鋰電池電量檢測(cè)原理

1、exasinstruments。目錄序 錯(cuò)誤！未定義書簽。目錄1第一章電池電量監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)知識(shí) 31.1 什么是電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù) 31.2 概要介紹31.3 第一部分：電池化學(xué)成分基本知識(shí) 31.4 電池化學(xué)容量 qmax51.5 可用容量 quse61.6 電池電阻71.7 電荷狀態(tài)(soc) 71.8 抗阻與溫度和 dod有關(guān) 81.9 阻抗和容量隨老化而改變 91.10 新電池的阻抗差異 101.11 電池剩余容量(rm) 111.12 電池化學(xué)成分概要 12第二章傳統(tǒng)的電池電量監(jiān)測(cè)方法 132. 1目標(biāo)：充分利用可用的電池容量 132. 2傳統(tǒng)的電池包側(cè)電量監(jiān)測(cè)計(jì) 142. 3系統(tǒng)側(cè)阻抗跟

2、蹤電量監(jiān)測(cè)計(jì) 152. 4電量監(jiān)測(cè)計(jì)有哪些功能？ 152. 5如何實(shí)現(xiàn)電量監(jiān)測(cè)計(jì) 162. 6基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì) 172. 7電池電阻182. 8阻抗與溫度和 dod有關(guān) 182. 9新電池的阻抗差異 192. 10 電池 - 瞬態(tài)響應(yīng) 202. 11 電壓弛豫和電荷狀態(tài)誤差212. 12 基于電壓之電量監(jiān)測(cè)的 soc 誤差 22第三章 基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì) 243. 1 基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì) 243. 2 基于庫倫計(jì)數(shù)的電量監(jiān)測(cè) 253. 3 在完全放電之前進(jìn)行學(xué)習(xí) 253. 4 經(jīng)補(bǔ)償?shù)姆烹娊K止電壓( cedv ) 263. 5 基于庫倫計(jì)數(shù)的電量監(jiān)測(cè) 283. 6 對(duì)于典型電量監(jiān)測(cè)計(jì)的

3、優(yōu)勢(shì) 303. 7 電池管理產(chǎn)品 - 電池電量監(jiān)測(cè)- bq3060303. 8 問題考查 31第四章阻抗跟蹤技術(shù)的優(yōu)勢(shì)324. 1 電量監(jiān)測(cè) 324. 2 ocv = f ( soc, t) 曲線的比較334. 3 怎樣測(cè)量ocv ? 344. 4 怎樣測(cè)量阻抗? 344. 5 對(duì)于傳統(tǒng)電池容量學(xué)習(xí)的問題 354. 6 在未完全放電的情況下學(xué)習(xí) qmax 35第五章電量監(jiān)測(cè)375. 1 電量監(jiān)測(cè)的好處375. 2 未得到使用的電池容量的含義415. 3 由于監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確而造成的損失425. 4 總結(jié) 42附錄：44第一章 電池電量:監(jiān)測(cè)基礎(chǔ)知識(shí)1.1什么是電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù)含義：電池電量監(jiān)測(cè)是一種

4、用于在所有的系統(tǒng)運(yùn)行及空閑情況下預(yù)測(cè)電池容量的技術(shù)。電池容量：73%運(yùn)行時(shí)間6:23- 百分比- 至電量耗盡/充滿的時(shí)間- 毫安時(shí)（mah）- 瓦時(shí)（wh）- 通話時(shí)間、限制時(shí)間等可獲得用于反映電池健康狀況及安全診斷的其他數(shù)據(jù)1 .健康狀態(tài)2 .滿充電容量電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù)主要是用來報(bào)告電池的容量，同時(shí)它一般也可以提供電池的健康狀態(tài)和 電池的滿充容量。1. 2概要介紹電池化學(xué)成分基本知識(shí)傳統(tǒng)的電池電量監(jiān)測(cè)方法-基于電壓-庫侖計(jì)數(shù)阻抗跟蹤技術(shù)及其優(yōu)勢(shì)1.3第一部分：電池化學(xué)成分基本知識(shí)首先給大家介紹的是一些跟電池電量計(jì)量有關(guān)的一些電池化學(xué)成分的知識(shí)。下圖為：鋰離子電池放電曲線：最優(yōu)運(yùn)行時(shí)間這里的三

5、張圖是在不同情況下測(cè)到的鋰離子電池放電曲線圖。隨著放電速率、溫度和 老化情況改變關(guān)斷電壓可提供盡可能長(zhǎng)的運(yùn)行時(shí)間。從這些圖中我們首先可以看到，在室溫小電流情況下電池的電壓在3.5v之后會(huì)很快的發(fā)生跌落，雖然系統(tǒng)可以支持的最低電壓可以到3.0v或3.3v,但是由于到3.5v之后電壓會(huì)很快跌落，為了避免突然關(guān)機(jī)造成的數(shù)據(jù) 丟失或者加載文件的電路突然中斷，客戶的應(yīng)用系統(tǒng)通常的傾向于把電池的最低容量為零 的參考點(diǎn)設(shè)置為3.5v,如果在低溫或者大電流的情況下，或者在電池非常老化的情況下， 如果還是把3.5v作為電量為零的參考點(diǎn)，那就會(huì)造成電池的可用容量大大的減少，大家可 以從這些曲線上可以看到，在大電流

6、情況下，基本上一開始放電的曲線就已經(jīng)快到3.5v了, 那么在老化或者低溫的情況下也是類似的， 所以如果固定的以3.5v作為容量為零的參考點(diǎn), 那在低溫或者大電流情況，或者是接近老化的情況下，會(huì)造成所報(bào)告容量的縮減，為了避 免這種情況，電池的容量需要根據(jù)溫度、放電速率、電池的老化程度進(jìn)行調(diào)整。c burgi c onditic n ft; sdnjin it oltb/n *-度uee 4 2vukrnamu2hours.其 cdischargeconsidi-t curre-tufjo ： ij j工2j q.u 51 中561 支mocmaxorra1700ffkacamciiv frram

7、gm0 20c 4tt 600 300 1000 t200 uoo 1600 1803 w鋰離子電池的大電流放電能力可通過使用較厚或較薄的活性材料層在很寬的范圍內(nèi)進(jìn) 行調(diào)整。活性材料層較薄意味著電池?fù)碛休^高的大電流放電能力，但能量密度則較低。筆 記本電腦中使用的標(biāo)準(zhǔn)18650圓柱形電池專為實(shí)現(xiàn)最大c速率放電而設(shè)計(jì)。然而，有些電池 的額定規(guī)格則是專為10c放電而擬訂的（用于便攜式電動(dòng)工具），甚至有的電池能達(dá)到60c 速率放電（用于氣電混合動(dòng)力汽車中的備用電源 /再生制動(dòng)）。大電流放電能力在低于0c的低溫條件下將嚴(yán)重降低，這是因?yàn)橛袡C(jī)電解液的低導(dǎo)電率 所致。電解液的導(dǎo)電率良莠不齊，所以應(yīng)查閱制造商

8、提供的有關(guān)低溫放電的數(shù)據(jù)，這一點(diǎn) 很重要。1. 4電池化學(xué)容量 qmax關(guān)于電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù)里面，有一個(gè)比較重要的概念，就是電池的化學(xué)容量qmax。在這張圖里面，紅色的曲線和3.0v的橫坐標(biāo)交叉點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的值就是 qmax。這個(gè)曲線是負(fù)載電流為0.1c的情況下測(cè)出來的，因?yàn)橐獪y(cè)得qmax必須保證負(fù)載電流足 夠的小，理論上qmax是指電流趨近零時(shí)所能放出來的容量，但實(shí)際情況下，工程技術(shù)上是 用很小的電流來做qmax的測(cè)定，這里我們是用的0.1c的電流。那為什么是0.1c呢？c這個(gè)概念在電池電量管理里面就是指電池的放電速率， 1c實(shí)際就是指如果電池的容 量為2200mah,電流為2200ma就是1c

9、,所以概念上就是1小時(shí)內(nèi)將1節(jié)電池完全放空所需要 的電流。因此2200mah的電池對(duì)應(yīng)的放電電流就是2200ma,那0.5c的放電電流對(duì)應(yīng)的就是 1100ma 0電池化學(xué)容量qmax電池容量士 1c 放電逑率 在1小時(shí)內(nèi)招一節(jié)電池完全放電 所需的電汽 示例：220qmah 中池1c放電速率：2200ma, 1小時(shí)0.5c 速率上 1100ma, 2 小時(shí).二電壓.v.4.3負(fù)載電流：0,1c4.0-f 4附蝕池稹定電壓)edv =集節(jié)電池3個(gè)容蛇 ah qfnax 1|電池容量(qmax)：在達(dá)到放電終止電壓(edv)之前可從滴充電電池提取的 電荷露edv是應(yīng)用或電池化學(xué)成分可接受的最小電壓口

10、在這張圖里面所提到的edv指的是系統(tǒng)或者電池本身能夠支持的最低電壓。在便攜式應(yīng)用中，有關(guān)電池功能性的主要問題是“它能持續(xù)工作多長(zhǎng)的時(shí)間”？這是 由活性材料的數(shù)量、它的比容量和電壓特性決定的。當(dāng)電池放電時(shí)，其電壓逐步下降，直 至達(dá)到設(shè)備可接受的最小電壓(被稱為“放電終止電壓 edv”)為止，也就是如果在該 電壓下繼續(xù)放電將導(dǎo)致電池受損。通過對(duì)放電過程中的傳遞電荷進(jìn)行積分，我們可以測(cè)量 在達(dá)到edv之前可以放電的容量 qmax。低速率鋰離子電池放電期間的電壓曲線在上面 進(jìn)行了圖示。bat rqat1.5可用容量quse還有一個(gè)對(duì)應(yīng)的容量就是可用容量。因?yàn)閯偛胖v的是電池的化學(xué)容量，電池的化學(xué)容 量是

11、在電流很小的時(shí)候測(cè)得的容量，它更多的是由電池本身的特性決定的。那實(shí)際在電池 的使用過程中，這么多容量不是都能夠放得出來的，在實(shí)際的使用過程中，由于有一定的 放電電流，所以放電曲線會(huì)比開路電壓曲線低，大家可以看到這條曲線，由于存在電池的 內(nèi)阻，實(shí)際的放電曲線是藍(lán)色的這條曲線，由藍(lán)色的曲線和紅色的曲線對(duì)應(yīng)的值得到 quse, quse實(shí)際指的是電池的可用容量，在這張曲線中我們發(fā)現(xiàn)，由于電池內(nèi)阻的存在使這個(gè)曲 線的位置往下移了，那么放電的時(shí)候會(huì)更早的達(dá)到放電終止電壓， 也就是更早的達(dá)到edv, 所以quse一般是小于qmax?？捎萌萘縬use二一三二空 一放電電流較高時(shí)將更早地達(dá)到edv.可用容量從

12、這個(gè)曲線中我們也可以看出，電流越大， quse會(huì)越小.在這曲線當(dāng)中，i*rbat就是指的由于內(nèi)阻的存在，造成電池端電壓的下降1.6電池電阻*bat2 阻抗= f(t, soc和老化) 電阻在100次充放電之后將增加一倍 電池之間的電阻偏差為10-15% 不同制造商的電池電阻偏差可達(dá)10-15%電池的內(nèi)阻對(duì)電池電壓的監(jiān)測(cè)是有很重要的影響的。基本的公式可以用這樣一個(gè)公式 來表示電池的內(nèi)阻對(duì)電池電量監(jiān)測(cè)的影響:v=vocv-i*rbat這個(gè)公式里面vocv指的是電池的開路電壓，i是指充放電電流，rba屈指的電池的內(nèi)阻,v是指電池的端電壓。電池的阻抗實(shí)際是受很多因數(shù)影響的，受到環(huán)境溫度、電池的容量百分

13、比、電池的老 化程度的影響。它是這些變量中一個(gè)非常復(fù)雜的函數(shù)?，F(xiàn)在要得到這個(gè)函數(shù)的具體表達(dá)式 是非常困難的，所以實(shí)際經(jīng)常用實(shí)測(cè)的方法來得到阻抗，也就是用差分表的方法來得到阻 抗。那么這個(gè)電池的內(nèi)阻通常在100次充放電之后會(huì)增加1倍，這是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)值。同一批電 池之間的偏差控制得比較好的大概可以控制在 1015%左右，不同電池的制造商生產(chǎn)的電池 內(nèi)阻的偏差往往會(huì)更大。所以電池內(nèi)阻是在生產(chǎn)當(dāng)中很難把它的偏差控制得小的一個(gè)變量， 電池的內(nèi)阻是一個(gè)非常難控制的變量，也是非常重要的一個(gè)變量。1.7 電荷狀態(tài)(soc)電荷狀態(tài)(soc)s) 土笆罡三qmax對(duì)丁、涌充電電池，soc = 1 (dod=0 )

14、對(duì)于完全放電電池，s0c = d(d0d=1)剛才講到的是soc, soc實(shí)際是指的容量百分比，也就是大家經(jīng)常在使用手機(jī)或者平 板電腦的時(shí)候屏幕角上的容量百分比，容量百分比的意義是說電池在某種狀態(tài)下到放空之 間還剩余多少電量。英文的縮寫叫soc,也就是stateof charge,所以也可以直接翻譯成電 荷狀態(tài)，因?yàn)閏harged是指的電荷的意思。那么顯然對(duì)一個(gè)充滿了的電池電壓百分比，或 者電荷狀態(tài)，就等于1;對(duì)一個(gè)完全放空的電池電壓百分比就等于 00所以電壓百分比的公 式soc等于這條曲線上的q （狀態(tài)a時(shí)對(duì)應(yīng)的剩余容量）除以電池的化學(xué)容量 qmax。跟電量百分比對(duì)應(yīng)的一個(gè)概念是 dod,

15、dod指的是放電的深度，英文是 depth of discharge那顯然在充電百分比或者容量百分比為 1的時(shí)候，那么放電深度應(yīng)該是0;反過 來容量百分比為0的時(shí)候，放電深度就應(yīng)該是1。我們?cè)趖i的很多文檔當(dāng)中會(huì)碰到dod這個(gè)概念，dod實(shí)際上和soc是一個(gè)相對(duì)的概念, 它們表示的實(shí)際上是同一個(gè)意思，就是電池里面剩余的電量是多少，或者說這個(gè)電池從滿 充狀態(tài)到現(xiàn)在已經(jīng)放了多少電了，是表示這種程度的。1.8 抗阻與溫度和dod有關(guān)阻抗與溫度和dod有關(guān)d0d = 1-s0c （電荷狀態(tài)）soc = 1 （滿充電用油）s0c：電荷狀態(tài)soc = 0（完全放電電池）d0d：放電深度那么電池的阻抗受影響

16、比較大的有溫度和容量百分比，也可以用剛才所說的放電深度 來表示，也就是dod來表示。從這張曲線我們可以看出一些基本的趨勢(shì)，從圖中可以看出 放電百分比越大、放電深度越大，那么電池的內(nèi)阻就越大，因?yàn)檫@條曲線上縱坐標(biāo)指的是 電池內(nèi)阻，它的單位是歐姆；橫坐標(biāo)指的是放電百分比，也就是 dod。不同顏色的曲線表示的是不同溫度下測(cè)的的數(shù)據(jù)，顯然在同一個(gè)溫度下面，放電百分比越大，也就是放電越 深，那它的電池內(nèi)阻就越大。那么我們?cè)谶@張圖上還可以看到，在同樣的 dod下，也就是 同樣的容量百分比下，溫度越低，電池的內(nèi)阻也相應(yīng)的越大。這是一個(gè)基本的概念，這是 大家要對(duì)電池所形成的一個(gè)基本的認(rèn)識(shí)。1.9 阻抗和容量隨

17、老化而改變陽抗和容量隨老化而改變2.78204060電池容量%在100次充電之后化學(xué)容量減少3-5% 電池阻抗隨老化而增加阻抗在100次充電之后幾乎增加一倍口電池的內(nèi)阻除了和溫度、容量百分比有關(guān)，另外一個(gè)影響比較大的因數(shù)就是電池的使 用年限，也就是電池的老化程度。一般電池在100次重放電之后，化學(xué)容量會(huì)減少35%這 個(gè)容量減少還不是很顯著，但是它的阻抗變化就比較顯著了， 在100次充放電之后阻抗可以 增加幾乎1倍。大家可以從這2張圖中看出來，左邊的這張圖是第1次和第100次的放電曲線 畫在一起的一張圖，從這張圖中可以看出來放電次數(shù)的增加對(duì)容量減少的影響還不是很大。 但是放電速率的增加對(duì)內(nèi)阻的影

18、響是很大的，右邊這張圖指的是電池的內(nèi)阻和放電次數(shù)增 加的關(guān)系，這里面有很多條曲線，這張圖的橫坐標(biāo)是測(cè)電池內(nèi)阻時(shí)所用的頻率，縱坐標(biāo)是 指電池的內(nèi)阻。這張圖中我們可以看出來，在頻率很低的情況下，最下面的那條曲線是第1次在不同頻 率下測(cè)得的一條曲線，最上面的那條曲線是第 100次在不同頻率下測(cè)得的電池內(nèi)阻的曲線，這2條曲線在于縱坐標(biāo)交點(diǎn)的值基本相差了 1倍，所以說100次循環(huán)之后，電池的內(nèi)阻增加了 1倍。這里的內(nèi)阻橫坐標(biāo)用的是頻率，表示在頻率很低的情況下，內(nèi)阻的變化隨著循環(huán)次數(shù) 的增加是很顯著的，但是反過來講，隨著頻率的升高，比如說：測(cè)試負(fù)載的變化頻率升高到1khz的時(shí)候，內(nèi)阻的變化基本可以忽略不計(jì)

19、了， 大家可以看到這么多曲線基本都匯聚到 同一點(diǎn)去了。那么實(shí)際上對(duì)我們電池電量監(jiān)測(cè)影響大的是什么樣的阻抗呢？是在頻率比較低或者是直流情況下的阻抗，所以我們應(yīng)該看右邊這張圖曲線和縱坐標(biāo)的2個(gè)交點(diǎn)，從這個(gè)交點(diǎn)上我們可以看出，循環(huán)次數(shù)對(duì)電池的直流內(nèi)阻影響。1.10 新電池的阻抗差異0制造商20e 0,0230.0530 0.062 0.0840,110.130j5r（z）- a低頻（1 mhz）阻抗偏差為15%qn)e70.025q在1c速率放電、40mv用差會(huì)引起26%的最大soc誤差這張圖表現(xiàn)的是新電池阻抗的差異。電池的工藝結(jié)構(gòu)上是一層一層疊起來或者一層一 層卷起來的，所以電池正負(fù)極之間從外部看

20、上去，可以看到有電容的特性，也有電阻的特 性，也有電感的特性。所以整個(gè)電池來講，如果要測(cè)量它的阻抗，阻抗可以分為實(shí)部和虛 部，在這張圖中，我們用一個(gè)交變的負(fù)載去測(cè)定電池的內(nèi)阻，這個(gè)電池的變化頻率，也就 是負(fù)載電流的變化頻率，是從1khz變到1mhz, 1khz的概念大家經(jīng)常接觸到，就是1秒鐘 變化100強(qiáng)；1mhz就是1000秒變化1次，這個(gè)變化頻率就相當(dāng)緩慢了，也就是說測(cè)的其實(shí) 是一個(gè)直流的阻抗。在這2張圖里面，大家可以看到，直流阻抗是隨著頻率的降低單調(diào)的線性增加的，但是 交流阻抗它有一個(gè)變化的趨勢(shì)，一開始是小，后續(xù)慢慢的變大，然后又變小，最后又變大,這是由于電池內(nèi)部存在電容和電感這些因數(shù)綜

21、合影響造成的。但是直流阻抗是單調(diào)的增加 的，隨著頻率的降低，直流阻抗是越來越大的。那么對(duì)電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù)來講，我們關(guān)心 的是1mhz時(shí)的直流阻抗，從這張圖中我們可以看到，1mhz情況下，電池阻抗的偏差還是 有15%左右，這個(gè)15%左右的阻抗偏差會(huì)造成在如果是1c電流放電，電池的端電壓和開路 電壓壓差40mv低溫情況下，如果你使用的算法是根據(jù)電壓來判斷容量，大概會(huì)引起 26%左 右的容量誤差。1.11 電池剩余容量（rm）rm：從當(dāng)前狀態(tài)至edv的電池容量) 三一一一會(huì)三4.23.63.02.4qmaxrm在不同的放電速率下是不一樣的由下面介紹的是電池的剩余容量。剩余容量是指當(dāng)前狀態(tài)放到edv的

22、電池容量，edv也就是終止放電電壓。圖中當(dāng)前狀態(tài) a在一個(gè)給定的電流下進(jìn)行放電，放電到 3.0v的時(shí)候， 對(duì)應(yīng)的剩余容量從圖中標(biāo)出的就是 rm1。那如果在狀態(tài)a的情況下，同比較大的電流放電， 這個(gè)時(shí)候這個(gè)曲線的位置會(huì)比開路電壓更低一點(diǎn)，也會(huì)比剛才的小電流放電的rm1對(duì)應(yīng)的位置更低一點(diǎn)，那這個(gè)時(shí)候得到的剩余容量是 rm2。rm2和rm1對(duì)應(yīng)的放電曲線它們的區(qū) 別在于使用的放電電流是不一樣的，放電電流越大，曲線的位置越低，剩余容量就越小， 所以電池的剩余容量是與放電速率有關(guān)的，不同的電流下面電池的剩余容量是不一樣的。 有的用戶在電池的實(shí)際使用過程中在放電的情況下，會(huì)發(fā)現(xiàn)電池的容量由少變多，他感到

23、不可理解，實(shí)際這里可以解釋一下，這種情況是由于放電電流的變化造成的，當(dāng)我們看到 電池容量由少變多的情況，這個(gè)通常是由于放電電流突然變小造成的，因?yàn)樵诓煌碾娏飨码姵乜梢苑懦龅娜萘渴遣灰粯拥模?dāng)放電電流變小的時(shí)候，它可以放出的容量是可以增加的。1.12 電池化學(xué)成分概要qmax = 電池化學(xué)容量（無負(fù)載 ）quse =可用容量（與負(fù)載有關(guān)）電池電阻和負(fù)載產(chǎn)生i-r 壓降soc = 電荷狀態(tài)（% ，取決于ocv）rm = 剩余容量（取決于負(fù)載）電池老化會(huì)影響阻抗和容量我們現(xiàn)在簡(jiǎn)單的回顧一下剛才介紹的概念。qmax是指的電池的化學(xué)容量。這個(gè)容量的值是和負(fù)載沒有關(guān)系的。它是指在極小的負(fù)載電流情況下，電

24、池能夠放出了的容量，通常它的單位是用mah來表示的。qus更指電池的可用容量。這個(gè)容量是和負(fù)載有關(guān)的，不同負(fù)載的情況下，電池的可用容量是不一樣的，負(fù)載電流越大，電池的可用容量越小。為什么quseffiqmax會(huì)造成這樣的區(qū)別呢？這主要是由于電池的內(nèi)阻和負(fù)載在電池的電動(dòng)勢(shì)和端電壓直接產(chǎn)生了一個(gè)壓降，還有一個(gè)概念就是電池的容量百分比，或者是說電荷狀態(tài)，它的單位是%，這個(gè)%實(shí)際上就是電池的剩余容量除以電池的化學(xué)容量得到的。剩余容量叫 rm ， rm 的大小也是取決于負(fù)載的，負(fù)載越大，在同一個(gè)狀態(tài)下剩余容量就越小。還有一個(gè)概念就是電池的老化會(huì)影響到電池的阻抗和容量。老化對(duì)阻抗的影響比較明顯，100個(gè)周

25、期之后阻抗會(huì)增加1倍。老化對(duì)容量的影響不像阻抗這么明顯，但是100個(gè)周期之后會(huì)有35%的跌落。第二章 傳統(tǒng)的電池電量監(jiān)測(cè)方法2. 1目標(biāo)：充分利用可用的電池容量100%80%60%40%20%0%充電電壓容差實(shí)際的有效容量容量由于電量監(jiān)測(cè)不準(zhǔn)確所 導(dǎo)致的關(guān)斷不確定性可用容量實(shí)際上也許只用/ 80-90% !高準(zhǔn)確度的電量監(jiān)測(cè)可延長(zhǎng)電池的運(yùn)行時(shí)間電池電量監(jiān)測(cè)的主要目的是為了最大程度的利用電池里面的容量，通常來講，電池里 容的容量我們一般很難做得100畸1用的，為什么呢?這里存在2個(gè)因數(shù)，第1,在充電的時(shí)候，充電電壓很難正好是電池的滿充電壓，通常 我們?yōu)榱朔乐闺姵爻霈F(xiàn)過沖狀態(tài)，這個(gè)充電電壓誤差是往

26、下偏的，也就是說4. 2v的電池,充電電壓有可能是4 18v或4. 15v,這樣，如果在這個(gè)低充電電壓下進(jìn)行充電，充進(jìn)去的容 量可能就會(huì)變?。涣硗?，由于電池電量監(jiān)測(cè)的不準(zhǔn)確性，用戶為了安全，防止突然關(guān)鍵造 成數(shù)據(jù)丟失，可能電量估計(jì)得會(huì)比較保守，也就是說電池真正的電量還沒到0%勺時(shí)候，他就提前報(bào)成0%讓系統(tǒng)提前關(guān)機(jī)，這樣至少可以避免用戶的數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)然用戶體驗(yàn)上感 覺電池的容量變小了，這是一個(gè)缺點(diǎn)，這樣做的后果也是導(dǎo)致電池的容量不能充分的發(fā)揮 出來，電池電量監(jiān)測(cè)技術(shù)是為了最大程度的提高對(duì)電池電量的監(jiān)測(cè)，讓用戶能夠最大程度 的使用當(dāng)前電池里面的容量，這個(gè)藍(lán)色的這段實(shí)際上指的就是電池的有效容量，我們

27、這個(gè) 技術(shù)就是為了把實(shí)際的有效容量盡量的往上或者往下擴(kuò)展。2. 2傳統(tǒng)的電池包側(cè)電量監(jiān)測(cè)計(jì)續(xù)監(jiān)測(cè)電池工作情況并通過i2c或單線協(xié)議將剩余容量或運(yùn)行時(shí)間信息提供給主機(jī)。然而， 當(dāng)電池循環(huán)壽命終止時(shí)，即使電量監(jiān)測(cè)計(jì)仍然處于良好狀態(tài)我們也不得不扔掉電池包。我 們被迫購買另一個(gè)帶電量監(jiān)測(cè)計(jì)的電池包，從而增加了最終用戶的成本。我們能否將電量 監(jiān)測(cè)計(jì)置于主機(jī)側(cè)以盡量降低成本呢？傳統(tǒng)的電池包電量監(jiān)測(cè)技術(shù)是這樣一個(gè)框架結(jié)構(gòu)的，電量監(jiān)測(cè)的芯片一般來講是放在 電池包里面的，在這張圖里面虛線圍起來的部分就是電池包，這個(gè)電池包一般是有鋰電池 電芯，也就是這里看到的一個(gè)電池電氣符號(hào)，還有紅色方塊所代表的電量監(jiān)測(cè)計(jì)，這個(gè)

28、就 是ti的器件所在的位置。還有就是控制 mos管的保護(hù)器，這個(gè)保護(hù)器是在電池過充或者過 放的時(shí)候動(dòng)作切換mos對(duì)電池芯進(jìn)行保護(hù)，一般電池包里面還會(huì)放一個(gè)熱敏電阻，用來監(jiān) 測(cè)電池包的溫度，那么除了左邊指的是手機(jī)或者平板電腦的系統(tǒng)板，在這塊系統(tǒng)板上跟電 量計(jì)發(fā)生關(guān)系的主要是電源管理芯片和主機(jī)的處理器，主機(jī)的處理器通常是通過i2c或者單線的hdq總線來讀取電量計(jì)里面的電量信息的。在這個(gè)電量信息得知的情況下，來決定現(xiàn)在有多少時(shí)間到電池完全放完，有些用戶要 做某些事情的時(shí)候可以提示用戶現(xiàn)在電量是否足夠，這是一個(gè)傳統(tǒng)的解決方案，就是說把 電量計(jì)放在電池包里面的解決方案，ti在這方面主要的器件有bq275

29、41、bq27545這2顆主 要的芯片；我們后續(xù)還推出了 bq27441,這是比較低成本的方案；我們還有 bq27741,這把電量計(jì)和保護(hù)器做到一起的一個(gè)方案；我們還有 bq28z560,這個(gè)也是包電量計(jì)和保護(hù)器 做到一起的一個(gè)方案。2. 3系統(tǒng)側(cè)阻抗跟蹤電量監(jiān)測(cè)計(jì)電量 gpio監(jiān)測(cè)計(jì)1!v ；：便攜式設(shè)備：!;*j;電池包 ；1 一一一一一一一一一一一 i產(chǎn)品示例：bq28z550 bq27510 bq27520 bq27435bq27421 bq27441 bq27410在這幅示意圖中，電量監(jiān)測(cè)計(jì)位于主機(jī)側(cè)以盡量降低電池包成本。這樣，當(dāng)電池包使 用壽命結(jié)束時(shí)，我們就不必購買電池包中的另一套

30、電子組件。隨著技術(shù)的進(jìn)步，或者說ti的阻抗跟蹤技術(shù)的推出，現(xiàn)在出現(xiàn)了這樣一種運(yùn)用，把電 量監(jiān)測(cè)計(jì)放在設(shè)備的主板一側(cè)，電池這一側(cè)就只有一個(gè)保護(hù)器和mos管，還有熱敏電阻，當(dāng)然還有1個(gè)電芯在里面，這樣的話有什么好處呢？電池包的成本就大大的降低了，電池包的供應(yīng)商也比較好找了，因?yàn)樗央娏坑?jì)從電池包里面搬到了主機(jī)側(cè)，所以這樣的方案現(xiàn) 在都是可行的，ti同時(shí)提供對(duì)這2種方案的支持。還有bq28z550,這個(gè)方案是把電量計(jì)放 在便攜設(shè)備的系統(tǒng)板上，這樣電池包里面就不需要放電量計(jì)了，這樣就可以降低電池包的 成本，使得供應(yīng)商更容易找到，這種 ti的電量計(jì)主要有bq27510、bq27520, bq27441也

31、是 可以用在這個(gè)場(chǎng)合的，還有bq27425、bq27421等等芯片。2. 4電量監(jiān)測(cè)計(jì)有哪些功能?電池與用戶之間的通信測(cè)量：-電池電壓一充電或放電電流-溫度提供:- 電池運(yùn)行時(shí)間和剩余容量- 電池健康狀況信息- 總體電池電源管理（工作模式）電量監(jiān)測(cè)計(jì)的主要功能是哪些呢？電量監(jiān)測(cè)計(jì)首先要完成系統(tǒng)和電池之間的通訊，系 統(tǒng)要知道電池有多少電量，需要跟電量計(jì)之間的總線通訊，剛才說了 i2c和單線的hdq總線 通訊來得到，在通訊的過程當(dāng)中，系統(tǒng)主要可以得到哪些信息呢？第1個(gè)是實(shí)測(cè)的模擬量信 息，比如說電池的電壓、電池的充放電電流，還有電池的溫度。這些基本的模擬量信息作 為一個(gè)電量計(jì)來講，它更重要的還要提

32、供電池的容量信息，也就是剛才所說到的電池的剩 余容量、電池的運(yùn)行時(shí)間，還有電池的健康狀況的信息，還有一個(gè)就是這個(gè)芯片本身要能 夠完成工作狀況的轉(zhuǎn)變，也就是說它要從正常工作模式，轉(zhuǎn)到低功耗模式，實(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)變， 達(dá)到一個(gè)什么目的呢？達(dá)到一個(gè)節(jié)省電量的目的。2. 5如何實(shí)現(xiàn)電量監(jiān)測(cè)計(jì)基于電壓:soc = f(vbat)庫侖計(jì)數(shù):q = jidt阻抗跟蹤：實(shí)時(shí)電阻測(cè)量 =%cv *bat怎么實(shí)現(xiàn)電量監(jiān)測(cè)呢？第一種方法就是基于電壓的電量監(jiān)測(cè)，電量百分比或容量百分比它把他看成是電池電 壓的一個(gè)函數(shù)，這是從經(jīng)驗(yàn)上到得到的一個(gè)公式，當(dāng)然這種函數(shù)本身的表達(dá)式不一定要得 到，它只要得到一個(gè)開路電壓和容量百分比對(duì)應(yīng)

33、的表格就行了，這個(gè)表格各個(gè)點(diǎn)之間的數(shù) 據(jù)可以用差補(bǔ)的方法得到。還有一個(gè)方法就是庫侖計(jì)數(shù)，庫侖計(jì)數(shù)是對(duì)充進(jìn)電池或者電池里面放出的電流進(jìn)行積 分所得到的一個(gè)能量。我們可以把電池看成我們汽車的油箱，這個(gè)油箱充進(jìn)多少油，放出 多少油，就可以算出里面剩多少油，這也是一種比較直觀的根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)得到的一種算法現(xiàn)在最新的算法是阻抗跟蹤算法，這個(gè)算法其實(shí)它是依據(jù)實(shí)時(shí)的對(duì)電池的內(nèi)阻測(cè)量來得到電池的容量，它的公式就是圖中這個(gè)公式，剛才已經(jīng)列舉過，也就是電池的端電壓v等于電池的開路電壓減去電流乘以電池的內(nèi)阻，這個(gè)電流是指電池流進(jìn)或者流出的一個(gè)總 電流。2. 6基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)電池容量 quse qmax應(yīng)用.低端

34、蜂窩電話、數(shù)碼相機(jī)（dsc）3 脈動(dòng)的負(fù)我會(huì)導(dǎo)致電池容量指示條上下浮動(dòng) 僅在非常低的電流下準(zhǔn)確 y ygv下面先介紹一下基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)，這張圖是一個(gè)電池的開路電壓曲線，這個(gè)方 法的基本思路是對(duì)不同電壓我們用不同的格數(shù)來表示電池的容量，比如說在4. 2v的時(shí)候用4格來表示，這是滿格的電池；3. 8v的時(shí)候我可能用3格來表示電7tk的容量，3.6v用2格； 3. 2v可能就用1格來表示電池的容量，就是說用不同的格數(shù)來對(duì)應(yīng)不同的電池電壓，來表 示電池的容量，這種方法精度比較差，通常用在低端得最早期出現(xiàn)的那些蜂窩電話，或者 早期出現(xiàn)的數(shù)碼相機(jī)里面。這種方法會(huì)有一個(gè)什么問題呢？就是說在電流波動(dòng)的時(shí)

35、候這個(gè)會(huì)上下跳變，比如說我有一個(gè)放電電流的情況下，或者 電流比較大的情況下，在放電的過程當(dāng)中大家可以看在紅顏色的這個(gè)箭頭地方，如果電流 在這一點(diǎn)突然減小，或者說我突然變成0了，這個(gè)電壓很顯然的就會(huì)往抬，電壓一般抬到這 一點(diǎn)的話，它的格數(shù)就會(huì)變成2格，再往下的時(shí)候這變化就會(huì)更明顯，再往下的時(shí)候電池格 數(shù)可能接近0格或者用紅顏色來表示這個(gè)電池的格數(shù)，這個(gè)時(shí)候的跳變就會(huì)由紅顏色變成2格，這個(gè)時(shí)候就會(huì)來回跳，如果電流變化的情況下，比如說，他剛才打電話打到這里停掉了，電池就剩2格，他以為還有電，然后突然又來一個(gè)電話，一下就變成0了，所以這種表示誤差會(huì)比較大，因?yàn)榇蠹铱吹竭@里實(shí)際上是用 4格來表示電池容量

36、的，因?yàn)?格就對(duì)應(yīng)了 25%勺容量，所以跳一格就有25%勺容量差，跳2格就有50%勺容量差，所以這種方法誤差比 較大。誤差比較大的原因就是因?yàn)殡姵卮嬖趦?nèi)阻，在電流比較大的情況下，它的格數(shù)跳變 會(huì)比較多。2. 7電池電阻v = vocv urbat 阻抗（溫度，電荷狀態(tài)，和老化 i電阻在100次充放電之后將增加一倍 電池之間的電阻偏差為 不同制造商的電池電阻偏差可達(dá)10-15%這個(gè)是電池開路電壓和端電壓的一個(gè)公式，剛才已經(jīng)講過電池的內(nèi)阻是溫度、電荷狀態(tài)和電池老化程度的一個(gè)函數(shù)； 電池內(nèi)阻在100次充放電之后會(huì)增加一倍；同一批電池的阻 抗偏差可能會(huì)在1015%不同電池制造商或者質(zhì)量比較差的制造商內(nèi)

37、阻偏差會(huì)更大。2. 8阻抗與溫度和dod有關(guān)這里對(duì)容量計(jì)算影響最大的或者最難得到的一個(gè)信息就是 i*rbat,當(dāng)然i是比較容易得 到的，只要測(cè)定流進(jìn)流出的電流就可以了，以現(xiàn)在的技術(shù)這個(gè)可以測(cè)到1ma的精度。那么這個(gè)rbat相對(duì)來講就比較難一點(diǎn)測(cè)定，因?yàn)樗且鶕?jù) 2個(gè)量計(jì)算得到的。上圖主要是阻抗與溫度和容量百分比的關(guān)系，這個(gè)關(guān)系剛才已經(jīng)講過了，基本上阻抗 是隨溫度的降低而增加，隨著容量百分比的減少而增加，是這樣一個(gè)概念。2. 9新電池的阻抗差異制造商10 0.062 0.0b4 r(z) grri r2aine 0.025低頻(1 mhz)阻抗偏差為15%會(huì)引起26%的最大soc誤差在1c速率

38、放電、40-mv壓差下,這個(gè)是阻抗的偏差，這個(gè)是一個(gè)什么樣的概念呢？就是說我們通常來講，使用的阻抗對(duì)電量計(jì)量影響比較大的哪個(gè)阻抗指的是在低頻狀態(tài)下的阻抗，是在1mhz下的阻抗，實(shí)際上就是直流阻抗，而不是通常我們用市場(chǎng)上看到的內(nèi)阻測(cè)試儀測(cè)到的阻抗，那個(gè)阻抗是在 1khz下測(cè)到的電池內(nèi)阻，那個(gè)內(nèi)阻通常來講看上去比較小。 上面是已經(jīng)介紹過的對(duì)容量計(jì) 算精確度的影響的3個(gè)因數(shù)，是溫度、容量百分比和老化程度，這些會(huì)給容量的計(jì)算造成影 響，這個(gè)影響是指用電壓來監(jiān)測(cè)電量的方法的影響。除了這些因數(shù)的影響，如果用的是電 壓監(jiān)測(cè)的方法，那么還有一個(gè)影響也是不可忽略的，而且這個(gè)影響也比較難處理，這是很 多電量管理的

39、工程師頭痛的一個(gè)問題，就是電池有因?yàn)樗矐B(tài)響應(yīng)的問題。2. 10電池-瞬態(tài)響應(yīng)151_，嘶測(cè)第寐用s放快率電流 時(shí)間（秒）完全她豫需要大約200。秒的時(shí)間在不同的時(shí)刻具有不同的 電壓40002q至300口秒之間的電壓 差異超過20mv大家從這2張圖可以看一下，電池在比較滿充的情況下放電，前面這條曲線是表示一個(gè) 放電的過程，放到這個(gè)時(shí)候電壓比較低了，然后負(fù)載移除，這個(gè)時(shí)候電池的電壓并不是立 刻回到電流為0的時(shí)候，因?yàn)榇蠹蚁氲截?fù)載移除電流就變 0了，這個(gè)時(shí)候的電壓有沒有回到 電流為0的電壓呢？沒有。它是慢慢的回上去的，它花了很長(zhǎng)時(shí)間才回上去，大家看到這條 曲線。大家平時(shí)的經(jīng)驗(yàn)也可以證明這一點(diǎn)，就是說

40、平時(shí)一個(gè)電池放電之后，然后你把負(fù)載 拿掉，它的電壓是在不斷的變化的，那么這個(gè)電壓變化穩(wěn)定的過程要多長(zhǎng)時(shí)間呢，大家看 到這這一點(diǎn)大概是160陽基本上要1i定下來是到3500秒，大概有2000秒左右的時(shí)間，才 能穩(wěn)定下來，這個(gè)是電壓在3. 8v到3 9v左右進(jìn)行的放電，也就是說電池這個(gè)時(shí)候還沒有飽。 根據(jù)剛才介紹的在電池比較飽的情況下，也就是在電池容量百分比比大的情況下，電池的 內(nèi)阻這個(gè)時(shí)候是比較小的，電池內(nèi)阻比較小的情況下它恢復(fù)的還算快的。下面這張圖大家 可以看到這邊的電壓是比較低了，從3. 3v左右開始放電，放了一段時(shí)間后，這個(gè)時(shí)間也很 短，因?yàn)殇囯姵仉妷罕容^低的情況下，稍微放一會(huì)電，接近到3

41、 2v系統(tǒng)最低能夠接受的電壓，這個(gè)時(shí)候如果停止放電，這個(gè)電壓需要多長(zhǎng)時(shí)間回上去呢，基本上要更長(zhǎng)的時(shí)間，比 如3000#以上的時(shí)間才能夠把電壓穩(wěn)定下來，所以在這段時(shí)間之內(nèi)，它的電壓是不夠穩(wěn)定 的，但是沒有負(fù)載，電流是一直是0,這個(gè)時(shí)候你去讀電壓，電壓是一直變化的，對(duì)應(yīng)的容量百分比到底是多少呢？這個(gè)時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生誤差2. 11電壓弛豫和電荷狀態(tài)誤差電池單元電壓(v)soc %誤差 士20mv壓差 誤差取決于估計(jì)時(shí)刻的特定電壓 最大誤差達(dá)到15%,平均誤差為5%大家可以看到在20至3000秒之間電壓的差異可以超過20mv,那么20mv這個(gè)電壓值在 計(jì)算容量的時(shí)候，它已經(jīng)可以造成很大的容量偏差了，尤其在

42、電壓放電的平坦區(qū)這個(gè)階段， 它可以造成很大的容量偏差，所以電池的瞬態(tài)響應(yīng)會(huì)對(duì)用電壓來監(jiān)測(cè)的計(jì)量方法造成比較 大的誤差。在這條曲線當(dāng)中，這條曲線是把電池的放電曲線倒過來了，這個(gè)縱坐標(biāo)變成了 容量百分比，橫坐標(biāo)是電池的電壓，這張圖表示的什么意思呢？就是說在這個(gè)階段其實(shí)是 電池處于中間階段，如果把這個(gè)平臺(tái)拉長(zhǎng)一點(diǎn)，你就可以看到在這段的時(shí)候電壓變化是比 較緩慢的，容量變化就是比較大，也就是說在這段你是用電壓來監(jiān)測(cè)容量的，那么這個(gè)電 壓稍微有一點(diǎn)點(diǎn)誤差就會(huì)造成容量上面很大的誤差。右邊這張圖指的是在不同的電壓下面 對(duì)應(yīng)容量的誤差，大家可以看到，在電壓的中間點(diǎn)，也就是放電曲線的電壓平坦，也就是3. 7到3.

43、 8v左右，這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的誤差是最大的，這段時(shí)間對(duì)應(yīng)的誤差可以到15%這就是電壓方法來計(jì)算容量造成的誤差。所以基于電壓監(jiān)測(cè)計(jì)量的誤差主要是有這幾方面造成的， 1個(gè)是弛豫誤差，就是剛上說的電池在負(fù)載移除之后電壓的恢復(fù)時(shí)間，這里的一個(gè)典型值是20mv的弛豫測(cè)量誤差，實(shí)際的誤差會(huì)比這個(gè)弛豫誤差遠(yuǎn)遠(yuǎn)要大， 大家可以在電池放空之后 看一下，放空剛結(jié)束的時(shí)候到電壓穩(wěn)定下來，它們的電壓誤差其實(shí)是很大的。還有就是 15% 的電池間的電阻誤差，剛才說過，同一個(gè)供應(yīng)商生產(chǎn)的同一批電池如果他的工藝過程控制得比較好的情況下，這些電池的內(nèi)阻偏差可能會(huì)有 15%這還是比較好的情況，那如果不同的供應(yīng)商，或者供應(yīng)商過程控制比

44、較差的情況下，這個(gè)電池間的電阻誤差會(huì)更大。在左邊這張圖上我們就可以看到紅色的指的是由于電池的瞬態(tài)效應(yīng)造成的弛豫誤差，上面淺藍(lán)色的這格曲線是電池個(gè)體阻抗之間的偏差造成的誤差， 這2個(gè)綜合起來總的偏差大概可以到15%左右，這個(gè)是對(duì)新電池的15%還是在電流控制得比較好的情況下得到的一個(gè)測(cè)試結(jié)果。2. 12基于電壓之電量監(jiān)測(cè)的 soc誤差新電池的誤差誤差隨老化的演變情況soc %soc %v = vocv,trbat20-mv弛豫測(cè)量誤差15%的電池間電阻容差每充電100次電池的噌阻將增加一倍造成電壓補(bǔ)償誤差的因素有以下幾個(gè):-瞬態(tài)誤差-15%的電池間阻抗偏差-測(cè)量誤差對(duì)于新電池而言，總體誤差處于可接

45、受的范圍之內(nèi)，但隨著老化很快就將超出可接受 的范圍（右側(cè)圖片）大家知道對(duì)于電池的容量計(jì)算還有一個(gè)比較大的影響因數(shù)就是電池的使用年限，在這 張圖上面，在不同使用年限下測(cè)得的誤差，紅色的表示的是第1次或者第0次得到的周期得到的誤差曲線，這個(gè)曲線就是我們這張圖標(biāo)的 15前右的，最后標(biāo)在這里的就是15%那么 100次之后大家知道阻抗其實(shí)增加了 1倍，剛才那張圖大家也可以看到，在100次循環(huán)之后電 池的內(nèi)阻增加了 1倍，按照這個(gè)規(guī)律繼續(xù)上去誤差會(huì)越來越大，阻抗的誤差對(duì)容量造成的誤差也相應(yīng)的越來越大，所以基本上在300個(gè)周期之后，在容量比較低的情況下造成的誤差就會(huì)很大，75%或者更多一點(diǎn)，所以基于電壓測(cè)量

46、的電量計(jì)算技術(shù)只能夠用于那些要求不高的場(chǎng)合，它的誤差比較大，通常在早期的diqital camerai面的電池是用這種方法來計(jì)算它的容量的，那么對(duì)這個(gè)容量計(jì)算造成影響最大的就是電池的內(nèi)阻，造成電池內(nèi)阻變化比較大的原因就是電池制作上的工藝造成電池內(nèi)阻的偏差，另外一個(gè)就是電池使用時(shí)間的延遲造成電池的內(nèi)阻也會(huì)發(fā)生很大的變化，這些變化工程師也很難知道一個(gè)準(zhǔn)確模型的，只能根據(jù)經(jīng)驗(yàn)去估計(jì)，這樣估計(jì)出來的結(jié)果和實(shí)際的結(jié)果就會(huì)有比較大的偏差。第三章 基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)3. 1 基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)? 優(yōu)勢(shì)- 無需完全放電就能進(jìn)行學(xué)習(xí)- 自放電無需矯正- 在小負(fù)載電流條件下非常準(zhǔn)確? 劣勢(shì)- 由于內(nèi)部電池阻抗

47、的原因，準(zhǔn)確度欠佳- 阻抗與溫度、老化和電荷狀態(tài)之間存在函數(shù)關(guān)系總結(jié)一下，基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)它的缺點(diǎn)就是由于電池內(nèi)部阻抗的原因造成準(zhǔn)確度不好。阻抗、溫度、老化狀態(tài)和電池的容量百分比之間是存在一個(gè)函數(shù)關(guān)系的，這個(gè)函數(shù)關(guān)系相當(dāng)復(fù)雜，要專業(yè)搞電池的人才能夠找到一個(gè)比較近似的函數(shù)關(guān)系，很難找到一個(gè)精確的函數(shù)關(guān)系，所以這種模型相當(dāng)復(fù)雜，一般的電子工程師或軟件工程師要寫出很精確的關(guān)系是很難的，所以大家在軟件計(jì)算里面有關(guān)容量方面的計(jì)算是工程師們最頭痛的一個(gè)問題，那么它也有一些優(yōu)勢(shì)，優(yōu)勢(shì)是它不需要完全放電就能夠得到電池現(xiàn)在的容量是多少。因?yàn)樽鲞^電池的人都知道一個(gè)電池出廠之前一般要進(jìn)行一個(gè)完全的充放電。為什么

48、要進(jìn)行充放電呢？這是要定位現(xiàn)在電池的容量是多少，電池的滿充電量是多少，尤其是電池的滿充容量，不同的電池滿充容量是有差別的，當(dāng)然你可以選一個(gè)電池的設(shè)計(jì)容量，但是不同的電池與設(shè)計(jì)容量之間的偏差還是比較大的，要得到這個(gè)滿充容量，還是要做一個(gè)完整的充放電才行，那么具體的充放電對(duì)生產(chǎn)過程的要求就比較高了，要加上很多的直接成本。另外，電池有自放電的特性。電池放在那里，即使負(fù)載不工作，電池自己也會(huì)放電，時(shí)間長(zhǎng)了以后電量會(huì)越來越少，電壓會(huì)越來越低，那么電壓監(jiān)測(cè)的電量計(jì)它只要根據(jù)電壓來判斷容量，所以現(xiàn)在有多少電壓就報(bào)告多少容量，那么自放電多少不用去太關(guān)心，所以這種基于電壓的電量計(jì)如果在電流很小的情況下，它還是能

49、達(dá)到一定的準(zhǔn)確度的，但是目前來講，各種應(yīng)用越來越復(fù)雜，電流的變化也越來越大，所以基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)要滿 足客戶的要求就有點(diǎn)難了3.2 基于庫倫計(jì)數(shù)的電量監(jiān)測(cè)電池處于滿充電狀態(tài)在放電過程中容量被 積分,每次發(fā)生完全放電時(shí) qmax都被更新鋰離子電池單元電壓4,51 f0.2c放電速率edv：放電終止電壓產(chǎn)品示例:bq27010. bq27210除了基于電壓的電量監(jiān)測(cè)計(jì)，還有一種電量計(jì)就是庫侖計(jì)數(shù)的電量監(jiān)測(cè)技術(shù)。這個(gè)電 量監(jiān)測(cè)計(jì)的思路就是，首先把一個(gè)電池充到滿，充滿過程中就能夠知道電池的現(xiàn)有容量, 就是電池的滿充容量，然后在放電過程當(dāng)中把電池的放電容量從現(xiàn)有容量中扣去就可以得 到現(xiàn)在電池里面還剩

50、多少容量。它的思路其實(shí)就是電流對(duì)時(shí)間的一個(gè)積分來得到放出多少 容量，從而得到電池里面剩多少容量。用這種技術(shù)每次放電結(jié)束的時(shí)候放出容量都會(huì)有一個(gè)記錄，這個(gè)記錄的容量就作為電 池的滿充容量，所以每次放完結(jié)束的時(shí)候qmax會(huì)被更新，也就是電池的化學(xué)容量和最大容 量都會(huì)被更新。3.3 在完全放電之前進(jìn)行學(xué)習(xí)理論上是這樣，但實(shí)際在更新電池的滿充容量或化學(xué)容量的時(shí)候，不一定會(huì)把電池完 全放空了再去更新。因?yàn)檫@時(shí)更新電池電壓就很低了，有可能系統(tǒng)要關(guān)機(jī)或者有什么情況， 這個(gè)時(shí)候就已經(jīng)太晚了，通常的更新是在電池容量放到還剩 7說右進(jìn)行更新，這個(gè)更新的 思路是說到容量到了 7%意味著放掉了 93%勺容量，如果對(duì)剛

51、才放掉的容量進(jìn)行積分就會(huì)放 掉容量的mah數(shù)，用這個(gè)mah數(shù)除以93%a可以得到滿充容量，這樣也達(dá)到了學(xué)習(xí)的效果， 所以一般學(xué)習(xí)不會(huì)放到0%勺時(shí)候再去，一般在7%勺時(shí)候去學(xué)習(xí)。容量q (ah) 當(dāng)達(dá)到0%容量時(shí)再學(xué)習(xí)就太遲了 針對(duì)給定的剩余容量百分比來設(shè)定電壓門限 7%, 3%剩余容量時(shí)的真實(shí)電壓取決于電流、溫度和阻抗至于學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)的是電池的滿充容量，有了滿充容量之后，對(duì)放電的電流進(jìn)行積分，才能夠算出現(xiàn)在剩多少容量，所以滿充電池的電量對(duì)電量的計(jì)算也是比較重要的。至于 7%和3%寸應(yīng)的電壓是多少，這取決于當(dāng)時(shí)的電流、溫度和阻抗。一般在室溫電流恒定，同一批電池阻抗相差不是太大的情況下，這個(gè)電壓也可

52、以認(rèn)為基本恒定，因?yàn)樵?%勺時(shí)候是3. 5v,這個(gè)時(shí)候電壓偏差造成容量的偏差不會(huì)太大，所以可以在7%寸進(jìn)行修正。3. 4經(jīng)補(bǔ)償?shù)姆烹娊K止電壓(cedv)容量q (ah)cedv = ocv(tfsoc) - l*r(t,soc)建模:r(socjb適用于新電池計(jì)算任意電流(i)和溫度(t)條件下的cedv2 (7%)和cedv1 (3%)門限產(chǎn)品示例:bq 3060對(duì)于老化的電池則不準(zhǔn)確剛才講到7%這一點(diǎn)其實(shí)是在給定的溫度、電流或者同一批電池的情況下，這一點(diǎn)的電壓基本固定了，但是實(shí)際上它的電流不可能是一個(gè)固定的電流，在使用的過程中電流總是會(huì)在不停的變化的，那么7%對(duì)應(yīng)的電壓也是不同的，也就是不

53、同的電流對(duì)應(yīng)的7%是不一樣的。在這一條曲線中，放電電流為i1, i1對(duì)應(yīng)的電壓在這條曲線當(dāng)中是3. 5v,用cedv2來表示，cedv2是i1的函數(shù)，如果這個(gè)電流發(fā)生變化了，同樣用7%勺電壓來修正，這個(gè)誤差就大了，從cedv 的曲線中可以看到，7%對(duì)應(yīng)的電壓實(shí)際還有30%剩余容量，如果按照7%去進(jìn)行同步或?qū)W習(xí)，去修正滿充容量，就會(huì)有23%的容量丟了，所以這個(gè)時(shí)候就造成了一個(gè)大的誤差，所以這個(gè)算法就要根據(jù)電流來對(duì)7%這點(diǎn)的電壓進(jìn)行修正，7%這點(diǎn)的電壓我叫做cedv2 ，把這一點(diǎn)的電壓找到跟電流的函數(shù)關(guān)系，不同的電流下得到不同的電壓。所以在電流i2的情況下，我們得到cedv2其實(shí)它的電壓比3.5v

54、要低一點(diǎn)，cedv2(i2)實(shí)際是根據(jù)復(fù)雜的計(jì)算得到的， 它的公式大概的是這樣的 : cedv=ocv(t, soc)- i*r(t, soc) ， cedv的c是補(bǔ)償?shù)?，edv是終止放電電壓，也就是經(jīng)過補(bǔ)償?shù)慕K止放電電壓實(shí)際是等于電池的開路電壓減去由于內(nèi)阻造成的壓降。關(guān)鍵是在這個(gè)公式里面ocv( t, soc) 可以找到一個(gè)跟曲線匹配比較好的函數(shù)，而且這個(gè)曲線也不大會(huì)變化，但是后面這個(gè)曲線它是t和soc的函數(shù)，這個(gè)曲線就很難找一個(gè)匹配的函數(shù)，所以說這個(gè)公式相當(dāng)復(fù)雜。由于內(nèi)阻差異性的存在，這個(gè)公式使用過程當(dāng)中它的準(zhǔn)確度是有限制的，不是說在整個(gè)放電過程當(dāng)中這個(gè)公式都是通用的，通常我們用這個(gè)公式算

55、的時(shí)候，在7%以下是用這個(gè)公式算的，也就是r (t, soc)這樣一個(gè)函數(shù)關(guān)系式，這在我們的datasheet!面是可以找到的，適用的范圍僅僅只是7%或12%以后的范圍。這樣的其實(shí)也夠了，因?yàn)樾拚感枰?%左右修正就行了， 所以它適用的范圍小這個(gè)問題不大， 那么 12%以前還是用庫侖計(jì)算來進(jìn)行積分，庫侖計(jì)算積分造成的誤差可以在12%以后通過電壓修正來得到補(bǔ)償，這就是cedv 算法的簡(jiǎn)單思路。這個(gè)公式反應(yīng)的其實(shí)是阻抗、溫度和soc之間的一個(gè)關(guān)系，這種關(guān)系反應(yīng)的是電池的阻抗，這個(gè)公式里面一般參數(shù)定了之后，阻抗、溫度和容量百分比的關(guān)系就定了，實(shí)際上隨著電池使用年限的增加，內(nèi)阻是肯定會(huì)變的，但是這個(gè)

56、公式其實(shí)沒有反應(yīng)電池的內(nèi)阻和使用年限之間的差異，這個(gè)公式不能夠反應(yīng)出這個(gè)差異，當(dāng)然我們后續(xù)的算法當(dāng)中加了改進(jìn)，加了一些線性的補(bǔ)償，這個(gè)可以在我們的同 cedv 的芯片里面，比如 ti 的bq3060,早一點(diǎn)的bq2084, bq2085這幾個(gè)是用cedv算法來做的3.5基于庫倫計(jì)數(shù)的電量監(jiān)測(cè)? 優(yōu)勢(shì)- 不受電壓測(cè)量失真的影響- 準(zhǔn)確度由電流積分硬件確定- 監(jiān)測(cè)誤差：3-10% （取決于工作條件和用途）? 劣勢(shì)- 需要學(xué)習(xí)周期以更新qmax- 電池容量隨老化而下降qmax較少幅度：3-5% （100次充電）- 在不學(xué)習(xí)的情況下，每充電10次監(jiān)測(cè)誤差將增加1%- 自放電必須建模：不準(zhǔn)確與老化相關(guān)的主要參數(shù)：阻抗7 - ocv /基于庫侖計(jì)數(shù)的電量監(jiān)測(cè)它的優(yōu)勢(shì)是什么呢？因?yàn)樗饕歉鶕?jù)電流積