智能電池電量計(jì)，如何有效改進(jìn)動態(tài)血糖監(jiān)視儀的電池使用壽命

人體血糖值的偏高或偏低都有可能導(dǎo)致嚴(yán)重的健康威脅，因此監(jiān)測血糖水平是重中之重。目前全球已有1.5億人口罹患糖尿病，所以個人便攜型血糖監(jiān)測儀（BGM）的需求巨大。

圖1所示的動態(tài)血糖監(jiān)測儀（CGM），可幫助糖尿病患者實(shí)時檢查血糖讀數(shù)，也可在超長時間段內(nèi)監(jiān)測血糖值。CGM能夠持續(xù)監(jiān)測血糖水平，然后在用戶血糖值達(dá)到危險值時提示用戶。這款監(jiān)測儀通常包含圖2所示的傳感器單元和圖3所示的聚合器單元。

圖1：動態(tài)血糖監(jiān)測儀（CGM）

此傳感器單元使用紐扣電池或硬幣電池，在一定時間段內(nèi)與人體連接（例如，8到10天）。聚合器單元是由電池供電的手持單元，可以利用如近場通信等無線射頻（RF）技術(shù)來讀取血糖數(shù)據(jù)。聚合器單元的電池管理子系統(tǒng)由電池充電器、電池電量計(jì)和保護(hù)器構(gòu)成。3.7 V鋰離子單電池就可運(yùn)行一般的聚合器單元。其可通過電源適配器的USB或DC輸入進(jìn)行充電。

圖 2：CGM傳感器單元

圖 3：CGM聚合器單元的示意框圖

電池電量計(jì)可以預(yù)測并估算電池在不同負(fù)載狀態(tài)下的剩余容量、充電狀態(tài)、電量耗盡時間和運(yùn)行狀況，從而幫助解決電池管理中的難題。利用智能電池電量計(jì)，用戶可以延長運(yùn)行時間（如圖4所示）和電池循環(huán)壽命。德州儀器（TI）的Impedance Track?測量算法實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確度高于99%的電池容量預(yù)測，使其具有卓越的模擬測量性能和電池特征建模功能。

圖4：采用TI電量計(jì)實(shí)現(xiàn)超長運(yùn)行時間

這款血糖監(jiān)測儀提供多種單節(jié)電池測量選項(xiàng)，不僅外形小巧，經(jīng)濟(jì)高效，而且功耗超低。電量計(jì)可以搭載在電池組內(nèi)或系統(tǒng)PCB上，后者更多見于便攜型醫(yī)療應(yīng)用。

圖5和圖6分別展示了典型的系統(tǒng)側(cè)和組側(cè)電量計(jì)配置。系統(tǒng)PCB上的電量計(jì)，如BQ27426，只需要最低的用戶配置，并且在正常工作時電流消耗也很小。對于更高級別的集成，某些電量計(jì)具有集成式檢測電阻，如BQ27421-G1。

另一方面，如果電量計(jì)搭載在電池組內(nèi)，則可以通過基于閃存的固件和256位集成式安全哈希算法（如BQ27Z561-R1）提供具有高準(zhǔn)確性的解決方案。BQ2970等保護(hù)集成電路可提供電壓、電流和反向充電器保護(hù)。

圖 5：典型的主機(jī)/系統(tǒng)側(cè)電量計(jì)配置

圖 6：典型的電池組側(cè)電量計(jì)配置

電池電量計(jì)提高了電源管理的先進(jìn)性和智能水平。不具有準(zhǔn)確電量計(jì)的系統(tǒng)只能在固定電壓下關(guān)閉。許多設(shè)備關(guān)閉時系統(tǒng)電壓為3.5 V，以便保護(hù)用于最壞情況的備用容量（保留電能用于關(guān)機(jī)），但如圖4所示，只通過微控制器和模數(shù)轉(zhuǎn)換器測量電池電壓，進(jìn)而生成低電池電量警告并不是測量剩余電量的可靠方法。這是由于大多數(shù)應(yīng)用都具有可變負(fù)載。電池電量計(jì)將計(jì)算剩余電量并改變關(guān)機(jī)電壓，以滿足任何條件下所需的備用容量要求，從而增加運(yùn)行時長。

除保有備用容量的優(yōu)勢外，由于應(yīng)用產(chǎn)生的高瞬態(tài)脈沖負(fù)載，一些電池電量計(jì)還能夠不報告0%的電荷狀態(tài)，從而使電池電壓降至終端電壓以下。當(dāng)電池仍然具有高電量時，這個特性很有優(yōu)勢，但是高瞬態(tài)負(fù)載會造成提前達(dá)到終止電壓。