電量計可通過兩種方式實現：主機端或電池端（參見圖3）。在主機端係統中，簡單的電池包連接到主機充電器，主機充電器中的應用處理器與連接到主機端的電量計IC進行通信。這種架構適合采用嵌入式電池的係統，或者使用壽命較短（僅需數年）的可拆卸電池係統，同時也適合成本敏感型應用。

圖3. 主機端（上圖）和電池端（下圖）電量計架構。

相反
，在電池端係統中
，電池包內置電量計IC。這種架構適合使用壽命較長的可拆卸電池係統。通過在電池包首次裝入手持設備時進行驗證，該方法還能有效實現電池的安全認證（詳見“通過驗證解決假冒偽劣問題”部分）。

傳統的電量計方法主要基於庫侖計數器
，即通過檢測電阻來測量充電和放電電流以估算電荷流量
，或者基於開路電壓(OCV)測量來估算剩餘電荷（例如，4.2 V對應100%電荷，2.8 V代表電量耗盡），或者結合使用這兩種方法（參見圖4）。這兩種方法各有缺點：庫侖計數器隨著時間的推移會積累偏置（參見圖5）
，需xu要yao在zai電dian池chi完wan全quan放fang電dian或huo無wu負fu載zai時shi進jin行xing誤wu差cha重zhong置zhi。電dian壓ya計ji設she備bei則ze依yi賴lai於yu電dian池chi的de開kai路lu電dian壓ya。然ran而er
，典dian型xing電dian池chi放fang電dian曲qu線xian呈cheng現xian平ping坦tan特te性xing，因yin此ci很hen難nan確que定ding開kai路lu電dian壓ya。此ci外wai，負fu載zai條tiao件jian對dui此ci也ye有you很hen大da的de影ying響xiang（參見圖6）。

圖4. 具有庫侖計數器和電壓檢測功能的電量計設備通用架構。

圖5. 庫侖計數器隨時間推移積累偏置誤差以及OCV測量後校正的示例。

圖6. 實際SoC與負載條件下依據電壓計設備中的OCV測量估算的SoC不一致，導致難以準確測量電池的開路電壓。

此外，庫侖計數器和電壓計設備本身不考慮內部自放電、電池老化或溫度，而這些因素都會顯著影響電池的充電狀態。

為了提高精度，需要更先進的傳感技術。例如，ADI公司的ModelGauge™係列通過使用兩種獨立的算法來準確評估電池的充電狀態，從而提供精確的電量計數據（參見圖7）：ModelGauge和ModelGauge m5。

圖7. 各種測試條件下的充電狀態誤差：ModelGauge（藍色）與傳統算法 （紫色）。

ModelGauge用百分比表示充電狀態。該算法在不斷開負載的情況下估算負載條件下的OCV。OCV使用實時仿真進行計算，以電池電壓作為輸入並結合電池的動態參數。該方法在0°C以上的溫度下提供良好的準確性。

ModelGauge m5是一種相當精密的算法，它提供的數據不僅僅是充電狀態，還包括絕對容量（單位為mAh）、電量耗盡所需的時間、充滿電所需的時間
、電池年限、壽命預測以及有關電池的其他詳細信息。該算法測量電壓
、電流和溫度。因此，它能夠在所有工作條件下實現準確測量，包括低溫或高負載等複雜的條件。該算法適用於主機端和電池端實現。

ADI提供大量帶有集成保護器和認證器的電量計設備，適合主機端（MAX1726x係列）和電池端設計 (MAX17201/MAX17211和帶自放電檢測器的MAX17300/MAX17310）。對於較大的2S節及以上電池
， ModelGauge (MAX17049)和ModelGauge m5 (MAX17261/MAX17263)均可用於集成充電器（線性：MAX17330/MAX17332或降壓：MAX77840/MAX77818) 
，以提供單芯片電池管理係統。

對於需要使用USB充電的設備，ADI提供AccuCharge®技術，利用標準USB BC1.2和更先進的USB-C功率傳輸(PD)新型充電技術，為電池充電提供完整的信號鏈。例如
，MAX77757和MAX77787提供符合JEITA充電配置的自動Type-C和BC1.2檢測。所有配置使用電阻或數字輸入引腳完成，並優先考慮電阻設置
，確保在電池電量耗盡的情況下正確啟動。所有USB檢測均已內置，圍繞這些設備設計的架構可實現無固件設計過程（參見圖8）。

圖8. 通過無固件設計過程，MAX77757/MAX77787等電源設備支持單芯片架構，從而實現標準USB Type-C (≤15 W)充電。

這些設備的集成度高，因此最終設計更加小巧、更加高效。例如
，通過改善熱管理
，係統可以更快
、更高效地充電，同時，外形尺寸縮小34%
，有利於實現緊湊的可穿戴設計（參見圖9和10）。

圖9. 得益於集成式設計和優化的熱管理，外形尺寸縮小34%，可支持實現緊湊的可穿戴設計。

圖10. 圖9所示的設計（基於MAX77757）提供出色的充電效率
，提升幅度約 為3.5%。

對於15 W以上的充電功率，ADI提供USB-C PD係統
，將MAX77958 PD 控製器與支持AccuCharge技術的 MAX77985/MAX77986 充電器（適用於1節電池）或MAX77960/MAX77961 充電器（適用於2節及以上電池）相結合。MAX77958 PD控製器提供完全兼容的USB-C PD3.0充電器控製、自動電纜方向和電源角色檢測功能
，以及用於控製充電器的I2C主接口（參見圖11）。

圖11. USB PD (>15 W)雙芯片架構的框圖。

MAX77985/MAX77986可提高USB-C PD電池供電設備的效率。考慮到手 持計算機和移動掃描儀中每天要多次更換電池包，高速充電意味著可減少停機時間。內置高效、集成控製器和充電器的充電設備可通過USB-C PD實現高性能充電。這樣一來
，電池包充電速度加快，而溫度卻不會升高
，從而盡可能減少電池壓力
，大幅延長電池工作壽命（參見圖12）。

圖12. 高性能充電器可加快電池充電速度
，並保持適宜的溫度，從而降低電池壓力並大幅延長電池工作壽命。

通過這些架構，OEM可以提高使用單節鋰電池和多節電池（適合較高電壓用例）的應用效率（參見圖13）。

圖13. 基於USB-C的完整1S和2S節及以上電池充電架構。

通過驗證解決假冒偽劣問題

設(she)計(ji)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)設(she)備(bei)時(shi)，防(fang)止(zhi)假(jia)冒(mao)偽(wei)劣(lie)是(shi)必(bi)須(xu)要(yao)考(kao)慮(lv)的(de)一(yi)個(ge)重(zhong)要(yao)問(wen)題(ti)。各(ge)行(xing)各(ge)業(ye)都(dou)需(xu)要(yao)大(da)量(liang)高(gao)價(jia)值(zhi)的(de)電(dian)池(chi)，因(yin)此(ci)對(dui)造(zao)假(jia)者(zhe)而(er)言(yan)，電(dian)池(chi)是(shi)一(yi)個(ge)有(you)利(li)可(ke)圖(tu)的(de)目(mu)標(biao)。假(jia)冒(mao)電(dian)池(chi)的(de)製(zhi)造(zao)標(biao)準(zhun)通(tong)常(chang)不(bu)高(gao)
，因(yin)此(ci)
，它(ta)們(men)發(fa)生(sheng)內(nei)部(bu)短(duan)路(lu)的(de)風(feng)險(xian)更(geng)高(gao)，危(wei)險(xian)的(de)短(duan)路(lu)會(hui)造(zao)成(cheng)熱(re)失(shi)控(kong)，產(chan)生(sheng)連(lian)鎖(suo)效(xiao)應(ying)
，導(dao)致(zhi)冒(mao)煙(yan)或(huo)火(huo)災(zai)事(shi)件(jian)（參見圖14
、15和16）。

圖14. 假冒電池內部短路會導致熱失控
、冒煙和火災。

圖15. 電池過度充電導致熱失控而引起的退化階段。

圖16. 利用主機端驗證器的電池驗證過程
，可有效防止使用不安全的假冒電池。

智(zhi)能(neng)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)計(ji)電(dian)路(lu)可(ke)提(ti)醒(xing)係(xi)統(tong)發(fa)生(sheng)內(nei)部(bu)短(duan)路(lu)並(bing)切(qie)斷(duan)電(dian)池(chi)，從(cong)而(er)避(bi)免(mian)潛(qian)在(zai)問(wen)題(ti)。此(ci)外(wai)，帶(dai)有(you)電(dian)池(chi)端(duan)智(zhi)能(neng)電(dian)量(liang)計(ji)的(de)係(xi)統(tong)可(ke)以(yi)使(shi)用(yong)電(dian)量(liang)計(ji)來(lai)驗(yan)證(zheng)電(dian)池(chi)真(zhen)偽(wei)。電(dian)池(chi)和(he)設(she)備(bei)共(gong)享(xiang)一(yi)個(ge)密(mi)鑰(yao)
，使(shi)電(dian)池(chi)能(neng)夠(gou)在(zai)安(an)裝(zhuang)時(shi)向(xiang)設(she)備(bei)驗(yan)證(zheng)其(qi)真(zhen)實(shi)性(xing)。如(ru)果(guo)確(que)定(ding)電(dian)池(chi)未(wei)經(jing)認(ren)證(zheng)，設(she)備(bei)可(ke)以(yi)阻(zu)止(zhi)運(yun)行(xing)並(bing)避(bi)免(mian)使(shi)用(yong)假(jia)冒(mao)電(dian)池(chi)可(ke)能(neng)引(yin)起(qi)的(de)潛(qian)在(zai)安(an)全(quan)問(wen)題(ti)（參見圖16）。

結論

ADI提供大量高精度電池電量計設備
，這些設備具有附加電池保護和驗證功能
，並使用160位密鑰進行SHA-256安全驗證

，以防止電池克隆。電量計IC會先在工廠使用安全密鑰進行編程

，再發運給電池製造商進行電池包的最終組裝。