移动设备的充电和电量计量
通过适当的气体计量确保最终用户获得良好的体验。
使用电池有效运行是移动设备的核心要求。良好的电池供电行为对于产品的成功至关重要。电池供电操作围绕三个主要方面：
精心调校的系统功耗
适当的电池充电
电池状态的准确燃料或电量计预测
对于移动设备，调整系统功耗首先要定义设备用例并对其各种模式下的功耗进行建模。通常这包括设备未使用时的低“静态”挂起状态，以及在不同模式下运行时的各种动态管理的电源状态。
在系统设计和实施工作方面，电池充电和电量监测方面经常被忽视或低估。特别是对于消费产品，充电或电量计量的边际故障会导致客户不满。诸如在 0.1% 的插件上无法检测到充电器类型，或产品在指示剩余 15% 电量时突然断电等问题，在您出货一百万台时对您的产品声誉造成灾难。它还导致显着的客户支持成本。设备过热时无法停止充电等问题甚至会带来危及生命的安全（和责任）问题。
这些方面都需要从头开始仔细的系统设计，无论是在硬件还是软件方面。此处的目标是强调充电和电量监测遵循 80/20 规则：获得 80% 的功能需要 20% 的努力，但剩余 20% 的“最终润色”需要 80% 以上的努力。仔细的初始设计，例如在 snapdragon open-q 系列开发套件中，提供了一个良好的开端。
电池选择：化学
许多参数和特性会影响选择合适的电池技术。首先是电池本身的化学/技术。大多数人都熟悉能量密度（图 1）。各种锂化学物质是这里的领导者，每单位体积或重量的能量最高。这些将是许多电子消费设备的明显选择。
虽然很重要，但能量密度可能不是唯一的决策者。温度可能是充电/放电的重要因素。锂电池通常不应在 0°c 以下充电，一般规定在 45°c 左右停止充电。一般来说，它们不应该在 60°c 以上运行，并且它们包含一个永久热熔断器，以防止在其他安全预防方法失败时发生灾难性的热失控。60°c 似乎超出了设备的正常运行范围，但在热车的座椅或仪表板上，几分钟内即可轻松达到。户外使用的消费产品也可能面临低温限制的挑战，需要仔细的系统设计。
除了温度之外，电池内部阻抗和释放能量的速率也会影响您的电池选择。在需要短暂的大电流（如大于 4c）的情况下，基于镍或铅的另一种化学物质可能更合适。一个例子可能是电动工具或带有大显示器的系统。
锂是消费类移动应用中最常见的化学物质，各种阴极化合物可用于不同的特性和电池形状、灵活性和配置。锂在电压与充电状态、内部阻抗行为以及存储的能量和电压随温度的变化方面具有细微不同的特性。电量计芯片制造商将这些称为“黄金参数”，并将对任何电池类型进行仔细表征，以确定在为该电池设置电量计时要使用的适当值。
收费
对于特定的电池化学成分，将有一个适当的范例来为该电池充电。对于基于锂的化学物质，该方法涉及三个特定阶段：预调节、恒流和恒压充电阶段。
如果锂基电池放电超过特定的低电压，例如通过直接连接到像灯泡这样的电阻负载，它们可能会永久损坏。为了防止这种损坏，大多数锂电池组将包含一个小型保护电路 pcb，其中包含一个低压切断电路。当电池电压低于 ~2.5 v 时，保护 fet 打开，电池端子的视在电压降至 0 v。
在这种情况下为电池充电之前，有必要通过施加小的涓流充电电流（通常为 100 ma）对电池进行“预处理”。要检测是否连接了电池，请施加此电流几分钟，然后断开电流并检查电池电压。此过程应继续进行，直到电池达到电池供应商指定的最低调节电压，通常为 2.8 至 3.0 v。
请注意，大多数充电器设计允许部分或全部外部提供的充电器电流为系统供电（也称为“旁路”），而不是作为充电电流直接流入电池。除非您的系统可以完全依靠外部电源运行（启动和运行软件），否则这种没电电池的预充电必须完全由充电器硬件本身管理。
到达恒流充电段后，充电电流可升高，通常最高可达1c左右。该电流（以 ma 为单位）大致相当于电池的额定容量（以 ma 小时为单位）。较新的化学物质可以允许更高的充电电流（因此更短的充电周期），尤其是在充电过程中的电池温度得到仔细控制的情况下。在这部分期间，电池的电压将缓慢上升。最大充电电流将影响您对外部充电器、电缆、连接器等的选择。
充电电流随温度的控制是多个安全标准的主题，包括 ieee 1725 和 jeita。如果在高温下承受过大的负载电流，充电器电路本身可能会损坏，因此充电器电路通常包含基于芯片温度的热控制节流。然而，更重要的是，如果在高温下充电（或以大电流放电），锂基电池可能会遭受灾难性的热失控。
为防止发生火灾和熔毁的风险，电池通常包含一个内部热熔断器，可在 90°c 左右的温度下永久禁用电池。在达到此阶段之前，系统必须在电池温度超过限制时关闭充电电流。电池制造商将提供温度限制，但这些通常规定在 60°c 以上或 0°c 以下不充电。过去，这些都是硬性的开关充电限制，但 jeita 标准（在日本是必需的，并且作为事实上的标准越来越普遍）具有基于电池温度的更复杂的充电电流降额曲线（图 3） 。
对充电电流进行这种细粒度的控制通常需要软件和硬件的结合，例如对充电阈值的驱动程序级调整。但是，仅仅依靠软件是不可能的。为防止电池过度放电并在高温下损坏其他组件，您的系统可能需要在炎热的环境中关闭，例如热车。在没有软件运行或软件故障的情况下，应防止启动和充电。请参阅 ieee 1725 和 ieee 1625，了解该领域的安全关键要求。
电池的温度通常由专用热敏电阻监控，该热敏电阻通常集成在电池组本身内部，尤其是在电池与主电路有些隔离的系统中。不过，这可能会提高电池的价格，因此在没有内置热敏电阻的设计中，需要仔细的系统热设计。
充满电，终止电流
在恒流充电部分结束时，电池将接近其最大电压，大约为 4.1 至 4.2 v。此时，充电器必须将其施加的电压限制在其截止电压，而充电电流固有地缓慢减少。为这个恒压充电部分选择的电压会影响电池的寿命，当使用过高的电压时会加速老化。过低的恒定电压阈值会导致次优的满充电容量，因此在此进行权衡，通常选择 4.15 至 4.2 v 左右的电压。
如果受到永久性外部充电电压的影响，电池也会受到化学损坏，因此当充电电流低于某个阈值时，充电器会终止其充电周期并完全移除施加的电压。这个水平通常被称为锥形电流，是调整充电器电路时的另一个关键参数。
如果您的系统一直插在充电器上，当电池放电一定百分比的电量或电压时，电池将进行周期性的“充值”充电循环。充电系统应确保这些充值是迷你充电周期，具有恒定电流和恒定电压部分。
充电系统设计
系统充电电路通常是专用充电 ic，或者集成在系统的电源管理 ic （pmic） 中。当作为 pmic 的一部分包含时，充电系统设计可以定义一个主节点，所有系统电源都从该主节点获得。该节点可以由外部充电器旁路的电流供电，并且在某些设计中还包括同时从电池补充系统电流的能力。
根据系统电源负载，插入式系统可能会以高速率、节流速率（因为系统运行正在消耗大量电力）为电池充电，或者同时使用来自外部电源的所有电力电池放电。充电电流的模式示例和旁路/补充可以在图 4 中看到。
qualcomm snapdragon pmic 系列中的充电器子系统包括 smbb 技术，该技术可以将充电器电路转换为升压模式，为充电器电源节点产生 5 v 电压，为高耗电相机闪光灯 led 供电。
usb type-c 包含一个供电规范，可通过专用充电器协议通道协商更高的充电器输入电压，以实现更快的充电。高通支持多种快速充电技术和技巧，包括基于充电电压协商原理的智能协商最佳电压（inov）。提供更高的输入电压将提高功率传输率，并可以大大减少充电时间。
气体计量
成功的电池供电系统的最后一个组成部分是能够在任何给定时间测量系统电池中剩余的能量。这被称为气体计量。为了成功进行测量，对于用户而言，重要的是您的系统不会意外死机，同时最大限度地发挥电池的能量。让您的系统因低电压而突然出现故障既烦人又危险，可能会导致数据损坏或丢失。一些设备，例如带有电泳电子墨水屏幕的设备，在电池实际上没电的情况下似乎已打开，从而导致用户困惑、投诉或客户支持电话。
测量电池中的能量有两个基本原则：将电池电压映射到当前的充电状态，以及“进必出”。后者听起来很简单，被称为库仑计数。电路集成了流入/流出电池的电流，以保持对电池中电荷（以及能量）的测量。这在实践中存在挑战，包括：
确定电池的初始充电状态
由于内阻和泄漏导致的电池自放电
由于内部电池阻抗，放电过程中的能量损失
始终准确测量放电，包括系统断电时的小泄漏，以及大型子系统通电或断电时短尖峰中包含的能量
将电池电压映射到其充电状态也有其挑战：
充电状态电压因电池化学成分而异（见图 5）
电池电压取决于电池的内部阻抗：在大电流负载下电压降可能很大
充电或放电引起的滞后：电压可能高于或低于开路“松弛”值，具体取决于达到充电状态的方式
开路电压随温度升高而降低
由于这些挑战，仔细跟踪电池的阻抗对于有效的电量监测至关重要。该阻抗随电池条件（如老化和充电/放电循环计数）而变化，因此为了获得最大准确度，会为特定电池保持阻抗指纹。这意味着当电池更换时（例如，如果您的系统有一个用户可访问的电池组），您的系统必须识别并重新评估新电池组的情况。
总体而言，有效的气体计量需要将开路电压测量与库仑计数相结合。开路电压（在非常低的系统放电电流下测量，例如在暂停或睡眠状态期间）根据电池已知化学成分的标准配置文件转换为充电状态，如图 5 所示。
开路电压测量可以提供电池充电状态的相当准确的点值，特别是如果系统已经静止（或放松）一段时间，允许充电或放电的任何滞后消退。此测量有助于绘制电池的最大充电容量与其出厂默认最大充电容量的关系。随着时间的推移，最大充电容量将下降，因为电池能够容纳的电量越来越少。
因为您的系统用例可能通常不允许有效测量开路电压（例如连续变化的系统电流负载），所以库仑计数用于跟踪活动期间的能量增加或减少。这可以与电池内部阻抗的知识相结合，以通过电池电压跟踪充电状态。
气体计量系统设计
要有效地做到这一点，要么需要复杂的驱动软件，要么利用半导体制造商的知识和开发努力，这些制造商设计了气体计量硬件和固件来有效地实现这些算法。这可以通过将电量计量设计到电池组本身来完成；作为电源子系统 pcb 上的分立式电量监测芯片；或作为系统 pmic 的集成组件。
涉及最少系统集成工作和通常较少集成问题的一种是包装内测量。它还具有许多明显的优势，包括易于跟踪每个电池组的老化数据和阻抗，易于电池没电充电和启动（因为可以在低级引导加载程序软件中轻松地从电池组中检索电池容量），并且系统集成和调试工作量非常低。但是，电池组的 bom 成本可能很高。
分立式气体计量芯片解决方案（如图 6 所示）可提供出色的计量性能，并可根据窗口平均系统功耗提供对参数的访问，如空载前的分钟数。德州仪器 （ti） 等供应商的解决方案封装了阻抗跟踪等复杂算法，并提供可定制的功能，例如确保报告的充电状态尽可能接近单调递减。（如果在系统放松期后剩余容量突然从 10% 跃升至 20%，最终用户可能会感到困惑并导致投诉）。正如我们将看到的，电量计与充电器 ic 的分离有时会导致一些棘手的边缘情况。
使用高度集成的系统 pmic 作为充电器/电量监测计组合解决方案可以实现完全定制，并且可以提供最低的系统 bom 成本、组件空间和 pcb 复杂性。包含经过道路测试的驱动程序软件的解决方案有助于减少软件开发和调整工作，尤其是当您密切关注参考设计时。
配对的片上系统和 pmic 解决方案，例如高通公司高度集成的 snapdragon 处理器系列，为充电、计量和系统电源转换提供了丰富的功能集。它包括驱动用户反馈 led 的能力（对电池没电充电很有用）、内部电池升压技术以及电源输入的内置过压保护。qualcomm 的 apq8016 及其 pmic pm8916 被设计到 intrinsyc 的 open-q 410 som 和参考载板上，为充电和计量解决方案提供 bsp 支持。这减少了选择电池和电源用例所需的调整的集成工作量。
气表参数定义
无论您使用分立式气体计量组件还是 pmic 集成解决方案，您都需要定义特定于您系统的气体计量参数。其中最重要的是系统的空电压。该电压源自系统的死电压，而死电压又由系统硬件定义。死电压是系统可以正常运行的最低电池电压。各种系统组件都会影响此决策，包括稳压器的输入规格及其降压或升压配置。在此死电压之上，您需要考虑电压输入的容差、温度变化、测量误差以及组件打开或关闭时发生的尖峰。最终结果将是您的系统必须立即关闭的安全空电压（参见图 7）。
定义了系统的空电压后，您现在需要指定系统的备用容量。这是一个测量参数，最终定义了您的电池何时达到 0% 容量，何时您的系统应该干净地关闭。这确保了用户被告知系统关闭，并且不会发生数据损坏或丢失。储备容量以能量形式定义，并基于响应电池电量和执行关机所需的运行时间余量。采样延迟、提供反馈所需的时间、刷新数据存储和关闭都是此参数的输入。如果没有正确定义空电压和备用容量，您的系统将受到断电的影响，并意外死机。
总而言之，这里是系统充电/测量中复杂边缘情况的示例。该系统具有提供源系统旁路和充电电流节流的分立充电器 ic，允许外部输入电流为电池充电或为系统电源轨供电。分立式电量监测 ic 跟踪充电状态，并根据开路电压和库仑计数的组合来保持对电池完全充电容量的测量。
允许使用专用充电器 （1 a） 或 usb 电源（小于 500 ma）进行充电。当系统的 lcd 面板打开并播放视频时，系统电源需求约为 800 ma。在 lcd 关闭的情况下，电源要求小于 100 ma，因此可以通过 usb 电源（最高 350 ma）有效地为电池充电。当系统插入 usb 电源并打开和关闭屏幕时，电池将从充电模式切换到放电模式。
电量计 ic 监控电池组的完全充电容量（根据老化和循环，电池可以容纳多少）。充满电的电池可以容纳的能量用于计算/预测关机容量。每当测量到电池电压在满电压的 85% 以内（大于 4.0 v），并且当它看到平均充电电流低于终止电流时，它就会检测到完全充电的情况。
不幸的是，当用户在不合时宜的时间打开屏幕时，电量计 ic 会将充电节流（由单独的充电器 ic 引起）检测为充满电的情况。平均充电电流降至 0 ma，因此电量计假定电池已充满。然后，当屏幕关闭时，充电恢复，电量计最终计算出电池的能量比预期的要多。
结果是，当系统后来被拔掉并放电时，对完全充电容量的错误估计导致系统断电并立即关闭，即使用户被告知还有 20% 的能量剩余。防止这种情况需要仔细调整参数、良好的测量算法、充电器和测量电路之间的协调以及系统用例的良好设计。
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使用电池有效运行是移动设备的核心要求。良好的电池供电行为对于产品的成功至关重要。电池供电操作围绕三个主要方面：
精心调校的系统功耗
适当的电池充电
电池状态的准确燃料或电量计预测
对于移动设备，调整系统功耗首先要定义设备用例并对其各种模式下的功耗进行建模。通常这包括设备未使用时的低“静态”挂起状态，以及在不同模式下运行时的各种动态管理的电源状态。
在系统设计和实施工作方面，电池充电和电量监测方面经常被忽视或低估。特别是对于消费产品，充电或电量计量的边际故障会导致客户不满。诸如在 0.1% 的插件上无法检测到充电器类型，或产品在指示剩余 15% 电量时突然断电等问题，在您出货一百万台时对您的产品声誉造成灾难。它还导致显着的客户支持成本。设备过热时无法停止充电等问题甚至会带来危及生命的安全（和责任）问题。
这些方面都需要从头开始仔细的系统设计，无论是在硬件还是软件方面。此处的目标是强调充电和电量监测遵循 80/20 规则：获得 80% 的功能需要 20% 的努力，但剩余 20% 的“最终润色”需要 80% 以上的努力。仔细的初始设计，例如在 snapdragon open-q 系列开发套件中，提供了一个良好的开端。
电池选择：化学
许多参数和特性会影响选择合适的电池技术。首先是电池本身的化学/技术。大多数人都熟悉能量密度（图 1）。各种锂化学物质是这里的领导者，每单位体积或重量的能量最高。这些将是许多电子消费设备的明显选择。
虽然很重要，但能量密度可能不是唯一的决策者。温度可能是充电/放电的重要因素。锂电池通常不应在 0°c 以下充电，一般规定在 45°c 左右停止充电。一般来说，它们不应该在 60°c 以上运行，并且它们包含一个永久热熔断器，以防止在其他安全预防方法失败时发生灾难性的热失控。60°c 似乎超出了设备的正常运行范围，但在热车的座椅或仪表板上，几分钟内即可轻松达到。户外使用的消费产品也可能面临低温限制的挑战，需要仔细的系统设计。
除了温度之外，电池内部阻抗和释放能量的速率也会影响您的电池选择。在需要短暂的大电流（如大于 4c）的情况下，基于镍或铅的另一种化学物质可能更合适。一个例子可能是电动工具或带有大显示器的系统。
锂是消费类移动应用中最常见的化学物质，各种阴极化合物可用于不同的特性和电池形状、灵活性和配置。锂在电压与充电状态、内部阻抗行为以及存储的能量和电压随温度的变化方面具有细微不同的特性。电量计芯片制造商将这些称为“黄金参数”，并将对任何电池类型进行仔细表征，以确定在为该电池设置电量计时要使用的适当值。
收费
对于特定的电池化学成分，将有一个适当的范例来为该电池充电。对于基于锂的化学物质，该方法涉及三个特定阶段：预调节、恒流和恒压充电阶段。
如果锂基电池放电超过特定的低电压，例如通过直接连接到像灯泡这样的电阻负载，它们可能会永久损坏。为了防止这种损坏，大多数锂电池组将包含一个小型保护电路 pcb，其中包含一个低压切断电路。当电池电压低于 ~2.5 v 时，保护 fet 打开，电池端子的视在电压降至 0 v。
在这种情况下为电池充电之前，有必要通过施加小的涓流充电电流（通常为 100 ma）对电池进行“预处理”。要检测是否连接了电池，请施加此电流几分钟，然后断开电流并检查电池电压。此过程应继续进行，直到电池达到电池供应商指定的最低调节电压，通常为 2.8 至 3.0 v。
请注意，大多数充电器设计允许部分或全部外部提供的充电器电流为系统供电（也称为“旁路”），而不是作为充电电流直接流入电池。除非您的系统可以完全依靠外部电源运行（启动和运行软件），否则这种没电电池的预充电必须完全由充电器硬件本身管理。
到达恒流充电段后，充电电流可升高，通常最高可达1c左右。该电流（以 ma 为单位）大致相当于电池的额定容量（以 ma 小时为单位）。较新的化学物质可以允许更高的充电电流（因此更短的充电周期），尤其是在充电过程中的电池温度得到仔细控制的情况下。在这部分期间，电池的电压将缓慢上升。最大充电电流将影响您对外部充电器、电缆、连接器等的选择。
充电电流随温度的控制是多个安全标准的主题，包括 ieee 1725 和 jeita。如果在高温下承受过大的负载电流，充电器电路本身可能会损坏，因此充电器电路通常包含基于芯片温度的热控制节流。然而，更重要的是，如果在高温下充电（或以大电流放电），锂基电池可能会遭受灾难性的热失控。
为防止发生火灾和熔毁的风险，电池通常包含一个内部热熔断器，可在 90°c 左右的温度下永久禁用电池。在达到此阶段之前，系统必须在电池温度超过限制时关闭充电电流。电池制造商将提供温度限制，但这些通常规定在 60°c 以上或 0°c 以下不充电。过去，这些都是硬性的开关充电限制，但 jeita 标准（在日本是必需的，并且作为事实上的标准越来越普遍）具有基于电池温度的更复杂的充电电流降额曲线（图 3） 。
对充电电流进行这种细粒度的控制通常需要软件和硬件的结合，例如对充电阈值的驱动程序级调整。但是，仅仅依靠软件是不可能的。为防止电池过度放电并在高温下损坏其他组件，您的系统可能需要在炎热的环境中关闭，例如热车。在没有软件运行或软件故障的情况下，应防止启动和充电。请参阅 ieee 1725 和 ieee 1625，了解该领域的安全关键要求。
电池的温度通常由专用热敏电阻监控，该热敏电阻通常集成在电池组本身内部，尤其是在电池与主电路有些隔离的系统中。不过，这可能会提高电池的价格，因此在没有内置热敏电阻的设计中，需要仔细的系统热设计。
充满电，终止电流
在恒流充电部分结束时，电池将接近其最大电压，大约为 4.1 至 4.2 v。此时，充电器必须将其施加的电压限制在其截止电压，而充电电流固有地缓慢减少。为这个恒压充电部分选择的电压会影响电池的寿命，当使用过高的电压时会加速老化。过低的恒定电压阈值会导致次优的满充电容量，因此在此进行权衡，通常选择 4.15 至 4.2 v 左右的电压。
如果受到永久性外部充电电压的影响，电池也会受到化学损坏，因此当充电电流低于某个阈值时，充电器会终止其充电周期并完全移除施加的电压。这个水平通常被称为锥形电流，是调整充电器电路时的另一个关键参数。
如果您的系统一直插在充电器上，当电池放电一定百分比的电量或电压时，电池将进行周期性的“充值”充电循环。充电系统应确保这些充值是迷你充电周期，具有恒定电流和恒定电压部分。
充电系统设计
系统充电电路通常是专用充电 ic，或者集成在系统的电源管理 ic （pmic） 中。当作为 pmic 的一部分包含时，充电系统设计可以定义一个主节点，所有系统电源都从该主节点获得。该节点可以由外部充电器旁路的电流供电，并且在某些设计中还包括同时从电池补充系统电流的能力。
根据系统电源负载，插入式系统可能会以高速率、节流速率（因为系统运行正在消耗大量电力）为电池充电，或者同时使用来自外部电源的所有电力电池放电。充电电流的模式示例和旁路/补充可以在图 4 中看到。
qualcomm snapdragon pmic 系列中的充电器子系统包括 smbb 技术，该技术可以将充电器电路转换为升压模式，为充电器电源节点产生 5 v 电压，为高耗电相机闪光灯 led 供电。
usb type-c 包含一个供电规范，可通过专用充电器协议通道协商更高的充电器输入电压，以实现更快的充电。高通支持多种快速充电技术和技巧，包括基于充电电压协商原理的智能协商最佳电压（inov）。提供更高的输入电压将提高功率传输率，并可以大大减少充电时间。
气体计量
成功的电池供电系统的最后一个组成部分是能够在任何给定时间测量系统电池中剩余的能量。这被称为气体计量。为了成功进行测量，对于用户而言，重要的是您的系统不会意外死机，同时最大限度地发挥电池的能量。让您的系统因低电压而突然出现故障既烦人又危险，可能会导致数据损坏或丢失。一些设备，例如带有电泳电子墨水屏幕的设备，在电池实际上没电的情况下似乎已打开，从而导致用户困惑、投诉或客户支持电话。
测量电池中的能量有两个基本原则：将电池电压映射到当前的充电状态，以及“进必出”。后者听起来很简单，被称为库仑计数。电路集成了流入/流出电池的电流，以保持对电池中电荷（以及能量）的测量。这在实践中存在挑战，包括：
确定电池的初始充电状态
由于内阻和泄漏导致的电池自放电
由于内部电池阻抗，放电过程中的能量损失
始终准确测量放电，包括系统断电时的小泄漏，以及大型子系统通电或断电时短尖峰中包含的能量
将电池电压映射到其充电状态也有其挑战：
充电状态电压因电池化学成分而异（见图 5）
电池电压取决于电池的内部阻抗：在大电流负载下电压降可能很大
充电或放电引起的滞后：电压可能高于或低于开路“松弛”值，具体取决于达到充电状态的方式
开路电压随温度升高而降低
由于这些挑战，仔细跟踪电池的阻抗对于有效的电量监测至关重要。该阻抗随电池条件（如老化和充电/放电循环计数）而变化，因此为了获得最大准确度，会为特定电池保持阻抗指纹。这意味着当电池更换时（例如，如果您的系统有一个用户可访问的电池组），您的系统必须识别并重新评估新电池组的情况。
总体而言，有效的气体计量需要将开路电压测量与库仑计数相结合。开路电压（在非常低的系统放电电流下测量，例如在暂停或睡眠状态期间）根据电池已知化学成分的标准配置文件转换为充电状态，如图 5 所示。
开路电压测量可以提供电池充电状态的相当准确的点值，特别是如果系统已经静止（或放松）一段时间，允许充电或放电的任何滞后消退。此测量有助于绘制电池的最大充电容量与其出厂默认最大充电容量的关系。随着时间的推移，最大充电容量将下降，因为电池能够容纳的电量越来越少。
因为您的系统用例可能通常不允许有效测量开路电压（例如连续变化的系统电流负载），所以库仑计数用于跟踪活动期间的能量增加或减少。这可以与电池内部阻抗的知识相结合，以通过电池电压跟踪充电状态。
气体计量系统设计
要有效地做到这一点，要么需要复杂的驱动软件，要么利用半导体制造商的知识和开发努力，这些制造商设计了气体计量硬件和固件来有效地实现这些算法。这可以通过将电量计量设计到电池组本身来完成；作为电源子系统 pcb 上的分立式电量监测芯片；或作为系统 pmic 的集成组件。
涉及最少系统集成工作和通常较少集成问题的一种是包装内测量。它还具有许多明显的优势，包括易于跟踪每个电池组的老化数据和阻抗，易于电池没电充电和启动（因为可以在低级引导加载程序软件中轻松地从电池组中检索电池容量），并且系统集成和调试工作量非常低。但是，电池组的 bom 成本可能很高。
分立式气体计量芯片解决方案（如图 6 所示）可提供出色的计量性能，并可根据窗口平均系统功耗提供对参数的访问，如空载前的分钟数。德州仪器 （ti） 等供应商的解决方案封装了阻抗跟踪等复杂算法，并提供可定制的功能，例如确保报告的充电状态尽可能接近单调递减。（如果在系统放松期后剩余容量突然从 10% 跃升至 20%，最终用户可能会感到困惑并导致投诉）。正如我们将看到的，电量计与充电器 ic 的分离有时会导致一些棘手的边缘情况。
使用高度集成的系统 pmic 作为充电器/电量监测计组合解决方案可以实现完全定制，并且可以提供最低的系统 bom 成本、组件空间和 pcb 复杂性。包含经过道路测试的驱动程序软件的解决方案有助于减少软件开发和调整工作，尤其是当您密切关注参考设计时。
配对的片上系统和 pmic 解决方案，例如高通公司高度集成的 snapdragon 处理器系列，为充电、计量和系统电源转换提供了丰富的功能集。它包括驱动用户反馈 led 的能力（对电池没电充电很有用）、内部电池升压技术以及电源输入的内置过压保护。qualcomm 的 apq8016 及其 pmic pm8916 被设计到 intrinsyc 的 open-q 410 som 和参考载板上，为充电和计量解决方案提供 bsp 支持。这减少了选择电池和电源用例所需的调整的集成工作量。
气表参数定义
无论您使用分立式气体计量组件还是 pmic 集成解决方案，您都需要定义特定于您系统的气体计量参数。其中最重要的是系统的空电压。该电压源自系统的死电压，而死电压又由系统硬件定义。死电压是系统可以正常运行的最低电池电压。各种系统组件都会影响此决策，包括稳压器的输入规格及其降压或升压配置。在此死电压之上，您需要考虑电压输入的容差、温度变化、测量误差以及组件打开或关闭时发生的尖峰。最终结果将是您的系统必须立即关闭的安全空电压（参见图 7）。
定义了系统的空电压后，您现在需要指定系统的备用容量。这是一个测量参数，最终定义了您的电池何时达到 0% 容量，何时您的系统应该干净地关闭。这确保了用户被告知系统关闭，并且不会发生数据损坏或丢失。储备容量以能量形式定义，并基于响应电池电量和执行关机所需的运行时间余量。采样延迟、提供反馈所需的时间、刷新数据存储和关闭都是此参数的输入。如果没有正确定义空电压和备用容量，您的系统将受到断电的影响，并意外死机。
总而言之，这里是系统充电/测量中复杂边缘情况的示例。该系统具有提供源系统旁路和充电电流节流的分立充电器 ic，允许外部输入电流为电池充电或为系统电源轨供电。分立式电量监测 ic 跟踪充电状态，并根据开路电压和库仑计数的组合来保持对电池完全充电容量的测量。
允许使用专用充电器 （1 a） 或 usb 电源（小于 500 ma）进行充电。当系统的 lcd 面板打开并播放视频时，系统电源需求约为 800 ma。在 lcd 关闭的情况下，电源要求小于 100 ma，因此可以通过 usb 电源（最高 350 ma）有效地为电池充电。当系统插入 usb 电源并打开和关闭屏幕时，电池将从充电模式切换到放电模式。
电量计 ic 监控电池组的完全充电容量（根据老化和循环，电池可以容纳多少）。充满电的电池可以容纳的能量用于计算/预测关机容量。每当测量到电池电压在满电压的 85% 以内（大于 4.0 v），并且当它看到平均充电电流低于终止电流时，它就会检测到完全充电的情况。
不幸的是，当用户在不合时宜的时间打开屏幕时，电量计 ic 会将充电节流（由单独的充电器 ic 引起）检测为充满电的情况。平均充电电流降至 0 ma，因此电量计假定电池已充满。然后，当屏幕关闭时，充电恢复，电量计最终计算出电池的能量比预期的要多。
结果是，当系统后来被拔掉并放电时，对完全充电容量的错误估计导致系统断电并立即关闭，即使用户被告知还有 20% 的能量剩余。防止这种情况需要仔细调整参数、良好的测量算法、充电器和测量电路之间的协调以及系统用例的良好设计。
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