手机锂离子电池参数智能校正算法思考

 

手机电池的种类比较多，常用的有锂离子电池和镍氢电池等。锂离子电池和锂电池是不同的概念，通常我们说的锂电池其实指的是锂离子电池。锂离子常被简称为锂电池，但其实锂电池和锂离子电池是两个不同概念，这里不去研究他们的不同，一律统称锂电池。人们常常认为锂电池是没有记忆效应的，这是厂商的误导。锂电池仍然有记忆，只是远比镍氢电池轻微而已。如果长期采用没事儿就充电的方法，锂电池也会出现严重的记忆效应（所谓记忆效应，就是电池储存的电量越来越难以释放放出来，对外表现就是充满电的电池的使用时间越来越短）。

即使按最科学的方法使用锂电池，锂离子仍然会随着时间的增长而出现记忆效应。这主要是由于氧化引起的内部电阻增加，当电解槽电阻达到某个值，尽管这时电池充满了电，但电池却不能释放已储存的电量引起。而且最重要是锂离子电池也有使用寿命，锂离子电池一般能够充放300－500次，一旦电池下了生产线，时钟就开始走动。不管你是否使用，锂电池的使用寿命都只有两到三年，之后虽然还能使用，但已经很难令人满意。

由于用户使用不善和电池自然寿命等原因，为电池管理软件开发带来了一定的麻烦。反应在手机上，就是我们很难准确的写出直观反应当前电池待机时间的程序。而且锂电池放电过程并不是一个均匀递增或者递减的的曲线，而是如下图一样的曲线。

从图中可以看出，满电池开始的部分很不耐用，中间的部分很耐用，到了快没电的时候又很不耐用了，而且这放电过程还受周围环境温度的影响。如果我们按均匀的放电原则设计手机电池管理程序，就会发现电池满格的那格电很不耐用，中间的的二格电很耐用，最后的一格电也很不耐用，这是我们许多设计电池管理程序的人常常被客户投诉的一个原因，电量显示不准。但是如果我们使用非均匀原则为客户设计电池管理程序，把四格电的待机时间精确的一样，又会出现另一个问题，随着电池老化程度加大，中间两格电的待机时间也会慢慢缩短，这样就会让客户发觉中间两格很不耐用，第一格与第四格相差很多。

电池电量的显示也无法非常的精确，由于充放电曲线也不是绝对平滑的，在毫少级下其实表现为不规则的震荡波，所以为了更准确的反应电池电量，一般会设置一个计数器，让放电或者充电过程中电压多次超过或者低于某个值，才会认定电压达到某个值。

 

锂电池放电需要注意几点：第一，放电电流不能过大，过大的电流导致电池内部发热，有可能会造成永久性的损害。在手机上，这个倒是没有问题的，可以不考虑。第二，绝对不能过放电！锂电池最怕过放电，一旦放电电压低于2.7V，将可能导致电池报废。好在手机电池内部都已经装了保护电路，电压还没低到损坏电池的程度，保护电路就会起作用，停止放电。

锂电池的充电方式是限压横流方式。充电开始时，应先检测待充电电池的电压，如果电压低于3V，要先进行预充电，充电电流为设定电流的1/10，一般选0.05C左右（C一般用作充放电电流作参照，C是对应电池容量的数值。电池容量一般用Ah、mAh表示，如M8的电池容量1200mAh，对应的C就是1200mA。0.2C就等于240mA。）。电压升到3V后，进入标准充电过程。标准充电过程为：以设定电流进行恒流充电，电池电压升到4.20V时，改为恒压充电，保持充电电压为4.20V。此时，充电电流逐渐下降，当电流下降至设定充电电流的1/10时，充电结束。　一般锂电池充电电流设定在0.2C至1C之间，电流越大，充电越快，同时电池发热也越大。而且，过大的电流充电，容量不够满，因为电池内部的电化学反应需要时间。就跟倒啤酒一样，倒太快的话会产生泡沫，反而不满

下面这是充电曲线：

 

一般情况下电池大负荷工作后，减少负荷会出现电压回升现象，就是所说的“回电”现象。如下图，

这也是导致有些客户投诉电池的一个原因，打着电话，突然低电量关机了，再开机发现还有一格电呢，或者开机时零格电，待机过一会儿，竟然又有一格电了。

基于以上各种各样的原因，使电池管理程序变得十分难以准确，可以考虑使用智能电池管理。使用电池校正程序，自主校正参数，写入NV，供电源管理程序调用。具体原理就是在一次充满电放电过程中，记录下每次电压下降0.01V所消耗的时间。最后把这些时间合起来，根据电池格数计算每格电需要的理论时间，最后通过时间来计算各格电需要的达到的电压，并把结果写入NV做为电池管理的依据。为了达到近似的精确，许多时候我们需要在一定周期内重新校正，并且可以根据电池测试结果提示用户淘汰旧的电池，使用新的电池。

 

下面附上一些不完全的样例代码，把他添加到custom_cfg_vbat_level_convert，就能实现电量监控和记录，很早写的代码，未完全测试，了解原理又有兴趣的朋友可以自己试着完善。

#if 1 

#include "app_datetime.h"

typedef struct my_bat_adjust{

       applib_time_struct time;

       kal_int32 bat_value;

}myba;

myba g_my_bat[100];

 

kal_int8 g_arr_index = 0;

kal_int8 my_get_bat_value( kal_int32  vbat)

{

       applib_time_struct mytime;

 

       if (g_arr_index == 0)

       {

              applib_dt_get_date_time(&mytime);

              g_my_bat[g_arr_index].bat_value = vbat;

              memcpy(&g_my_bat[g_arr_index].time, &mytime, sizeof(applib_time_struct));

              g_arr_index++;

       }

       else

       {

              if ((g_my_bat[g_arr_index-1].bat_value/10000)-1 == (vbat/10000))

              {

                     applib_dt_get_date_time(&mytime);

                     g_my_bat[g_arr_index].bat_value = vbat;

                     memcpy(&g_my_bat[g_arr_index].time, &mytime, sizeof(applib_time_struct));

                     g_arr_index++;

              }

       }

}

#endif

该文章的一些电池计算和研究的图表数据参考自

http://www.xker.com/page/e2009/0611/72423.html

这里表示感谢。