TI的阻抗跟蹤TM電池電量計技術(shù)是一種功能強大的自適應(yīng)算法，其會記住電池特性隨時間的變化情況。將這種算法與電池組具體的化學(xué)屬性結(jié)合可以非常準(zhǔn)確地知道電池的充電狀態(tài)(SOC)，從而延長電池組使用壽命。

然而，更新電池總化學(xué)容量(Qmax)相關(guān)信息要求具備某些條件。磷酸鐵鋰(LiFepO4)電池的極端穩(wěn)定電壓狀態(tài)下要完成這項工作變得較為困難（請參見圖1），特別是如果無法對電池完全放電且讓其休息數(shù)小時那就更加困難了。圖1顯示了典型開路電壓(OCV)特性與鈷酸鋰(LiCoO2)和磷酸鐵鋰(LiFepO4)電池化學(xué)屬性放電深度(DOD)的關(guān)系。本文主要討論參考文獻(xiàn)1和參考文獻(xiàn)2的阻抗跟蹤技術(shù)。

圖1基于DOD的電池OCV測量

TI建議所有磷酸鐵鋰電池都使用阻抗跟蹤3(IT3)算法。IT3對早期阻抗跟蹤算法的改進(jìn)包括：

通過更好的溫度補償實現(xiàn)更佳的低溫性能

更多濾波，以防止出現(xiàn)SOC容量跳躍

更高的精度，用于磷酸鐵鋰電池的非理想OCV讀取

保守的剩余容量估算，以及額外的負(fù)載選擇配置

IT3包括在TI的bq20z4x、bq20z6x和bq27541-V200電量監(jiān)測計中（所列并非全部）。

Qmax更新的典型條件阻抗跟蹤算法將Qmax定義為電池的總化學(xué)容量，其以毫安小時(mAh)計算。一次正確的Qmax更新，必須滿足下列兩個條件：

1、兩個OCV測量必須在不合格電壓范圍以外進(jìn)行，基于TI確定的電池化學(xué)身份(ID)編碼。只能對一塊閑置電池（沒有進(jìn)行數(shù)小時的充電或者放電）進(jìn)行OCV測量。

參考文獻(xiàn)3列出了一些不合格電壓范圍，其中一些顯示在表1中。我們可以看到，就化學(xué)ID編碼100而言，如果任何電池電壓超出3737mV或者低于3800mV則不允許進(jìn)行OCV測量。實際上，這就是OCV測量獲得最佳精確度的“禁用”范圍。雖然本文給出了SOC百分比，但電量計僅根據(jù)電壓來確定不合格范圍。

表1摘選自參考文獻(xiàn)3，其根據(jù)Qmax更新的化學(xué)屬性列出不合格的電壓范圍

2、最小通過電荷量必須由電量計進(jìn)行綜合。默認(rèn)情況下，其為總電池容量的37%。為了進(jìn)行淺放電Qmax更新，這一通過電荷百分比可以降低至10%。這種降低的代價是SOC精確度的損失，但在其它他無法更新Qmax的系統(tǒng)中是容許的。

既然我們理解了淺放電Qmax更新的要求，那么讓我們來看一個數(shù)據(jù)閃存參數(shù)的例子，我們需要在一個更低容量電池組配置中對其進(jìn)行修改。默認(rèn)阻抗跟蹤算法基于典型筆記本電腦電池組，該電池組擁有2個并聯(lián)組，每組3節(jié)串聯(lián)電池，即3s2p配置結(jié)構(gòu)。每組有2200-mAh容量，因此總?cè)萘繛?400hAh。磷酸鐵鋰電池的容量約為其一半，因此如果以3s1p配置使用它們，則總電池組容量為1100mAh。如果使用像這樣的更小容量電池組，需要在TI的電量計評估軟件中對具體的數(shù)據(jù)閃存參數(shù)進(jìn)行微調(diào)，以獲得最佳的性能。本文剩下部分將介紹這一過程。

實例計算

來看一下一個使用A123系統(tǒng)TM1100-mAh18650磷酸鐵鋰/碳精棒電池的3s1p配置電池組。這種電池類型的TI化學(xué)ID編碼為404。這種電池將用于50°C左右正常溫度的存儲系統(tǒng)中。放電率為1C，且一個5-mΩ檢測電阻器用于電量計，目的是進(jìn)行庫侖計數(shù)。

如表1所示，化學(xué)ID404的OCV測量的不合格電壓范圍為3274mV（最小值，即~34%SOC）到3351mV（最大值，即~93%SOC）。大多數(shù)磷酸鐵鋰電池都有非常寬的不合格電壓范圍（參見化學(xué)ID409進(jìn)行對比）。然而，根據(jù)具體的電池特性，為淺放電Qmax更新找出一個更高的最小不合格電壓是可能的。化學(xué)ID為404時，將這一值升高至3322mV是可能的，從而允許3309到3322mV的淺放電Qmax更新窗口（請參見圖2）。設(shè)計人員可以使用這種中間范圍低誤差窗口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)閃存修改。由于僅能對高和低不合格電壓范圍進(jìn)行設(shè)定，因此主系統(tǒng)必須保證在3309mV以下不會進(jìn)行更低的OCV測量。（隨著關(guān)聯(lián)誤差的增長，OCV測量誤差在3274和3309mV之間急劇增加。）雖然僅有一個13-mV窗口在更低OCV測量時起作用（3322–3309mV=13mV），但其對應(yīng)于一個70%到64%的SOC范圍。

磷酸鐵鋰電池具有非常長的松弛時間，因此我們可以將數(shù)據(jù)閃存參數(shù)“OCV等待時間”增加至18000秒（5小時）。由于電池的正常工作溫度得到提高，因此參數(shù)“Q無效最大溫度”應(yīng)修改為55°C。另外，“Qmax最大時間”應(yīng)修改為21600秒（6小時）。

圖21-mV電壓誤差的SOC關(guān)聯(lián)誤差

要將Qmax通過電荷從37%降低至10%，需要修改“DOD最大容量誤差”、“最大容量誤差”和“Qmax濾波器”，因為它們都會影響OCV1和OCV2測量之間的不合格時間?！癚max濾波器”是一個補償因數(shù)，其根據(jù)通過電荷來改變Qmax。

設(shè)置這些參數(shù)的目的是基于測得的通過電荷獲得1%以下的“最大容量誤差”，包括ADC最大補償誤差（“CC靜帶”）。但是，需要對這些值進(jìn)行一些修改，以允許淺放電Qmax更新。

實例1Qmax更新超時期間

要獲得1000-mAh電池10-mΩ檢測電阻器1%以下的累積誤差，以及硬件設(shè)置10μV固定值的“CC靜帶”，Qmax更新的超時期間由下列情況決定：

10μV/10mΩ=1-mA補償電流。

1000-mAh容量×1%允許誤差=10-mAh容量誤差。

10-mAh電容誤差/1-mA補償電流=10小時。

因此，從開始到結(jié)束，包括休息時間，僅有10小時可用于完成一次Qmax更新。10小時超時以后，一旦電量計進(jìn)行其下一個正確OCV讀取，計時器便會重新開始。[page]

實例2數(shù)據(jù)閃存參數(shù)修改

在使用帶有一個5-mΩ檢測電阻器的1100-mAh電池設(shè)計方案中，可以使用相同方法計算得到Qmax更新的超時期間：

10μV/5mΩ=2-mA補償電流。

1100mAh×1%=11mAh。

11mAh/2-mA補償電流=5.5小時。

這種情況下，需要放寬容量誤差百分比，以增加Qmax超時。將“最大容量誤差”（從1%的默認(rèn)值）修改為3%，得到：

1.1Ah×3%=33mAh

其會增加Qmax不合格時間到：

33mAh/2-mA容量誤差=16.5小時。

需要將“DOD容量誤差”設(shè)置為2倍“最大容量誤差”，因此可以將其改為6%（默認(rèn)值為2%）。

根據(jù)通過電荷的百分比，需要按比例減小“Qmax濾波器”的默認(rèn)值96：

“Qmax濾波器”=96/(37%/10%)=96/3.7=26

表2顯示了電量計評估軟件中典型的數(shù)據(jù)閃存參數(shù)，必須對其進(jìn)行修改以實現(xiàn)淺放電Qmax更新。這些特殊參數(shù)均為受保護(hù)（歸為“隱藏”類），但可以由TI的應(yīng)用人員解鎖。本表格所用舉例電池組為前面所述電池組，其為一種使用A1231100-mAh18650LiFepO4/碳精棒電池（化學(xué)ID為404）的3s1p電池組。

表2根據(jù)系統(tǒng)使用情況可以由TI應(yīng)用人員修改的一些受保護(hù)數(shù)據(jù)閃存參數(shù)

1、該參數(shù)在黃金影像(goldenimage)過程期間很重要。如果使用的是標(biāo)準(zhǔn)4.2-V鋰離子電池，且僅將其充電至4.1V系統(tǒng)電平，則在電池充電至4.2V以后進(jìn)行首次Qmax更新仍然必要，目的是滿足90%容量變化的要求。根據(jù)電量計設(shè)定的化學(xué)ID編碼，對規(guī)定電池容量即“設(shè)計容量”和估計DOD的容量變化進(jìn)行開始和結(jié)束點檢查。

2、計算Qmax時，寬范圍溫度變化會引起誤差。在高或低溫下正常工作的系統(tǒng)中，對該參數(shù)進(jìn)行修改是必要的。

Qmax更新事件

下列事件描述了實例1和2所述數(shù)據(jù)閃存參數(shù)改變以后，實現(xiàn)一次Qmax更新的一種實用方法。

1、電池電壓位于圖2所示低關(guān)聯(lián)誤差窗口內(nèi)時應(yīng)該開始一次Qmax更新。設(shè)計人員的自有算法可用于將電池放電/充電至這一范圍內(nèi)。

2、本實例中，為了進(jìn)入該有效測量范圍（化學(xué)ID為404），所有電池電壓都必須大于或者等于3309mV，且小于或者等于3322mV。如果常規(guī)放電期間電池電壓恰好位于有效范圍以外，則在18000秒設(shè)定“OCV等待時間”以前必須開始另一個放電或者充電周期。如果6小時10分鐘以后，所有電池電壓均在3309到3322mV范圍內(nèi)，則進(jìn)行了一次正確的OCV測量。

3、下一步是對電池完全放電。一旦電池充滿（即100%SOC），其在進(jìn)行第二次OCV測量以前應(yīng)該再休息6小時10分鐘。之后，Qmax值被更新。如果充電進(jìn)行了約2小時，則超時期間至少需要8小時。由實例2中16.5小時超時期間的計算，我們知道時間綽綽有余，額外多出8.5小時的緩沖時間。

4、電量計處在開啟模式下時向電量計發(fā)布一條ResetCommand(0x41)，可以重置OCV計時器。

表3顯示了使用舉例電池組配置時如描述的那樣循環(huán)操作電池所得到的結(jié)果。

表3全周期和淺充電Qmax更新的結(jié)果

1從耗盡充電到充滿

結(jié)論

TI的阻抗跟蹤技術(shù)是一種非常精確的算法，用于通過電池使用時間來確定電池SOC。在一些磷酸鐵鋰電池應(yīng)用中，利用一段時間的閑置來對電池進(jìn)行完全放電是不可能的，因此研究一種Qmax更新的淺放電方法是必要的。本文介紹了實現(xiàn)一次淺放電Qmax更新需要考慮的因素和數(shù)據(jù)閃存編程配置。對這些參數(shù)的修改，必須由TI應(yīng)用人員根據(jù)系統(tǒng)配置和要求批準(zhǔn)之后才能進(jìn)行。