智能電池電量計(jì)算和控制，用以延長(zhǎng)血糖監(jiān)測(cè)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(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的健康威脅，因此監(jiān)測(cè)我們的血糖水平成為日常監(jiān)控的一個(gè)很重要的項(xiàng)目。在目前，全世界有超過(guò) 1.5 億人患有糖尿病，因此對(duì)個(gè)人便攜式血糖監(jiān)測(cè)儀 (BGM) 的需求非常大。如何能保證個(gè)人便攜式血糖監(jiān)測(cè)儀長(zhǎng)時(shí)間正常的工作，對(duì)于鋰電池是一個(gè)很大的考驗(yàn)。
2.血糖監(jiān)測(cè)儀
圖 1 所示的連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)儀 (CGM) 使糖尿病患者能夠?qū)崟r(shí)檢查血糖讀數(shù)，或長(zhǎng)時(shí)間監(jiān)測(cè)血糖讀數(shù)。顧名思義，CGM 會(huì)持續(xù)監(jiān)測(cè)血糖水平并提醒用戶注意危險(xiǎn)的高點(diǎn)或低點(diǎn)。監(jiān)視器通常由一個(gè)傳感器單元（如圖 2 所示）和一個(gè)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(shí)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(gè)電池供電的手持單元，它利用射頻 (RF) 技術(shù)（例如近場(chǎng)通信）來(lái)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(hù)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(guò)適配器的 USB 或 DC 輸入進(jìn)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(jì)通過(guò)使用預(yù)測(cè)方法來(lái)估計(jì)各種負(fù)載條件下的剩余電池容量、充電狀態(tài)、電量耗盡時(shí)間和健康狀態(tài)，從而幫助解決關(guān)鍵的電池管理問(wèn)題。
通過(guò)智能電池計(jì)量，您可以延長(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間（如圖 4 所示）和循環(huán)壽命。TI 的 Impedance Track? 測(cè)量算法能夠以 >99% 的準(zhǔn)確度實(shí)現(xiàn)電池容量可預(yù)測(cè)性，并且我們的電池測(cè)量?jī)x具有卓越的模擬測(cè)量性能和電池特性建模。
圖 4：使用 TI 儀表延長(zhǎng)運(yùn)行時(shí)間
有多種單電池測(cè)量選項(xiàng)，它們結(jié)構(gòu)緊湊、經(jīng)濟(jì)高效且功耗超低。電量計(jì)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(jiàn)。
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(cè)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(shí)現(xiàn)更高的集成度，一些儀表具有集成檢測(cè)電阻器，例如 BQ27421-G1。
另一方面，如果將儀表設(shè)計(jì)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(yàn)證的高精度選項(xiàng)，例如 BQ27Z561-R1。保護(hù)集成電路，如 BQ2970，可以提供電壓、電流和反向充電器的保護(hù)。
圖 5：典型的主機(jī)/系統(tǒng)側(cè)電量監(jiān)測(cè)配置
圖 6：典型的電池組測(cè)試氣體測(cè)量的配置
電池電量計(jì)為電源管理帶來(lái)更高水平的復(fù)雜性和智能性。
但是如果沒(méi)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(shí)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(cè)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?yàn)榇蠖鄶?shù)應(yīng)用程序具有可變負(fù)載條件。電池電量計(jì)將計(jì)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(huì)讓我們的設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間增加。
除了備用容量的優(yōu)勢(shì)外，由于應(yīng)用的高瞬態(tài)脈沖負(fù)載，一些電池電量計(jì)還能夠不報(bào)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(shí)際過(guò)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(guò)早達(dá)到終止電壓的情況下是有益的，可以延長(zhǎng)使用者的使用時(shí)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(jìn)的設(shè)備集成都是提高系統(tǒng)性能的關(guān)鍵特性。經(jīng)過(guò)合理的監(jiān)視和計(jì)算，可以延長(zhǎng)電池的使用時(shí)間，保證監(jiān)控設(shè)備的正常使用。
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