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更高精度的电量计 IC 有望实现更长的运行时间
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2022-11-28
符筹荣
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鉴于电池寿命在用户满意度和便携式产品的市场成功中发挥着关键作用，因此各种各样的供应商提供燃料或电量计 IC 也就不足为奇了。通过在所有操作条件下持续估算电池电量，这些设备执行许多重要任务，包括延长系统运行时间和电池寿命、帮助管理电池的健康状况，以及通过报告故障情况提高安全性。同时，通过执行原本需要使用分立元件的任务，电量计 IC 有助于减少元件数量、成本和产品占用空间，同时最大限度地减少系统处理器上的软件开销。鉴于电池寿命在用户满意度和便携式产品的市场成功中发挥着关键作用，因此各种各样的供应商提供燃料或电量计 IC 也就不足为奇了。通过在所有操作条件下持续估算电池电量，这些设备执行许多重要任务，包括延长系统运行时间和电池寿命、帮助管理电池的健康状况，以及通过报告故障情况提高安全性。同时，通过执行原本需要使用分立元件的任务，电量计 IC 有助于减少元件数量、成本和产品占用空间，同时最大限度地减少系统处理器上的软件开销。然而，准确估算锂离子 (Li-ion) 电池的容量并非易事。锂离子电池的充电状态 (SOC) 受多种因素影响，包括温度和放电率。电量计 IC 用于估算 SOC 的算法必须补偿自放电、电池内部阻抗和电池老化等多种问题。电量计 IC 必须将此数据与电池的先验知识相结合才能准确估算 SOC。然而，准确估算锂离子 (Li-ion) 电池的容量并非易事。锂离子电池的充电状态 (SOC) 受多种因素影响，包括温度和放电率。电量计 IC 用于估算 SOC 的算法必须补偿自放电、电池内部阻抗和电池老化等多种问题。电量计 IC 必须将此数据与电池的先验知识相结合才能准确估算 SOC。老龄化问题是这项任务固有挑战的一个很好的例子。虽然电池的容量通常不同，但随着电池老化和失去存储电荷的能力，单个电池的容量也会随着时间的推移而变化（图 1）。设计人员在估算 SOC 时面临的更困难的挑战之一是如何补偿能够提供电压的时间比新电池短的旧电池。老龄化问题是这项任务固有挑战的一个很好的例子。虽然电池的容量通常不同，但随着电池老化和失去存储电荷的能力，单个电池的容量也会随着时间的推移而变化（图 1）。设计人员在估算 SOC 时面临的更困难的挑战之一是如何补偿能够提供电压的时间比新电池短的旧电池。图 1：电量计 IC 必须补偿电池寿命对容量的影响。上图说明了随着电池寿命或循环次数的增加，其保持固定电压的能力如何随着时间的推移而下降。（来源：德州仪器）图 1：电量计 IC 必须补偿电池寿命对容量的影响。上图说明了随着电池寿命或循环次数的增加，其保持固定电压的能力如何随着时间的推移而下降。（来源：德州仪器）快速进化快速进化通常，电量计 IC 位于电池组上，并使用低值分流电阻器跟踪流入和流出电池的电流。早期的电池监控电路只是简单地测量电池的电压。然而，很难获得高度准确的电池容量估计值，因为随着负载电流水平的变化，对于给定的 SOC，电池的瞬时电压可能会上下移动。通常，电量计 IC 位于电池组上，并使用低值分流电阻器跟踪流入和流出电池的电流。早期的电池监控电路只是简单地测量电池的电压。然而，很难获得高度准确的电池容量估计值，因为随着负载电流水平的变化，对于给定的 SOC，电池的瞬时电压可能会上下移动。现在大多数电量计 IC 使用库仑计数方法来计算电池容量。这些设备使用带有测量电路和定时器/计数器的小型检测电阻随时间跟踪进出电池的毫安电流。为了在典型条件下生成电池容量模型，他们从已知起点（例如 100% 容量）计算电池进出的 mAH。然后，电路可以在电池充电和放电时跟踪 SOC。现在大多数电量计 IC 使用库仑计数方法来计算电池容量。这些设备使用带有测量电路和定时器/计数器的小型检测电阻随时间跟踪进出电池的毫安电流。为了在典型条件下生成电池容量模型，他们从已知起点（例如 100% 容量）计算电池进出的 mAH。然后，电路可以在电池充电和放电时跟踪 SOC。然而，库仑计数方法有其自身的一些弱点。这种类型的仪表必须考虑所有操作充电和放电活动，以准确测量 SOC。然而，当电池通常由于自放电而失去电荷时，这种方法通常无法解决长期储存期间的损失。它也无法补偿变化很大的负载电流，特别是在极低端或极高端，电流感测电路可能无法测量。 然而，库仑计数方法有其自身的一些弱点。
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