电池管理中,电量计负责估计电池容量可使电池发挥更大更优的性能,延长系统使用时间,本篇文章介绍电量计检测方法以及各方法优缺点。
基本概念
- 荷电状态SOC(State-Of-Charge)
SOC实际是指容量的百分比,即电池剩余容量与总容量的比值。电池满电状态下SOC是100%,电池完全放电状态下SOC是0%。
- 放电深度DOD(Depth-Of-Discharge)
放电深度DOD其实和SOC表达的是同一个意思,表达的是电池从满电状态下放了多少电,即SOC是100%,DOD=0%;当SOC是0%,DOD是100%。
电池容量监测方法
- 开路电压法OCV(Open Circuit Voltage)
电池电压与容量存在一定的对应关系,检测电池开路电压可估算出电池电量。开路电压的测量条件一般是电池无工作超过30分钟时两端的电压。
该方式在不同负载、温度、电池老化下,电池电压曲线也会不同。在这种情况下开路电压法检测会有很大误差。
在电池充放电以及轻重负载时,开路电压法估算的SOC差距会很大,如下图所示:
优势:无需完全放电就能学习、小负载电流下测量准确
劣势:负载变化、老化、温度变化对其影响很大,测量偏差较大
- 库伦计量法(Coulomb Counter)
库伦计量法原理是在电池充电/放电路径连接一个检测电阻,ADC测量电阻两端的电压就可以计算出流过的电流以及充电/放电检测,再进行时间与电流的积分,从而计算出库伦。
每进行一次完全放电就会计算出放出容量需要更新电池的容量,也就是说需要自我学习定期更新容量。
优势:
- 不受电压值的影响
- 积分测量准确度高
劣势:
- 需要周期学习更新电池容量
- 自放电必须建模学习
- 不更新的话每充电10次误差增加1%
库伦计量时,需要在完全放电之前进行学习,当容量为0%时再学习就晚了,所以一般电池更新是在电池电量还剩7%进行更新,计算出容量后除以93%即可计算出完全容量。但实际应用中,大部分电池不会用到7%再充电,可能电量在30%的时候就会充电,这样的话容量得不到更新,累积误差就会越来越大!
还有就是对电池自放电的估算,也是不准确的。电池内部的自放电,由于库伦计连接在电池外面无法检测电池内部的电流变化,只能通过搭设电源模型进行简单估计误差较大。
- 阻抗追踪测量(TI Impedance Track)
TI 的阻抗跟踪 电池电量计技术是一种功能强大的自适应算法,与电池组具体的化学属性结合可以非常准确计算电池SOC。阻抗追踪测量结合了开路电压测量与库伦计量的优点,没有负载下使用开路测量准确检测电量,有负载情况下,利用库伦计量检测电量。不管是电压电流测量,对其影响最大的就是电池内部阻抗。
V V V= V o c v V_{ocv} Vocv - I ∗ R b a t I*R_{bat} I∗Rbat
其大致原理是:先得到OCV与实际容量曲线,再实时测量电池阻抗,检测电流通过上述公式得到实际OCV从而得出电池电量。
由于技术比较复杂,有兴趣的可以查看Theory and Implementation of Impedance Track™ Battery Fuel-Gauging Algorithm in bq2750x Family。
目前来看,使用库伦计测量还是主流测量方案,其误差以及劣势可以通过软件算法进行优化提高测量精度。