大多数手持设备使用碱性或可充电电池，因此测量电池容量是这种设计的一个关键特征。然而，在大多数情况下，对于预算紧张的项目，使用电池监控IC可能是一种奢侈。这是一个更简单、更便宜的选择。
现在，即使是最便宜的微控制器也经常包括内部模数转换器(ADC)模块，并且该模块由于其(相对)低分辨率和高噪声水平而从未被使用过。然而，其中一个未使用的内部ADC通道足以执行测试，以确定电池是否仍然可用。
检测电池状态的方法称为电化学动态响应(EDR)(参考。1)，并获得美国专利。Cadex电子的7，622，929号。
EDR通过施加负载脉冲并评估电池对攻击和恢复的响应时间，将负载下的电池状况与存储的与电池性能相关的参数进行比较。如图1所示，好的电池恢复特性强，接近耗尽的电池放电斜率高，恢复能力差。耗尽电池的响应出现这些差异的原因有很多，比如内阻增大。
图1比较了不同充电状态下电池对临时负载脉冲的响应，并显示了它们在EDR的差异。
利用EDR理论，对电池电压进行采样，找出特定时间(例如最大功耗发生时)的最小电池容量，就可以得到电池运行的信息。系统的初始启动时间(也称为问候)是测量电池健康状况的特别好的机会。在系统完全激活之前，电池电量似乎处于安全运行水平。但是，如果电池电量几乎耗尽，当系统达到最大容量时，电池电量可能会立即降至安全水平以下。该器件将在正常模式下启动，不执行EDR测试，但在第一个重负载下(即电压降至临界电池水平，如图1所示)将不受控制地关断。
EDR测试实现的简化硬件版本如图2所示。选择负载电阻来代表整个系统的负载，因此其电阻值可能因系统而异。生成此处所示数据的系统需要10的电阻值。电阻R1和R2用作电池电压(Vcc)测量的分压器，而升压电路可以确保ADC的基准电压保持恒定，即使在测试期间电池电压下降。电阻器R3是开关晶体管的下拉电阻。
图2这个简化的示意图显示了EDR测试实现的总体设计。
测试系统在设定的时间段(大约200毫秒(msec))内对电池电压进行采样。在固件的控制下，MOSFET仅在测量周期的一半开启，然后关闭。这样，系统可以测量满载时的电压和最小负载时电池的恢复响应。(时间周期可以在固件里更改，但是我发现200ms足够全面评估电池容量了。)测量完成后，可以通过UART链接读出结果。
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在为演示EDR而构建的示例系统中，我使用了两节AA碱性电池，最大Vcc为3.2V。升压Vdd设置为恒定的3.6V。该系统通常消耗55毫安(mA)，但在满载时消耗127 mA。用测试系统时获得的示波器描迹好电池(图3a)和坏电池(即耗尽的电池(图3b))显示了欠载电压的差异可能有多大。
图3电池电压的负载测试显示，充满电的电池(A)和几乎耗尽的电池(B)的响应之间存在显著差异。
我在一些项目中使用的实例设计是基于STM32F303微控制器，其固件是使用KEIL IDE用C编写的。固件可以在这个GitHub页面上找到。
测试代码的流程图如图4所示。UART收到S 字符，它将执行测试。ADC采样频率设置为250 Hz，如前所述，测试周期约为200毫秒。
图4EDR测试代码开启负载，采样时间为测试时间的一半，然后关闭负载，完成采样周期。
这段代码只测试和收集数据。有许多处理数据的选项。在最简单的情况下，你可以检查数据的最小值，并将其与系统的安全工作电压水平(也称为临界水平)进行比较。如果在测试期间电池电压接近临界水平，则系统用户可以被警告是时候更换电池了。
可以编写更全面的算法来精确地确定电池工作状态，例如，显示电池电量指示器pro。为了在显示器或电池指示器上向用户更新和显示适当的数据，应该对采集的数据进行过滤。如果没有适当的过滤，负载变化会使原始数据完全无用。慢速无限脉冲响应(IIR)滤波器通常会平滑信号。
总之，在微控制器的非常基本的ADC和EDR方法的帮助下，可以廉价地检测电池状态。初始加电期间的电池读数约为200毫秒，这足以对几乎所有系统进行基本的电池健康测试。
涉及
大学电池快速测试方法
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标签：电池系统EDR