用于手持设备的电池办理解决方案

物流与零售终端商场的高速增加正推进整个供应链对生产力进步与可持续发展的火急需求。估计到2027年，全球包裹运送量将到达2560亿件，年复合增加率为8.5%，这一趋势充分体现了高效满意客户需求的紧迫性。但是，当时的物流基础设备难以快速习惯这种增加，无法全面满意顾客对当日送达服务和杰出客户体会的等待。本文将分析手持设备中的。电池办理。对本钱操控的影响。

主动化转型。

因为空间运用率低、。产品。转运和运送流程中的多种低效问题，一般库房或配送。中心。的运营功率仅在80%至85%之间。此外，近期对库房主动化运营司理的一项查询显现，现在只要20%的库房完结了主动化。但是，估计到2027年，这一份额将激增至90%以上，未来五年将迎来大规划出资浪潮。

这种大规划的物流主动化转型将依赖于财物盯梢、。机器视觉。以及物体尺度丈量等要害运用来完结。要保证货品在供应链中高效活动，有必要运用先进的条形码扫描仪和手持核算设备。这些设备不只要完结越来越多的高档功用，还需具有细巧的外形规划，一起坚持电池。供电。的快捷性，这些正是OEM面对的规划应战。

物流主动化的安全性和功率。

物流。公司。越来越注重完结活跃的可持续发展方针。为了完结这些方针，公司不只运用电动汽车完结车队现代化改造，还加大对物流供应链全方位主动化的出资。

其间一个要害环节是在物流周期的开始阶段施行物体、包裹及托盘的尺度丈量（参见图1）。这些。信息。有利于下流环节进步规划功率，然后优化配送车辆和货运集装箱的运用率。再结合车内/集装箱财物盯梢技能，还能在整个配送进程中完结端到端产品盯梢，不只有助于削减产品错放形成的失误，还可有用进步物流的安全性与可靠性。

图1. 传送带体系上的3D飞翔时刻(ToF)尺度丈量。

主动数据收集扫描仪。

主动数据收集(。ADC。)是完结主动化转型的要害技能。AD。C设备包含简略的条形码扫描仪和更杂乱的手持核算机等。扫描仪一般用于物流运送、库存盯梢、订单实行和制作范畴的产品盯梢。尽管这些设备履行的使命相对简略，但设备有必要选用坚固耐用的规划，在保证安全可靠的一起，还有必要能够习惯许多不同的作业环境。扫描仪的要害要求（参见图2）可总结如下：

快速充电：具有快速充电才能能够让设备运用更少的电池和充电器坚持手持设备的运转，然后明显下降整体本钱投入。

精准充电：保证电池彻底充溢不只能最大极限进步电池运用率，还可削减因剩下充电周期带来的资源糟蹋。

改进边际节点验证功用：据估计，约5%至7%的电池为克隆品。这些克隆电池或许在充放电进程中引发安全隐患，并导致运营中止，然后形成收入丢失。

防护保固：意外坠落或许会使手持设备受损。集成高g加速度计可检测设备是否产生下跌以及潜在损坏状况。

动态扬声器办理(DSM)：主动化环境往往喧闹而紊乱。关于在用户界面上具有。音频。功用的设备，需求经过高品质音频放大器进步扬声器的输出作用，做到既能在小型扬声器中坚持明晰音质，又能尽或许进步输出功率，一起削减电量耗费。

内置主动物体尺度丈量：能够感知物体与产品并丈量其尺度的手持设备能够供给要害信息，明显优化物流运送并进步下流功率。

图2. 手持扫描仪的要害规划要求总结。

完结快速、精确且安全的充电。

关于电池供电的手持设备，电池电量计是一个重要功用。假定一个库房24小时全天候运营。设备上的电池电量计有10%的差错，这意味着一块能够运用8小时的电池在仅运转7.2小时后就会标记为已耗尽电量，实践电量没有彻底耗费。与精确的电量计比较，这适当于每台扫描仪每年将多出120次以上的电池替换操作。精准充电能够延伸手持设备的作业时刻，充分运用每块电池的剩下容量，推迟替换电池的频率。在设备很多且规划巨大的库房中，这一改进的累计效益尤为明显，可大幅下降整体运营本钱。

电量计可经过两种办法完结：主机端或电池端（参见图3）。在主机端体系中，简略的电池包连接到主机充电器，主机充电器中的运用。处理器。与连接到主机端的电量计。IC。进行。通讯。。这种架构合适选用。嵌入式。电池的体系，或许运用寿数较短（仅需数年）的可拆卸电池体系，一起也合适本钱灵敏型运用。

图3. 主机端（上图）和电池端（下图）电量计架构。

相反，在电池端体系中，电池包内置电量计IC。这种架构合适运用寿数较长的可拆卸电池体系。经过在电池包初次装入手持设备时进行验证，该办法还能有用完结电池的安全。认证。（详见“经过验证处理冒充伪劣问题”部分）。

传统的电量计办法首要根据库仑计数器，即经过。检测。电阻。来丈量充电和放电电流以预算电荷流量，或许根据开路电压(OCV)丈量来预算剩下电荷（例如，4.2 V对应100%电荷，2.8 V代表电量耗尽），或许结合运用这两种办法（参见图4）。这两种办法各有缺陷：库仑计数器跟着时刻的推移会堆集偏置（参见图5），需求在电池彻底放电或无负载时进行差错重置。电压计设备则依赖于电池的开路电压。但是，典型电池放电曲线出现平整特性，因而很难确认开路电压。此外，负载条件对此也有很大的影响（参见图6）。

图4. 具有库仑计数器和电压检测功用的电量计设备通用架构。

图5. 库仑计数器随时刻推移堆集偏置差错以及OCV丈量后校对的示例。

图6. 实践SoC与负载条件下根据电压计设备中的OCV丈量预算的SoC不一致，导致难以精确丈量电池的开路电压。

此外，库仑计数器和电压计设备自身不考虑内部自放电、电池老化或温度，而这些要素都会明显影响电池的充电状况。

为了提。高精度。，需求更先进的。传感技能。。例如，ADI。公司的ModelGauge系列经过运用两种独立的。算法。来精确评价电池的充电状况，然后供给精确的电量计数据（参见图7）：ModelGauge和ModelGauge m5。

图7. 各种测验条件下的充电状况差错：ModelGauge（蓝色）与传统算法 （紫色）。

ModelGauge用百分比表明充电状况。该算法在不断开负载的状况下预算负载条件下的OCV。OCV运用实时。仿真。进行核算，以电池电压作为输入并结合电池的动态。参数。。该办法在0°C以上的温度下供给杰出的精确性。

ModelGauge m5是一种适当精细的算法，它供给的数据不只仅是充电状况，还包含肯定容量（单位为mAh）、电量耗尽所需的时刻、充溢电所需的时刻、电池年限、寿数猜测以及有关电池的其他详细信息。该算法丈量电压、。电流。和温度。因而，它能够在一切作业条件下完结精确丈量，包含低温或高负载等杂乱的条件。该算法适用于主机端和电池端完结。

ADI供给很多带有集成维护器和认证器的电量计设备，合适主机端（MAX1726x系列）和电池端规划 (MAX17201/MAX17211和带自放电检测器的MAX17300/MAX17310）。关于较大的2S节及以上电池， ModelGauge (MAX17049)和ModelGauge m5 (MAX17261/MAX17263)均可用于集成充电器（线性：MAX17330/MAX17332或降压：MAX77840/MAX77818) ，以供给单。芯片。电池办理体系。

关于需求运用。USB。充电的设备，ADI供给。Ac。cuCharge技能，运用规范USB BC1.2和更先进的USB-C功率传输(PD)新式充电技能，为电池充电供给完好的。信号。链。例如，MAX77757和MAX77787供给契合JEITA充电装备的主动。Type-C。和BC1.2检测。一切装备运用电阻或数字输入引脚完结，并优先考虑电阻设置，保证在电池电量耗尽的状况下正确发动。一切USB检测均已内置，环绕这些设备规划的架构可完结无固件规划进程（参见图8）。

图8. 经过无固件规划进程，MAX77757/MAX77787等。电源。设备支撑单芯片架构，然后完结规范USB Type-C (≤15 W)充电。

这些设备的集成度高，因而终究规划愈加细巧、愈加高效。例如，经过改进热办理，体系能够更快、更高效地充电，一起，外形尺度缩小34%，有利于完结紧凑的可穿戴规划（参见图9和10）。

图9. 得益于集成式规划和优化的热办理，外形尺度缩小34%，可支撑完结紧凑的可穿戴规划。

图10. 图9所示的规划（根据MAX77757）供给超卓的充电功率，进步起伏约 为3.5%。

关于15 W以上的充电功率，ADI供给USB-C PD体系，将MAX77958 PD。 操控器。与支撑AccuCharge技能的 MAX77985/MAX77986 充电器（适用于1节电池）或MAX77960/MAX77961 充电器（适用于2节及以上电池）相结合。MAX77958 PD操控器供给彻底兼容的USB-C PD3.0充电器操控、主动电缆方向和电源人物检测功用，以及用于操控充电器的。I2C。主接口（参见图11）。

图11. USB PD (>15 W)双芯片架构的框图。

MAX77985/MAX77986可进步USB-C PD电池供电设备的功率。考虑到手 持核算机和移动扫描仪中每天要屡次替换电池包，高速充电意味着可削减停机时刻。内置高效、集成操控器和充电器的充电设备可经过USB-C PD完结高性能充电。这样一来，电池包充电速度加速，而温度却不会升高，然后尽或许削减电池压力，大幅延伸电池作业寿数（参见图12）。

图12. 高性能充电器可加速电池充电速度，并坚持合适的温度，然后下降电池压力并大幅延伸电池作业寿数。

经过这些架构，OEM能够进步运用单节。锂电池。和多节电池（合适较高电压用例）的运用功率（参见图13）。

图13. 根据USB-C的完好1S和2S节及以上电池充电架构。

经过验证处理冒充伪劣问题。

规划电池供电设备时，避免冒充伪劣是有必要要考虑的一个重要问题。各行各业都需求很多高价值的电池，因而对造假者而言，电池是一个有利可图的方针。冒充电池的制作规范一般不高，因而，它们产生内部短路的风险更高，风险的短路会形成热失控，产生连锁效应，导致冒烟或火灾事情（参见图14、15和16）。

图14. 冒充电池内部短路会导致热失控、冒烟和火灾。

图15. 电池过度充电导致热失控而引起的退化阶段。

图16. 运用主机端验证器的电池验证进程，可有用避免运用不安全的冒充电池。

智能。电池电量计电路可提示体系产生内部短路并堵截电池，然后避免潜在问题。此外，带有电池端智能电量计的体系能够运用电量计来验证电池真伪。电池和设备同享一个密钥，使电池能够在装置时向设备验证其真实性。假如确认电池未经认证，设备能够阻挠运转并避免运用冒充电池或许引起的潜在安全问题（参见图16）。

定论。

ADI供给很多高精度电池电量计设备，这些设备具有附加电池维护和验证功用，并运用160位密钥进行SHA-256安全验证，以避免电池克隆。电量计IC会先在工厂运用安全密钥进行。编程。，再发运给电池制作商进行电池包的终究拼装。

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