隨著功能集成和技術(shù)融合趨勢的繼續(xù)，筆記本電腦、蜂窩電話和媒體播放器等便攜式設(shè)備對電源有日益增加的要求。鋰電池—這些設(shè)備的主要可充電電源—在滿足便攜式設(shè)備對電源的要求上面臨嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。雖然在新的電源中正尋求時代的進(jìn)步，系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師還應(yīng)該完全發(fā)掘現(xiàn)有電池技術(shù)的潛力。這不僅僅是對電池本身施加了更大的壓力，而且要加強(qiáng)采用精確的電池電量測定(Fuel Gauge)方法，以最大限度地發(fā)揮電池的潛能。
許多移動應(yīng)用，如無線帳號管理、數(shù)據(jù)處理和醫(yī)療監(jiān)測，都依賴于精確的剩余電池電量信息，以防止因電池能量耗盡而出現(xiàn)意外關(guān)機(jī)。然而，在遍及電池生命期期間、整個工作溫度范圍內(nèi)及各種負(fù)載用法的情況下，許多終端用戶、甚至一些系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師要提供精確的剩余電池電量信息常常面臨無法估計(jì)的挑戰(zhàn)。本文介紹如何利用TI公司稱為Impedance Track(阻抗跟蹤)的電量測定技術(shù)來應(yīng)對上述挑戰(zhàn)，并給出了一個三串聯(lián)、兩并聯(lián)電池包解決方案的設(shè)計(jì)實(shí)例。
現(xiàn)有電池電量測定方法存在的問題
人們對鋰電池存在一種誤解，認(rèn)為電池使用時間的縮短主要是因?yàn)殡姵仉娏康目萁?。與這種習(xí)以為常的思維相反，造成問題的不是電量的損失，而是電池阻抗的增加。圖1所示為100個(充電和放電)循環(huán)之后，電池電量下降到不足5%，與此同時，電池的內(nèi)部直流阻抗R(Z)卻增加了兩倍。已經(jīng)老化的電池具有較高的阻抗，對于給定的負(fù)載電流而言，其直接影響是內(nèi)部電壓降更大，結(jié)果，已老化電池比新電池更早地到達(dá)了最小系統(tǒng)工作電壓(或終止電壓)。

傳統(tǒng)的電量測定技術(shù)主要以測量電壓和庫侖計(jì)算算法為基礎(chǔ)，在測定性能上有明顯的局限性。首先，由于成本低且設(shè)計(jì)簡單，以電壓為基礎(chǔ)的方案被廣泛地用于手持設(shè)備中，但是，隨著時間的推移，它會受到電池阻抗變化的影響，動態(tài)負(fù)載條件和溫度變化可能致使測定的誤差高達(dá)50%。其次，庫侖計(jì)算方案采取一種替代的方法，通過連續(xù)地對庫侖進(jìn)行積分以計(jì)算所消耗的電荷及電荷的狀態(tài)(SOC)。由于預(yù)先掌握滿電量的情況，從而可以獲得剩余電量，這種方法的一個缺點(diǎn)是難以精確地模擬自放電。由于沒有周期性的滿循環(huán)校準(zhǔn)，測定誤差會隨著時間的推移而增加。此外，這兩種算法都沒有解決電池阻抗變化的問題。為了避免老化的電池單元造成意外的關(guān)機(jī)，設(shè)計(jì)工程師必須過早地終止系統(tǒng)的工作。這樣做會讓新電池浪費(fèi)大量的電能。