精確計算電池剩余電量至關(guān)重要

兩種方法取長補短

TI在下一代電量監(jiān)測算法開發(fā)中選取了電流法和電壓法各自的長處。該公司慎重考慮了這個看似理所當然，但迄今為止尚人涉足的方案：將電流法和電壓法相結(jié)合，根據(jù)不同情況使用表現(xiàn)最為突出的方法。因為開路電壓與SOC之間存在非常精確的相關(guān)性，所以在無負載和電源處于張弛狀態(tài)的情況下，這種方法可以實現(xiàn)精確的SOC估算。此外，該方法也使得有機會利用不工作期(任何靠電池供電的設(shè)備都會有不工作期)來尋找SOC確切的“起始位置”。由于設(shè)備接通時可以知道精確的SOC，所以該方法免除了在不工作期對自放電校正的需求。當設(shè)備進入工作狀態(tài)并且給電池施加負載時，則轉(zhuǎn)而使用電流積分法。該方法無需對負載下的壓降進行復雜且不精確的補償，因為庫侖計數(shù)(coulomb-counting)從運行初始就一直在跟蹤SOC的變化。

這種方法還可以用來對完全充電的電量進行更新嗎？答案是肯定的。依靠施加負載前SOC的百分比信息、施加負載后的SOC(兩者均在張弛狀態(tài)下通過電壓測量獲得)，以及二者之間傳輸?shù)碾姾闪浚覀兛梢院茌p松地確定在特定充電變化情況下對應(yīng)于SOC改變的總電量。無論傳輸電量多大、起始條件如何(無需完全充電)，這點都可以實現(xiàn)。這樣就無需在特殊條件下更新電量，從而避免了電流積分算法的又一弱點。

該方法不僅解決了SOC問題，從而完全避免了電池阻抗的影響，而且還被用來實現(xiàn)其他目的。通過該方法可以更新對應(yīng)于“無負載”條件下的總電量，例如可以被提取的最大可能電量。由于IR 降低，非零負載下的電量也將降低，并且在有負載情況下達到端接電壓值的時間縮短。如果SOC和溫度的阻抗關(guān)系式已知，那么有可能根據(jù)簡單的建模來確定在觀察到的負載和溫度下何時能夠達到端接電壓。然而，正如前文所提到的，阻抗取決于電池，并且會隨著電池老化以及充放電次數(shù)的增加而快速提高，所以僅將其存儲在數(shù)據(jù)庫中并沒有多大用處。為了解決這個問題，TI設(shè)計了一種可以實現(xiàn)實時阻抗測量的IC，而實時測量則能夠保持數(shù)據(jù)庫的持續(xù)更新。這種就解決了電池間的阻抗差異以及電池老化問題(如圖3所示)。阻抗數(shù)據(jù)的實時更新使得在指定負載下，可以對電壓情況進行精確預測。

在大多數(shù)情況下，使用該方法可以將可用電量的估算誤差率降低到1%以下，而最為重要的是，在電池組的整個使用壽命內(nèi)都可以達到高精度。

即插即用是自適應(yīng)算法帶來的另一大優(yōu)點，該算法的實施不再需要提供描述阻抗與SOC 以及溫度之間關(guān)系的數(shù)據(jù)庫，因為這一數(shù)據(jù)將通過實時測量獲得。用于自放電校正的數(shù)據(jù)庫也不再需要，不過仍需要定義了開路電壓與SOC(包括溫度)關(guān)系的數(shù)據(jù)庫。但是，這方面的關(guān)系由正負極系統(tǒng)的化學性質(zhì)決定，而不由具體的電池型號設(shè)計因素（如電解液、分離器、活性材料厚度以及添加劑）決定。由于多數(shù)電池廠商使用相同的活性材料（LiCoO2 以及石墨），因此他們的V(SOC,T)關(guān)系式基本相同。實驗結(jié)果支持上述結(jié)論。圖4 顯示了不同廠商生產(chǎn)的電池在無負載狀態(tài)下的電壓比較。

可以看出它們的電壓值很接近，偏差不過5mV，由此可知在最差情況下SOC的誤差也不過1.5%。如果開發(fā)一種新電池，僅需要建立一個新的數(shù)據(jù)庫，而不像現(xiàn)在需要數(shù)百個用于不同電池型號的數(shù)據(jù)庫。這樣就簡化了電量監(jiān)測計解決方案在各種終端設(shè)備中的實施過程，且數(shù)據(jù)庫并不依賴于所使用的電池。即使采用不同類型或不同廠商生產(chǎn)的電池，也沒有必要重新編程。這樣，在實現(xiàn)電池監(jiān)控IC即插即用的同時，精確度及可靠性也相應(yīng)提高。