您电池电量计的精度如何?第2部分

计量精度及其他影响精度因素的详细计算步骤

 

在本系列的第1部分中,我说说明了测量精度与计量精度的区别。其中,强调了计量精度取决于您向所选算法内所输入变量(电压、电流和温度)的精度,以及算法的稳健性或用于不同电池使用情况的能力。另外,还指出您可以通过检查剩余电量,确定电量计在接近终止电压处报告值为0%,且SOC没有明显的跳变,从而评估电量计的精度。

 

另外一个更有效的做法就是计算电池整个放电曲线对应的电量计的精度。您也可以使用充电曲线计算,但由于用户更关心电池放电的精度,因此,常使用电池放电曲线评估。

 

以下便是计算计量精度的详细步骤:(下载Excel表单,其中包含实际的数据和公式)

 

1.在这一包含电压、电流、温度和报告SOC数据的Excel建立一个电量计日志。在本系列的第1部分中,我提到您可以使用bq Studio、一个TI电量计EVM或任何其他电量计以及一个Arbin或Maccor仪器提取电量计日志。在本例中,我将使用来自bqStudio和一个TI电量计EVM的电量计日志进行说明。

 

2.为计算得到的通电量(dQ)创建新的一列。日志文件应从充满电的状态开始,至达到零值(或放电停止时)的终止电压处结束。使用以下Excel公式计算每列通电量:

 

  • Calculated_dQ = current_reading的滚动总和* time_since_last_log_point.

 

  • Excel公式:(ElapsedTimeN+1 – ElapsedTimeN)*|AvgCurrentN| /3600+ Calculated_dQN.(由于经过时间是以秒为单位计的,所以需将其除以3600,换算成以小时为单位的数据。Calculated_dQN-1是计算得到的前一通电量。)

 

  • FCC_true = 综合容量,从完整充满电的状态到终止电压。

 

  • Calculated_RM = FCC_true – Calculated_dQ。

 

  • Excel公式:$FCC_true – Calculated_dQN.

 

3.检查电池的实际满电量,是所有通电量的总和:

 

4.为放电曲线的每个点创建一个新列,并计算电池的剩余电量(Calculated_RM

 

5.在新列中以百分数表示出每个点电池的实际剩余电量(Calculated_SOC

 

  • Calculated_SOC = Calculated_RM / FCC_true * 100.

 

  • Excel公式:Calculated_RM / $FCC_true * 100.

 

6.在新列中,通过用计算得到的剩余电量中减去电量计报告的剩余电量,计算出电量计在每点报告的剩余电量误差

 

  • SOC_error = SOC_true – SOC_gauge。

 

  • Excel公式:Calculated_SOCN – SOC_gaugeN

 

Excel表单里有详细的计算。图1中,不同颜色突出显示的列代表计算中的不同步骤。在M列中,您可以看到SOC误差值很清楚地对电量计精度进行了量化。

 

1:显示SOC误差计算示例的Excel日志

 

图2比较了根据电池整个放电曲线计算得到的SOC以及电量计报告的SOC,而图3则是以图形形式显示了SOC误差的幅度。在本例中,您可以看到整个放电曲线的电量计精度误差不到2%。

 

2:根据电池电压放电曲线计算得到的SOC与所报告SOC的示意图

 

3:电池整个电压放电曲线的SOC误差示意图

 

环境温度和放电电流速率可导致电池容量(FCC)上升或下降,这是电池固有的特性。这些变化会导致剩余电量突然跳变,影响用户体验。为了控制这个问题,大多数德州仪器的电量计都配有一个被称为“平滑”的特殊功能。平滑算法的主要目标是平滑电池充放电过程中剩余电量及SOC的跳变。需注意的时,启用该功能后,电量表报告的剩余电量和SOC将经过算数修正,可能无法呈现实际的电池剩余电量。当启用该过滤功能计算精度时,需确定您是想要得到平滑后(过滤后)的值还是实际值:两种数值电量计都可以报。

 

图4比较了计算得到的实际SOC、电量计报告的过滤后SOC值以及多负载水平下电量计报告的实际SOC值。从图中可以看到电量计报告的过滤后SOC值紧随着电量计报告的实际SOC值。

 

图5比较了电量计报告SOC值的误差以及电量计报告的过滤后SOC值的误差。如果温度急剧变化,过滤后的电量计报告SOC值与实际电量计报告SOC值之间就会表现出明显的差别。

 

4:多电流水平下电池计算得到的实际值与电量计报告SOC值的比较

 

5:多电流水平下电池电压曲线的电量计报告SOC误差比较

 

大多数电量计用户需要在电量计报告0%时,电池内仍能留些电量,而不致达到终止电压,以便主处理器能够执行可控的系统关闭操作。这种情况下,在计算精度时,不要计算到终止电压;而是计算到您需要电池中备用电量所对应的电压阈值。

 

另一个影响电量计所测量电池寿命精度的因素就是电量计跟踪电阻抗变化的能力,电池的阻抗会随着电池的老化而增加。TI Impedance Track™计量算法能够跟踪电池的阻抗变化,因此,在计量电池寿命方面的精度高达99%。补偿放电终点电压(CEDV)计量算法的精度能够达到98%,并可计算电池的老化,但其使用的电池模型的精度可能随着电池老化程度增加而下降。我们的Impedance Track-Lite算法是简化的版本,精度可达95%。

 

概括来说,相比目检,计算剩余电量误差由于能够提供整个电池曲线的误差范围,因此是更为稳健的电量计精度评估方法。其他影响电量计精度及其评估的考量因素包括是否启用了平滑功能、备用电量功能以及电量计跟踪电池老化的能力。欲了解各类电量计产品的完整清单,请访问ti.com/gauges。

 

其他信息

原文链接:

http://e2e.ti.com/blogs_/b/fullycharged/archive/2016/11/04/how-accurate-is-your-battery-fuel-gauge-part-2-2