精選-鋰離子電池電量計實(shí)現方法分享-KIA MOS管

鋰離子電池電量計實(shí)現

1、開(kāi)路電壓法

該方法的原理是根據鋰離子電池開(kāi)路電壓，估算鋰離子電池剩余電量。

該方法是測量電池開(kāi)路電壓，但是實(shí)際應用中基本都是需要在鋰離子電池運行中獲取電池剩余容量，此時(shí)只能測試得到電池的端電壓。

從前述可知，電池端電壓V=OCV-IR，電流I和電池內阻R越大，電池端電壓V和開(kāi)路電壓OCV之間的差值就越大，估算得到的電池電荷狀態(tài)和電池容量誤差也越大。

也就是說(shuō)電阻電池內阻和負載電流都會(huì )影響測量精度，且電池內阻會(huì )隨著(zhù)上述幾個(gè)因素的影響，離散性很大，因此補償計算非常困難。

而且不同品牌的電池，開(kāi)路電壓與剩余容量之間的關(guān)系也不盡相同。當然，其優(yōu)點(diǎn)就是不需要完全充放電就能得到電池的當前容量。

2、庫倫量法

該方法的原理是在電池的充放電回路中連接一個(gè)電流檢測電阻，示意如圖所示，其測量思想是先得到電池的滿(mǎn)充電最大容量，然后將放電過(guò)程中的放電電流對時(shí)間進(jìn)行積分，得到放電容量，滿(mǎn)充容量減去放電容量就能得到剩余容量。

該方法需要完整的放電周期，以學(xué)習確定電池的最大容量。理論上是在電池完全放電時(shí)更新，但是實(shí)際應用中由于需要執行關(guān)機等一些操作，需要為此預留一些電池容量。

因此，更新通常是在電池電量還剩余3~7%時(shí)進(jìn)行，以7%為例，此時(shí)意味著(zhù)電池已經(jīng)放掉了93%的容量，同時(shí)將放電電流對時(shí)間進(jìn)行積分可以得到放掉的容量mAh，除以93%就得到了電池的滿(mǎn)充容量。

因此，確定滿(mǎn)充容量的關(guān)鍵點(diǎn)就是如何確定電池電荷狀態(tài)SOC已經(jīng)達到了7%，一般是通過(guò)電池端電壓確定，而該電壓又和當時(shí)的電流、溫度、阻抗等因素相關(guān)，我們可將該電壓定義為上文提到的EDV，終止放電電壓，EDV=OCV-IR。

一般在溫度、電流恒定，且電池內阻相差不大的情況下，該電壓值也基本恒定。

但是實(shí)際應用中，負載電流、溫度等均可能發(fā)生變化，那么SOC為7%時(shí)的EDV也就不同了，所以需要進(jìn)行補償，補償算法都集成在了芯片里面，但是這些算法也不能完全反應阻抗的老化影響。

庫倫量法是對電流進(jìn)行積分，但是電池內部消耗的電流其無(wú)法檢測，因此也就無(wú)法準確評估該電流的影響。

綜上所述可知，在沒(méi)有負載時(shí)使用開(kāi)路電壓法測量結果較為準確，在有負載時(shí)使用庫倫量法較為準確，兩者互補使用能得到相對較好的結果。

然而，這兩種方法都只能計算電池剩余多少容量，卻無(wú)法盡量將其都釋放出來(lái)進(jìn)行使用。

因為這兩種方法在實(shí)際應用中均無(wú)法確定真正的終止電壓，很多時(shí)候都是提前關(guān)閉系統運行。因此，電池真正剩余能夠使用的時(shí)間無(wú)法很好的估算出來(lái)。

3、動(dòng)態(tài)電壓法

立锜科技（RICHTEK）的動(dòng)態(tài)電壓算法是根據電池端電壓和開(kāi)路電壓之間的差值，來(lái)估算電池的電荷狀態(tài)SOC，但此算法并不能估計電池容量值（mAh）。

由于該算法不需要充放電電流的信息，因此其短期精確度較差，且反應時(shí)間較慢，但是長(cháng)期精確度良好，因為電池電壓最終會(huì )直接反應它的電荷狀態(tài)。

4、阻抗跟蹤法

從上述的開(kāi)路電壓法和庫倫量法原理可以得知，電池內阻是影響電池容量估算的關(guān)鍵因素。

開(kāi)路電壓法如果能知道電池內阻，就能得到開(kāi)路電壓，從而準確的估算電池容量；庫倫量法如果能知道電池內阻，就能知道剩余7%容量時(shí)的電壓EDV，從而準確更新電池最大容量。

TI的阻抗跟蹤算法是一種預測算法，其相比于前述幾種算法主要優(yōu)勢是，其在電池的整個(gè)壽命周期內，測量電池剩余容量和剩余使用時(shí)間方面更加出色。其實(shí)現是思路是這樣的：

(1) 確定OCV-SOC曲線(xiàn)

不管什么品牌的電池都存在一種現象規律，在相同的溫度下，開(kāi)路電壓相對于電荷狀態(tài)的曲線(xiàn)是基本不變的，偏差很小，如圖所示。

因此，在確定了這個(gè)曲線(xiàn)后，只要知道開(kāi)路電壓，就能知道電荷狀態(tài)；反之亦然。

(2) 確定電池內阻R

根據公式V=OCV-IR，可得電池內阻R=(OCV-V)/I，根據測得的負載電流I、電池端電壓V，以及不同SOC對應的OCV，可以計算得到在一定負載電流下的電池內阻R(SOC)。

由于電池內阻R可以在任意情況下（不同的溫度、SOC、老化）實(shí)際測試計算得到，就不必考慮補償了。

(3) 確定電池滿(mǎn)充容量

分別測試電池在兩個(gè)不同空閑狀態(tài)（沒(méi)有負載時(shí)）下的穩定開(kāi)路電壓OCV1和OCV2，根據第一步得到的OCV-SOC曲線(xiàn)，可以得到對應的電荷狀態(tài)SOC1和SOC2。

同時(shí)將這兩個(gè)狀態(tài)之間的放電電流對時(shí)間進(jìn)行積分得到容量△Q，電池的滿(mǎn)充容量Qmax=△Q/(SOC1-SOC2)。從中可以看出，無(wú)需完整的放電周期就能確定電池的最大容量。

(4)確定真正剩余能夠使用的容量

確定了電池內阻后，記當前的電荷狀態(tài)為SOC3，假設負載電流不變，就可以得到該負載電流下的對應不同SOC的電池端電壓曲線(xiàn)。

當電池端電壓達到電池終止放電電壓時(shí)，反推得到此時(shí)的開(kāi)路電壓OCV，進(jìn)一步得到對應的電荷狀態(tài)SOC4，然后就可以確定電池在該負載電流下的剩余容量為(SOC3-SOC4)Qmax。

為了預留一部分容量（假設為Q）用于關(guān)機等操作，可以在此剩余容量基礎上再減去Q為[(SOC3-SOC4)Qmax-Q]，相應地就能計算出該負載電流下真正剩余能夠使用的時(shí)間。

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