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在過去的幾年裏
，諸如筆記本電腦、shoujiyijimeitibofangqidengbianxieshishebeideshuliangxianzhuzengchang。zhexiejuyougengduotexingyugongnengdeshebeiyaoqiugenggaodedianliang
，suoyidianchibixunenggoutigonggengduodenengliangyijigengchangdeyunxingshijian。duiyudianchigongdiandexitongeryan，zuidadetiaozhanzaiyudianchideyunxingshijian。tongchang

，dianzixitongshejirenyuantongchangjiangzhuyilijizhongzaitigao dc-dc 電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)上(shang)以(yi)此(ci)來(lai)延(yan)長(chang)電(dian)池(chi)的(de)運(yun)行(xing)時(shi)間(jian)，而(er)往(wang)往(wang)會(hui)忽(hu)略(lve)與(yu)電(dian)源(yuan)轉(zhuan)換(huan)效(xiao)率(lv)和(he)電(dian)池(chi)容(rong)量(liang)同(tong)等(deng)重(zhong)要(yao)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)監(jian)測(ce)計(ji)的(de)精(jing)確(que)度(du)問(wen)題(ti)。如(ru)果(guo)電(dian)池(chi)電(dian)量(liang)監(jian)測(ce)計(ji)的(de)誤(wu)差(cha)範(fan)圍(wei)是(shi) ±10%，那麼就會有相當於 10% 的電池容量或運行時間損失掉。然而，電池的可用電量與其放電速度
、工作溫度
、老lao化hua程cheng度du以yi及ji自zi放fang電dian特te性xing具ju有you函han數shu關guan係xi。此ci外wai，傳chuan統tong的de電dian池chi電dian量liang監jian測ce計ji還hai要yao求qiu對dui電dian池chi進jin行xing完wan全quan充chong電dian和he完wan全quan放fang電dian以yi更geng新xin電dian池chi容rong量liang，但dan是shi這zhe在zai現xian實shi應ying用yong中zhong很hen少shao發fa生sheng，因yin而er造zao成cheng了le更geng大da的de測ce量liang誤wu差cha。因yin此ci
，在zai電dian池chi運yun行xing周zhou期qi內nei很hen難nan精jing確que預yu測ce電dian池chi剩sheng餘yu容rong量liang及ji工gong作zuo時shi間jian。

設計目標

為了充分利用電池電量，當每節電池達到 3.0V 的終止電壓時

，用戶希望能夠在電池的運行周期內對其剩餘電量進行精確度為 ±1% 的電池電量監測。此外
，他們還希望去除耗時的充放電周期以更新使用 3S2P 鋰離子電池組（三節鋰離子電池串聯以及兩節鋰離子電池並聯）的筆記本型電腦的電池容量，每節電池的容量為 2200mAh。

解決方案

dangqianyongyudianchidianliangjiancedezuichangjiandejishujiushikulunjishusuanfahuoduiliuruheliuchudianchidedianliujinxingjifendesuanfa。duiyuganggangchongmandianliangdexindianchieryan，zhezhongfangfafeichangyouxiao。danshi，suizhedianchilaohuahezifangdian，zhezhongfangfajiuxiandebunameyouxiaole。womenmeiyoubanfalaiceliangzifangdiansudu。yincitongchangyongyigeyudingyidezifangdiansudugongshilaiduiqijinxingxiaozheng。zhezhongfangfabushihenjingque，yinweidianchijiandezifangdiansudugebuxiangtong，erqieyigemoxingbunengshiyongyusuoyoudedianchi。

庫ku侖lun計ji數shu算suan法fa的de另ling一yi個ge弊bi端duan在zai於yu隻zhi有you在zai完wan全quan充chong電dian以yi後hou立li即ji進jin行xing完wan全quan放fang電dian才cai能neng對dui電dian池chi的de總zong容rong量liang進jin行xing更geng新xin，而er便bian攜xie式shi設she備bei用yong戶hu很hen少shao對dui電dian池chi進jin行xing完wan全quan放fang電dian，因yin此ci
，實shi際ji電dian量liang在zai完wan成cheng更geng新xin之zhi前qian可ke能neng會hui被bei大da大da降jiang低di。

第二種方法是利用電池電壓與充電狀態 (SOC) 之間的相互關係來進行電池電量監測。這種方法看起來比較直觀，但是隻有當未對電池接入負載電流時，電池電壓才與 SOC 或電池電量具有很高的關聯性。這是因為如果接入了一個負載電流
，那麼電池內部阻抗兩端就會有一個壓降。溫度每下降 100℃，電池阻抗就會提高 1.5 倍。此外
，當電池老化時，會出現與阻抗有關的重大問題。一個典型的鋰離子電池在完成 100 次充放電周期以後，其 DC 阻抗會增加一倍。最後，該電池對階躍負載 (step-load) 變(bian)化(hua)會(hui)有(you)一(yi)個(ge)非(fei)常(chang)大(da)的(de)時(shi)間(jian)常(chang)數(shu)瞬(shun)態(tai)響(xiang)應(ying)。在(zai)接(jie)入(ru)負(fu)載(zai)以(yi)後(hou)，電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)會(hui)隨(sui)著(zhe)時(shi)間(jian)的(de)變(bian)化(hua)以(yi)不(bu)同(tong)的(de)速(su)度(du)逐(zhu)漸(jian)下(xia)降(jiang)

，並(bing)在(zai)去(qu)除(chu)負(fu)載(zai)以(yi)後(hou)逐(zhu)漸(jian)上(shang)升(sheng)。僅(jin)僅(jin)在(zai)其(qi)完(wan)成(cheng)15.0%的標準的充放電周期（500 個）以後，對於全新電池而言
，基於非常有效的電壓算法就可能會引起高達 50% 的誤差。

基於阻抗跟蹤TM 技術的電池電量監測

通過上述結果可以看出，無論是庫侖計數算法還是基於電池電壓相關算法的電池電量監測
，要想實現 1% 的電池容量估計都是不可能的。因此，TI 開發出了一種全新電池電量監測算法——阻抗跟蹤TM 技術，該技術綜合了基於庫侖計數算法和電壓相關算法的優點。

當筆記本型電腦係統處於睡眠或關機模式時，其電池及其電池組處於沒有負載的空閑狀態。這時在電池開路電壓 (OCV) 和 SOC 之間存在非常精確的相關性。該相關性給出了 SOC 確切的開始位置。由於所有自放電活動都在電池的 OCV 降低過程中反應出來，所以無需進行自放電校正。在便攜式設備開啟之前，精確的 SOC 通常取決於對電池 OCV 的(de)測(ce)量(liang)。當(dang)設(she)備(bei)處(chu)於(yu)活(huo)動(dong)模(mo)式(shi)而(er)且(qie)接(jie)入(ru)了(le)負(fu)載(zai)，便(bian)開(kai)始(shi)執(zhi)行(xing)基(ji)於(yu)電(dian)流(liu)積(ji)分(fen)的(de)庫(ku)侖(lun)計(ji)數(shu)算(suan)法(fa)。庫(ku)侖(lun)計(ji)數(shu)器(qi)測(ce)量(liang)通(tong)過(guo)的(de)電(dian)荷(he)量(liang)並(bing)進(jin)行(xing)積(ji)分(fen)，從(cong)而(er)不(bu)間(jian)斷(duan)地(di)算(suan)出(chu) SOC 值。 [page]
圖 1 顯示了電池總容量測量的更新。電池總容量是通過電池在充放電前後電壓的變化足夠小、處於全空閑狀態時
，在 P1 和 P2 處的兩個 OCV 讀數計算得出的。在 P1 處電池完成放電之前，SOC 值可由下式得出：

電池完成放電且通過電荷為 DQ 時

，SOC 值可由下式得出：

兩個等式相減
，得出：

其中

式中，通過分別在 P1 處和 P2 處測量電池的 OCV，可由電池 OCV 以及 SOC 之間的相關性得出 SOC1 和 SOC2。從該等式可以看出，無需經曆完全的充放電周期即可確定電池總容量。

在(zai)接(jie)入(ru)了(le)外(wai)部(bu)負(fu)載(zai)之(zhi)後(hou)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)測(ce)量(liang)出(chu)在(zai)負(fu)載(zai)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)差(cha)來(lai)測(ce)量(liang)每(mei)節(jie)電(dian)池(chi)的(de)阻(zu)抗(kang)。壓(ya)差(cha)除(chu)以(yi)接(jie)入(ru)的(de)負(fu)載(zai)電(dian)流(liu)
，就(jiu)可(ke)以(yi)得(de)出(chu)低(di)頻(pin)電(dian)池(chi)阻(zu)抗(kang)。


此ci外wai，當dang采cai用yong描miao述shu溫wen度du效xiao應ying的de模mo型xing進jin行xing測ce量liang工gong作zuo時shi
，阻zu抗kang的de大da小xiao與yu溫wen度du高gao低di有you關guan。有you了le該gai阻zu抗kang信xin息xi
，我wo們men就jiu可ke以yi對dui終zhong止zhi電dian壓ya進jin行xing預yu測ce

，從cong而er可ke以yi精jing確que計ji算suan所suo有you負fu載zai或huo溫wen度du下xia的de剩sheng餘yu電dian量liang。有you了le該gai電dian池chi阻zu抗kang信xin號hao，我wo們men通tong過guo在zai固gu件jian中zhong使shi用yong一yi種zhong電dian壓ya仿fang真zhen方fang法fa就jiu可ke以yi確que定ding剩sheng餘yu電dian量liang。該gai仿fang真zhen方fang法fa先xian計ji算suan出chu當dang前qian的de SOCstart 值，然後計算出在負載電流相同且 SOC 值持續降低的情況下未來的電池電壓值。當仿真電池電壓低於電池終止電壓（典型值為 3.0V/每節）時
，獲取與此電壓對應的 SOC 值並記做 SOCfinal。剩餘電量 RM 可由下式得出：

圖 2 說明了 bq20z80 如何精確地預測電池的剩餘電量。對剩餘電量預測的誤差不到 1.0%。該誤差率會貫穿於整個電池組的使用壽命。

結論

基於阻抗跟蹤TM 技ji術shu的de電dian池chi電dian量liang監jian測ce計ji綜zong合he了le基ji於yu庫ku侖lun計ji數shu算suan法fa與yu基ji於yu電dian壓ya相xiang關guan算suan法fa的de優you點dian，從cong而er實shi現xian了le最zui佳jia的de電dian池chi電dian量liang監jian測ce精jing確que度du。通tong過guo測ce量liang空kong閑xian狀zhuang態tai下xia的de OCV，可以得出精確的 SOC 值。由於所有自放電活動都在電池的 OCV 降jiang低di過guo程cheng中zhong反fan應ying出chu來lai
，所suo以yi無wu需xu進jin行xing自zi放fang電dian校xiao正zheng。當dang設she備bei的de運yun行xing模mo式shi為wei活huo動dong模mo式shi且qie接jie入ru了le負fu載zai，便bian開kai始shi執zhi行xing基ji於yu電dian流liu積ji分fen的de庫ku侖lun計ji數shu算suan法fa。通tong過guo實shi時shi測ce量liang實shi現xian對dui電dian池chi阻zu抗kang的de更geng新xin，而er且qie通tong過guo阻zu抗kang跟gen蹤zong技ji術shu我wo們men還hai可ke以yi省sheng去qu耗hao時shi的de電dian池chi自zi動dong記ji憶yi周zhou期qi。因yin此ci
，在zai整zheng個ge電dian池chi使shi用yong周zhou期qi內nei都dou實shi現xian了le 1% 的電池電量監測精度。

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