可充電AA電池的簡(jiǎn)單表征電路

該表征電路加上PC和一些軟件，可精確測(cè)量可充電AA電池的整個(gè)放電周期。電池容量和輸出電阻可以很容易地從這些測(cè)量結(jié)果的曲線中確定。

介紹

可充電AA電池在各種便攜式應(yīng)用中非常受歡迎。品牌數(shù)量也很高，細(xì)胞質(zhì)量可能會(huì)有很大差異。電池容量有時(shí)與指定的容量不同，并且在有限的放電循環(huán)次數(shù)后，容量通常會(huì)急劇下降。

所提出的表征電路與PC和AA-Cell表征儀軟件相結(jié)合，可以精確測(cè)量整個(gè)放電周期。根據(jù)所得曲線，您可以輕松確定電池容量和輸出電阻。

該電路圍繞用于電池組電量計(jì)應(yīng)用的IC構(gòu)建（DS2756）。DS2756集成了對(duì)溫度、電壓、電流和電流累積（電流積分）的低功耗精密測(cè)量，提供了準(zhǔn)確估算電池組剩余容量所需的關(guān)鍵元件。該硬件還可以精確記錄單個(gè)AA電池（NiCd或NiMH）的放電周期。

表征電路

在圖1中，簡(jiǎn)單電路連接到PC的USB端口。無(wú)需外部電源，因?yàn)殡娫词菑腢SB總線電壓中提取的。U1 （DS9490R）是一款USB加密狗，可將USB協(xié)議轉(zhuǎn)換為1-Wire?協(xié)議，從而允許PC與關(guān)鍵電路元件（U2）通信。U2 測(cè)量引腳 1 上的電池電壓 （V在） 通過(guò) R1，電池電流通過(guò) R4，一個(gè)連接到引腳 25 （SNS） 和 7 （V 的 2mΩ 檢測(cè)電阻黨衛(wèi)軍).引腳 3 （PIO） 上的可編程 I/O 允許 PC 軟件控制 Q1 的柵極。當(dāng)PIO為高電平時(shí)，Q1接通并用R2加載電池。該連接產(chǎn)生大約 1A 的放電電流。當(dāng)PIO為低電平時(shí)，Q1關(guān)閉并消除電池負(fù)載。二極管D1需要降低5V USB電壓以保持VDD低于最大允許電壓4.5V。

圖1.AA電池放電表征電路原理圖。

軟件

用Visual Basic編寫(xiě)的AA-Cell T表征儀軟件執(zhí)行細(xì)胞放電循環(huán)。（注意：在安裝此軟件之前，請(qǐng)參閱下面的驅(qū)動(dòng)程序和其他軟件。該軟件初始化 U2 并關(guān)閉 Q1。插入充滿電的電池時(shí)，軟件會(huì)指示測(cè)量的電池電壓（圖 2a）。單擊“開(kāi)始測(cè)量”后，軟件將打開(kāi)Q1，然后每秒記錄電池電壓和電流。在每個(gè)記錄點(diǎn)之后，Q1 會(huì)很快關(guān)閉，以允許測(cè)量空載電池電壓，該電壓也會(huì)被記錄下來(lái)（圖 2b）。為防止電池?fù)p壞，當(dāng)電池電壓降至一定限值以下時(shí)，測(cè)量會(huì)自動(dòng)停止。該限值可以修改，并存儲(chǔ)在DS2756的EEPROM存儲(chǔ)器中。該值默認(rèn)為 800mV。停止測(cè)量后，“累積電流”字段顯示從電池中吸取的電荷量，并指示實(shí)際電池容量。也可以通過(guò)單擊“停止測(cè)量”按鈕手動(dòng)停止測(cè)量。單擊“保存數(shù)據(jù)”將記錄的數(shù)據(jù)保存到磁盤(pán)以供進(jìn)一步分析。

由于檢測(cè)電阻非常小，因此焊接連接可能會(huì)有一些變化。軟件使用的電阻值可以調(diào)整以進(jìn)行校準(zhǔn)。要校準(zhǔn)電阻，請(qǐng)先啟動(dòng)軟件。接下來(lái)，在源極和漏極之間連接一個(gè)安培表旁路Q1。然后連接電池并監(jiān)控安培表和軟件報(bào)告的電流。調(diào)整電阻值，使兩個(gè)值匹配。新值存儲(chǔ)在EEPROM存儲(chǔ)器中，以供將來(lái)測(cè)量。默認(rèn)值為 25.00mΩ。

圖2.啟動(dòng) （a） 和測(cè)量 （b） 期間的軟件屏幕截圖。

數(shù)據(jù)處理

測(cè)量數(shù)據(jù)可以使用Microsoft? Excel?電子表格進(jìn)行分析。您可以通過(guò)單擊“文件”和“打開(kāi)”導(dǎo)入日志文件，然后選擇“所有文件”作為文件類型。選擇數(shù)據(jù)文件，選擇“分隔”，然后單擊“完成”。第一行顯示測(cè)量的日期和時(shí)間。記錄的數(shù)據(jù)位于此標(biāo)題下方的五列中：

時(shí)間 [hh：mm：ss]，每個(gè)樣本的時(shí)間戳

ACR [mAh]，以 mAh 為單位的累積電流

V1 [V]，以伏特為單位的空載電池電壓

V2 [V]，負(fù)載的電池電壓（伏特）

I [A]，放電電流，單位為安培

列 3、4 和 5 可用于確定電池的輸出電阻：

將公式“=（C4-D4）/E4-0.025”放入單元格 F4 中，并將其復(fù)制到 F 列的其余部分，直到最后一個(gè)記錄點(diǎn)。現(xiàn)在，您可以制作 x-y 圖來(lái)顯示結(jié)果。選擇 x 值的第 2 列和 y 值的其他列，您將看到電池電壓/電流/電阻作為累積放電電流的函數(shù)。

重要說(shuō)明

驅(qū)動(dòng)程序和其他軟件

在安裝AA-Cell鑒定儀軟件之前，必須安裝支持.NET的1-Wire驅(qū)動(dòng)器，以實(shí)現(xiàn)PC與DS9490R之間的通信。這些驅(qū)動(dòng)程序可從Maxim網(wǎng)站下載。

此外，用戶必須安裝 Microsoft .NET Framework 版本 4.0。它可以從微軟網(wǎng)站下載，或者安裝程序?qū)⒆詣?dòng)下載這些內(nèi)容。

其他電芯

該電路可用于AA（或A）以外的電池，并且可以串聯(lián)測(cè)量多個(gè)電池。始終確保不超過(guò)最大值。選擇足夠值的負(fù)載電阻，使放電電流不超過(guò)滿量程范圍（2mΩ檢測(cè)電阻為56.25A）。還要確保DS2756的引腳1（V在） 不超過(guò)最大值 （4.5V）。如果需要，請(qǐng)使用電阻分壓器。為了防止損壞電池和您自己，您還應(yīng)該將放電電流限制在大約 C/1h。

DS2756

DS2756（圖3）是作為電池組電量計(jì)開(kāi)發(fā)的。

通過(guò)DQ，主機(jī)處理器可以通過(guò)1-Wire協(xié)議讀/寫(xiě)寄存器。這些寄存器包含測(cè)量數(shù)據(jù)、狀態(tài)信息和主機(jī)要存儲(chǔ)的某些專用信息（制造日期、序列號(hào)等）。

DS2756使用庫(kù)侖計(jì)數(shù)來(lái)測(cè)量進(jìn)出電池的電荷量。這是通過(guò)對(duì)通過(guò)檢測(cè)電阻的電流（精確測(cè)量）進(jìn)行數(shù)字積分來(lái)實(shí)現(xiàn)的。結(jié)果存儲(chǔ)在累積電流寄存器 （ACR） 中，并由主機(jī)用于計(jì)算剩余容量。由于容量受電池溫度的影響，因此芯片上還包括溫度傳感器。

圖3.DS2756的功能框圖

DS2756利用檢測(cè)電阻R測(cè)量電流SNS，在 SNS 和 V 之間連接黨衛(wèi)軍.電流存儲(chǔ)為 12 位值，容量為 15.625μV/RSNS分辨率和 ±64mV/R 的滿量程范圍SNS.累積電流存儲(chǔ)為16位值，6.25μVh/RSNS分辨率和 ±0.2048Vh/R 的滿量程范圍SNS.允許的最大電壓為4.5V，可以測(cè)量一個(gè)Li+電池或最多三個(gè)串聯(lián)的NiMH電池組。

審核編輯：郭婷