本文探讨锂离子电池燃料表如何才能够高精度和低成本兼得。电池燃料表的剩余电量显示类型可以是低耗电的LED指示灯，也可以是较为高级的时钟显示方式，能够告诉用户电池还能工作多长时间。

燃料量测计算：电压方式与电流方式

　　燃料量测的精度取决于电池使用量和剩余蓄电量的计算方法：即采用电压方式还是采用电流方式计算电量。

　　在基于电压的燃料量测中，一块含有比较器电路的芯片负责监测原电池的电压。随着电池容量的下降，电压也下降。通过测得的电压降可计算出剩余的电池容量。

　　虽然利用电池电压与容量之间的关系能够得到一种廉价的燃料量测方法，但是不断变化的温度和放电率所产生的影响会使这种方法变得很不可靠，因此，利用电压测量结果来作为电池容量的指示的出错率可能很高。

　　电压量测方式的总误差可通过对以下三个环境因素的偏差加以相应补偿的方法得到校正，这三个环境因素就是温度﹑放电率和电压电平。然而，这样做需要增加额外的电路，成本也就随之上升了。

　　人们更多采用的是基于电流的量测，至少在原理上它得到了更为广泛的应用。该方法需要精密的模/数转换电路和一个低阻值的高精度感测电阻，以便在源自电池的电源通路上产生一个较小的压降。

　　电流流入电池以及从电池流出时均由感测电阻进行测量，测量结果按时间顺序累积在存储器中并被用来确定电池的剩余容量——事实上是以安培/小时的形式提供出电池剩余的供电总量。

　　尽管基于电流的量测一开始比基于电压的方法复杂一些，但更高的精度却是其固有特性。未经校正的电流量测的受控试验表明其出错率约为10％，误差源于上面提及的两个环境因素：温度和放电率。与电压量测的误差校正相比，在非常低的成本条件下，电流量测的误差校正能够实现更高的精度。

为提高燃料表精度而进行的设计

　　影响电池功率的参数因位置和应用的不同而不同：而且每个原电池也不同。由于需要测量动态的环境温度和放电率，每个原电池还必须就应用所期望的环境温度范围和电流消耗进行特性化处理。

　　如图1所示，电池容量随温度的上升而增加，因此，原电池电流耗用程度是在不同的温度条件下确定的，而且确定的是有效和待机操作状态下的电流耗用程度。然后，确定与温度和放电率有关的“全点”(full points)和“空点”(empty points)。这些特征数据点随后被保存在非易失性存储器中(事实上，在电池组内对原电池间的变动进行了平均处理)。

　　电流流入和流出电池组时被测量和累积，并与存入值相比较。处理器运用一种相当简单的软件算法来计算剩余的电池容量(以百分比的形式给出)。

下面的公式就是计算一个原电池的全点的例子：

全值(28℃) = (全20℃)+[(28－20)/10]×(全30℃－全20℃)

　　空点的计算方法完全相同，只是需要确定将采用的放电率特征数据(有效或待机状态)。这样就可通过确定全点和空点之间的电流测量位置的方法来计算电池容量(以百分比的形式给出)。计算公式归纳如下：

全值=全(温度)，

空值=待机空(温度)或有效空(温度)，

电池容量=[(电流测量值－空值)/(全值－空值)]×100

　　请注意这里并未对锂离子电池的自身放电做特殊的考虑，原因是在室温条件下锂离子电池的自身放电<5%/月。本算法对此以及任何其他误差源进行了校正，方法是：在全放电之后复位至空值，在全充电之后复位至全值。

量测方法之争

　　早些时候我们注意到，从原理上讲，基于电压的量测比基于电流的量测要简单。但是，从实现高精度所需的校正技术角度来讲，这种原理上的差异正好颠倒过来。对基于电压的量测所进行的校正需处理三个变量，而对基于电流的量测只有两个变量。因此，基于电压的量测需要更多的非易失性存储器以存储全特性化的全点和空点。

　　而且，与两变量公式相比，三变量公式的复杂性按指数律增加，从而需要耗费更多的处理时间和电能。存储器数量的增加以及对处理器资源的需求使得采用基于电压量测的燃料表的产品的总成本大幅度上涨。因此，若综合考虑成本和精度，则基于电流的量测优于基于电压的方法。

　　即使采用业已验证的更好的量测方法，何处是安放电路的最佳位置？燃料表的测量和计算是应该在电池组内部进行，还是在主处理器中进行，或是由这两者分担？

两个领域的最佳

　　一些非常复杂而精确的燃料表在电池组内部进行参数测量和过程计算。由于量测处理器增加了电池组的成本和体积，故这种结构往往应用于较大的、价格较为昂贵的产品(比如笔记本电脑)。

　　主机产品的制造商可以采用另一种方法，即直接把电池燃料表设计在主处理器之内以节省空间、降低电池组的成本并减少元器件的数量，但这样做也有不足之处。温度不再是电池组内部检测，使得计算的精度有所下降。每当拆卸电池组时，电池组专用的数据存储器就与电池组分开了。

　　再者，流经主机触点的信号必须屏蔽以确保误差不会被引入电流或电压测量。此外，主机和电池组之间所需的触点数量将增加系统成本，至少与单线触点接口相比是这样的。简而言之，把燃料表置于主机之内可降低电池组的成本，但制造主机产品的成本将会增加，并影响到设计效率和量测精度。

　　Dallas Semiconductors公司正式提出了一种燃料表设计方案，它将监测电路安放在电池组内部，而由主处理器负责计算。这种结构(见图2)把电池组专用数据集中在最重要的地方并使电池组专用非易失性存储器与电池组相关联。

　　同时，调整现有处理器的容量避免了因一个仅用于电池组的冗余处理器所带来的成本、重量和占用空间的增加。如需了解更多有关锂离子电池燃料量测(包括软件算法和元器件)的信息，可查阅Dallas Semiconductors公司的网站http://www.dalsemi.com上的“电池管理”部分。