精确计算电池剩余电量至关重要

两种方法取长补短

　　TI在下一代电量监测算法开发中选取了电流法和电压法各自的长处。该公司慎重考虑了这个看似理所当然，但迄今为止尚人涉足的方案：将电流法和电压法相结合，根据不同情况使用表现最为突出的方法。因为开路电压与SOC之间存在非常精确的相关性，所以在无负载和电源处于张弛状态的情况下，这种方法可以实现精确的SOC估算。此外，该方法也使得有机会利用不工作期(任何靠电池供电的设备都会有不工作期)来寻找SOC确切的"起始位置"。由于设备接通时可以知道精确的SOC，所以该方法免除了在不工作期对自放电校正的需求。当设备进入工作状态并且给电池施加负载时，则转而使用电流积分法。该方法无需对负载下的压降进行复杂且不精确的补偿，因为库仑计数(coulomb-counting)从运行初始就一直在跟踪SOC的变化。

　　这种方法还可以用来对完全充电的电量进行更新吗？答案是肯定的。依靠施加负载前SOC的百分比信息、施加负载后的SOC(两者均在张弛状态下通过电压测量获得)，以及二者之间传输的电荷量，我们可以很轻松地确定在特定充电变化情况下对应于SOC改变的总电量。无论传输电量多大、起始条件如何(无需完全充电)，这点都可以实现。这样就无需在特殊条件下更新电量，从而避免了电流积分算法的又一弱点。

　　该方法不仅解决了SOC问题，从而完全避免了电池阻抗的影响，而且还被用来实现其他目的。通过该方法可以更新对应于"无负载"条件下的总电量，例如可以被提取的最大可能电量。由于IR 降低，非零负载下的电量也将降低，并且在有负载情况下达到端接电压值的时间缩短。如果SOC和温度的阻抗关系式已知，那么有可能根据简单的建模来确定在观察到的负载和温度下何时能够达到端接电压。然而，正如前文所提到的，阻抗取决于电池，并且会随着电池老化以及充放电次数的增加而快速提高，所以仅将其存储在数据库中并没有多大用处。为了解决这个问题，TI设计了一种可以实现实时阻抗测量的IC，而实时测量则能够保持数据库的持续更新。这种就解决了电池间的阻抗差异以及电池老化问题(如图3所示)。阻抗数据的实时更新使得在指定负载下，可以对电压情况进行精确预测。

　　在大多数情况下，使用该方法可以将可用电量的估算误差率降低到1%以下，而最为重要的是，在电池组的整个使用寿命内都可以达到高精度。


　　即插即用是自适应算法带来的另一大优点，该算法的实施不再需要提供描述阻抗与SOC 以及温度之间关系的数据库，因为这一数据将通过实时测量获得。用于自放电校正的数据库也不再需要，不过仍需要定义了开路电压与SOC(包括温度)关系的数据库。但是，这方面的关系由正负极系统的化学性质决定，而不由具体的电池型号设计因素（如电解液、分离器、活性材料厚度以及添加剂）决定。由于多数电池厂商使用相同的活性材料（LiCoO2 以及石墨），因此他们的V(SOC,T)关系式基本相同。实验结果支持上述结论。图4 显示了不同厂商生产的电池在无负载状态下的电压比较。

　　可以看出它们的电压值很接近，偏差不过5mV，由此可知在最差情况下SOC的误差也不过1.5%。如果开发一种新电池，仅需要建立一个新的数据库，而不像现在需要数百个用于不同电池型号的数据库。这样就简化了电量监测计解决方案在各种终端设备中的实施过程，且数据库并不依赖于所使用的电池。即使采用不同类型或不同厂商生产的电池，也没有必要重新编程。这样，在实现电池监控IC即插即用的同时，精确度及可靠性也相应提高。

作者：Yevgen Barsukov，Bernd Krafth?fer，德州仪器