透過庫倫計監測鋰離子電池健康情況！詳情請參見內文！

以前，工程師常需自問：「需要幾台筆電才夠」？現在則變成「需要幾台平板電腦」？最近，我買了 RCA 的 12 吋 Android Marshmallow 變形平板電腦，外形美觀，鍵盤可拆卸。就像普通的薄型筆記型電腦一樣，可在開會時用來記一些要點，例如「以解決方案為導向重組行銷計劃」或「多吃雞肉」。偶爾需要向組員做簡報時，我會將螢幕與鍵盤分離，進行圖表的說明。當然，沒人注意在聽我說什麼 (就像我的父母)，反而是問我：「那是什麼？」。比起我嫻熟的 PowerPoint 技巧，他們更關注我的平板電腦，真令人難過！

然後，我們開始討論我的平板電腦，並播放「The Adventures of Buckaroo Banzai Across the 8^th Dimension」(《天生愛神：第八度空間之門》) 直至午餐時間。之後平板電腦螢幕變暗進入睡眠狀態，我會小心翼翼地用電源鍵喚醒，希望它不會凍結。這種情況稱為 Android 睡眠假死，簡稱 SOD (都已經有縮寫了，代表這種故障是真實會發生的)。但這難不倒我，我有解決方法。隔天，我把平板電腦充飽電，然後播放電影 (《天生愛神》)，保持螢幕開啟，放電到 2%，然後再次充滿電。一年重複此流程兩次，之後平板電腦再也沒有當機，反而變得更穩定。但問題在於，這為什麼行得通呢？

最近，我為 Digi-Key 寫了一系列與穿戴式裝置設計有關的獲獎 (自認為) 文章，共分成三篇。在第二篇《以延長壽命為目標進行電池保護與充電》中，我探討了鋰離子電池和電池量測器。與網路上流傳的許多說法不同，其實平板電腦或穿戴式裝置的主處理器無法追蹤電池電量和健康情況，需要獨立的晶片才可做到。大部分方便攜帶的電池供電式裝置都使用鋰離子電池，而且很多都內建 Maxim Integrated 電池管理晶片。即使您認為可攜式裝置已經關閉，但電池管理晶片仍然在工作，持續監測鋰離子電池的狀態。

測量鋰離子充電式電池的電量，不只是讀取最大電壓的百分比而已。假如 3.7 V 鋰電池的電壓為 3.1 V，電池電量並不是 84%，因為在許多情況下，鋰離子電池電壓為 3.0 V 時就已視為無電。但 14% 也是錯的。那麼，如何才能測得鋰離子電池的可用容量呢？

庫倫計此時就能派上用場。基本上，電池管理晶片會計算流入和流出電池的電量。更準確地說，庫倫計會追蹤一段時間內流入和流出鋰離子電池的總電流和電壓，藉此判斷電池的可用容量。

簡單舉例，如果一顆充飽電的電池可連續提供 200 mA 電流長達 48 小時直到耗盡，則容量為 9.6 Ah (200 mA x 48 h)。其實，庫倫計的工作原理比較複雜，因此需要專用晶片，以其智慧能力進行數學運算。Maxim Integrated 的 MAX17303X+ 就是這樣的晶片。在圖 1 的應用電路中，鋰離子電池的流入與流出電流可由底部的感測電阻來測量。

圖 1：Maxim Integrated 的 MAX17303X+ 鋰離子電池管理晶片能輕鬆連接至微控制器，並追蹤電池的所有流入與流出電流 (圖片來源：Maxim Integrated)。

MAX17303X+ 可進行編程，並使用 I²C 序列介面連接微控制器，更內建電池計算處理器，以及 RAM 和非揮發性記憶體。此晶片會追蹤電池放電時流出的所有電流與電壓，以及充電時流入的電流與電壓。該公司以自行研發的電池量測器演算法 ModelGauge m5，提高庫倫計的性能。

非揮發性記憶體會儲存電池的最大和最小電壓、電流及溫度，並儲存收集的電池狀態資訊，以在電池電力不足時保留此資訊。這點很重要，因為許多鋰離子電池中含有保護電路，會在電壓超低時停用電池，以免深度放電，直到再次充電為止。

對消費者最重要的一點是，MAX17303X+ 會準確追蹤電池狀態，以供電池量測器使用。將電池當前可用的容量 (以 Ah 為單位) 和測得的最大容量相比，即可計算出充電狀態 (SOC)，並以百分比表示。將電池的最大可用容量與新電池的最大容量相比，即可得出健康狀態 (SOH)。

然而，無論電池管理晶片有多聰明，難免都會出錯。因此，要確保電池量測器準確無誤，必須進行校正。作法是從滿電量一直放電到幾乎耗盡，即可讓 MAX17303X+ 準確地瞭解放電行為。接著，將電池完全充飽，讓晶片得知充電容量。此時電池量測器就完成校正了。

我拿出 RCA 平板電腦進行電池校正，再次播放《天生愛神》以保持螢幕開啟，直到放電至 2%，以避免遭遇 SOD。之後，我把電池完全充飽，並讓平板電腦關閉 5 分鐘。如此，電池管理晶片就有時間在最低的負載下，讀取滿電量電池的電壓。之後，平板電腦就不再當機了。不只如此，觸控的回應速度也變快、靈敏度更高。

工作原理

校正電池量測器為何能解決平板電腦當機的問題？我的理論是，在按下電源鍵喚醒電腦時，主機微控制器會先從任何正在使用的電池管理晶片來讀取電池狀態。我認為，主機微控制器韌體讀取到非預期的數據 (讀取：未編碼)，但韌體並沒有例外處理常式，無法處理此問題，導致平板電腦凍結。平板電腦在啟用狀態下也會發生類似的情況，而且會定期監測電池管理晶片的數據。

這令人不禁想問：「為何不持續校正電池呢？」深度放電會讓鋰離子電池永久受損，因此一年校正兩三次就夠了。任何採用鋰離子充電電池的產品都是如此，包括穿戴式裝置和物聯網 (IoT) 端點。

為電池進行校正，能增加鋰離子系統的穩定性。對於高精度電池量測器而言，電池校正有其必要性；若希望開啟「第 8 度空間之門」，就更有必要了。