摘要

本應(yīng)用手冊介紹了德州儀器 (TI) 電池電量監(jiān)測算法的簡短歷史，說明了負(fù)載電流頻繁、快速變化時電池電量監(jiān)測計運(yùn)行時的挑戰(zhàn)，并詳細(xì)介紹了應(yīng)用于動態(tài)負(fù)載電流應(yīng)用的Dynamic Z-Track (IT-DZT) 算法的特性和優(yōu)勢。

簡介

本應(yīng)用手冊介紹了BQ41z50 和其他德州儀器 (TI) 電池電量監(jiān)測計器件中使用的德州儀器 (TI) Dynamic Z-Track (IT-DZT) 算法。測量算法是 Impedance Track (IT) 監(jiān)測算法的后繼產(chǎn)品，許多以前的 TI 電池測量器件（如BQ40z50、BQ27z561、BQ27z746、BQ34z100等）中均采用后者。IT-DZT 算法的設(shè)計是要在當(dāng)電池負(fù)載電流在長時間內(nèi)出現(xiàn)頻繁且快速的變化時，在應(yīng)用環(huán)境中實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的電池電量監(jiān)測。

電池電量監(jiān)測算法背景

電池電量監(jiān)測計提供了確定為電子或機(jī)電系統(tǒng)供電的電池組的特性所需的信息。電池電量監(jiān)測計可估算電池或電池組的剩余電量、荷電狀態(tài)和健康狀況。

電池電量監(jiān)測計通常依靠利用負(fù)載電流特性的近似值來進(jìn)行精確的電池參數(shù)和狀態(tài)估算，同時降低計算開銷和功耗。當(dāng)電池負(fù)載電流空閑足夠長的時間后，電池開路電壓 (OCV) 和荷電狀態(tài) (SoC)（即放電程度 (DoD)）之間會 存在一一對應(yīng)的映射。當(dāng)負(fù)載電流恒定或長時間緩慢變化時，可以使用電壓和電流測量值來估算標(biāo)準(zhǔn)化為室溫的 電池電阻的曲線。

但是，電子器件的使用趨勢是將電池電源應(yīng)用于長時間具有高動態(tài)負(fù)載電流的器件和應(yīng)用。系統(tǒng)以前通過有線連接供電，現(xiàn)在通常使用電池供電，為客戶提供更高的便攜性和靈活性。

電動工具、無人機(jī)和清潔機(jī)器人是在負(fù)載電流發(fā)生高度變化的情況下應(yīng)用電池電源的系統(tǒng)示例。此外，筆記本電腦等傳統(tǒng)應(yīng)用正在使用可變負(fù)載電流（例 如動態(tài)電池功率技術(shù) (Turbo 模式)）平衡計算吞吐量與系統(tǒng)功耗。在這些應(yīng)用中，負(fù)載電流包括 10 秒的持續(xù)高電池電流 (SPC) 脈沖（最高可達(dá)電池 C 率的兩倍）和 10ms 脈沖（最高可達(dá)電池 C 率 (CPC) 的四倍）。

示例DBPT 負(fù)載電流如 圖 1 中所示筆記本電腦和移動個人電子產(chǎn)品中新興的人工智能 (AI) 應(yīng)用，例如使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分類或使用大型語言模型 (LLM) 生成內(nèi)容，也需要從電池汲取的高度可變的負(fù)載電流。對于這些應(yīng)用，電量監(jiān)測計算法不能依賴于針對穩(wěn)定且緩慢變化的負(fù)載電流而設(shè)計的近似值。

圖 1. 動態(tài)電池功率技術(shù)示例負(fù)載電流

本文檔的后續(xù)章節(jié)將介紹針對穩(wěn)定負(fù)載電流進(jìn)行電池建模所使用的近似值、這些模型對于具有動態(tài)負(fù)載電流的系統(tǒng)的缺點(diǎn)、對動態(tài)負(fù)載的電池行為進(jìn)行建模的技術(shù)、基于動態(tài)模型的計量算法、以及對剩余容量的精度和充電狀態(tài)估算的影響。

總結(jié)

IT-DZT 電池電量算法可以更準(zhǔn)確地估算具有動態(tài)負(fù)載電流的應(yīng)用的電池電阻和剩余容量。IT-DZT 依賴對電池電量算法中電阻估算部分的電池弛豫進(jìn)行補(bǔ)償?shù)膶拵щ姵啬Ｐ?。通過在整個生命周期內(nèi)準(zhǔn)確跟蹤電池電阻，可以在電池終端電壓達(dá)到電池供電系統(tǒng)運(yùn)行的最小值時立即準(zhǔn)確預(yù)測剩余電量。IT-DZT 增強(qiáng)了無人機(jī)、機(jī)器人、電動工具和 AI 增強(qiáng)型便攜式電子產(chǎn)品等各種應(yīng)用的性能監(jiān)測。

表 7-1 中顯示了 IT-DZT 和 IT 在穩(wěn)定和動態(tài)負(fù)載下的性能比較。

表 2 . IT-DZT 和 IT 的比較