用微控制器简化电池充电状态的测量

　　从再生能源（如光电池面板或风力发电机）接收能量的系统一般会将能量保存在可充电电池中，再提供给负载。通常情况下，两个过程是同时发生的。对电池剩余电量的周期性评估可以保证延长电池的性能和寿命，同时控制电池供给负载的电流。电池的剩余电量包括前次计算的充电量，加上新增电量，或者减去消耗的电量。根据 Coulomb定律，可以用下式计算出累积充电量：

　　其中QACC是电池最新的累积电量，i表示在时间间隔Δt期间累积的电流量。

　　在不连续的情况下，该式变成

　　其中n表示在时间间隔Δt内电流Ik的测量次数。虽然Δt值可以任意选择，但选等于一小时的值比较方便，因为电池制造商标定容量的单位是安培小时。

　　为了简化微控制器的硬件，降低算术运算所需内存数量，可以将1小时划分为128个测量周期，并用寄存器移位方法完成公式中所需的分割。可以从32个电流采样取平均值作为每次充电测量值，采样值经微处理器内部ADC转换。一个ADC的输入通道用于转换充电电流，另一个ADC用于转换放电电流。因此，剩余电池充电量的公式就简化为 QREM=QPREV±QACC，其中QREM 是剩余电池充电量，QPREV是前次计算的充电量，加号表明是净充电，而减号则表明是净放电。

　　如图1所示，电路包括一个8脚的飞思卡尔(Freescale)公司(www.freescale.com)低成本MC68HC908QT2微控制器IC3。电流采样电阻R1两端的电压会根据电池充电还是放电而转换极性。IC2A和IC2B分别接成相同增益的非反相和反相放大器，用于检测R1两端的电压。非反相放大器IC2A只响应充电电流产生的正向电压，而对放电电流产生的负输入电压则提供零输出。反相放大器IC2B则只响应负输入，而对正充电电流提供0V。两个运放的输出都是正的，范围从0 V至约5V，从而简化了与ADC多路输入的接口设计。IC2采用德州仪器(Texas Instruments)公司(www.ti.com)的TLC277，它的优点是占用印制电路板面积小，并有低的输入失调电压。

　　确定了最低、最高期望的充、放电电流后，就可以计算出检测电阻R1的值和放大器增益G，公式如下：

　　其中IMAX是最大放电电流，VIN(MAX)是最大ADC输入。在本例中，最大充、放电电流均约为1A。

　　因此，对1A充电或放电电流和最大ADC输入为5V时，可以选择0.5Ω的R1，增益为10或100。一旦计算出了电池的充电能力，就可以通过单线接口SIP、I2C、CAN（控制器局域网络）或其它工业标准方法，将数据发送给主控处理器或其它目标（参考文献1）。为使电池寿命最长，可以用微处理器的输出来控制外部负载吸入的电流。

　　制造商一般交付充满电的铅酸电池，这是为了防止出现硫酸铅沉淀问题，本设计假定一块电池开始时处于满充电状态。如要将此电路用于铅酸电池以外的其它化学性质电池，必须修改电池最大可充能量值，该值保存在一个专用的硬件寄存器内。

参考文献
1. Raynus, Abel, "Single wire connects microcontrollers," EDN, Oct 22, 1998, pg 102, www.edn.com/archives/1998/102298/22di.htm#single.