利用阻抗跟踪TM电量计改善电池备用系统的LiFePO4电池平衡

TI 的阻抗跟踪电池电量计技术是一种专有算法，它可获取随时间变化的电量和阻抗信息，从而精确地计算出充电状态（SOC）和剩余电量。

电池备用电源应用中，每隔几天电池便会出现短暂的充电以对自放电进行再补充，很少会出现完全放电的情况。在处理这种应用时，我们需要知道一些特殊条件。使用磷酸铁锂（lithium-iron-phosphate，即LiFePO4）电池时，必须关闭电量计的平衡功能，或者必须使用一种增强型固件。本文将介绍一款TI专门为bq20z45-R1电量监测计而开发的固件，它对数据闪存参数进行编程以实现正常电池循环和最佳的平衡结果。我们还将介绍当正常工作状态下闭关平衡功能时实现离线电池平衡的一些原则。

图1显示了TI经过约10年的分析所得出的所有锂离子电池的单电池、开路电压（OCV）电压密度曲线图与放电深度（DOD）的对比情况。（DOD刚好为1/SOC。）您可以看到，SOC曲线的很大一部分，LiFePO₄电池的电压均非常扁平。这种电压扁平，导致很难通过阻抗跟踪算法精确地估算电池平衡所需的SOC。在充电结束时（约0% DOD），电压上升明显，其导致明显的电池到电池电压发散，从而进一步使SOC估算和电池平衡变得更加复杂。

图1锂电池的电压密度曲线

消除工作期间的Q_max更新

在现场运行时，允许无Q_max更新。尽管不要求，但是一种高度可靠电池备用电源应用的理想情况是，通过制造工艺期间的完全放电来确定封装的Q_max。知道Q_max以后，无需再更新Q_max。

确定初始Q_max的事件

表1显示了bq20z45-R1的典型增强型数据闪存参数，其固件为7.02版，必须通过TI的bq评估软件工具进行修改，以实现一次Q_max更新。这些特殊参数均受到保护（类别为“隐藏”），但可通过TI的应用技术人员解锁。表1的电池参数来自TI数据库，用于404化学ID的2串联、2并联（2s2p）2500mAh LiFePO₄电池组。该表还列举了必须根据这些特性对数据闪存参数进行的一些修改。“C配置运行”寄存器修改，实现了7.02固件提供的一些新功能。“OCV等待时间”和“最大三角V”修改，可在充电完成后立即进行OCV测量。“最大电量误差”和“Q_max滤波器”修改，给更小电量电池的Q_max更新留出更多的时间（原因是使用18650尺寸的LiFePO₄电池一般仅有1100mAh电池）

一旦默认值被改变，便可利用这种方法实现一次理想的Q_max更新。

表1 TI应用人员可以根据系统特性解锁的受保护的数据闪存参数

1、Q_max更新周期开始

在一次完全充电以后电池闲置时应开始Q_max更新周期。理想情况下，电池应尽可能地“休息”。但是，如果由于板上电路，电池组有较高的自放电电流，则这种等待时间可短至2小时。

2、完全充电与有效OCV信息获取

当充电终止时，在电池电压稳定以前，必须发送IT激活命令（0X0021）来阻止获取OCV信息。之后，应尽可能地允许电池休息。压降期间，LiFePO₄电池组的一节电池往往会在充电末尾逃离。通过充电至更低电压（每节电池3.5V），或者在一节电池的电压超过或者低于其它电池20mV时关闭充电器，可以防止这种电压偏移现象出现。

就化学ID404而言，如果电池休息以后，电池组的电池最低电压为3353mV或者更高，则可开始放电程序。如果休息期间，有电池电压降至3353mV以下，则要求开始另一个充电周期，以充满电池，必须再次开始该过程。不同电压适用于不同的化学ID。更多详情，请参见《参考文献1》和本文结尾处的“相关网站”。

再次发送IT激活命令，以开始Q_max更新过程。在发送该命令以后，在放电开始以前需等待5分钟，原因有两个：（1）清除5分钟积累的库伦计数字滤波器；（2）让电量计有时间在激活命令发送以后完成计算工作。

3、放电与休息

电池应放电至空电量，也即电压降至最小不合格电压以下。电池休息时，其电压上升。在“Q_max最大时间”设置规定的完整休息时间加上5分钟缓冲时间期间，所有电池电压都必须保持在最小不合格电压以下。

4、Q_max更新完成

可从数据闪存“状态”补偿82/Q_max电池补偿0-8读取已更新的Q_max值。如果Q_max未知或者未更新，则重新开始更新周期，这样电池便被再次充电至全电量，发布正确的命令，并且允许电池休息。

黄金周期

为了给所有电池组创建黄金镜像数据，应运行几个充电和放电周期，以获得可靠的Q_max和电阻表（Ra表）值。使用LiFePO₄电池时，最好是在前述过程之后的放电周期，更新Q_max。

在黄金周期的充电和放电周期，利用bq评估软件工具创建一个日志文件（.LOG），这一点很重要。这样，便可以利用TI应用人员提供的Mathcad?计算工具，验证Q_max和Ra表值的正确性。

在创建黄金电量监测计（.GG）文件以后，应将基于周期数据的保