阻抗跟踪电量

针对多体锂离子电池组的电池电量监测计——第二部分作者：SihuaWen，德州仪器(TI)阻抗跟踪电池电量监测的工作原理如图3所示，阻抗跟踪电池电量监测计IC可以精确地测量下列主要参数：●OCV：当电池处于松弛模式时，电池的开路电压；●电池阻抗：，仅在放电时进行测量；●PassedCharge：在电池放电或充电期间对电荷或库仑的积分；●QMax：电池最大的化学容量；●SOC：在任何时候的充电状态，定义为SOC=QD/QMax，其中，QD是由完全放电状态计算得出的PassedCharge；●RM：剩余电量；●FCC：完全充满时的容量，从满充电状态到终止电压所通过的电荷量；图3：在有负载的情况下，电池的OCV特性和放电曲线SOC对于特殊的锂离子电池化学特性来说，因为SOC和OCV之间存在密切的相互关系，所以，可以从电池的OCV来估计其SOC。当电池处于松弛模式时，所测得的OCVI被定义为电池的状态，此时其电流小于一个给定的阀值（如10mA）且电池的电压稳定。然后，就可以利用预先定义的OCV-SOC关系来确定SOC。这就为后来的放电或充电周期标记了一个最初的电池状态，并且当系统处于低功耗模式时完成，如关机时。阻抗如图3所示，当便携式设备处于正常工作模式时，负载电流会影响电池的放电曲(OCV)特性的偏差。当施加负载时，有负载情况下所测得的电固件中实施的电压仿真，就可以计算剩余电量(RM)。仿真SOCFINAL开始，并利用4%的SOC增量连续地计算同一负载条件下将FI线并导致开路电压压与在当前充电状态(SOC)下电池化学性质的特定OCV之间存在差异，通过测量两个电压之差，可以测量每一个电池的阻抗。该电压差除以施加的负载电流可以得出阻抗R。此外，阻抗与测量时的温度有关，要将该阻抗代入模型之中才能解决温度效应问题。RM有了阻抗信息，利用在从现在的来的电压曲线(profile)。一旦获得将来的电压曲线，阻抗跟踪算法就可以确定与系统终止电压相对应的SOC的数值—SOCNAL。然后，利用下列公式就可以计算剩余电量：FCC全充满时的容量(FCC)定义是为了描绘在特定负载条件下满充电电池的实际可，可以利用下列公式计算，其中，QSTART为电池的最初电量：以解决老化效应的问题。因为QMax的化频率要低得多，所以，这种更新不如阻抗的更新频繁。该方法就是取充电周期完用电量FCC=QSTART+PassedCharge+RM.QMax有时，电池的化学容量(QMax)需要被更新变（也可以是放电周期）前后的两个OCV值，通过OCV-SOC特性将这两个OCV值转换为SOC值，然后，由下列方程导出新的QMax：上述方程可以轻松地从SOC的定义中推导出。显然，为了掌握电池的化学容量，算法不需要一个完整的放电周期。然而，只有利用比较高的PassedCharge和精该确的SOC数值，才能确保所计算的QMax的精确性。设计和配置阻抗跟踪电池电量监测计阻抗跟踪技术减轻了设计人员在学习广泛的电池化学知识上所面临的负担。此外，面给出了利用bq20z90设计的多体电池电量监测计的解决方案。假设该应用采。件设计实例有三个芯片的芯片组这种新型监测技术不需要对每一个（电池）产品组都进行周期监测。只要掌握了针对特定型号的典型电池特性，不需要冗长的循环时间，相同的配置就可适用于所有的电池组，这要归功于该算法的学习能力。下用了一个三串联、两并联电池组，每节松下CGR18650C电池的容量为2200mAh，快速充电电流为4A，最大放电电流为4A，每节电池的终止电压为3V在充电和放电两种情况下，最大容许的温度都是60°C。该应用在大部分时间都以不变功率负载工作。该电池组是可拆卸的并且不需要预充电。如果任何一节电池的电压高于4.45V，那么就需要一个独立的、能够熔断保险丝的二次电压保护器。硬该应用需要一个含：a)bq20z90电量监测IC；b)bq29330模拟前端(AFE)IC；以及c)激活电压为4.45V的二次电压保护器ICbq29412。图4显示了该电路的功能原理图。AFE用2.5V、16mA的低压降稳压器(LDO)直接为电量监测计供电，AFE则从电池电压或充电电压获得电能。AFE的主要功能是调节用于电量计中的16位电压ADC的电池电压，并提供硬件级过电流保护功能。运行监测和保护固件的电量监测计IC是芯片组的控制器。AFE由电量监测计IC然电量监测计及其相关的AFE提供了过压保护功能，但电压监控的采样特性却配置，从而决定了它如何对处理电量监测的情形做出响应，其中包括决定什么时候及哪一个电池的电压信息被提供给电量监测计IC，以及过载、短路阀值及延迟时间值。虽限制了这种保护系统的响应时间。bq29412提供了一种与电量监测计和AFE功能协调工作的、快速响应、实时独立的过压监控器。当任何一个电池的电压超过4.45V时，在电容器经过编程设定的延迟之后，bq29412输出一个触发信号以熔保险丝。断图4电量监测计电路的功能结构图配置电量监测计在配置ImpedanceTrack电量监测计时，首先要确定电池的化学ID，并选择相应的固件文件。用于该设计的电池为松下CGR18650C，属于LiCoO2/石墨化碳化学性质。根据阻抗跟踪算法所设定的惯例，电池的化学性质ID为0100。从bq20z90网页可以下载针对这种化学性质的正确的固件(bq20z90_v110_ID0100_default.senc)。一旦固件被载入芯片，所有类型的电量监测计配置都可以通过定制数据闪存来完成。一种完成定制数据闪存的传统方式是利用bqEVSW评估软件。大量的数据闪存常数被分组为12类，它们支配电量监测计的工作。例如，“1stLevelSafety”类保护电池，使之免于出现一些较为严重的电压、电流和温度条件，触发这些保护功能仅仅需要临时关闭充电或放电功能；然后，当这些条件消失时，电池组就可以恢复。在应用中容许的充电和放电的最大温度为60°C，在该类中可对最大温度进行配置。为了避免冗长的配置，图5列出了在每一种类中可以被配置的大多数应用和操作。、B以及C的配置类中找到。请注意：因为该应用实例是一个可拆卸的电池组，NR位应该为零，以关闭配置寄存器B中的“non-removable”配置功能，并且有必要在电池组连接器上实现一个System_Present信号。利用适当的数据闪存配置数据，该电池组应该以目标电池的配置而正常地工作。在生产中，ImpedanceTrack电量监测计仅仅需要一个典型的电池组被循环充电和放电，以了解阻抗和化学容量的典型数值，从而修改“RaTable”的数据闪存分类和在“GasGauging”分类中的化学容量，然后，就可以把相同的数据闪存配置文件用于所有生产的电池组。