精確計算電池剩余電量至關(guān)重要

兩種方法取長(cháng)補短

TI在下一代電量監測算法開(kāi)發(fā)中選取了電流法和電壓法各自的長(cháng)處。該公司慎重考慮了這個(gè)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合，根據不同情況使用表現最為突出的方法。因為開(kāi)路電壓與SOC之間存在非常精確的相關(guān)性，所以在無(wú)負載和電源處于張弛狀態(tài)的情況下，這種方法可以實(shí)現精確的SOC估算。此外，該方法也使得有機會(huì )利用不工作期(任何靠電池供電的設備都會(huì )有不工作期)來(lái)尋找SOC確切的“起始位置”。由于設備接通時(shí)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。當設備進(jìn)入工作狀態(tài)并且給電池施加負載時(shí)，則轉而使用電流積分法。該方法無(wú)需對負載下的壓降進(jìn)行復雜且不精確的補償，因為庫侖計數(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(lái)對完全充電的電量進(jìn)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(guò)電壓測量獲得)，以及二者之間傳輸的電荷量，我們可以很輕松地確定在特定充電變化情況下對應于SOC改變的總電量。無(wú)論傳輸電量多大、起始條件如何(無(wú)需完全充電)，這點(diǎn)都可以實(shí)現。這樣就無(wú)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(diǎn)。

該方法不僅解決了SOC問(wèn)題，從而完全避免了電池阻抗的影響，而且還被用來(lái)實(shí)現其他目的。通過(guò)該方法可以更新對應于“無(wú)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(shí)間縮短。如果SOC和溫度的阻抗關(guān)系式已知，那么有可能根據簡(jiǎn)單的建模來(lái)確定在觀(guān)察到的負載和溫度下何時(shí)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(huì )隨著(zhù)電池老化以及充放電次數的增加而快速提高，所以?xún)H將其存儲在數據庫中并沒(méi)有多大用處。為了解決這個(gè)問(wèn)題，TI設計了一種可以實(shí)現實(shí)時(shí)阻抗測量的IC，而實(shí)時(shí)測量則能夠保持數據庫的持續更新。這種就解決了電池間的阻抗差異以及電池老化問(wèn)題(如圖3所示)。阻抗數據的實(shí)時(shí)更新使得在指定負載下，可以對電壓情況進(jìn)行精確預測。

在大多數情況下，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(gè)使用壽命內都可以達到高精度。

即插即用是自適應算法帶來(lái)的另一大優(yōu)點(diǎn)，該算法的實(shí)施不再需要提供描述阻抗與SOC 以及溫度之間關(guān)系的數據庫，因為這一數據將通過(guò)實(shí)時(shí)測量獲得。用于自放電校正的數據庫也不再需要，不過(guò)仍需要定義了開(kāi)路電壓與SOC(包括溫度)關(guān)系的數據庫。但是，這方面的關(guān)系由正負極系統的化學(xué)性質(zhì)決定，而不由具體的電池型號設計因素（如電解液、分離器、活性材料厚度以及添加劑）決定。由于多數電池廠(chǎng)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(shí)驗結果支持上述結論。圖4 顯示了不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的電池在無(wú)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(guò)5mV，由此可知在最差情況下SOC的誤差也不過(guò)1.5%。如果開(kāi)發(fā)一種新電池，僅需要建立一個(gè)新的數據庫，而不像現在需要數百個(gè)用于不同電池型號的數據庫。這樣就簡(jiǎn)化了電量監測計解決方案在各種終端設備中的實(shí)施過(guò)程，且數據庫并不依賴(lài)于所使用的電池。即使采用不同類(lèi)型或不同廠(chǎng)商生產(chǎn)的電池，也沒(méi)有必要重新編程。這樣，在實(shí)現電池監控IC即插即用的同時(shí)，精確度及可靠性也相應提高。