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更高精度的電量計 IC 有望實現更長的運行時間

2416104 2022-11-28 | pdf | 245.84KB | 次下載 | 免費

資料介紹

鑒于電池壽命在用戶滿意度和便攜式產品的市場成功中發揮著關鍵作用，因此各種各樣的供應商提供燃料或電量計 IC 也就不足為奇了。通過在所有操作條件下持續估算電池電量，這些設備執行許多重要任務，包括延長系統運行時間和電池壽命、幫助管理電池的健康狀況，以及通過報告故障情況提高安全性。同時，通過執行原本需要使用分立元件的任務，電量計 IC 有助于減少元件數量、成本和產品占用空間，同時最大限度地減少系統處理器上的軟件開銷。鑒于電池壽命在用戶滿意度和便攜式產品的市場成功中發揮著關鍵作用，因此各種各樣的供應商提供燃料或電量計 IC 也就不足為奇了。通過在所有操作條件下持續估算電池電量，這些設備執行許多重要任務，包括延長系統運行時間和電池壽命、幫助管理電池的健康狀況，以及通過報告故障情況提高安全性。同時，通過執行原本需要使用分立元件的任務，電量計 IC 有助于減少元件數量、成本和產品占用空間，同時最大限度地減少系統處理器上的軟件開銷。然而，準確估算鋰離子 (Li-ion) 電池的容量并非易事。鋰離子電池的充電狀態 (SOC) 受多種因素影響，包括溫度和放電率。電量計 IC 用于估算 SOC 的算法必須補償自放電、電池內部阻抗和電池老化等多種問題。電量計 IC 必須將此數據與電池的先驗知識相結合才能準確估算 SOC。然而，準確估算鋰離子 (Li-ion) 電池的容量并非易事。鋰離子電池的充電狀態 (SOC) 受多種因素影響，包括溫度和放電率。電量計 IC 用于估算 SOC 的算法必須補償自放電、電池內部阻抗和電池老化等多種問題。電量計 IC 必須將此數據與電池的先驗知識相結合才能準確估算 SOC。老齡化問題是這項任務固有挑戰的一個很好的例子。雖然電池的容量通常不同，但隨著電池老化和失去存儲電荷的能力，單個電池的容量也會隨著時間的推移而變化（圖 1）。設計人員在估算 SOC 時面臨的更困難的挑戰之一是如何補償能夠提供電壓的時間比新電池短的舊電池。老齡化問題是這項任務固有挑戰的一個很好的例子。雖然電池的容量通常不同，但隨著電池老化和失去存儲電荷的能力，單個電池的容量也會隨著時間的推移而變化（圖 1）。設計人員在估算 SOC 時面臨的更困難的挑戰之一是如何補償能夠提供電壓的時間比新電池短的舊電池。圖 1：電量計 IC 必須補償電池壽命對容量的影響。上圖說明了隨著電池壽命或循環次數的增加，其保持固定電壓的能力如何隨著時間的推移而下降。（來源：德州儀器）圖 1：電量計 IC 必須補償電池壽命對容量的影響。上圖說明了隨著電池壽命或循環次數的增加，其保持固定電壓的能力如何隨著時間的推移而下降。（來源：德州儀器）快速進化快速進化通常，電量計 IC 位于電池組上，并使用低值分流電阻器跟蹤流入和流出電池的電流。早期的電池監控電路只是簡單地測量電池的電壓。然而，很難獲得高度準確的電池容量估計值，因為隨著負載電流水平的變化，對于給定的 SOC，電池的瞬時電壓可能會上下移動。通常，電量計 IC 位于電池組上，并使用低值分流電阻器跟蹤流入和流出電池的電流。早期的電池監控電路只是簡單地測量電池的電壓。然而，很難獲得高度準確的電池容量估計值，因為隨著負載電流水平的變化，對于給定的 SOC，電池的瞬時電壓可能會上下移動。現在大多數電量計 IC 使用庫侖計數方法來計算電池容量。這些設備使用帶有測量電路和定時器/計數器的小型檢測電阻隨時間跟蹤進出電池的毫安電流。為了在典型條件下生成電池容量模型，他們從已知起點（例如 100% 容量）計算電池進出的 mAH。然后，電路可以在電池充電和放電時跟蹤 SOC。現在大多數電量計 IC 使用庫侖計數方法來計算電池容量。這些設備使用帶有測量電路和定時器/計數器的小型檢測電阻隨時間跟蹤進出電池的毫安電流。為了在典型條件下生成電池容量模型，他們從已知起點（例如 100% 容量）計算電池進出的 mAH。然后，電路可以在電池充電和放電時跟蹤 SOC。然而，庫侖計數方法有其自身的一些弱點。這種類型的儀表必須考慮所有操作充電和放電活動，以準確測量 SOC。然而，當電池通常由于自放電而失去電荷時，這種方法通常無法解決長期儲存期間的損失。它也無法補償變化很大的負載電流，特別是在極低端或極高端，電流感測電路可能無法測量。? 然而，庫侖計數方法有其自身的一些弱點。