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)確地了解電池的充電狀態(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)參見圖1），特別是假如無法對(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。本文重要討論參考文獻(xiàn)1和參考文獻(xiàn)2的阻抗跟蹤技術(shù)。

圖1：圖1基于DOD的電池OCV測(cè)量。

TI建議所有磷酸鐵鋰離子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，用于磷酸鐵鋰離子電池的非理想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含義為電池的總化學(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，假如任何電池電壓超出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)電壓來確定不合格范圍。

表1摘選自參考文獻(xiàn)3，其根據(jù)Qmax更新的化學(xué)屬性列出不合格的電壓范圍。

2、最小通過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，那么讓我們來看一個(gè)數(shù)據(jù)閃存參數(shù)的例子，我們要在一個(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?400hAh。磷酸鐵鋰離子電池的容量約為其一半，因此假如以3s1p配置使用它們，則總電池組容量為1100mAh。假如使用像這樣的更小容量電池組，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程。

實(shí)例計(jì)算

來看一下一個(gè)使用A123系統(tǒng)TM1100-mAh18650磷酸鐵鋰/碳精棒電池的3s1p配置電池組。這種電池類型的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)行庫侖計(jì)數(shù)。

如表1所示，化學(xué)ID404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)磷酸鐵鋰離子電池都有非常寬的不合格電壓范圍（參見化學(xué)ID409進(jìn)行比較）。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3322mV的淺放電Qmax更新窗口（請(qǐng)參見圖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)誤差的上升，OCV測(cè)量誤差在3274和3309mV之間急劇新增。）雖然僅有一個(gè)13-mV窗口在更低OCV測(cè)量時(shí)起用途（3322–3309mV=13mV），但其對(duì)應(yīng)于一個(gè)70%到64%的SOC范圍。

磷酸鐵鋰離子電池具有非常長(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)間新增至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)）。

圖21-mV電壓誤差的SOC關(guān)聯(lián)誤差。

要將Qmax通過電荷從37%降低至10%，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)通過電荷來改變Qmax。

設(shè)置這些參數(shù)的目的是基于測(cè)得的通過電荷獲得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，要對(duì)這些值進(jìn)行一些修改，以允許淺放電Qmax更新。

實(shí)例1Qmax更新超時(shí)期間

要獲得1000-mAh電池10-mΩ檢測(cè)電阻器1%以下的累積誤差，以及硬件設(shè)置10μV固定值的CC靜帶，Qmax更新的超時(shí)期間由下列情況決定：

10μV/10mΩ=1-mA補(bǔ)償電流。

1000-mAh容量1%允許誤差=10-mAh容量誤差。

10-mAh電容誤差/1-mA補(bǔ)償電流=10小時(shí)。

因此，從開始到結(jié)束，包括休息時(shí)間，僅有10小時(shí)可用于完成一次Qmax更新。10小時(shí)超時(shí)以后，一旦電量計(jì)進(jìn)行其下一個(gè)正確OCV讀取，計(jì)時(shí)器便會(huì)重新開始。

實(shí)例2數(shù)據(jù)閃存參數(shù)修改

在使用帶有一個(gè)5-mΩ檢測(cè)電阻器的1100-mAh電池設(shè)計(jì)方法中，可以使用相同方法計(jì)算得到Qmax更新的超時(shí)期間：

10μV/5mΩ=2-mA補(bǔ)償電流。

1100mAh1%=11mAh。

11mAh/2-mA補(bǔ)償電流=5.5小時(shí)。

這種情況下，要放寬容量誤差百分比，以新增Qmax超時(shí)。將最大容量誤差（從1%的默認(rèn)值）修改為3%，得到：

1.1Ah3%=33mAh

其會(huì)新增Qmax不合格時(shí)間到：

33mAh/2-mA容量誤差=16.5小時(shí)。

要將DOD容量誤差設(shè)置為2倍最大容量誤差，因此可以將其改為6%（默認(rèn)值為2%）。

根據(jù)通過電荷的百分比，要按比例減小Qmax濾波器的默認(rèn)值96：

Qmax濾波器=96/(37%/10%)=96/3.7=26

表2顯示了電量計(jì)評(píng)估軟件中典型的數(shù)據(jù)閃存參數(shù)，必須對(duì)其進(jìn)行修改以實(shí)現(xiàn)淺放電Qmax更新。這些特殊參數(shù)均為受保護(hù)（歸為隱藏類），但可以由TI的應(yīng)用人員解鎖。本表格所用舉例電池組為前面所述電池組，其為一種使用A1231100-mAh18650LiFepO4/碳精棒電池（化學(xué)ID為404）的3s1p電池組。

表2根據(jù)系統(tǒng)使用情況可以由TI應(yīng)用人員修改的一些受保護(hù)數(shù)據(jù)閃存參數(shù)。

(1、該參數(shù)在黃金影像(goldenimage)過程期間很重要。假如使用的是標(biāo)準(zhǔn)4.2-V鋰離子電池，且僅將其充電至4.1V系統(tǒng)電平，則在電池充電至4.2V以后進(jìn)行首次Qmax更新仍然必要，目的是滿足90%容量變化的要求。根據(jù)電量計(jì)設(shè)定的化學(xué)ID編碼，對(duì)規(guī)定電池容量即設(shè)計(jì)容量和估計(jì)DOD的容量變化進(jìn)行開始和結(jié)束點(diǎn)檢查。

2、計(jì)算Qmax時(shí)，寬范圍溫度變化會(huì)引起誤差。在高或低溫下正常工作的系統(tǒng)中，對(duì)該參數(shù)進(jìn)行修改是必要的。)

Qmax更新事件

下列事件描述了實(shí)例1和2所述數(shù)據(jù)閃存參數(shù)改變以后，實(shí)現(xiàn)一次Qmax更新的一種實(shí)用方法。

1、電池電壓位于圖2所示低關(guān)聯(lián)誤差窗口內(nèi)時(shí)應(yīng)該開始一次Qmax更新。設(shè)計(jì)人員的自有算法可用于將電池放電/充電至這一范圍內(nèi)。

2、本實(shí)例中，為了進(jìn)入該有效測(cè)量范圍（化學(xué)ID為404），所有電池電壓都必須大于或者等于3309mV，且小于或者等于3322mV。假如常規(guī)放電期間電池電壓恰好位于有效范圍以外，則在18000秒設(shè)定OCV等待時(shí)間以前必須開始另一個(gè)放電或者充電周期。假如6小時(shí)10分鐘以后，所有電池電壓均在3309到3322mV范圍內(nèi)，則進(jìn)行了一次正確的OCV測(cè)量。

3、下一步是對(duì)電池完全放電。一旦電池充滿（即100%SOC），其在進(jìn)行第二次OCV測(cè)量以前應(yīng)該再休息6小時(shí)10分鐘。之后，Qmax值被更新。假如充電進(jìn)行了約2小時(shí)，則超時(shí)期間至少要8小時(shí)。由實(shí)例2中16.5小時(shí)超時(shí)期間的計(jì)算，我們了解時(shí)間綽綽有余，額外多出8.5小時(shí)的緩沖時(shí)間。

4、電量計(jì)處在開啟模式下時(shí)向電量計(jì)公布一條ResetCommand(0x41)，可以重置OCV計(jì)時(shí)器。

表3顯示了使用舉例電池組配置時(shí)如描述的那樣循環(huán)操作電池所得到的結(jié)果。

表3全周期和淺充電Qmax更新的結(jié)果。

(從耗盡充電到充滿)

結(jié)論

TI的阻抗跟蹤技術(shù)是一種非常精確的算法，用于通過電池使用時(shí)間來確定電池SOC。在一些磷酸鐵鋰離子電池應(yīng)用中，利用一段時(shí)間的閑置來對(duì)電池進(jìn)行完全放電是不可能的，因此研究一種Qmax更新的淺放電方法是必要的。本文介紹了實(shí)現(xiàn)一次淺放電Qmax更新要考慮的因素和數(shù)據(jù)閃存編程配置。對(duì)這些參數(shù)的修改，必須由TI應(yīng)用人員根據(jù)系統(tǒng)配置和要求批準(zhǔn)之后才能進(jìn)行。