【導讀】隨著智能手機(Smart Phone)、平板計算機及MID在等手持及便攜式設備在市場上的大量推廣銷售，再加上各類型的應用程序(APP)的多樣性及可用性越來越豐富， 致使相關的手持及便攜式設備的配置越來越豪華， 例如更快、更多核的應用處理機，更大的內(nèi)存， 更高分辨率的顯示屏、更高級的觸控控制， 再加上許許多多為了讓應用程序(APP)更好用的器件， 如衛(wèi)星定位、無線上網(wǎng)/藍牙、3D陀螺儀及相關的元器件， 讓一個全計算機功能可以在一個手持或便攜式設備上實現(xiàn)。
相對于電子及半導體技術的進步， 手持及便攜式設備卻有著體積及重量等的物理性極限。這個限制最主要的就是給了手持及便攜式設備的能量儲存設備， 也就是電池的大小及重量加上了限制。當然電池電能容量的大小，跟手持及便攜式設備的續(xù)航力有直接的相關性， 然而這一方面主題的探討， 不在此過度的探討。
既然電池電能容量是固定的(當然這只是針對固定的一個時間而言， 隨著長期的使用， 電池存在老化的問題;也就是可以使用的電能容量相較于新電池時來的少)。電量計存在的目的， 就是不管在哪一個電池使用的時間點，可以精確的估算出電池剩余電量， 更進一步的， 依據(jù)目前設備的能耗狀況， 估算出剩余可用時間。從使用者角度來看， 如果能更進一步的估算出看電影還可以看多久， 打電話還可以打多久，甚至于要作視頻會議還可以講多久， 玩游戲可以玩多久等等的時間估算， 可以說是把電量計的功能提升到最高的境界。
下面我們就最主要的電量計技術做進一步分析：
電壓查表法來計算剩余電量
自從手持及便攜式設備被開發(fā)出來， 電池技術就被廣泛使用在這些裝置上。在實際運用的角度來看， 電池剩余電量的精度， 一直是使用者要求的重點之一， 任何人都不希望看到剩余電料顯示還有30%， 可是下一秒鐘或是接一個電話， 或是打開相機準備照相， 結(jié)果卻是斷電收場。當然這種狀況在早期feature phone時代是經(jīng)常發(fā)生， 主要是因為當時設備的功能單純， 能耗相對的也較少， 一顆滿電的電池芯用個3~5天都不是問題。所以當時的電量計的式設計很簡單， 就是用量測電壓， 透過查表、或是簡單的計算來決定剩余電量。
相對于智能手機的時代， 一顆滿電的電池只能用個一天的狀況， 如果電量指示還有30%， 下一個動作卻讓設備直接斷電，恐怕消費者都沒法接受。
電壓查表法的優(yōu)點是成本低最低， 能耗也很低。缺點是精度也最相對較低， 且SOC會隨著負載的變化而上下跳動，當電池老化之后， 這種跳變的現(xiàn)象會更加明顯。
庫侖計
庫侖計， 顧名思義就是電池電荷的累計。通過檢流電阻檢測充放電電流， 沖進去的電量就是電池的容量。總?cè)萘繙p去放出的容量就是電池剩余容量。
此方法實現(xiàn)相對簡單， 且原理容易理解， 是目前使用比較多的一種計算方法， 但是， 并無法作為真正的電池電量計算使用。方案最大的問題在于兩點， 一是累計誤差，隨著時間的推進， 誤差會越來越大;二是電池的充入電量和放出電量是不相等的， 在不同的負載、溫度等條件下， 容量差別更大，最典型的就是常溫滿電的電池在低溫下只能放出很少的電量。
所以， 庫侖計一般只是作為電量計算的輔助工具， 需要配合其他設備或采樣數(shù)據(jù)進行修正使用。
透過檢測電壓 電流及溫度 加上算法來計算剩余電量
這是比較典型的電量計計算方案， 正常使用條件下通過庫侖計計算電量， 在特定條件下通過電壓或溫度進行補償。對新電池來說可以比較精確的計算出剩余電量， 可是當電池老化之后精度就逐步降低，這主要是因為庫侖計的計算基礎事先要了解目前電池的總?cè)萘浚?再依據(jù)量測到的當前的電壓、電流以及溫度， 來計算用掉的容量之后， 估算出剩余電量?？墒钱旊姵乩匣?，隨之而來的就是總?cè)萘孔兩伲?這個時候如果還是用新電池的總?cè)萘慨敵捎嬎愕幕A， 剩余電量的計算誤差就會越來越大。
這個方式的優(yōu)點是期初精度很高， 缺點有：
市場應用狀況分析
由于國內(nèi)手持及便攜設備大體可以分成兩個部份， 一是智能手機；二是平板計算機/MID。針對這兩個市場的應用，目前這兩個區(qū)塊的主要參考設計還是由AP廠家來提供。例如智能手機的Qualcomm， Broadcom， MTK， nVIdia， Samsung， Hisilicon(海思)等， 以及平板計算機/MID的全志， 炬力， 瑞芯微， 中星微等。
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由于國內(nèi)大部的手持及便攜式設備廠家在開發(fā)新的產(chǎn)品時， 都必須仰賴AP廠提供技術支持， 所以對原廠的參考設計，除了布線之外， 對元器件的使用大多不做更動。所以只要原廠的參考設計用了某一廠家的電量計， 或是如Qualcomm， Broadcom， MTK等用了自己PMIC內(nèi)的庫侖計，再通過AP的計算來實現(xiàn)電量計功能。目前在市場上由于蘋果手機及平板的原始設計用的是TI的方案， 所以在市場上， TI可以說是在電量計耕耘最久， 市場占有率最大的廠商。其次是由于Samsung大量采用Maxim的電量計方案， 所以Maxim可以說是保有電量計市場二哥的位置。
其余的無論是把庫侖計放在PMIC內(nèi)， 亦或是如Cellwise的加上自學習功能的電量計，都是最近這兩年進到市場的方案。之所以會有這個趨勢， 最重要的原因是消費者開始要求設備的電量指示的精度。這個要求反應在所有手持及便攜式設備的操作系統(tǒng)(iOS， Android， Windows Phone)， 還有各類的APP上。由這個趨勢也可以清楚的看出， 電量計在手持及便攜式設備上所扮演的角色也越來越重要了。
結(jié)語
電量計在手持及便攜式設備， 尤其是智能手機及平板計算機/MID應用的重要性隨著AP廠家把庫侖計加入PMIC， 提供電量計的功能， 已經(jīng)被突顯出來了?？墒沁@只是起步，由于電量計是在手持及便攜式設備內(nèi)最了解電池的芯片， 因此如何透過這個特點， 延長電池的使用壽命， 會是下一個可以延續(xù)的應用。
更進一步的是， 在手持及便攜式設備的應用中， 智能手機及平板計算機/MID只是其中的一環(huán)。鋰電池的應用必須要有精確電量計的應用，會隨時被開發(fā)出來， 現(xiàn)在可見的是在消費市場上的便攜式移動電源就是一個很好的例子。不具備電量計的移動電源售價大概都在美金100元以下，可是像Lifetrons銷售的移動電源， 由于帶有00~99的電量指示，可以將售價訂在美金240元。這個差異不代表電量計的價格， 但卻代表消費者心目中電量計的價值。
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