利用阻抗跟蹤電量計(jì)改善電池備用系統(tǒng)的LiFePO4電池平衡

作者：時(shí)間：2013-11-22 來源：網(wǎng)絡(luò)

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黃金周期

本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/258473.htm

為了給所有電池組創(chuàng)建黃金鏡像數(shù)據(jù)，應(yīng)運(yùn)行幾個充電和放電周期，以獲得可靠的Q_max和電阻表（Ra表）值。使用LiFePO₄電池時(shí)，最好是在前述過程之后的放電周期，更新Q_max。

在黃金周期的充電和放電周期，利用bq評估軟件工具創(chuàng)建一個日志文件（.LOG），這一點(diǎn)很重要。這樣，便可以利用TI應(yīng)用人員提供的Mathcad®計(jì)算工具，驗(yàn)證Q_max和Ra表值的正確性。

在創(chuàng)建黃金電量監(jiān)測計(jì)（.GG）文件以后，應(yīng)將基于周期數(shù)據(jù)的保守?cái)?shù)值分配給Q_max值。每個電池的Ra表值分配集應(yīng)相同，而并聯(lián)電池的Q_max值也應(yīng)相同。使用連續(xù)周期的非對稱Q_max和Ra表開始值，可能會引起SOC誤差和平衡問題。表2列舉出了經(jīng)過調(diào)整的黃金.GG值的一個例子，它可以改善2s2p電池組配置的電池平衡性。

表2 相比黃金.GG文件的數(shù)據(jù)閃存參數(shù)例子

在黃金鏡像數(shù)據(jù)創(chuàng)建期間和正常工作期間，應(yīng)關(guān)閉電量監(jiān)測計(jì)的充電超時(shí)功能即FC-MTO（設(shè)置為0），這樣便可在不要求放電來清除該計(jì)時(shí)器的情況下連續(xù)充滿電池。FC-MTO隱藏在TI的bq20z4x/7x產(chǎn)品中，但幸運(yùn)的是，它已被默認(rèn)設(shè)置為0。TI的bq20z80將該功能稱作“FC-MTO”，而bq20z6x/9x則將其稱作“CMTO”。

電池平衡

就3節(jié)或者4節(jié)串聯(lián)電池而言，應(yīng)僅在電池備用電源應(yīng)用中使用內(nèi)部電池平衡。這是因?yàn)椋猛獠侩姵仄胶鈺r(shí)，相鄰的電池?zé)o法得到正確的平衡。但是，在2節(jié)串聯(lián)電池組中，允許使用外部電池平衡。由于備用電池大多數(shù)時(shí)候均處于休息狀態(tài)，充電時(shí)間較少，因此需要正確地平衡相鄰電池²。

如前所述，必須對增強(qiáng)型bq20z45-R1固件的數(shù)據(jù)閃存參數(shù)進(jìn)行修改，以用于電池備用電源應(yīng)用，并適應(yīng)設(shè)計(jì)人員的特殊電池組特性（本文中為化學(xué)ID404）。增強(qiáng)型固件提供對整個休息期間OCV值的加權(quán)測量，并在充電完成后首次OCV測量以后立即鎖定電池平衡計(jì)算。另外，它在上電以后或者重置狀態(tài)下，讓不合格范圍內(nèi)的電池平衡失效。

建議定期放電來更新Ra-表值。放電期間SOC每變化約11%便對這些值進(jìn)行更新（例如：89%、78%、67%等）。

另外，利用電量監(jiān)測計(jì)的備用電量功能，可估算和補(bǔ)償隨時(shí)間而產(chǎn)生的電池電量損失。補(bǔ)償電量損失的另一種方法是讓主機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行計(jì)算。如果系統(tǒng)將在沒有Q_max更新的情況下工作，則主控制器必須通過在充電完成以后發(fā)布IT激活命令（0x0021）來確保沒有出現(xiàn)Q_max更新。

無增強(qiáng)型固件時(shí)的離線電池平衡

TI的bq20z6x/7x/8x/9x器件沒有LiFePO₄電池增強(qiáng)型固件。如果這些器件用于待機(jī)應(yīng)用中，則在正常工作期間必須關(guān)閉平衡功能。通過設(shè)置最小電池偏差為0可以實(shí)現(xiàn)這個目標(biāo)。如果主機(jī)系統(tǒng)確定電池隨時(shí)間而出現(xiàn)錯配，則應(yīng)采取如下步驟：

設(shè)置最小電池偏差為1909（或者《參考2》中計(jì)算的任何正確值），開啟電池平衡。結(jié)合前面所述事件和條件，采取步驟2到6，以確保有效Q_max更新。
電池完全放電，并允許電池休息5小時(shí)5分鐘（或者5分鐘以上，設(shè)置“Qmax最大時(shí)間”）。一旦在零電量時(shí)出現(xiàn)這種電池休息，則可通過測量每節(jié)電池的電壓來準(zhǔn)確估算SOC。
將電池完全充電，以允許在整個充電周期進(jìn)行電池平衡。
充電完成以后，主機(jī)系統(tǒng)應(yīng)發(fā)送一條IT激活命令，讀取電池電壓，然后決定是否需要另一個深度放電平衡周期和休息。
如果需要另一個平衡周期，則馬上開始完全放電，并如前所述在零電量時(shí)要求再休息5小時(shí)5分鐘。
在確定需要正確平衡的電池以后，應(yīng)再把最小電池偏差設(shè)置為0，以使電池平衡失效。

結(jié)論

TI的阻抗跟蹤電池電量計(jì)技術(shù)是一種自適應(yīng)計(jì)量算法，它可以在整個電池壽命周期對電池SOC進(jìn)行準(zhǔn)確的測量。但是，在電池備用電源應(yīng)用中，為了獲得最佳的運(yùn)行效果，我們需要考慮一些問題，并做出一些修改。本文介紹了如何利用TI的LiFePO₄電池增強(qiáng)型bq20z45-R1固件，實(shí)現(xiàn)正確的電池平衡，以及獲得可靠的Q_max更新，從而達(dá)到最佳的準(zhǔn)確性。

參考文獻(xiàn)

1、《在淺放電應(yīng)用中對TI的LiFePO4電池阻抗跟蹤電池電量計(jì)進(jìn)行微調(diào)》，作者 Keith James Keller，刊發(fā)于《模擬應(yīng)用雜志》（2011年第1季度），網(wǎng)址：www.ti.com/slyt402-aaj

2、《使用外部MOSFET實(shí)現(xiàn)快速電池平衡》，作者Simon Wen，刊發(fā)于《應(yīng)用報(bào)告》，網(wǎng)址：www.ti.com/ slua420-aaj

3、《bq20zxx產(chǎn)品系列阻抗跟蹤電池電量計(jì)算法理論與實(shí)現(xiàn)》，刊發(fā)于《應(yīng)用報(bào)告》，網(wǎng)址：www.ti.com/ slua364-aaj

4、《電池備用存儲系統(tǒng)的電量計(jì)考慮》，作者Keith James Keller，刊發(fā)于《模擬應(yīng)用雜志》（2010年第1季度），網(wǎng)址：www.ti.com/slyt364-aaj

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