微控制器可透過ADC檢測電壓來監控電池電量

我們一般透過檢測電壓來判斷鋰電池的電量。單節鋰電池標稱電壓為3.7V，充滿電壓為4.2V。電壓大於等於4.2V我們認為電量為100%，電池電壓等於3.82V時認為電量為50%，電池電壓小於等於3.0V時認為電量為0%。當然不同的鋰電池是有差異的，需要根據鋰電池的規格來定。

要監測電池電量就離不開ADC，如果微控制器本身有ADC就簡單了，沒有ADC的話可以外接一個ADC晶片。

鋰電池電壓測量電路設計

首先，需要設計一個用於測量鋰電池電壓的分壓電路，為了省電，我們可以設計一個帶開關的電路，在需要測量電壓的時候再給分壓電阻供電，如下圖，當EN_CHK_V為低電平時，Q3截止，關斷分壓電阻的供電；需要測量電池電壓時，EN_CHK_V設定為高電平，Q3導通，微控制器的ADC通道（CHK_V）就可以檢測電壓了。

大家可能問，為什麼要分壓呢？為什麼不直接測量電池的電壓？這與微控制器的參考電壓有關係，不分壓的話，電池電壓高於參考電壓就沒法測量了，大家繼續往下看就明白了。

ADC檢測電壓，需要有一個參考電壓基準或者參照電壓

任何測量，都需要有一個參照或者參考，ADC測量電壓也不例外。假如參考電壓為2.5V，那麼ADC測出滿量程就是2.5V了。因為鋰電池的電壓在3.0V~4.2V間變化的，所以比較適合用LDO或者TL431設計一個2.5V的參考電壓。鋰電池的電壓經過上面的分壓電路後，最大測量值就不會超過2.5V這個參考電壓了。

如果微控制器的ADC是12bit，那麼滿量程為0xFFF（4095）=2.5V，電壓計算如下：

0xFFF / AD值 = 2.5/VV = (2.5 x AD值) / 0xFFF

當然這個測量出來的電壓值是經過電阻分壓的，大家還需要按分壓比例算出真正的電池電壓值，得到鋰電池的電壓值，就可以按照電量與電壓的對應關係，計算得到鋰電池的電量。

如果微控制器內部有參照電壓，就更為簡單的。以STM32系列的微控制器為例，STM32的內部有一個參照電壓VREFINT，相當於一個標準電壓測量點，它和ADCx_IN17連線，這個參考電照與參考電壓是不一樣的哦。有了這個參照電壓，即使鋰電池的電壓發生變化，也可以透過參照電壓計算出真實的電壓值，在測量鋰電池電壓值之前，我們需要先讀出參照電壓的ADC測量數值，記為ADrefint，再去讀出鋰電池電壓ADC數值，記為ADchx，則要測量的電壓為：

Vchx = Vrefint * (ADchx/ADrefint)其中ADrefint是固定值，需要檢視對應微控制器的規格書。

如果你用的是STM32有微控制器，可以去了解一下內部參照電壓的使用哦。

測量鋰電池電量網上有幾種方法。常用的有兩種可以較準確計算電量。

1.電壓對電量的查表法。

優點：方便，容易程式設計實現。

缺點：不適合所有鋰電池，採集的電壓波動容易造成電量變化大。

2.使用庫侖計計算電量法。

優點：準確，實時展示鋰電池的電量。

缺點：有數學模型，有較多的知識點需要掌握，程式設計實現有難度。

電子產品，尤其是需要隨身攜帶的電子產品都會用到鋰電池，會需要對鋰電池進行電源管理，會涉及到鋰電池充電，放電，電壓檢測過程。

電池電量硬體檢測。

我們設計的產品，因為對電池電壓的精度要求不高，都用微控制器內部ADC，參考電壓也採用系統LDO給微控制器供電的電壓，一般來說，3.3V作為參考電壓即可。

對鋰電池的電壓檢測，因為鋰電池電壓最高可以到4.2V，如果外接充電器甚至達到5V或者6V電壓，而微控制器滿量程是3.3V，所以一般使用串聯兩個電阻進行分壓，微控制器採集分壓電阻端的電壓在進行分壓比例，計算出鋰電池的電壓值。

軟體ADC採集部分，每個微控制器的配置各不相同，精度也各不一樣，這裡假設12位ADC進行公式計算，12位ADC共4096階，假設分壓電阻是兩個100K電阻，如果採集到的ADC值是1234，那麼採集到的電壓值是： 2345乘3300mV，再乘以分壓的係數2倍，再除以4096階數，求得電壓值是3778mV。

公式：電池電壓=(當前採集值*分壓值*參考電壓)/ADC分階數。

電池充電管理晶片選型

其實充電晶片品牌極多，我們在設計選型時，常常考慮 晶片穩定性，充電電流大小，充電電壓範圍，以及晶片成本來進行綜合考慮。

我們可以使用聖邦微的SGM4056，如果電池容量不大，可以控制在350mV以內，此晶片還可以提供充電充滿後反饋引腳。給微控制器判斷是否充滿。

微控制器軟體對鋰電池的管理

微控制器在軟體的電池採集管理與分析過程中，需要能夠區分，未充電，充電進行中，充電滿。這三個大的電池狀態，怎麼區分呢？

鋰電池沒有充電時，微控制器系統沒有外接充電器，微控制器採集到的電壓是不會超過4.3V的。範圍在電池截止電壓~4.2V以內。當外接充電器時，檢測出來的電壓大於4.3V，則代表充電過程中。微控制器系統處於充電中，當充電管理晶片引腳的引腳電平發生變化，如變成高電平，則表示充電滿，每個品牌的充電反饋訊號有可能相同，請參考對應規格書。

在正常使用的放電過程中，還需要對電壓採集進行判斷，防止電壓過度放電損壞電池或者電池保護。一般選用3.4V作為門檻值，低於3.4V則觸發電池電量報警。具體資料需要結合產品特性來選定。