2 電池電量監測算法背景

電池電量監測計提供了確定為電子或機電系統供電的電池組的特性所需的信息。電池電量監測計可估算電池或電池組的剩余電量、荷電狀態和健康狀況。

電池電量監測計通常依靠利用負載電流特性的近似值來進行精確的電池參數和狀態估算，同時降低計算開銷和功耗。在傳統上使用電池電量計的系統（例如筆記本電腦和平板電腦、手機和其他個人電子設備）中，負載電流變化緩慢，并具有較長的空閑時間。在這些情況下，可以通過直接測量空閑期間的電池電壓來確定電池的荷電狀態。當電池負載電流空閑足夠長的時間后，電池開路電壓 (OCV) 和荷電狀態 (SoC)（即放電程度 (DoD)）之間會存在一一對應的映射。當負載電流恒定或長時間緩慢變化時，可以使用電壓和電流測量值來估算標準化為室溫的電池電阻的曲線。

但是，電子器件的使用趨勢是將電池電源應用于長時間具有高動態負載電流的器件和應用。系統以前通過有線連接供電，現在通常使用電池供電，為客戶提供更高的便攜性和靈活性。電動工具、無人機和清潔機器人是在負載電流發生高度變化的情況下應用電池電源的系統示例。此外，筆記本電腦等傳統應用正在使用可變負載電流（例如動態電池功率技術 (Turbo 模式)）平衡計算吞吐量與系統功耗。在這些應用中，負載電流包括 10 秒的持續高電池電流 (SPC) 脈沖（最高可達電池 C 率的兩倍）和 10ms 脈沖（最高可達電池 C 率 (CPC) 的四倍）。示例 DBPT 負載電流如 圖 2-1 中所示筆記本電腦和移動個人電子產品中新興的人工智能 (AI) 應用，例如使用神經網絡進行分類或使用大型語言模型 (LLM) 生成內容，也需要從電池汲取的高度可變的負載電流。對于這些應用，電量監測計算法不能依賴于針對穩定且緩慢變化的負載電流而設計的近似值。

本文檔的后續章節將介紹針對穩定負載電流進行電池建模所使用的近似值、這些模型對于具有動態負載電流的系統的缺點、對動態負載的電池行為進行建模的技術、基于動態模型的計量算法、以及對剩余容量的精度和充電狀態估算的影響。