精選-鋰離子電池電量計(jì)實(shí)現(xiàn)方法分享-KIA MOS管

鋰離子電池電量計(jì)實(shí)現(xiàn)

1、開路電壓法

該方法的原理是根據(jù)鋰離子電池開路電壓，估算鋰離子電池剩余電量。

該方法是測(cè)量電池開路電壓，但是實(shí)際應(yīng)用中基本都是需要在鋰離子電池運(yùn)行中獲取電池剩余容量，此時(shí)只能測(cè)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(nèi)阻R越大，電池端電壓V和開路電壓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。

也就是說電阻電池內(nèi)阻和負(fù)載電流都會(huì)影響測(cè)量精度，且電池內(nèi)阻會(huì)隨著上述幾個(gè)因素的影響，離散性很大，因此補(bǔ)償計(jì)算非常困難。

而且不同品牌的電池，開路電壓與剩余容量之間的關(guān)系也不盡相同。當(dāng)然，其優(yōu)點(diǎn)就是不需要完全充放電就能得到電池的當(dāng)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(cè)電阻，示意如圖所示，其測(cè)量思想是先得到電池的滿充電最大容量，然后將放電過程中的放電電流對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分，得到放電容量，滿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(xí)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(yīng)用中由于需要執(zhí)行關(guān)機(jī)等一些操作，需要為此預(yù)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)意味著電池已經(jīng)放掉了93%的容量，同時(shí)將放電電流對(duì)時(shí)間進(jìn)行積分可以得到放掉的容量mAh，除以93%就得到了電池的滿充容量。

因此，確定滿充容量的關(guān)鍵點(diǎn)就是如何確定電池電荷狀態(tài)SOC已經(jīng)達(dá)到了7%，一般是通過電池端電壓確定，而該電壓又和當(dāng)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(nèi)阻相差不大的情況下，該電壓值也基本恒定。

但是實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)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(bǔ)償，補(bǔ)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(yīng)阻抗的老化影響。

庫倫量法是對(duì)電流進(jìn)行積分，但是電池內(nèi)部消耗的電流其無法檢測(cè)，因此也就無法準(zhǔn)確評(píng)估該電流的影響。

綜上所述可知，在沒有負(fù)載時(shí)使用開路電壓法測(cè)量結(jié)果較為準(zhǔn)確，在有負(fù)載時(shí)使用庫倫量法較為準(zhǔn)確，兩者互補(bǔ)使用能得到相對(duì)較好的結(jié)果。

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

因?yàn)檫@兩種方法在實(shí)際應(yīng)用中均無法確定真正的終止電壓，很多時(shí)候都是提前關(guān)閉系統(tǒng)運(yùn)行。因此，電池真正剩余能夠使用的時(shí)間無法很好的估算出來。

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(jù)電池端電壓和開路電壓之間的差值，來估算電池的電荷狀態(tài)SOC，但此算法并不能估計(jì)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(yīng)時(shí)間較慢，但是長期精確度良好，因?yàn)殡姵仉妷鹤罱K會(huì)直接反應(yīng)它的電荷狀態(tài)。

4、阻抗跟蹤法

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

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

TI的阻抗跟蹤算法是一種預(yù)測(cè)算法，其相比于前述幾種算法主要優(yōu)勢(shì)是，其在電池的整個(gè)壽命周期內(nèi)，測(cè)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(xiàn)是思路是這樣的：

(1) 確定OCV-SOC曲線

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

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

(2) 確定電池內(nèi)阻R

根據(jù)公式V=OCV-IR，可得電池內(nèi)阻R=(OCV-V)/I，根據(jù)測(cè)得的負(fù)載電流I、電池端電壓V，以及不同SOC對(duì)應(yīng)的OCV，可以計(jì)算得到在一定負(fù)載電流下的電池內(nèi)阻R(SOC)。

由于電池內(nèi)阻R可以在任意情況下（不同的溫度、SOC、老化）實(shí)際測(cè)試計(jì)算得到，就不必考慮補(bǔ)償了。

(3) 確定電池滿充容量

分別測(cè)試電池在兩個(gè)不同空閑狀態(tài)（沒有負(fù)載時(shí)）下的穩(wěn)定開路電壓OCV1和OCV2，根據(jù)第一步得到的OCV-SOC曲線，可以得到對(duì)應(yīng)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(duì)時(shí)間進(jìn)行積分得到容量△Q，電池的滿充容量Qmax=△Q/(SOC1-SOC2)。從中可以看出，無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(nèi)阻后，記當(dāng)前的電荷狀態(tài)為SOC3，假設(shè)負(fù)載電流不變，就可以得到該負(fù)載電流下的對(duì)應(yīng)不同SOC的電池端電壓曲線。

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

為了預(yù)留一部分容量（假設(shè)為Q）用于關(guān)機(jī)等操作，可以在此剩余容量基礎(chǔ)上再減去Q為[(SOC3-SOC4)Qmax-Q]，相應(yīng)地就能計(jì)算出該負(fù)載電流下真正剩余能夠使用的時(shí)間。

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