1. 傳統(tǒng)電量計(jì)介紹

隨著市場(chǎng)清潔能源的需求以及應(yīng)用市場(chǎng)的需要，鋰電池在日常生活中有著越來越廣泛的運(yùn)用。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)電芯電量的檢測(cè)，在以往很多的應(yīng)用場(chǎng)景下，通常采用電壓測(cè)試法來預(yù)估鋰離子電芯的電芯容量。但是隨著對(duì)電量預(yù)估的精度要求的提高，加之電芯在不同溫度和負(fù)載等應(yīng)用情況下電壓存在跳變，單純地利用電壓測(cè)量法來預(yù)估電量，已經(jīng)不能滿足精準(zhǔn)測(cè)量電路的需求。

2. 什么是CEDV？

CEDV是基于庫(kù)侖積分的一種電量計(jì)量算法。比如BQ4050, BQ34110這些電量計(jì)都基于CEDV算法。CEDV是EDV的補(bǔ)償，在了解CEDV之前，有必要介紹一下EDV。

I. 什么是EDV

EDV（end discharge voltage ）如下圖所示的電壓和RM（電芯剩余容量）的對(duì)應(yīng)曲線，是電芯快要耗盡的時(shí)候的電壓值。之所以如此關(guān)注EDV，是因?yàn)樵谥暗膶?duì)應(yīng)電容量中電壓值相對(duì)平坦不利于判斷，故選擇了低電量情況下，變化率較大的點(diǎn)作為EDV點(diǎn)。

如果我們可以精準(zhǔn)地測(cè)量電芯的電壓值，那么是否我們就可以保證我們可以精準(zhǔn)判斷EDV點(diǎn)呢？答案是否定的，由于電芯的電壓特性曲線并不是一個(gè)固定的曲線。該曲線與電芯的負(fù)載、溫度以及電芯的老化程度都相關(guān)，所以單單只根據(jù)EDV點(diǎn)預(yù)估，還是不夠準(zhǔn)確。

舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子：

如下圖中所示，在不同的負(fù)載模式下，電芯的放電曲線是不同的，如果使用同一套EDV標(biāo)準(zhǔn)去預(yù)估電量，必然會(huì)造成大負(fù)載情況的電量預(yù)估過于樂觀，而在沒有到達(dá)我們?cè)O(shè)定的EDV點(diǎn)，電量就已經(jīng)耗盡。

同樣的，如果在輕載模式放到接近電芯放電閾值，突然加入重載，會(huì)使得電芯電壓低于警告值，造成系統(tǒng)異常關(guān)機(jī)不能正常關(guān)閉。類似的問題在溫度突變的情況下也有可能出現(xiàn)。

II. CEDV中EDV點(diǎn)是什么？

在TI帶有CEDV算法的電量計(jì)芯片中，通常關(guān)注EDV2，EDV1，EDV0這3個(gè)點(diǎn)，一般而言這三個(gè)點(diǎn)分別對(duì)應(yīng)著電芯容量7%，3%和0%。這3個(gè)EDV點(diǎn)是電芯放電接近臨界點(diǎn)的時(shí)候的電壓值，其數(shù)值大小 EDV2>EDV1>EDV0。

在TI的CEDV算法中，EDV2是對(duì)用戶開放的，用戶可以根據(jù)自己實(shí)際情況選擇。這一點(diǎn)的選取需要注意：如果選擇容量更高，那對(duì)應(yīng)電壓處于平坦區(qū)，電壓偏差一點(diǎn)點(diǎn)其對(duì)應(yīng)的容量偏差可能很大；如果選擇的點(diǎn)過于靠后如果選擇容量更低，那么FCC更新更難，因?yàn)镕CC是要從滿充放電到EDV2才會(huì)更新的，EDV2越低就越容易意外關(guān)機(jī)。

EDV1是一個(gè)參考電壓點(diǎn)，此時(shí)容量為3.125%×RSOC，可以簡(jiǎn)單理解為3%電芯容量的點(diǎn)。該點(diǎn)是系統(tǒng)進(jìn)入sleep mode的閾值點(diǎn)，通常情況下系統(tǒng)在該點(diǎn)應(yīng)該進(jìn)入sleep模式，不能再支持系統(tǒng)的正常使用，尤其是無(wú)法支持系統(tǒng)的重載模式。

電芯通常不會(huì)放電放到EDV0點(diǎn)，電芯達(dá)到該點(diǎn)就會(huì)置位過放警報(bào)。在實(shí)際應(yīng)用中，由于電芯過放會(huì)造成不可逆的電芯損壞，所以電量計(jì)會(huì)進(jìn)入shutdown模式。

簡(jiǎn)而言之，EDV2、EDV1、EDV0都是電芯電量警報(bào)點(diǎn)，而且警報(bào)的力度依次加深。對(duì)于實(shí)際應(yīng)用而言，需要合理設(shè)定EDV2，以保證EDV2到EDV0放電時(shí)候，電芯能夠滿足系統(tǒng)的供電要求。

III. CEDV是如何補(bǔ)償EDV的？

通過上節(jié)的說明，我們可以知道對(duì)于電量計(jì)而言，固定的EDV并不能確定得到最優(yōu)的運(yùn)行時(shí)間。為了得到在所有的溫度范圍內(nèi)和負(fù)載條件下，得到最優(yōu)的運(yùn)行時(shí)間和容量，需要進(jìn)行相關(guān)的補(bǔ)償運(yùn)算，從而得到在瞬態(tài)的各項(xiàng)條件下，對(duì)應(yīng)的EDV特點(diǎn)。而CEDV就是基于原始的EDV，并結(jié)合實(shí)際過程中的負(fù)載情況，溫度條件，以及其他的相關(guān)的條件，得到的一套可以實(shí)時(shí)預(yù)估電芯電量的方法。該方法包括了對(duì)實(shí)際電芯測(cè)試數(shù)據(jù)的建模，并反饋CEDV參數(shù)給到用戶，同時(shí)也包含了開發(fā)過程中電量計(jì)對(duì)周圍環(huán)境和使用條件等的檢測(cè)；綜合以上條件，從而得到電芯的預(yù)估電量。

在CEDV開發(fā)過程中，TI有專門的CEDV參數(shù)的計(jì)算工具，具體詳見

http://www.ti.com/tool/gpccedv?jktype=recommendedresults

IV. 利用GPC工具獲取CEDV關(guān)鍵參數(shù)

CEDV的開發(fā)需要7個(gè)關(guān)鍵參數(shù)EMF,C0,C1,R0,R1,T0,TC；而GPC工具可以通過用戶的電芯充放電數(shù)據(jù)計(jì)算出這幾個(gè)關(guān)鍵性參數(shù)，并反饋給用戶。

接下來會(huì)簡(jiǎn)述如何通過測(cè)試得到這些參數(shù)。

首先搭建好實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，將bqsudio和電量計(jì)連接好，用來log數(shù)據(jù)。同時(shí)連接好charger，測(cè)試實(shí)驗(yàn)平臺(tái)是否可以進(jìn)行正常充放電。

進(jìn)行電芯的充放電循環(huán)，CEDV算法需要電芯進(jìn)行至少6次重放電。需要在高溫，常溫，低溫3種溫度條件下，分別進(jìn)行2種放電電流（0.3C和0.7C）的充放電，該6個(gè)完整的充放電過程都需要log數(shù)據(jù)。

進(jìn)行充放電循環(huán)的核心是得到更準(zhǔn)確的OCV曲線，故需要在充放電結(jié)束時(shí)候進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間靜置。對(duì)于鋰電池而言，充滿電靜置2小時(shí)，放電完成后靜置2~5小時(shí)。

將這6組log好的數(shù)據(jù)整理好，然后整理好格式，上傳到gpc工具。具體參考鏈接：http://www.ti.com/tool/GPCCEDV?keyMatch=cedv&tisearch=Search-EN-Everything#technicaldocuments

通過官網(wǎng)的工具，基于幾組上傳的測(cè)試數(shù)據(jù)就可以得到推薦的CEDV參數(shù)，其中CEDV關(guān)注的參數(shù)有EMF,C0,C1,R0,R1,T0,TC；其對(duì)應(yīng)解釋如下：

– EMF, C0, C1 adjust light load curve fit

? EMF scales amplitude of no-load voltage

? C0 adjusts shape of voltage vs RSOC

? C1 performs curve shift (adds to RSOC)

– R0, R1 adjust heavy load curve fit (impedance)

? R0 scales impedance

? R1 adjusts shape of impedance vs RSOC

– T0, TC adjust temperature coefficients (impedance)

? T0 adjusts temperature variation of impedance

? TC adds additional impedance increase at cold temperature

值得補(bǔ)充的是，TC是在低溫條件下調(diào)整模型的參數(shù)，在低溫測(cè)試不準(zhǔn)確的情況下，優(yōu)先調(diào)整TC的參數(shù)是更合理的。

3. TI的CEDV電量計(jì)與IT算法電量計(jì)比較

CEDV電量計(jì)相對(duì)于IT算法的電量計(jì)，使用更加簡(jiǎn)單，也沒有IT算法電量計(jì)的制作或者match CHEM ID的需求。具有較小的內(nèi)存占用。但是，相對(duì)于IT算法的電量計(jì)，在低溫或者老化情況下精度還是會(huì)低一些（雖然CEDV精度已經(jīng)很高）。同時(shí)在生產(chǎn)時(shí)候，CEDV其要求測(cè)試的數(shù)據(jù)更多，需要占用更多的開發(fā)資源。

審核編輯：何安