如何测量电池电量？

本人在做项目的时候需要对使用到的锂电池电量进行监控，出于时间考虑，这里我采用的思路是使用原装充电器对其进行充电，而不是自己研发充电器。

这里采用一个电量测量模块（例如库仑计）在外部对电池的电量进行监控，当电量低于预警值时，自动开始充电，而当电量高于预警值时，自动断电。这里的自动充电和断电是指打开和关闭充电器的动作。如下图所示：

在确定了如何来实现电池的自动充电方案以后，这里还需要做的就是如何测量电池的电量，经过查阅资料发现，测量电池的当前剩余容量一般有两种方法：

1、通过测量电池的电压来估算当前电量 电池在放电过程中，其电压会随着电池电量的降低而逐渐降低，因此这里可以通过测量当前电池电压来估算电池的电量。 根据上面的放电曲线可以看出，电池电压是随着电池电量的减少而逐渐降低的，但是这个关系并不是成比例的。也就是说电量减少50%时，电压并没有减半。因此要想根据电压来估算当前的电池电量，必须知道你所使用的电池的放电曲线。在有了放电曲线以后，可以提前将该曲线通过一个二维数组存储起来，当每次测得电池电压的时候，就可以对应着这个曲线去查表（查二维数组），然后便可以得到当前的电池电量情况。

即便如此，我们测得的电池电量还是和实际情况有较大的差异。因为在实际使用中，我们的电流大小一般是变化的，因此我们这里使用电压来估算电量，一定是在对电池电量不敏感的情况下方可使用，否则会产生较大的误差。

2、使用库仑计来测量电量 要想精确的得到电池当前还剩多少的电量，我们可以使用库仑计来测量。首先谈谈库仑计的工作原理： 举个例子： 当你在驾车时，如果想知道当前时速是多少，那么我们可以通过码表得知，如果想知道我们已经跑了多远了，那么可以通过里程表得知。那么里程表是如何得到我们所跑过的路有多长呢？有两种方式：一是直接通过编码器测量轮子所转过的圈数，然后乘以轮子的周长便可以知道我们实际的行驶里程。还有没有其他方式呢？当然有，我们知道，当车子匀速行驶的时候，里程=速度*时间，通过这个公式便可以通过当前的速度来得知我们的行驶里程。不过这里不是简单的速度乘以时间，而是对速度进行积分来得到里程。

那么对于库仑计也是类似的，我们可以通过测量一个采样电阻两端的电压，从而得到流经采样电阻的电流（这里的电流就类似于车子的当前时速），然后对电流做积分，就可以得到我们截止目前为止，所消耗的总的电荷量（也就是电量）。然后再通过剩余的电量除以额定容量，就可以得到当前电量的百分比，这种方式来测量电池的电量比较准确。

但是在使用的时候发现一个问题，使用库仑计来测量当前剩余电量时，是不能直接得到电池电量的！要使用库仑计来准确测量电池的电量，那么必须是在电池满电量时，库仑计就开始工作，然后随着电池的使用，库仑计一直在对流经的电流进行积分，从而得到当前已经消耗了多少电荷量。换句话说，库仑计测量的是电池电量的消耗量，是时间上累积的过程，而不是电池的剩余电量。

那么就有人要问了，那我们生活中的电池充电（手机、电动车、充电宝之类的）是如何测量当前剩余电量的呢？首先这一类的应用和我的项目背景是有差异的，我的项目是利用现成的充电器来进行充电，而使用外部模块来测量电量，然后再外部通过控制开关的形式来开启和关断充电器的电源。而对于前面说的这些电池充电，其库仑计是和电池做成一体的，因此库仑计从始至终都是在工作的，其内部的数据也不会丢失，放电的时候，可以记录消耗了多少的电荷量，同样，在充电时，也可以记录增加了多少电荷量，如下面的原理图，左侧是充电过程，右侧是放电过程。而在我的项目中，充电过程是没有流经库仑计的（购买的锂电池充放电接口是分开的），因此也就不知道流进电池的电荷量有多少。因此这种情况下是不能使用库仑计来测量当前电量的！！！ 本项目中有使用到库仑计，因此选择了一款测量范围高达60V的库仑计，由于该芯片的资料较少，因此这里将其datasheet翻译了过来，以供大家参考。

说明： 本人在做项目时需要用到电池电量管理的功能，由于没有找到现成的电源管理模块，查找到ADI半导体公司的LTC2944库仑计芯片满足我的使用要求，但是网上资料甚少，只有说明书，因此这里将原英文数据手册翻译过来，以方便使用，这里将该说明书开源，以方便有需要的小伙伴。

下载链接：LTC库仑计芯片使用说明书

1、该芯片可测量的最高电池电压为60V，通过IIC总线接口与主控板进行通信。

2、该芯片的使用相对来说较为方便，外围电路只需要一颗采样电阻，加几颗普通电阻和电容即可。

3、该芯片的使用主要是对于采样电阻和预分频系数进行选择，然后再通过IIC总线对其内部寄存器的数据进行读取即可。

4、由于我在前期对于库仑计中的 qLSB有些许疑问，因此在这里记录下来。

5、手册中的qLSB是指能够测量的最小单位的电荷量，也就是16位寄存器的最低位所表示的电荷量（即分辨率），因此通过qLSB可以知道，所能测得的最大电池容量为65535*qLSB。 这里注意一下，qLSB的值是通过采样电阻和预分频系数M计算出来的，即： 因此在实际项目中，不同的电池容量，不同的电流大小，所选取的采样电阻和预分频系数都是不一样的。

6、对于预分频系数的选择，可以直接使用说明书中的图表3进行选择，然后再反带回去计算采样电阻值。电阻值通过公式计算出来的是可选的最大值，准确来说是最佳值。因为电阻值越大，那么测量精度越高，但是有可能会使得16位寄存器溢出，如果电阻值太小，那么测量精度越低，可能会使得16位寄存器的利用率较低（即只使用了寄存器的低几位）。

7、源代码很简单，这里可以参考另外一篇博客：LTC2941库仑计的驱动 因为LTC2941库仑计和LTC2944的使用方法几乎是一致的，连寄存器的地址都一样，因此该博客是一个很好的参考，至于该博客汇总提到的IIC驱动有问题，可以自己借鉴正点原子的IIC驱动试验源代码进行修改。

若有不对的地方，欢迎大家指正交流。