TI 的阻抗跟蹤 TM 電池電量計(jì)技術(shù)是一種功能強(qiáng)大的自適應(yīng)算法，其會(huì)記住電池特性隨時(shí)間的變化情況。將這種算法與電池組具體的化學(xué)屬性結(jié)合可以非常準(zhǔn)確地知道電池的充電狀態(tài) (SOC)，從而延長(zhǎng)電池組使用壽命。

　　然而，更新電池總化學(xué)容量 (Qmax) 相關(guān)信息要求具備某些條件。磷酸鐵鋰(LiFePO4) 電池的極端穩(wěn)定電壓狀態(tài)下要完成這項(xiàng)工作變得較為困難(請(qǐng)參見(jiàn)圖1)，特別是如果無(wú)法對(duì)電池完全放電且讓其休息數(shù)小時(shí)那就更加困難了。圖 1顯示了典型開(kāi)路電壓 (OCV) 特性與鈷酸鋰 (LiCoO2) 和磷酸鐵鋰 (LiFePO4)電池化學(xué)屬性放電深度 (DOD) 的關(guān)系。本文主要討論參考文獻(xiàn) 1 和參考文獻(xiàn)2 的阻抗跟蹤技術(shù)。

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　　圖1:圖1 基于 DOD 的電池 OCV 測(cè)量

　　TI 建議所有磷酸鐵鋰電池都使用阻抗跟蹤 3 (IT3) 算法。IT3 對(duì)早期阻抗跟蹤算法的改進(jìn)包括：

　　· 通過(guò)更好的溫度補(bǔ)償實(shí)現(xiàn)更佳的低溫性能

　　· 更多濾波，以防止出現(xiàn) SOC 容量跳躍

　　· 更高的精度，用于磷酸鐵鋰電池的非理想 OCV 讀取

　　· 保守的剩余容量估算，以及額外的負(fù)載選擇配置

　　IT3 包括在 TI 的 bq20z4x、bq20z6x 和 bq27541-V200 電量監(jiān)測(cè)計(jì)中(所列并非全部)。

　　Qmax 更新的典型條件

　　阻抗跟蹤算法將 Qmax 定義為電池的總化學(xué)容量，其以毫安小時(shí) (mAh) 計(jì)算。一次正確的 Qmax 更新，必須滿足下列兩個(gè)條件：

　　1、 兩個(gè) OCV 測(cè)量必須在不合格電壓范圍以外進(jìn)行，基于 TI 確定的電池化學(xué)身份 (ID) 編碼。只能對(duì)一塊閑置電池(沒(méi)有進(jìn)行數(shù)小時(shí)的充電或者放電)進(jìn)行 OCV 測(cè)量。

　　參考文獻(xiàn) 3 列出了一些不合格電壓范圍，其中一些顯示在表 1 中。我們可以看到，就化學(xué) ID 編碼 100 而言，如果任何電池電壓超出 3737mV或者低于 3800mV 則不允許進(jìn)行 OCV 測(cè)量。實(shí)際上，這就是 OCV 測(cè)量獲得最佳精確度的"禁用"范圍。雖然本文給出了 SOC 百分比，但電量計(jì)僅根據(jù)電壓來(lái)確定不合格范圍。

　　表 1 其根據(jù) Qmax 更新的化學(xué)屬性列出不合格的電壓范圍

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　　2、 最小通過(guò)電荷量必須由電量計(jì)進(jìn)行綜合。默認(rèn)情況下，其為總電池容量的37%.為了進(jìn)行淺放電 Qmax 更新，這一通過(guò)電荷百分比可以降低至 10%.這種降低的代價(jià)是 SOC 精確度的損失，但在其它他無(wú)法更新 Qmax 的系統(tǒng)中是容許的。

　　既然我們理解了淺放電 Qmax 更新的要求，那么讓我們來(lái)看一個(gè)數(shù)據(jù)閃存參數(shù)的例子，我們需要在一個(gè)更低容量電池組配置中對(duì)其進(jìn)行修改。默認(rèn)阻抗跟蹤算法基于典型筆記本電腦電池組，該電池組擁有 2 個(gè)并聯(lián)組，每組 3 節(jié)串聯(lián)電池，即 3s2p 配置結(jié)構(gòu)。每組有 2200-mAh 容量，因此總?cè)萘繛?4400hAh.磷酸鐵鋰電池的容量約為其一半，因此如果以 3s1p 配置使用它們，則總電池組容量為1100mAh.如果使用像這樣的更小容量電池組，需要在 TI 的電量計(jì)評(píng)估軟件中對(duì)具體的數(shù)據(jù)閃存參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以獲得最佳的性能。本文剩下部分將介紹這一過(guò)程。

　　實(shí)例計(jì)算

　　來(lái)看一下一個(gè)使用 A123 系統(tǒng) TM1100-mAh 18650 磷酸鐵鋰/碳精棒電池的3s1p 配置電池組。這種電池類(lèi)型的 TI 化學(xué) ID 編碼為 404.這種電池將用于50°C 左右正常溫度的存儲(chǔ)系統(tǒng)中。放電率為 1C,且一個(gè) 5-mΩ 檢測(cè)電阻器用于電量計(jì)，目的是進(jìn)行庫(kù)侖計(jì)數(shù)。

　　如表 1 所示，化學(xué) ID 404 的 OCV 測(cè)量的不合格電壓范圍為 3274mV(最小值，即 ~34% SOC)到 3351mV(最大值，即 ~93% SOC)。大多數(shù)磷酸鐵鋰電池都有非常寬的不合格電壓范圍(參見(jiàn)化學(xué) ID 409 進(jìn)行對(duì)比)。然而，根據(jù)具體的電池特性，為淺放電 Qmax 更新找出一個(gè)更高的最小不合格電壓是可能的。化學(xué) ID 為 404 時(shí)，將這一值升高至 3322mV 是可能的，從而允許 3309 到3322 mV 的淺放電 Qmax 更新窗口(請(qǐng)參見(jiàn)圖 2)。設(shè)計(jì)人員可以使用這種中間范圍低誤差窗口，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)閃存修改。由于僅能對(duì)高和低不合格電壓范圍進(jìn)行設(shè)定，因此主系統(tǒng)必須保證在 3309mV 以下不會(huì)進(jìn)行更低的 OCV 測(cè)量。(隨著關(guān)聯(lián)誤差的增長(zhǎng)，OCV 測(cè)量誤差在 3274 和 3309mV 之間急劇增加。)雖然僅有一個(gè) 13-mV 窗口在更低 OCV 測(cè)量時(shí)起作用(3322 – 3309 mV = 13 mV)，但其對(duì)應(yīng)于一個(gè) 70% 到 64% 的 SOC 范圍。

　　磷酸鐵鋰電池具有非常長(zhǎng)的松弛時(shí)間，因此我們可以將數(shù)據(jù)閃存參數(shù)"OCV 等待時(shí)間"增加至 18000 秒(5 小時(shí))。由于電池的正常工作溫度得到提高，因此參數(shù)"Q 無(wú)效最大溫度"應(yīng)修改為 55°C.另外，"Qmax 最大時(shí)間"應(yīng)修改為21600 秒(6 小時(shí))。

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　　圖 2 1-mV 電壓誤差的 SOC 關(guān)聯(lián)誤差

　　要將 Qmax 通過(guò)電荷從 37% 降低至 10%,需要修改"DOD 最大容量誤差"、"最大容量誤差"和"Qmax 濾波器",因?yàn)樗鼈兌紩?huì)影響 OCV1 和 OCV2 測(cè)量之間的不合格時(shí)間。"Qmax 濾波器"是一個(gè)補(bǔ)償因數(shù)，其根據(jù)通過(guò)電荷來(lái)改變 Qmax.

　　設(shè)置這些參數(shù)的目的是基于測(cè)得的通過(guò)電荷獲得 1% 以下的"最大容量誤差",包括 ADC 最大補(bǔ)償誤差("CC 靜帶")。但是，需要對(duì)這些值進(jìn)行一些修改，以允許淺放電 Qmax 更新。