智能电池电量计算和控制，用以延长血糖监测仪的电池寿命

1.前言

在我们现在的生活中，身体体内的血糖值高或低的水平会导致非常严重的健康威胁，因此监测我们的血糖水平成为日常监控的一个很重要的项目。在目前，全世界有超过 1.5 亿人患有糖尿病，因此对个人便携式血糖监测仪 (BGM) 的需求非常大。如何能保证个人便携式血糖监测仪长时间正常的工作，对于锂电池是一个很大的考验。

2.血糖监测仪

图 1 所示的连续血糖监测仪 (CGM) 使糖尿病患者能够实时检查血糖读数，或长时间监测血糖读数。顾名思义，CGM 会持续监测血糖水平并提醒用户注意危险的高点或低点。监视器通常由一个传感器单元（如图 2 所示）和一个聚合器单元（如图 3 所示）组成。

图 1：CGM

传感器单元连接到身体一段时间（例如八到十天）。它使用纽扣电池或纽扣电池。聚合器单元是一个电池供电的手持单元，它利用射频 (RF) 技术（例如近场通信）来读取葡萄糖数据。聚合器单元的电池管理子系统包括电池充电器、仪表和保护装置。典型的聚合器单元由 3.7V 锂离子单节电池供电。它可以通过适配器的 USB 或 DC 输入进行充电。

图 2：CGM 传感器单元

图 3：CGM 聚合器单元的框图

电池电量计通过使用预测方法来估计各种负载条件下的剩余电池容量、充电状态、电量耗尽时间和健康状态，从而帮助解决关键的电池管理问题。

通过智能电池计量，您可以延长电池的运行时间（如图 4 所示）和循环寿命。TI 的 Impedance Track™ 测量算法能够以 >99% 的准确度实现电池容量可预测性，并且我们的电池测量仪具有卓越的模拟测量性能和电池特性建模。

图 4：使用 TI 仪表延长运行时间

有多种单电池测量选项，它们结构紧凑、经济高效且功耗超低。电量计可以位于电池组或系统 PCB 中，后者在便携式医疗应用中更为常见。

图 5 和图 6 显示了典型的系统侧和电池组侧电量监测配置。

系统 PCB 上的仪表（例如 BQ27426）只需要最少的用户配置，并且在正常操作期间消耗的电流很小。为了实现更高的集成度，一些仪表具有集成检测电阻器，例如 BQ27421-G1。

另一方面，如果将仪表设计到电池组中，则有使用基于FLASH的固件和集成安全哈希算法-256 身份验证的高精度选项，例如 BQ27Z561-R1。保护集成电路，如 BQ2970，可以提供电压、电流和反向充电器的保护。

图 5：典型的主机/系统侧电量监测配置

图 6：典型的电池组测试气体测量的配置

电池电量计为电源管理带来更高水平的复杂性和智能性。

但是如果没有精确仪表的系统，电池只是在固定电压下关闭。那么许多设备在 3.5 V 时关断，以覆盖最坏情况下的备用容量（为关断任务保留电池能量），但如图 4 所示，只需使用微控制器和模数转换器测量电池电压即可产生低电压- 电池警告不是衡量剩余容量的可靠方法，因为大多数应用程序具有可变负载条件。电池电量计将计算剩余容量并更改关闭电压以满足所有条件下的备用容量，在这种情况下会让我们的设备的运行时间增加。

除了备用容量的优势外，由于应用的高瞬态脉冲负载，一些电池电量计还能够不报告 0% 的充电状态，导致电池电压下降到终止电压以下，这样可以保证电池在还有容量的情况下，滤除突发的电流值，导致电压采集下降，实际过后电压仍然还有大量的剩余的情况。这在电池仍有很大容量但高瞬态导致过早达到终止电压的情况下是有益的，可以延长使用者的使用时间。

电池是复杂的电化学系统，受电池老化、温度和阻抗的影响。算法、紧凑的设备和先进的设备集成都是提高系统性能的关键特性。经过合理的监视和计算，可以延长电池的使用时间，保证监控设备的正常使用。