智能電池電量計算和控制，用以延長血糖監(jiān)測儀的電池壽命

1.前言

在我們現(xiàn)在的生活中，身體體內(nèi)的血糖值高或低的水平會導(dǎo)致非常嚴重的健康威脅，因此監(jiān)測我們的血糖水平成為日常監(jiān)控的一個很重要的項目。在目前，全世界有超過 1.5 億人患有糖尿病，因此對個人便攜式血糖監(jiān)測儀 (BGM) 的需求非常大。如何能保證個人便攜式血糖監(jiān)測儀長時間正常的工作，對于鋰電池是一個很大的考驗。

2.血糖監(jiān)測儀

圖 1 所示的連續(xù)血糖監(jiān)測儀 (CGM) 使糖尿病患者能夠?qū)崟r檢查血糖讀數(shù)，或長時間監(jiān)測血糖讀數(shù)。顧名思義，CGM 會持續(xù)監(jiān)測血糖水平并提醒用戶注意危險的高點或低點。監(jiān)視器通常由一個傳感器單元（如圖 2 所示）和一個聚合器單元（如圖 3 所示）組成。

圖 1：CGM

傳感器單元連接到身體一段時間（例如八到十天）。它使用紐扣電池或紐扣電池。聚合器單元是一個電池供電的手持單元，它利用射頻 (RF) 技術(shù)（例如近場通信）來讀取葡萄糖數(shù)據(jù)。聚合器單元的電池管理子系統(tǒng)包括電池充電器、儀表和保護裝置。典型的聚合器單元由 3.7V 鋰離子單節(jié)電池供電。它可以通過適配器的 USB 或 DC 輸入進行充電。

圖 2：CGM 傳感器單元

圖 3：CGM 聚合器單元的框圖

電池電量計通過使用預(yù)測方法來估計各種負載條件下的剩余電池容量、充電狀態(tài)、電量耗盡時間和健康狀態(tài)，從而幫助解決關(guān)鍵的電池管理問題。

通過智能電池計量，您可以延長電池的運行時間（如圖 4 所示）和循環(huán)壽命。TI 的 Impedance Track? 測量算法能夠以 >99% 的準確度實現(xiàn)電池容量可預(yù)測性，并且我們的電池測量儀具有卓越的模擬測量性能和電池特性建模。

圖 4：使用 TI 儀表延長運行時間

有多種單電池測量選項，它們結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟高效且功耗超低。電量計可以位于電池組或系統(tǒng) PCB 中，后者在便攜式醫(yī)療應(yīng)用中更為常見。

圖 5 和圖 6 顯示了典型的系統(tǒng)側(cè)和電池組側(cè)電量監(jiān)測配置。

系統(tǒng) PCB 上的儀表（例如 BQ27426）只需要最少的用戶配置，并且在正常操作期間消耗的電流很小。為了實現(xiàn)更高的集成度，一些儀表具有集成檢測電阻器，例如 BQ27421-G1。

另一方面，如果將儀表設(shè)計到電池組中，則有使用基于FLASH的固件和集成安全哈希算法-256 身份驗證的高精度選項，例如 BQ27Z561-R1。保護集成電路，如 BQ2970，可以提供電壓、電流和反向充電器的保護。

圖 5：典型的主機/系統(tǒng)側(cè)電量監(jiān)測配置

圖 6：典型的電池組測試氣體測量的配置

電池電量計為電源管理帶來更高水平的復(fù)雜性和智能性。

但是如果沒有精確儀表的系統(tǒng)，電池只是在固定電壓下關(guān)閉。那么許多設(shè)備在 3.5 V 時關(guān)斷，以覆蓋最壞情況下的備用容量（為關(guān)斷任務(wù)保留電池能量），但如圖 4 所示，只需使用微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量電池電壓即可產(chǎn)生低電壓- 電池警告不是衡量剩余容量的可靠方法，因為大多數(shù)應(yīng)用程序具有可變負載條件。電池電量計將計算剩余容量并更改關(guān)閉電壓以滿足所有條件下的備用容量，在這種情況下會讓我們的設(shè)備的運行時間增加。

除了備用容量的優(yōu)勢外，由于應(yīng)用的高瞬態(tài)脈沖負載，一些電池電量計還能夠不報告 0% 的充電狀態(tài)，導(dǎo)致電池電壓下降到終止電壓以下，這樣可以保證電池在還有容量的情況下，濾除突發(fā)的電流值，導(dǎo)致電壓采集下降，實際過后電壓仍然還有大量的剩余的情況。這在電池仍有很大容量但高瞬態(tài)導(dǎo)致過早達到終止電壓的情況下是有益的，可以延長使用者的使用時間。

電池是復(fù)雜的電化學(xué)系統(tǒng)，受電池老化、溫度和阻抗的影響。算法、緊湊的設(shè)備和先進的設(shè)備集成都是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵特性。經(jīng)過合理的監(jiān)視和計算，可以延長電池的使用時間，保證監(jiān)控設(shè)備的正常使用。