電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的作用是什么？

電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)使用電流和電壓測(cè)量值計(jì)算基本參數(shù)，例如荷電狀態(tài)、運(yùn)行狀況和剩余容量。傳統(tǒng)的基于 Impedance Track? 技術(shù)的電池電量計(jì)假設(shè)電池負(fù)載變化緩慢，這樣可以在電池放電時(shí)進(jìn)行精確的電阻測(cè)量，從而計(jì)算高精度的實(shí)時(shí)荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)。將電池建模為低頻電阻電容 (RC) 模型（如圖 1 所示）足以應(yīng)對(duì)這些緩慢變化的電池負(fù)載。然而，具有可變或高頻負(fù)載電流的新型應(yīng)用需要更全面的模型和自適應(yīng)算法，以便保持準(zhǔn)確的荷電狀態(tài)估算。

圖 1 低頻 RC 電池模型

Dynamic Z-Track 算法是專為 BQ41Z90 和 BQ41Z50 等器件設(shè)計(jì)的電池電量監(jiān)測(cè)方法。作為在 BQ40Z50 和 BQ34Z100 等器件中運(yùn)行的傳統(tǒng) Impedance Track 算法的后繼產(chǎn)品，Dynamic Z-Track 算法可在動(dòng)態(tài)負(fù)載電流條件下準(zhǔn)確估算電池的荷電狀態(tài)、運(yùn)行狀況和剩余容量。

當(dāng)不穩(wěn)定的負(fù)載或高頻負(fù)載影響電池時(shí)，Impedance Track 電量監(jiān)測(cè)計(jì)的傳統(tǒng)電池 RC 建模會(huì)失去分辨率，無法更新電池電阻。Dynamic Z-Track 算法實(shí)現(xiàn)了寬帶瞬態(tài)模型，該模型可模擬電壓瞬變并適應(yīng)動(dòng)態(tài)電流曲線。即使電流不穩(wěn)定，該方法也能實(shí)時(shí)估算電阻。

為什么電阻很重要？

為了在電池的整個(gè)使用壽命期間提供超高精度的荷電狀態(tài)計(jì)算，跟蹤電阻至關(guān)重要。如圖 2 所示，電池電芯的電阻隨電池的循環(huán)和老化而線性增加，直到達(dá)到某個(gè)拐點(diǎn)，從該拐點(diǎn)開始，電阻將呈指數(shù)級(jí)增加，直到電池壽命結(jié)束。該電阻也會(huì)隨溫度變化而顯著波動(dòng)。電池電芯電阻與溫度成反比關(guān)系，溫度越低，電阻越高，電池在達(dá)到 0% 荷電狀態(tài)之前可提供的容量或能量便越低。

圖 2 鋰離子電池電芯的電阻隨時(shí)間出現(xiàn)的變化

如果電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)無法更新電阻，計(jì)算出的荷電狀態(tài)誤差會(huì)隨電池老化成比例增加。在不可預(yù)測(cè)且不穩(wěn)定的負(fù)載中，如果不更新電阻，荷電狀態(tài)和剩余容量估算的誤差可高達(dá) 60% 或低至 10%。當(dāng)荷電狀態(tài)突然降低時(shí)，終端用戶會(huì)遇到這種情況，并且器件可能會(huì)因容量高估而意外關(guān)閉，如圖 3 所示。

圖 3 剩余容量估算比較：Impedance Track 技術(shù)和 Dynamic Z-Track 技術(shù)與 1.75C 負(fù)載下的無電阻更新對(duì)比

使用案例示例

想象一下，有人騎著電動(dòng)自行車回家。此人查看了荷電狀態(tài)，看到剩余 30% 電量，于是決定先繞道去雜貨店再回家。當(dāng)此人到達(dá)雜貨店時(shí)，荷電狀態(tài)顯示剩余 15% 電量，但在回家的路上，電動(dòng)自行車突然停止供電，因?yàn)楹呻姞顟B(tài)已從 12% 下降到 0%?，F(xiàn)在，此人必須踩踏板回家或叫車。

Dynamic Z-Track 算法可防止這種情況發(fā)生。與傳統(tǒng)的電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)不同，TI 的 Dynamic Z-Track 技術(shù)即使在不可預(yù)測(cè)的負(fù)載下也能提供高達(dá) 99% 的荷電狀態(tài)精度，使制造商能夠優(yōu)化電池尺寸，將電池運(yùn)行時(shí)間延長多達(dá) 30%。這樣可以在無人機(jī)、電動(dòng)自行車、筆記本電腦和便攜式醫(yī)療儀器等要求苛刻的應(yīng)用中為終端用戶提供更可靠的性能。

結(jié)語

雖然不可預(yù)測(cè)的電池負(fù)載是一項(xiàng)重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，但并非必須以損害系統(tǒng)可靠性或最終用戶體驗(yàn)為代價(jià)。Dynamic Z-Track 算法等工具有助于實(shí)現(xiàn)讓電池供電器件順暢運(yùn)作的設(shè)計(jì)，它們將塑造這樣一個(gè)未來：無人機(jī)可以在不意外著陸的情況下完成飛行，電動(dòng)自行車可以帶騎行車順利歸家。

其他資源

有關(guān) Impedance Track 技術(shù)和 Dynamic Z-Track 技術(shù)工作原理的更多詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱以下應(yīng)用手冊(cè)：

• Dynamic Z-Track? 技術(shù)：適用于動(dòng)態(tài)負(fù)載應(yīng)用的高級(jí)電池電量監(jiān)測(cè)算法。
• BQ2750x 系列中的 Impedance Track 電池電量監(jiān)測(cè)算法的理論及實(shí)現(xiàn)。

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