不同概念,這里不去研究他們的不同,一律統(tǒng)稱鋰電池。人們常常認(rèn)為鋰電池是沒(méi)有記憶效應(yīng)的,這是廠商的誤導(dǎo)。鋰電池仍然有記憶,只是遠(yuǎn)比鎳氫電池輕微而已。如果長(zhǎng)期采用沒(méi)事兒就充電的方法,鋰電池也會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的記憶效應(yīng)(所謂記憶效應(yīng),就是電池儲(chǔ)存的電量越來(lái)越難以釋放放出來(lái),對(duì)外表現(xiàn)就是充滿電的電池的使用時(shí)間越來(lái)越短)。
即使按最科學(xué)的方法使用鋰電池,鋰離子仍然會(huì)隨著時(shí)間的增長(zhǎng)而出現(xiàn)記憶效應(yīng)。這主要是由于氧化引起的內(nèi)部電阻增加,當(dāng)電解槽電阻達(dá)到某個(gè)值,盡管這時(shí)電池充滿了電,但電池卻不能釋放已儲(chǔ)存的電量引起。而且最重要是鋰離子電池也有使用壽命,鋰離子電池一般能夠充放300-500次,一旦電池下了生產(chǎn)線,時(shí)鐘就開(kāi)始走動(dòng)。不管你是否使用,鋰電池的使用壽命都只有兩到三年,之后雖然還能使用,但已經(jīng)很難令人滿意。
由于用戶使用不善和電池自然壽命等原因,為電池管理軟件開(kāi)發(fā)帶來(lái)了一定的麻煩。反應(yīng)在手機(jī)上,就是我們很難準(zhǔn)確的寫(xiě)出直觀反應(yīng)當(dāng)前電池待機(jī)時(shí)間的程序。而且鋰電池放電過(guò)程并不是一個(gè)均勻遞增或者遞減的的曲線,而是如下圖一樣的曲線。
從圖中可以看出,滿電池開(kāi)始的部分很不耐用,中間的部分很耐用,到了快沒(méi)電的時(shí)候又很不耐用了,而且這放電過(guò)程還受周圍環(huán)境溫度的影響。如果我們按均勻的放電原則設(shè)計(jì)手機(jī)電池管理程序,就會(huì)發(fā)現(xiàn)電池滿格的那格電很不耐用,中間的的二格電很耐用,最后的一格電也很不耐用,這是我們?cè)S多設(shè)計(jì)電池管理程序的人常常被客戶投訴的一個(gè)原因,電量顯示不準(zhǔn)。但是如果我們使用非均勻原則為客戶設(shè)計(jì)電池管理程序,把四格電的待機(jī)時(shí)間精確的一樣,又會(huì)出現(xiàn)另一個(gè)問(wèn)題,隨著電池老化程度加大,中間兩格電的待機(jī)時(shí)間也會(huì)慢慢縮短,這樣就會(huì)讓客戶發(fā)覺(jué)中間兩格很不耐用,第一格與第四格相差很多。
電池電量的顯示也無(wú)法非常的精確,由于充放電曲線也不是絕對(duì)平滑的,在毫少級(jí)下其實(shí)表現(xiàn)為不規(guī)則的震蕩波,所以為了更準(zhǔn)確的反應(yīng)電池電量,一般會(huì)設(shè)置一個(gè)計(jì)數(shù)器,讓放電或者充電過(guò)程中電壓多次超過(guò)或者低于某個(gè)值,才會(huì)認(rèn)定電壓達(dá)到某個(gè)值。
鋰電池放電需要注意幾點(diǎn):第一,放電電流不能過(guò)大,過(guò)大的電流導(dǎo)致電池內(nèi)部發(fā)熱,有可能會(huì)造成永久性的損害。在手機(jī)上,這個(gè)倒是沒(méi)有問(wèn)題的,可以不考慮。第二,絕對(duì)不能過(guò)放電!鋰電池最怕過(guò)放電,一旦放電電壓低于2.7V,將可能導(dǎo)致電池報(bào)廢。好在手機(jī)電池內(nèi)部都已經(jīng)裝了保護(hù)電路,電壓還沒(méi)低到損壞電池的程度,保護(hù)電路就會(huì)起作用,停止放電。
鋰電池的充電方式是限壓橫流方式。充電開(kāi)始時(shí),應(yīng)先檢測(cè)待充電電池的電壓,如果電壓低于3V,要先進(jìn)行預(yù)充電,充電電流為設(shè)定電流的1/10,一般選0.05C左右(C一般用作充放電電流作參照,C是對(duì)應(yīng)電池容量的數(shù)值。電池容量一般用Ah、mAh表示,如M8的電池容量1200mAh,對(duì)應(yīng)的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。)。電壓升到3V后,進(jìn)入標(biāo)準(zhǔn)充電過(guò)程。標(biāo)準(zhǔn)充電過(guò)程為:以設(shè)定電流進(jìn)行恒流充電,電池電壓升到4.20V時(shí),改為恒壓充電,保持充電電壓為4.20V。此時(shí),充電電流逐漸下降,當(dāng)電流下降至設(shè)定充電電流的1/10時(shí),充電結(jié)束。一般鋰電池充電電流設(shè)定在0.2C至1C之間,電流越大,充電越快,同時(shí)電池發(fā)熱也越大。而且,過(guò)大的電流充電,容量不夠滿,因?yàn)殡姵貎?nèi)部的電化學(xué)反應(yīng)需要時(shí)間。就跟倒啤酒一樣,倒太快的話會(huì)產(chǎn)生泡沫,反而不滿
下面這是充電曲線:
一般情況下電池大負(fù)荷工作后,減少負(fù)荷會(huì)出現(xiàn)電壓回升現(xiàn)象,就是所說(shuō)的“回電”現(xiàn)象。如下圖,
這也是導(dǎo)致有些客戶投訴電池的一個(gè)原因,打著電話,突然低電量關(guān)機(jī)了,再開(kāi)機(jī)發(fā)現(xiàn)還有一格電呢,或者開(kāi)機(jī)時(shí)零格電,待機(jī)過(guò)一會(huì)兒,竟然又有一格電了。
基于以上各種各樣的原因,使電池管理程序變得十分難以準(zhǔn)確,可以考慮使用智能電池管理。使用電池校正程序,自主校正參數(shù),寫(xiě)入NV,供電源管理程序調(diào)用。具體原理就是在一次充滿電放電過(guò)程中,記錄下每次電壓下降0.01V所消耗的時(shí)間。最后把這些時(shí)間合起來(lái),根據(jù)電池格數(shù)計(jì)算每格電需要的理論時(shí)間,最后通過(guò)時(shí)間來(lái)計(jì)算各格電需要的達(dá)到的電壓,并把結(jié)果寫(xiě)入NV做為電池管理的依據(jù)。為了達(dá)到近似的精確,許多時(shí)候我們需要在一定周期內(nèi)重新校正,并且可以根據(jù)電池測(cè)試結(jié)果提示用戶淘汰舊的電池,使用新的電池。
下面附上一些不完全的樣例代碼,把他添加到custom_cfg_vbat_level_convert,就能實(shí)現(xiàn)電量監(jiān)控和記錄,很早寫(xiě)的代碼,未完全測(cè)試,了解原理又有興趣的朋友可以自己試著完善。
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