電池電量計(jì)有什麼作用？

電池電量計(jì)使用電流和電壓量測(cè)來計(jì)算基本參數(shù)，例如充電狀態(tài)，健康狀態(tài)和剩餘容量。基於傳統(tǒng) Impedance Track? 技術(shù)的電池電量計(jì)假設(shè)電池負(fù)載變化緩慢，因此可在電池放電時(shí)進(jìn)行準(zhǔn)確的電阻量測(cè)，以計(jì)算高準(zhǔn)確度的即時(shí)電池荷電狀態(tài)預(yù)測(cè)。將電池建模為低頻電阻電容器 (RC) 模型 (如 圖 1 所示) 就足以應(yīng)對(duì)這些緩慢變化的電池負(fù)載。但具有可變或高頻負(fù)載電流的較新應(yīng)用，需要更全面的模型和適應(yīng)性演算法，才能維持準(zhǔn)確的電池荷電狀態(tài)評(píng)估。

圖 1 低頻 RC 電池模型

動(dòng)態(tài) Z-Track 算法是為 BQ41Z90 和 BQ41Z50 等裝置設(shè)計(jì)的電池計(jì)量方法。作為傳統(tǒng) Impedance Track 算法的後繼產(chǎn)品 (可在 BQ40Z50 和 BQ34Z100 等裝置中執(zhí)行)，Dynamic Z-Track 算法可為動(dòng)態(tài)負(fù)載電流條件下的電池提供準(zhǔn)確的電池荷電狀態(tài)，健康狀態(tài)和剩餘容量評(píng)估。

當(dāng)不穩(wěn)定或高頻率負(fù)載影響電池時(shí)， Impedance Track 電量計(jì)傳統(tǒng)的電池 RC 模型會(huì)損失更新電池電阻的解析度。動(dòng)態(tài) Z-Track 演算法實(shí)現(xiàn)了一個(gè)寬頻暫態(tài)模型，模擬電壓暫態(tài)並適應(yīng)動(dòng)態(tài)電流曲線。即使電流不穩(wěn)定，此方法也能進(jìn)行即時(shí)電阻估計(jì)。

電阻為何重要？

追蹤電阻是在電池整個(gè)使用壽命期間提供最高準(zhǔn)確度電池荷電狀態(tài)計(jì)算的必要條件。如 圖 2 中所示，電池芯的電阻隨著電池的循環(huán)和老化而呈線性增加，直到達(dá)到某個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)，在此處電阻將在壽命結(jié)束時(shí)呈指數(shù)增加。電阻也會(huì)隨溫度劇烈波動(dòng)。電池芯電阻和溫度呈反比關(guān)係，溫度越低，電阻越高；因此，電池芯在達(dá)到 0% 電池荷電狀態(tài)之前可提供的容量或能量就越低。

圖 2 鋰離子電池芯的電阻隨時(shí)間變化

當(dāng)電池電量計(jì)無法更新電阻時(shí)，計(jì)算的電池荷電狀態(tài)誤差會(huì)隨電池老化而成比例增加。在不可預(yù)測(cè)和不穩(wěn)定的負(fù)載下，如果沒有更新電阻值，電池荷電狀態(tài)和剩餘容量估計(jì)的誤差可能高達(dá) 60%，或低至 10%。當(dāng)充電狀態(tài)突然下降時(shí)，最終用戶會(huì)遇到這種情況，設(shè)備可能會(huì)因容量過高而意外關(guān)機(jī)，如 圖 3 所示。

圖 3 剩餘容量估計(jì)比較：Impedance Track 技術(shù)與動(dòng)態(tài) Z-Track 技術(shù)，對(duì)比在 1.75C 負(fù)載時(shí)無電阻更新

使用案例範(fàn)例

想像一下一個(gè)人正在騎著電動(dòng)自行車回家。他們會(huì)檢查充電狀態(tài)，看到剩餘 30% 的電量，並決定在回家前繞道前往雜貨店。當(dāng)他們到達(dá)商店時(shí)，充電狀態(tài)顯示剩餘 15%，但回家的路上，電動(dòng)自行車突然停止供電，因?yàn)槌潆姞顟B(tài)從 12% 降至 0%。現(xiàn)在，騎車者必須踩踏踏板回家或是叫車回家。

動(dòng)態(tài) Z-Track 算法可防止出現(xiàn)這種情況。與傳統(tǒng)電池電量計(jì)不同，TI 的動(dòng)態(tài) 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% 的電池荷電狀態(tài)準(zhǔn)確度，讓製造商能夠?qū)崿F(xiàn)最佳電池尺寸，並將電池運(yùn)作時(shí)間延長(zhǎng)多達(dá) 30%。這最終可在無人機(jī)、電動(dòng)自行車、筆記型電腦以及可攜式醫(yī)療儀器等高要求應(yīng)用中，為終端使用者提供更可靠的效能。

結(jié)論

雖然不可預(yù)測(cè)的電池負(fù)載帶來重大的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)，但它們不應(yīng)決定系統(tǒng)可靠性或終端使用者體驗(yàn)的限制。動(dòng)態(tài) Z-Track 演算法等工具有助於實(shí)現(xiàn)電池供電裝置順利運(yùn)作的設(shè)計(jì)，進(jìn)而在無人機(jī)完成飛行時(shí)不會(huì)遭遇意外著陸，電動(dòng)自行車也能讓騎手順利回家。

其他資源

如需 Impedance Track 技術(shù)與動(dòng)態(tài) Z-Track 技術(shù)運(yùn)作方式的詳細(xì)資訊，請(qǐng)參閱應(yīng)用說明：

• Dynamic Z-Track? 技術(shù)：適合動(dòng)態(tài)負(fù)載應(yīng)用的進(jìn)階電池計(jì)量演算法。
• BQ2750x 系列中阻抗追蹤電池電量計(jì)量演算法的理論與實(shí)作。

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