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(急)恒定大电流: 阻抗跟踪失准?

Zhang Hui
Prodigy 80 points


bq27421真的能够准确测出SOC吗?

《TI电池电量监测基础知识培训》提到，每100周期电量下降3%-5%，因此gauge必须有更新capacity的能力。而capacity应该是定义为最低OCV与最高OCV之间增加的电荷量, 即从OCV 3.7V充电至OCV 4.2V之间的净电荷增量ΔQ。ΔQ可以测的很准，然而ΔV呢?

比如当gauge检测到3.7V电压，而此时电流较大如有2A，此时电池内阻上的电压将可能达到0.05V以上，因此OCV实际 ≈3.75V。因此用此时电压作为低压端点是不妥的。为了解决这一问题，各种gauge中都有”relax mode”, 在该模式下电流很小，因此测得电压可近似认为等于OCV, 我猜测这是针对上述偏差情况的补救/补偿措施。

然而，gauge并非如三极管一样是主动元件。如果负载始终保持大电流，比如负载是一个MSP430并联2Ω电阻，那么在整个充放电过程中(假设充电电流可以很大，大于4.2V/2Ω=2.1A)都不可能进入relax mode, 电池内阻上始终有可观的电压降，而gauge无法控制电流大小来减小这里的电压降。这种情况下，gauge永远读不到近似准确的OCV, 因此Impedance Track算出的阻抗也永远有误差。

是否这是bq27421，或广义所有Impedance Track电量记的固有问题? 即: 如果在充电或放电末期不能达到小电流(relax mode)，则gauge永远失准?

  • 0
    TI__Genius 11845 points

    1.OCV读取的一个非常重要的目的是用来更新Qmax的，也就是楼主提到的Qmax每100个周期下降3%-5%那个

    2.两次OCV之间的读取只需要保证Qpass大于37%并且电压不在最平坦的区域即可，并没有说一定要在3.7V或者4.2V

    3.一般情况下客户多数使用情形是会出现relax状态，比如待机时，注意这个relax并不一定要在充满或者放空

  • 0 回复 Sheldon Cai
    Prodigy 80 points

    ”1.OCV读取的一个非常重要的目的是用来更新Qmax的，也就是楼主提到的Qmax每100个周期下降3%-5%那个“

    “3.一般情况下客户多数使用情形是会出relax状态，比如待机时，注意这个relax并不一定要在充满或者放空”

    a. 和您确认一点: "各种gauge中都有”relax mode”, 在该模式下电流很小，因此测得电压可近似认为等于OCV, 我猜测这是针对上述偏差情况的补救/补偿措施。"

    从您的答复来看，这一猜测应该是正确的?

    b. 纯粹考虑极端情况的话，如果如"比如负载是一个MSP430并联2Ω电阻", 永远没有relax状态，这种情景下近似的OCV是永远读不到的, 所以永远有误差, 对吗?

    "2.两次OCV之间的读取只需要保证Qpass大于37%并且电压不在最平坦的区域即可，并没有说一定要在3.7V或者4.2V"

    a. 这其中暗含接近满充电压的情况。比如，一般充电器IC先constant current升压, 达到4.2V后再恒压taper current. Taper current末尾ITerm常常是充电电流的10%左右，比如充电电流1A, I-Term=100mA, 至此停止充电。此后的几分钟内(SLUUAC5 6.4.2.2.3 Chg Relax Time 60s), 如负载不工作(关机，休眠), 此时电流极小，gauge是否会读取近似(“近似”因仍有电流)OCV?

    b.电池随着使用容量是下降的。我本来的猜测是OCV一定要在3.7V/4.2V读取。您这里提到在其他位置读取也可以(ΔV/ΔQ斜率不要太小)。这样的做法，其正确性有一个前提，即Q-V (取V为横轴) 曲线虽然随着放电周期降低，但却是等比缩放，即第n1和n2个周期中(n2 > n1)，不同V(如3.8V和4.1V)处Q下降的百分比几乎是一致的。如果电池不具有这一特性，则该做法不成立。

    《TI电池电量监测基础知识培训》31页提到，不同厂家的”OCV- 容量百分比”曲线基本一致，电压偏移小于5mV，然而并没有明确提到随放电周期增加，该曲线是否会发生变形。如果对您” 两次OCV之间的读取只需要保证Qpass大于37%并且电压不在最平坦的区域即可，并没有说一定要在3.7V或者4.2V”回答的理解正确，则我们可以推出Q-V (取V为横轴)曲线随放电周期具有等比缩放的特性，正因此SOC-V才能够在容量渐减的情况下仍保持不变。

    可否请确认这点?

     

    最后向您请教一下taper current的问题:

    1. 很多网站提到电池不能过充，否则电池可能膨胀，起泡甚至漏液。然而几乎所有TI charger都具有充电到4.2V之后taper current直至终止充电(充电接口变为高阻态/Hi-Z)的功能，并且充电电压不会大于4.2V, 因此膨胀/起泡的说法是否已经过时? 比如使用较新的TI charger的手机，是否可以成年累月地连接在外接电源上而不会损坏电池?

    2. SLUA450 “2.2 Update of Chemical Depth of Discharge (DOD)”提到在relax模式下OCV每100秒读取一次，因此在通常使用中每一个小时左右时间OCV/Q_Max已经更新了几十次("两次OCV之间的读取只需要保证Qpass大于37%并且电压不在最平坦的区域即可，并没有说一定要在3.7V或者4.2V")，并不少4.2V这最后若干次。对于1000mAh且充电终止电流为100mA, 则通常taper current略大如为115mA. 这里设定taper current的目的是否是为了再做一次OCV/Q_max 更新/同步? 如果是，这一次和之前的无数次有什么本质区别吗? 还是仅仅是这次的更新/同步条件是确定的，而前面那些是只要进入了relax mode 就不断更新/同步，具体在什么时候什么电压电流条件下并没有限制?

    3. 有两个“多余”区间: A是从电池电压达到4.2V到电流减小到115mA这一段，B是从115mA直到充电终止这一段。从SLUUAH7 “4 Programming the Configuration”” It is important that the gauge detect full charge (StateOfCharge() = 100%) before the charger shuts off.”的表述来看，100% SOC定位在A段末，然而从A段始(电压初达4.2V)至末这一段，电压是平坦的，是否对应您前面提到的”平坦”的诸种情况中的一种?

    其次，B段或多或少仍要要充进一些电量，那么实际上到充电终止，总电量可能是101%或102%, etc. 大于100%的这部分电量后面如何处理? Impedance Tracking的原理是由SOC反推OCV，那么是否则在SOC≥100% 的情况下，认为OCV恒等于4.2V, 到<100%之后才改用内部的SOC-OCV插值曲线?

  • 0 回复 Zhang Hui
    TI__Genius 11845 points

    楼主问了很多电量计细节的东西，不知道是否方便透露这些信息的目的？对于阻抗跟踪算法，请参考http://www.ti.com/lit/pdf/slua450这个文档，关于算法内容我们能够提供给客户的回答都基于这个文档。

    其实对于应用来说，实测的结果能够反应电量计的精度情况。

  • 0 回复 Sheldon Cai
    Guru 23982 points

    楼主实际在使用哪一个器件？遇到什么样的具体问题呢？能否发上来,就具体实际的问题进行讨论。

  • 0 回复 Michael Yang
    Guru 23982 points

    补充一点相关的资讯供你参考

    1. 很多网站提到电池不能过充，否则电池可能膨胀，起泡甚至漏液。然而几乎所有TI charger都具有充电到4.2V之后taper current直至终止充电(充电接口变为高阻态/Hi-Z)的功能，并且充电电压不会大于4.2V, 因此膨胀/起泡的说法是否已经过时? 比如使用较新的TI charger的手机，是否可以成年累月地连接在外接电源上而不会损坏电池?

    R：电池不能过充主要是指的充电的电压不能过压，比如常规的锂电池一次保护门限4.28V 二次保护门限4.35V，如果给锂电池充电到4.35V以上 那么就会出现描述的现象。如果你担心的是充电的时间，那么现在的锂电池是没有这个限制的，虽然现在大多数的锂电池充电器都具有max charge timer的限制，但这个主要是用于预防充电器或锂电池保护线路异常时终止充电的。对于有一些在线式的锂电池应用场合，锂电池就是一直接在电源上的（此时需要禁止maxcharge timer 和最小电流截止功能，长远来看这样使用对电池的老化会有一些不利的影响,但这里是指正常使用寿命不是指安全问题）

  • 0 回复 Michael Yang
    Guru 23982 points

    2. SLUA450 “2.2 Update of Chemical Depth of Discharge (DOD)”提到在relax模式下OCV每100秒读取一次，因此在通常使用中每一个小时左右时间OCV/Q_Max已经更新了几十次("两次OCV之间的读取只需要保证Qpass大于37%并且电压不在最平坦的区域即可，并没有说一定要在3.7V或者4.2V")，并不少4.2V这最后若干次。对于1000mAh且充电终止电流为100mA, 则通常taper current略大如为115mA. 这里设定taper current的目的是否是为了再做一次OCV/Q_max 更新/同步? 如果是，这一次和之前的无数次有什么本质区别吗? 还是仅仅是这次的更新/同步条件是确定的，而前面那些是只要进入了relax mode 就不断更新/同步，具体在什么时候什么电压电流条件下并没有限制?

    R:锂电池采用的最小电流截止法，所以芯片认为当CV过程中电流小于taper current的时候就可以判定为充饱了，这个Taper current只是最小电流截止法中的判定门限 ，亦是芯片认定电池已经充饱的一个决定性的指标。

  • 0 回复 Michael Yang
    Guru 23982 points

    3. 有两个“多余”区间: A是从电池电压达到4.2V到电流减小到115mA这一段，B是从115mA直到充电终止这一段。从SLUUAH7 “4 Programming the Configuration”” It is important that the gauge detect full charge (StateOfCharge() = 100%) before the charger shuts off.”的表述来看，100% SOC定位在A段末，然而从A段始(电压初达4.2V)至末这一段，电压是平坦的，是否对应您前面提到的”平坦”的诸种情况中的一种?

    R：前面工程师提到的平坦 是指锂电池放电曲线中 在其标称电压附近，COV与DOD的对应关系并不明显，电压曲线非常的平坦而DOD在持续变化，所以要舍弃这一段时间不用。

  • 0 回复 Sheldon Cai
    Prodigy 80 points

    谢谢两位详细的解答!

    实际使用中确实遇到一些问题，不过明白了上述疑点之后都已经解决了。