充电电池电量计的工作原理分析

电池电量计对流入/流出电池的总电流持续进行积分，并将积分得到的净电荷数作为剩余容量。

简化的电池电量计如下所示。其中，RSNS为mΩ级检流电阻，RL为负载电阻。电池通过开关、RSNS对RL放电时的电流IO在RSNS两端产生的压降为VS(t)=IO(t)×RSNS。电量计持续检测RSNS两端的压差VS，并将其通过ADC转换为N位的数字量Current(简称CR)，之后以时基确定的速率进行累加，M位累加结果Accumulated_Current(简称ACR)的单位为Vh(伏时)。对量化后的VS进行累加相当于对其进行积分，结果为。

电池电量

因此，将ACR值除以检流电阻RSNS的阻值即得到以Ah(安时)为单位的电池容量。ADC转换结果和累加后的结果都带有符号位，按照图1中的连接方式，充电时CR为正，ACR递增；放电时CR为负，ACR递减。外部微控制器可以读取CR和ACR值，经过换算得到真实的充放电电流和电量值。

实际的电量计还包括一些控制和接口逻辑，通常还能检测电池电压和温度等参数。一些智能电量计可以自动完成电池自放电的修正，还可保存电池特性曲线，允许用户定制电池电量计算法。

检测普通锌锰干电池的电量是否充足，通常有两种方法。第一种方法是通过测量电池瞬时短路电流来估算电池的内阻，进而判断电池电量是否充足；第二种方法是用电流表串联一只阻值适当的电阻，通过测量电池的放电电流计算出电池内阻，从而判断电池电量是否充足。

第一种方法的最大优点是简便，用万用表的大电流档就可直接判断出干电池的电量，缺点是测试电流很大，远远超过干电池允许放电电流的极限值，在一定程度上影响干电池使用寿命。第二种方法的优点是测试电流小，安全性好，一般不会对干电池的使用寿命产生不良影响，缺点是较为麻烦。

笔者用MF47型万用表对一节新2号干电池和一节旧2号干电池分别用上述两种方法进行测试对比。假设ro是干电池内阻，RO是电流表内阻，用第二种测试方法时，RF是附加的串联电阻，阻值3Ω，功率2W。

实测结果如下。新2号电池E=1.58V（用2.5V直流电压档测量），电压表内阻为50kΩ，远大于ro，故可近似认为1.58V是电池的电动势，或称开路电压。用第一种方法时，万用表置5A直流电流档，电表内阻RO=0.06Ω，测得电流为3.3A。所以ro+RO=1.58V÷3.3A≈0.48Ω，ro=0.48-0.06=0.42Ω。用第二种方法时，测得电流为0.395A，RF+ro+RO=1.58V÷0.395A=4Ω，电流500mA档内阻为0.6Ω，所以ro=4-3-0.6=0.4Ω。

旧2号电池用第一种方法测量时，先测得开路电压E=1.2V，电表内阻RO=6Ω，读数为6.5mA，万用表置50mA直流电流档，ro+RO=1.2V÷0.0065A≈184.6Ω，ro=184.6-6=178.6Ω。用第二种方法，测得电流为6.3mA，ro+RO+RF=1.2V÷0.0063A=190.5Ω，ro=190.5-6-3=181.5Ω。

显然两种测试方法的结果基本一致。最终计算结果的微小差别是由于读数误差、电阻RF的误差以及接触电阻等多方面因素造成的，这种微小误差不致影响对电池电量的判断。如果被测电池的容量小、电压高（例如15V、9V叠层电池），则应将RF的阻值适应增大。