1. Conocimientos básicos de monitoreo de energía de la batería.
1.1 ¿Qué es la tecnología de monitoreo de energía de la batería?
Qué significa: El indicador de combustible de la batería es una tecnología que se utiliza para predecir la capacidad de la batería en todas las condiciones de funcionamiento e inactividad del sistema.
a.Capacidad de la batería
-porcentaje
-Tiempo hasta que la batería se agote/llene
-miliamperios hora (mAh)
-Vatios hora (Wh)
-Tiempo de conversación, tiempo restringido, etc.
b. Se pueden obtener otros datos que reflejen el diagnóstico de salud y seguridad de la batería.
-Estado de salud
-Capacidad de carga completa
La tecnología de monitoreo de energía de la batería se utiliza principalmente para informar la capacidad de la batería y, en general, también puede proporcionar el estado de salud de la batería y la capacidad de carga total de la batería.
1.2 Descripción general
a. Conocimientos básicos de la composición química de las baterías.
B. Método tradicional de monitoreo de energía de la batería.
-Basado en voltaje
-Conteo de culombio
C. Tecnología de seguimiento de impedancia y sus ventajas.
1.3 Parte 1: Conocimientos básicos de la composición química de las baterías.
En primer lugar, le presentaré algunos conocimientos sobre los componentes químicos de la batería relacionados con la medición de la energía de la batería.
[La imagen muestra: Curva de descarga de la batería de iones de litio: tiempo de funcionamiento óptimo]
Las tres imágenes aquí son curvas de descarga de baterías de iones de litio medidas en diferentes condiciones. Variar el voltaje de apagado con la velocidad de descarga, la temperatura y el envejecimiento proporciona el mayor tiempo de funcionamiento posible.
De estas cifras podemos ver en primer lugar que el voltaje de la batería bajará rápidamente a partir de los 3,5V en condiciones de baja corriente a temperatura ambiente, aunque el voltaje más bajo que puede soportar el sistema puede ser de 3,0V o 3,3V, ya que llega a los 3,5V. Después de eso, el voltaje caerá rápidamente. Para evitar la pérdida de datos causada por un apagado repentino o una interrupción repentina del circuito para cargar archivos, el sistema de aplicación del cliente generalmente tiende a establecer el punto de referencia de la capacidad mínima de la batería de cero a 3,5 V. Si está a baja temperatura o en el caso de una gran corriente, o cuando la batería es muy vieja, si todavía se utilizan 3,5 V como punto de referencia para energía cero, la capacidad disponible de la batería se reducirá considerablemente. Como se puede ver en estas curvas, en el caso de una corriente grande, básicamente la curva de descarga ya está cerca de 3,5 V al principio, y es similar en el caso de envejecimiento o baja temperatura, por lo tanto, si se fija 3,5 V como referencia punto de capacidad cero, entonces las condiciones de baja temperatura o alta corriente, o condiciones cercanas al envejecimiento, harán que la capacidad informada disminuya. Para evitar esto, la capacidad de la batería debe ajustarse según la temperatura, la tasa de descarga y el envejecimiento de la batería.
1.4 Capacidad química de la batería Qmax
Con respecto a la tecnología de monitoreo de energía de la batería, existe un concepto relativamente importante, que es la capacidad química Qmax de la batería. En esta imagen, el punto de intersección entre la curva roja y la abscisa de 3,0V corresponde a Qmax.
Esta curva se mide cuando la corriente de carga es 0.1C, porque para medir Qmax, la corriente de carga debe ser lo suficientemente pequeña. En teoría, Qmax se refiere a la capacidad que se puede liberar cuando la corriente se acerca a cero, pero en situaciones reales en tecnología de ingeniería. Para medir Qmax se utiliza una corriente muy pequeña, aquí utilizamos una corriente de 0,1C. Entonces, ¿qué es 0,1 °C?
El concepto de C en la administración de energía de la batería se refiere a la tasa de descarga de la batería. 1C en realidad significa que si la capacidad de la batería es de 2200 mAh y la corriente es de 2200 mA, es 1 C, por lo que conceptualmente es la corriente requerida para descargar completamente una batería dentro de 1 hora. Por tanto, la corriente de descarga correspondiente a una batería de 2200 mAh es 2200 mA y la corriente de descarga correspondiente a 0,5 C es 1100 mA.
El EDV mencionado en esta imagen se refiere al voltaje más bajo que el sistema o la batería pueden soportar.
1.5 Capacidad disponible Quse
También hay una capacidad correspondiente que es capacidad disponible. Porque de lo que acabo de hablar es de la capacidad química de la batería. La capacidad química de la batería es la capacidad medida cuando la corriente es muy pequeña. Está más determinada por las características de la batería misma. En el uso real de la batería, no se puede liberar toda esta capacidad. En el uso real, debido a una cierta corriente de descarga, la curva de descarga será menor que la curva de voltaje del circuito abierto. Puede ver esta curva, debido a la tensión interna. resistencia de la batería, la curva de descarga real es la curva azul. Los valores correspondientes a la curva azul y la curva roja son obtenidos por Quse. Quse en realidad se refiere a la capacidad disponible de la batería. En esta curva encontramos que porque la resistencia interna de la batería mueve la posición de esta curva hacia abajo, el voltaje final de descarga se alcanzará antes durante la descarga, es decir, el EDV se alcanzará antes, por lo que Quse es generalmente menor que Qmax.
También podemos ver en esta curva que cuanto mayor sea la corriente, menor será Quse. En esta curva, I*Rbat se refiere a la caída de tensión en los terminales de la batería debido a la existencia de resistencia interna.
1.6 Resistencia de la batería
La resistencia interna de la batería tiene un impacto muy importante en el control del voltaje de la batería. La fórmula básica se puede utilizar para expresar el impacto de la resistencia interna de la batería en el monitoreo de la energía de la batería:
V=Vocv-I*Rbat
En esta fórmula, Vocv se refiere al voltaje del circuito abierto de la batería, I se refiere a la corriente de carga y descarga, Rbat se refiere a la resistencia interna de la batería y V se refiere al voltaje del terminal de la batería.
En realidad, la impedancia de la batería se ve afectada por muchos factores, incluida la temperatura ambiente, la capacidad de la batería y el envejecimiento de la batería. Es una función muy compleja de estas variables. Ahora bien, es muy difícil obtener la expresión específica de esta función, por lo que en la práctica, la impedancia a menudo se obtiene mediante medición real, es decir, la impedancia se obtiene utilizando un medidor diferencial. Entonces, la resistencia interna de esta batería normalmente se duplicará después de 100 cargas y descargas. Este es un valor empírico. La desviación entre el mismo lote de baterías se puede controlar bien entre un 10% y un 15%. La desviación en la resistencia interna de las baterías producidas por diferentes fabricantes suele ser mayor. Por tanto, la batería es una variable cuya desviación es difícil de controlar durante la producción.La resistencia interna de la batería es una variable muy difícil de controlar, y además es una variable muy importante.
1.7 Estado de carga (SOC)
De lo que acabo de hablar es de SOC. SOC en realidad se refiere al porcentaje de capacidad, que es el porcentaje de capacidad en la esquina de la pantalla cuando las personas usan teléfonos móviles o tabletas con frecuencia. El significado del porcentaje de capacidad es que la batería está en un estado determinado. hasta que esté vacío. ¿Cuánta energía queda? La abreviatura en inglés es SOC, que significa State of Charge, por lo que también se puede traducir directamente como state of charge, porque Charge se refiere a carga. Obviamente, el porcentaje de voltaje, o estado de carga, de una batería completamente cargada es igual a 1; el porcentaje de voltaje de una batería completamente vacía es igual a 0. Entonces la fórmula para el porcentaje de voltaje.
SOC es igual a Q en esta curva (la capacidad restante correspondiente al estado A) dividida por la capacidad química Qmax de la batería. Un concepto correspondiente al porcentaje de batería es DOD, DOD se refiere a la profundidad de descarga, que en inglés es Depth Of Discharge. Obviamente, cuando el porcentaje de carga o porcentaje de capacidad es 1, la profundidad de descarga debe ser 0; por el contrario, cuando el porcentaje de capacidad es 0, la profundidad de descarga debe ser 1.
Nos encontraremos con el concepto de DOD en muchos documentos de TI. DOD es en realidad un concepto relativo a SOC. En realidad significan lo mismo, que es cuánta energía queda en la batería o cuánta energía le queda a la batería a partir de su capacidad total. El estado de carga indica cuánta electricidad se ha descargado.
1.8 La impedancia está relacionada con la temperatura y la DOD
Entonces, la impedancia de la batería se ve muy afectada por la temperatura y el porcentaje de capacidad, que también puede expresarse por la profundidad de descarga que acabamos de mencionar, que es DOD. Podemos ver algunas tendencias básicas de esta curva, se puede ver en la figura que cuanto mayor es el porcentaje de descarga y mayor es la profundidad de descarga, mayor es la resistencia interna de la batería, porque la ordenada en esta curva se refiere a la resistencia interna. de la batería Resistencia, su unidad es ohmios, la abscisa hace referencia al porcentaje de descarga, que es DOD. Las curvas de diferentes colores representan datos medidos a diferentes temperaturas, obviamente a la misma temperatura cuanto mayor sea el porcentaje de descarga, es decir, cuanto más profunda sea la descarga, mayor será la resistencia interna de la batería. Luego también podemos ver en esta imagen que bajo el mismo DOD, es decir, el mismo porcentaje de capacidad, cuanto menor es la temperatura, mayor es la resistencia interna de la batería. Este es un concepto básico y una comprensión básica que todo el mundo debería tener sobre las baterías.
1.9 Cambio de impedancia y capacidad con el envejecimiento
Además de que la resistencia interna de la batería está relacionada con la temperatura y el porcentaje de capacidad, otro factor que tiene un mayor impacto es la vida útil de la batería, es decir, el grado de envejecimiento de la batería. Generalmente, la capacidad química de una batería se reducirá entre un 3% y un 5% después de 100 redescargas. Esta reducción de capacidad no es muy significativa, pero su cambio de impedancia es más significativo. Después de 100 recargas y descargas, la impedancia puede aumentar casi 1 vez. . Como puede ver en estas dos imágenes, la imagen de la izquierda es una imagen donde se dibujan juntas las curvas de descarga 1 y 100. De esta imagen, se puede ver que el aumento en el número de descargas no tiene un impacto en Reducción de capacidad Muy grande.
Sin embargo, el aumento en la tasa de descarga tiene un gran impacto en la resistencia interna. La imagen de la derecha se refiere a la relación entre la resistencia interna de la batería y el aumento en el número de descargas. Hay muchas curvas en ella. La abscisa de esta imagen es la medida de la resistencia interna de la batería.La frecuencia utilizada al resistir, la ordenada se refiere a la resistencia interna de la batería. Podemos ver en esta imagen que cuando la frecuencia es muy baja, la curva inferior es la curva medida por primera vez en diferentes frecuencias, y la curva superior es la centésima vez medida en diferentes frecuencias. En la curva de resistencia interna de la batería obtenida, los valores en los puntos de intersección de las ordenadas de estas dos curvas son básicamente 1 veces diferentes, por lo que después de 100 ciclos, la resistencia interna de la batería se ha duplicado. La abscisa de la resistencia interna aquí es la frecuencia, lo que significa que cuando la frecuencia es muy baja, el cambio en la resistencia interna es significativo a medida que aumenta el número de ciclos, pero a la inversa, a medida que aumenta la frecuencia, por ejemplo: Cuando el cambio de frecuencia de Cuando la carga de prueba aumenta a 1 KHZ, el cambio en la resistencia interna es básicamente insignificante. Se puede ver que muchas curvas básicamente convergen en el mismo punto. Entonces, ¿qué tipo de impedancia tiene realmente un gran impacto en el control de la energía de nuestra batería?
Es la impedancia en condiciones de frecuencia relativamente baja o CC, por lo que debemos mirar los dos puntos de intersección entre la curva de la derecha y la ordenada, desde este punto de intersección podemos ver el impacto del número de ciclos en la CC interna. resistencia de la batería.
1.10 Diferencia de impedancia de baterías nuevas
Este gráfico muestra la diferencia de impedancia de una batería nueva. La estructura del proceso de la batería se apila capa por capa o se enrolla capa por capa, por lo que desde el exterior, se puede ver que los electrodos positivo y negativo de la batería tienen características de capacitancia, resistencia e inductancia. Entonces, para toda la batería, si desea medir su impedancia, la impedancia se puede dividir en tela real y tela virtual. En esta imagen, utilizamos una carga alterna para medir la resistencia interna de la batería. La frecuencia de cambio de la batería es la carga. La frecuencia cambiante de la corriente cambia de 1 KHZ a 1 mHZ. A menudo estamos expuestos al concepto de 1 KHZ, lo que significa que cambia 1000 veces en 1 segundo; 1 mHZ cambia una vez en 1000 segundos. Esta frecuencia cambiante es bastante lenta. , lo que significa que la medición es en realidad una impedancia de CC.
En estas dos imágenes, puede ver que la impedancia de CC aumenta de manera monótona y lineal a medida que la frecuencia disminuye, pero la impedancia de CA tiene una tendencia cambiante. Es pequeña al principio, luego lentamente se hace más grande y luego nuevamente. Se vuelve más pequeña y finalmente vuelve a ser más grande, debido a la influencia combinada de factores como la capacitancia y la inductancia dentro de la batería. Sin embargo, la impedancia de CC aumenta monótonamente y, a medida que la frecuencia disminuye, la impedancia de CC se vuelve cada vez mayor.
Entonces, para la tecnología de monitoreo de energía de la batería, lo que nos importa es la impedancia de CC a 1 mHZ. En esta imagen podemos ver que a 1 mHZ, la desviación de la impedancia de la batería sigue siendo aproximadamente del 15%. Esta desviación de impedancia de aproximadamente el 15% causará en el caso De descarga de corriente de 1C, la diferencia entre el voltaje del terminal y el voltaje del circuito abierto de la batería es de 40 mV a baja temperatura. Si el algoritmo que utiliza es juzgar la capacidad en función del voltaje, probablemente causará un error de capacidad de aproximadamente 26 %.
1.11 Capacidad restante de la batería (RM)
A continuación se describe la capacidad restante de la batería. La capacidad restante se refiere a la capacidad de la batería en el estado actual colocada en EDV, que es el voltaje de descarga final. El estado actual A en la figura se descarga a una corriente determinada. Cuando se descarga a 3,0 V, la capacidad restante correspondiente se marca como RM1 en la figura. Entonces, si en el estado A se descarga una corriente relativamente grande,
En este momento, la posición de la curva será un poco menor que el voltaje del circuito abierto, y también un poco menor que la posición correspondiente a RM1 de la pequeña descarga de corriente en este momento, entonces la capacidad restante obtenida en este momento es RM2. La diferencia entre las curvas de descarga correspondientes a RM2 y RM1 es que la corriente de descarga utilizada es diferente, cuanto mayor es la corriente de descarga, menor es la posición de la curva y menor es la capacidad restante, por lo tanto, la capacidad restante de la batería es relacionado con la tasa de descarga Diferente La capacidad restante de la batería es diferente según la corriente.
Algunos usuarios encontrarán que la capacidad de la batería cambia de menos a más cuando la batería se descarga durante el uso real, lo que les resulta incomprensible. De hecho, aquí se puede explicar que esta situación se debe a cambios en la corriente de descarga. Cuando vemos que la capacidad de la batería cambia de menos a más, esto generalmente se debe a la disminución repentina de la corriente de descarga, porque la capacidad que la batería puede descargar es diferente bajo diferentes corrientes. Cuando la corriente de descarga se vuelve más pequeña, puede La capacidad liberada se puede aumentar.
1.12 Resumen de la composición química de la batería
Ahora repasamos brevemente los conceptos que acabamos de presentar.
Qmax se refiere a la capacidad química de la batería. El valor de esta capacidad no tiene nada que ver con la carga. Se refiere a la capacidad que la batería puede descargar en condiciones de corriente de carga extremadamente pequeña, y su unidad generalmente se expresa en mAh.
Quse se refiere a la capacidad disponible de la batería. Esta capacidad está relacionada con la carga. Bajo diferentes cargas, la capacidad disponible de la batería es diferente. Cuanto mayor es la corriente de carga, menor es la capacidad disponible de la batería.
¿Por qué Quse y Qmax causan tal diferencia? Esto se debe principalmente a la resistencia interna de la batería y a la carga de la batería.
La fuerza electromotriz y el voltaje en los terminales producen directamente una caída de voltaje. Otro concepto es el porcentaje de capacidad de la batería, o el estado de carga. Su unidad es %. Este % es en realidad la capacidad restante de la batería dividida por la capacidad química del batería. .
La capacidad restante se llama RM, y el tamaño de RM también depende de la carga: cuanto mayor es la carga, menor es la capacidad restante en el mismo estado.
Otro concepto es que el envejecimiento de la batería afectará la impedancia y la capacidad de la batería. El efecto del envejecimiento sobre la impedancia es obvio y la impedancia se duplicará después de 100 ciclos. El impacto del envejecimiento en la capacidad no es tan obvio como el de la impedancia, pero habrá una caída del 3 al 5% después de 100 ciclos.
2. Método tradicional de monitoreo de energía de la batería
Objetivo 2.1: aprovechar al máximo la capacidad disponible de la batería
El objetivo principal del monitoreo de energía de la batería es maximizar la utilización de la capacidad de la batería. En términos generales, nos resulta difícil utilizar el 100% de la capacidad de la batería. ¿Por qué?
Hay 2 factores aquí.
En primer lugar, durante la carga, el voltaje de carga rara vez es exactamente el voltaje de carga total de la batería. Por lo general, para evitar que la batería se sobrepase, el error de voltaje de carga está sesgado hacia abajo. En otras palabras, para una batería de 4,2 V, el voltaje de carga voltaje Puede ser 4,18 V o 4,15 V, por lo que si la carga se realiza a este bajo voltaje de carga, la capacidad de carga puede reducirse;
Además, debido a la inexactitud del monitoreo de la energía de la batería, los usuarios pueden estimar la energía de la batería de manera más conservadora por razones de seguridad y para evitar la pérdida de datos debido a condiciones críticas repentinas. En otras palabras, cuando la energía real de la batería no haya alcanzado el 0%, reportarlo con anticipación. 0%, deje que el sistema se apague con anticipación, lo que al menos puede evitar la pérdida de datos del usuario. Por supuesto, la experiencia del usuario siente que la capacidad de la batería se ha reducido, lo cual es una deficiencia. La consecuencia de esto es que la capacidad de la batería no se puede utilizar por completo. El propósito de la tecnología de monitoreo de energía es maximizar el monitoreo de la energía de la batería, permitiendo a los usuarios maximizar el uso de la capacidad actual de la batería. Esta sección azul en realidad se refiere a la capacidad efectiva de la batería. Nuestra tecnología consiste en ampliar la capacidad efectiva real hacia arriba o hacia abajo tanto como sea posible.
2.2 Monitor de combustible lateral del paquete de baterías tradicional
La tecnología tradicional de monitoreo de energía del paquete de baterías tiene una estructura de este tipo. El chip de monitoreo de energía generalmente se coloca dentro del paquete de baterías. En esta imagen, la parte encerrada por la línea de puntos es el paquete de baterías. Este paquete de baterías generalmente contiene litio. La celda es el símbolo eléctrico de la batería que se ve aquí y el indicador de combustible representado por el cuadrado rojo. Aquí es donde se encuentra el dispositivo TI.
También hay un protector que controla el tubo MOS. Este protector cambia el MOS para proteger el núcleo de la batería cuando la batería está sobrecargada o descargada. Generalmente, se coloca un termistor en la batería para monitorear la temperatura, además de La placa del sistema de un teléfono móvil o tableta a la izquierda, los elementos principales relacionados con el indicador de combustible en esta placa del sistema son el chip de administración de energía y el procesador del host. El procesador del host generalmente está conectado a través de I2C o una sola línea. El HDQ El autobús se utiliza para leer la información de potencia en el indicador de combustible.
Conociendo esta información de potencia se decide cuánto tiempo pasará hasta que la batería se descargue por completo. Cuando algunos usuarios quieren hacer determinadas cosas, se les puede solicitar que vean si la potencia es suficiente. Esta es una solución tradicional, que significa que la batería está completamente descargada. Para la solución de colocar el indicador de combustible dentro del paquete de baterías, los principales dispositivos de TI en esta área incluyen los dos chips principales BQ27541 y BQ27545; posteriormente también lanzamos el BQ27441, que es un costo relativamente bajo. solución; también tenemos el BQ27741, que es una solución que combina un indicador de combustible y un protector; también tenemos el BQ28z560, que también es una solución que combina un indicador de combustible y un protector.
2.3 Medidor de combustible de seguimiento de impedancia del lado del sistema
Con el avance de la tecnología, o la introducción de la tecnología de seguimiento de impedancia de TI, ahora existe una aplicación en la que el monitor de combustible se coloca en el lado de la placa principal del dispositivo y solo hay un protector y un tubo MOS en el lado de la batería. Es un termistor y, por supuesto, hay una batería en su interior. ¿Cuáles son los beneficios de esto? El costo del paquete de baterías se ha reducido considerablemente y el proveedor del paquete de baterías es más fácil de encontrar porque movió el indicador de combustible del paquete de baterías al lado del host, por lo que esta solución ahora es factible. TI también proporciona esto 2 escenarios soportados. También está el BQ28z550. Esta solución consiste en colocar el indicador de combustible en la placa del sistema del dispositivo portátil, de modo que no sea necesario descargar el indicador de combustible en el paquete de baterías. Esto puede reducir el costo del paquete de baterías y hacerlo Es más fácil encontrar proveedores. Este tipo de TI Los principales indicadores de combustible incluyen BQ27510 y BQ27520. En esta situación también se puede utilizar BQ27441, así como BQ27425, BQ27421... y otros chips.
2.4 ¿Cuáles son las funciones del indicador de combustible?
a. Comunicación entre la batería y el usuario
B. Medición:
- voltaje de la batería
- Corriente de carga o descarga
- temperatura
C. Proporcionar:
-Tiempo de funcionamiento de la batería y capacidad restante
-Información sobre el estado de la batería
- Gestión general de la energía de la batería (modo de trabajo)
¿Cuáles son las principales funciones del indicador de combustible?
El indicador de combustible primero debe completar la comunicación entre el sistema y la batería. Para saber cuánta energía tiene la batería, el sistema necesita comunicarse con el bus entre los indicadores de combustible. Acabo de mencionar I2C y la comunicación del bus HDQ de un solo cable para obtener ¿Durante el proceso de comunicación, qué información puede obtener principalmente el sistema?
La primera es la información analógica medida, como el voltaje de la batería, la corriente de carga y descarga de la batería y la temperatura de la batería. Como indicador de combustible, esta información analógica básica es más importante para proporcionar información sobre la capacidad de la batería, que es la capacidad restante de la batería, el tiempo de funcionamiento de la batería y la información sobre el estado de la batería que acabamos de mencionar, y otra es que el chip en sí debe poder completar el cambio de estado de trabajo, es decir, se debe pasar del modo de trabajo normal al modo de bajo consumo ¿Qué finalidad persigue este cambio? Para lograr el propósito de ahorrar energía.
2.5 Cómo implementar el medidor de monitoreo de energía
¿Cómo implementar el monitoreo de energía?
El primer método es el monitoreo de energía basado en el voltaje. El porcentaje de potencia o el porcentaje de capacidad se considera una función del voltaje de la batería. Esta es una fórmula obtenida de la experiencia. Por supuesto, la expresión de la función en sí no necesariamente tiene que ser, solo es necesario obtener una tabla correspondiente al voltaje del circuito abierto y al porcentaje de capacidad, los datos entre los distintos puntos de esta tabla se pueden obtener mediante el método de complementación de diferencias.
Otro método es el conteo de Coulomb, que es una energía que se obtiene integrando la corriente cargada o descargada de la batería. Podemos considerar la batería como el tanque de combustible de nuestro automóvil. Cuánto aceite se llena en el tanque y cuánto aceite se libera, se puede calcular cuánto aceite queda en él. Este también es un algoritmo relativamente intuitivo basado en la experiencia de la vida.
El último algoritmo ahora es el algoritmo de seguimiento de impedancia. De hecho, este algoritmo se basa en la medición en tiempo real de la resistencia interna de la batería para obtener la capacidad de la batería. Su fórmula es la fórmula de la imagen, que se acaba de enumerar. , es decir, el voltaje terminal V de la batería. Es igual al voltaje del circuito abierto de la batería menos la corriente multiplicada por la resistencia interna de la batería. Esta corriente se refiere a la corriente total que fluye dentro o fuera de la batería.
2.6 Indicador de combustible basado en voltaje
Primero introduzcamos el indicador de combustible basado en voltaje. Esta imagen es la curva de voltaje de circuito abierto de una batería. La idea básica de este método es que usamos diferentes cuadrículas para representar la capacidad de la batería para diferentes voltajes, por ejemplo, en 4.2 V Está representado por 4 rejillas, que es una batería llena; cuando es de 3,8 V, puedo usar 3 rejillas para representar la capacidad de la batería, y cuando es de 3,6 V, uso 2 rejillas; cuando es de 3,2 V, puedo usar 1 rejilla para representar la capacidad de la batería, es decir, diferentes números de cuadrícula corresponden a diferentes voltajes de la batería para representar la capacidad de la batería. Este método tiene poca precisión y generalmente se usa en los primeros teléfonos celulares de gama baja o en las primeras cámaras digitales. ¿Cuál es el problema con este enfoque?
Es decir, cuando la corriente fluctúa, saltará hacia arriba y hacia abajo. Por ejemplo, cuando tengo una corriente de descarga, o cuando la corriente es relativamente grande, puedes ver la flecha roja durante el proceso de descarga. Si la corriente Si Si de repente disminuye en este punto, o de repente me convierto en 0, el voltaje obviamente aumentará. Cuando el voltaje alcance este punto, su número de cuadrícula se convertirá en 2 cuadrículas, y cuando vuelva a bajar, este cambio será más obvio. Cuando vayas hacia abajo, el número de la cuadrícula de la batería puede estar cerca de la cuadrícula 0 o se usará el color rojo para indicar el número de la cuadrícula de la batería. En este momento, el salto cambiará del color rojo a 2 cuadrículas. En este momento, saltará hacia atrás y En adelante, si la corriente cambia, por ejemplo, la llamada que acaba de hacer se detuvo aquí y a la batería solo le quedan 2 barras. Pensó que todavía tenía energía, y de repente llegó otra llamada y de repente se puso 0. Por lo tanto, la El error en esta representación será relativamente grande porque, como puede ver, en realidad se utilizan 4 cuadrículas para representar la capacidad de la batería, porque 1 cuadrícula corresponde al 25% de la capacidad, por lo que omitir una cuadrícula dará como resultado una diferencia de capacidad del 25%. Hay una diferencia de capacidad del 50% en 2 celdas, por lo que el error de este método es relativamente grande. La razón del error relativamente grande es que la batería tiene resistencia interna. Cuando la corriente es relativamente grande, su número de red saltará más.
2.7 Resistencia de la batería
Esta es una fórmula para el voltaje de circuito abierto y el voltaje terminal de la batería. Como se mencionó hace un momento, la resistencia interna de la batería es función de la temperatura, el estado de carga y el envejecimiento de la batería; la resistencia interna de la batería se duplicará después de 100 carga y descarga; el mismo lote de baterías La desviación de impedancia puede ser del 10 al 15 %; la desviación de la resistencia interna de diferentes fabricantes de baterías o de fabricantes con mala calidad será mayor.
2.8 La impedancia está relacionada con la temperatura y la DOD
La información que tiene el mayor impacto en el cálculo de la capacidad o es la más difícil de obtener es I*Rbat. Por supuesto, I es relativamente fácil de obtener. Todo lo que necesita hacer es medir la corriente que entra y sale. Con la tecnología actual, esto se puede medir con una precisión de ±1mA. Entonces este Rbat es relativamente difícil de medir, porque debe calcularse en base a dos cantidades. Esta es la relación entre impedancia, temperatura y porcentaje de capacidad. Esta relación se acaba de mencionar. Básicamente, la impedancia aumenta con la disminución de la temperatura y aumenta con la disminución del porcentaje de capacidad. Este es ese concepto.
2.9 Diferencia de impedancia de baterías nuevas
Esta es la desviación de la impedancia ¿Qué tipo de concepto es este? Es decir, en términos generales, la impedancia utilizada tiene un mayor impacto en la medición de potencia. La impedancia se refiere a la impedancia en el estado de baja frecuencia, que es la impedancia a 1 mHZ. En realidad, es la impedancia de CC, en lugar de lo que nosotros Generalmente se usa en el mercado. La impedancia medida por el probador de resistencia interna es la resistencia interna de la batería medida a 1 KHZ. En términos generales, la resistencia interna parece relativamente pequeña. Los anteriores son los tres factores que se han introducido en la precisión del cálculo de la capacidad, a saber, la temperatura, el porcentaje de capacidad y el grado de envejecimiento. Estos tendrán un impacto en el cálculo de la capacidad. Este impacto se refiere al impacto del método de utilizar el voltaje para monitorizar la potencia. Además del impacto de estos factores, si se utiliza el método de monitoreo de voltaje, hay otro impacto que no se puede ignorar, y este impacto también es difícil de manejar. Este es un dolor de cabeza para muchos ingenieros de administración de energía, es decir, el la batería tiene una pregunta de respuesta transitoria.
2.10 Batería - Respuesta transitoria
Puede ver en estas dos imágenes que la batería se está descargando cuando está completamente cargada. La curva anterior representa un proceso de descarga. En este momento, el voltaje es relativamente bajo y luego se retira la carga. En este momento, el voltaje de la batería No regresa inmediatamente al momento en que la corriente es 0, porque todos piensan que la corriente será 0 cuando se retire la carga. ¿Ha vuelto el voltaje en este momento al voltaje donde la corriente es 0? No. Volvió a subir lentamente. Le tomó mucho tiempo volver a subir. Puedes ver esta curva. La experiencia diaria de cada uno también puede comprobarlo. Es decir, después de que una batería se descarga y luego se retira la carga, su voltaje cambia constantemente. Entonces, ¿cuánto tiempo tarda este cambio de voltaje en estabilizarse? Veamos. Se necesitan aproximadamente 1600 segundos para llegar a este punto. Básicamente, se necesitan 3500 segundos para estabilizarse. Se necesitan aproximadamente 2000 segundos para estabilizarse. Esta es una descarga con un voltaje de aproximadamente 3,8 V a 3,9 V, lo que significa que la batería aún no está llena. Según lo que se acaba de presentar, cuando la batería está relativamente llena, es decir, cuando el porcentaje de capacidad de la batería es grande, la resistencia interna de la batería es relativamente pequeña en este momento. Cuando la resistencia interna de la batería es relativamente pequeña, se recupera bastante rápido... En la imagen a continuación, puede ver que el voltaje aquí es relativamente bajo. Comienza a descargarse desde aproximadamente 3,3 V. Después de un período de tiempo, el tiempo también es muy corto, porque cuando el voltaje de la batería de litio es relativamente bajo, se descargará por un tiempo. El voltaje es cercano a 3,2 V, el voltaje más bajo aceptable para el sistema. Si la descarga se detiene en este momento, ¿cuánto tiempo tarda el voltaje en volver a subir? Básicamente, toma un Tiempo más largo, como más de 3000 segundos, para estabilizar el voltaje, por lo que durante este período de tiempo, su voltaje no es lo suficientemente estable, pero no hay carga y la corriente siempre es 0. En este momento, si lees El voltaje, el voltaje sigue cambiando.¿Cuál es el porcentaje de capacidad correspondiente? Se producirán errores en este momento.
2.11 Relajación de tensión y errores de estado de carga
Puede ver que la diferencia de voltaje entre 20 y 3000 segundos puede exceder los 20 mV, por lo que el valor de voltaje de 20 mV ya puede causar una gran desviación de capacidad al calcular la capacidad, especialmente en el área plana de descarga de voltaje. desviaciones, por lo que la respuesta transitoria de la batería causará errores relativamente grandes en el método de medición que utiliza el monitoreo de voltaje.
En esta curva, esta curva invierte la curva de descarga de la batería. La ordenada se convierte en el porcentaje de capacidad y la abscisa es el voltaje de la batería. ¿Qué significa esta imagen? Es decir, en esta etapa, la batería está en realidad en la etapa intermedia. Si estiras esta plataforma un poco más, puedes ver que el cambio de voltaje es relativamente lento durante este período y el cambio de capacidad es relativamente grande. es decir, durante este período su voltaje se usa para monitorear la capacidad, por lo que un ligero error en este voltaje causará un gran error en la capacidad. La imagen de la derecha se refiere al error de la capacidad correspondiente bajo diferentes voltajes, se puede ver que en el punto medio del voltaje, es decir, el voltaje de la curva de descarga es plano, es decir, alrededor de 3,7 a 3,8 V. El error correspondiente durante este período es el mayor y el error correspondiente durante este período puede alcanzar el 15%, este es el error causado por el método de voltaje para calcular la capacidad.
Por lo tanto, los errores basados en la medición de monitoreo de voltaje son causados principalmente por los siguientes aspectos. Uno es el error de relajación, que es el tiempo de recuperación del voltaje de la batería después de que se retira la carga. Un valor típico aquí es la medición de relajación de 20 mV. Error, el El error real será mucho mayor que este error de relajación. Puede echar un vistazo después de que se agote la batería. Cuando el voltaje se estabiliza justo después de que se completa el drenaje, su error de voltaje es en realidad muy grande.
También hay un error de resistencia del 15% entre las baterías. Como se mencionó hace un momento, si el mismo lote de baterías producidas por el mismo proveedor tiene un mejor control del proceso, la desviación de la resistencia interna de estas baterías puede ser del 15%. Esto sigue siendo un error relativamente bueno. situación, pero si hay diferentes proveedores, o el control del proceso del proveedor es deficiente, el error de resistencia entre las baterías será mayor. En la imagen de la izquierda podemos ver que la curva roja se refiere al error de relajación causado por el efecto transitorio de la batería, la curva celeste de arriba es el error causado por la desviación entre las impedancias individuales de la batería. En conjunto, la desviación total puede ser de aproximadamente el 15%, 15% para baterías nuevas y es un resultado de prueba que se obtiene cuando se controla bien la corriente.
2.12 Error SOC del monitoreo de energía basado en voltaje
Como todos sabemos, otro factor importante que influye en el cálculo de la capacidad de la batería es la vida útil de la batería. En esta imagen, los errores medidos en diferentes años de servicio se muestran en rojo por primera o décima vez. La curva de error obtenida durante el período, esta La curva es aproximadamente el 15% de nuestro icono, y la última marca aquí es el 15%. Entonces, después de 100 veces, sabemos que la impedancia en realidad se ha duplicado. También puedes ver la imagen de ahora. Después de 100 ciclos, la resistencia interna del La batería se ha duplicado. De acuerdo con esta regla, el error será cada vez mayor. El error causado por el error de impedancia en la capacidad también será cada vez mayor en consecuencia, por lo que básicamente después de 300 ciclos Después del ciclo, el error causado cuando la capacidad es relativamente bajo será muy grande, 75% o más, por lo que la tecnología de cálculo de potencia basada en la medición de voltaje solo se puede utilizar en aquellas situaciones donde los requisitos no son altos y su error es relativamente grande. Por lo general, la batería en los primeros modelos digitales La cámara utiliza este método para calcular su capacidad. El mayor impacto en este cálculo de capacidad es la resistencia interna de la batería. La razón del gran cambio en la resistencia interna de la batería es el proceso de fabricación de la batería. El proceso causa desviaciones en la resistencia interna de la batería. Otra razón es que el retraso en el tiempo de uso de la batería hace que la resistencia interna de la batería cambie mucho. Es difícil para los ingenieros conocer un modelo preciso para estos cambios. Solo pueden estimar basándose en la experiencia. Esta estimación Habrá una desviación relativamente grande entre los resultados obtenidos y los resultados reales.
3. Indicador de combustible basado en voltaje
3.1 Indicador de combustible basado en voltaje
A. Ventajas
- Aprende sin descargarte por completo
- La autodescarga no requiere corrección
- Muy preciso en condiciones de corriente de carga pequeña
B. Desventajas
- Mala precisión debido a la impedancia de la batería interna
- La impedancia es función de la temperatura, el envejecimiento y el estado de carga.
En resumen, la desventaja de los medidores de combustible basados en voltaje es su poca precisión debido a la impedancia interna de la batería. Existe una relación funcional entre la impedancia, la temperatura, el estado de envejecimiento y el porcentaje de capacidad de la batería. Esta relación funcional es bastante compleja. Se necesita un experto en baterías para encontrar una relación funcional relativamente aproximada. Es difícil encontrar una relación funcional precisa. Por lo tanto, Este modelo es bastante complejo. Es difícil para los ingenieros electrónicos o de software comunes escribir relaciones muy precisas. Por lo tanto, el cálculo de la capacidad en los cálculos de software es uno de los mayores dolores de cabeza para los ingenieros. Por lo tanto, también tiene algunas ventajas. es que puede obtener la capacidad actual de la batería sin descargarla por completo.
Porque cualquiera que haya producido baterías o paquetes de baterías, o que haya utilizado un medidor de combustible, sabe que, por lo general, es necesario cargar y descargar completamente un medidor de combustible antes de salir de fábrica. ¿Por qué necesitamos cargar y descargar? Esto es para determinar la capacidad actual de la batería y la capacidad de carga total de la batería, especialmente la capacidad de carga total de la batería. Existen diferencias en la capacidad de carga total de diferentes baterías. Por supuesto, puede elegir una capacidad de diseño de batería, pero diferente La desviación entre la batería y la capacidad diseñada sigue siendo relativamente grande. Para obtener esta capacidad de carga completa, se requiere una carga y descarga completas. Luego, la carga y descarga específicas tienen requisitos más altos en el proceso de producción. Además, mucha directa costos.
Además, las baterías tienen características de autodescarga. Si la batería se coloca allí, incluso si la carga no funciona, la batería misma perderá electricidad. Con el tiempo, la potencia será cada vez menor y el voltaje será cada vez más bajo. Entonces, el medidor de combustible de monitoreo de voltaje solo necesita para juzgar la capacidad en función del voltaje, por lo que ahora la capacidad se informa tanto como el voltaje, por lo que no tiene que preocuparse demasiado por la autodescarga. Por lo tanto, este medidor de combustible basado en voltaje aún puede alcanzar un cierto precisión si la corriente es muy pequeña. Sin embargo, actualmente, varias aplicaciones se están volviendo cada vez más complejas y los cambios de corriente son cada vez mayores, por lo que es un poco difícil que los medidores de combustible basados en voltaje cumplan con los requisitos del cliente.
3.2 Monitoreo de energía basado en el conteo de Coulomb
Además de los medidores de combustible basados en voltaje, otro tipo de medidor de combustible es la tecnología de monitoreo de combustible con conteo de culombios.
La idea de este monitor de combustible es primero cargar una batería al máximo, durante el proceso de carga se puede conocer la capacidad actual de la batería, que es la capacidad de carga total de la batería, luego durante el proceso de descarga, la descarga La capacidad de la batería se calcula a partir de la capacidad existente. Al restarla, se puede obtener cuánta capacidad queda en la batería. En realidad, la idea es calcular la integral de la corriente a lo largo del tiempo para obtener cuánta capacidad se libera y, por tanto, cuánta capacidad queda en la batería.
Con esta tecnología habrá un registro de la capacidad descargada al final de cada descarga, la capacidad registrada se considera como la capacidad de carga total de la batería, por lo que Qmax se actualizará al final de cada descarga, que es la cantidad química. Capacidad y capacidad máxima de la batería. La capacidad se actualizará.
3.3 Aprendizaje antes del alta total
Esto es teóricamente cierto, pero en la práctica, cuando se actualiza la capacidad de carga completa o la capacidad química de la batería, no es necesariamente necesario agotar completamente la batería antes de actualizarla, porque el voltaje de la batería será muy bajo en este momento y el sistema puede se apaga o tiene un problema. Pase lo que pase, ya es demasiado tarde en este momento. La actualización habitual es actualizar cuando la capacidad de la batería alcanza aproximadamente el 7%. La idea de esta actualización es que cuando la capacidad alcanza el 7%, significa que se ha liberado el 93% de la capacidad. Si integra la capacidad recién liberada, se liberará el número de mAh de la capacidad. Divida este número de mAh por 93% para obtener la capacidad de carga completa. Esto también logra el efecto de aprendizaje, por lo que generalmente el aprendizaje no se establecerá en 0%. Normalmente voy a estudiar el 7% del tiempo. En cuanto al aprendizaje, lo que aprende es la capacidad de carga total de la batería. Una vez que tiene la capacidad de carga completa, puede calcular la capacidad restante integrando la corriente de descarga. Por lo tanto, la potencia de la batería completamente cargada también es importante para el cálculo de potencia. En cuanto al voltaje correspondiente al 7% y 3%, depende de la corriente, temperatura e impedancia en ese momento. Generalmente, cuando la corriente a temperatura ambiente es constante y la diferencia de impedancia del mismo lote de baterías no es demasiado grande, este voltaje también se puede considerar básicamente constante, porque es 3,5 V al 7%. La desviación no causará una gran desviación de capacidad, por lo que la corrección se puede realizar al 7%.
3.4 Tensión de fin de descarga compensada (CEDV)
El punto del 7% mencionado hace un momento en realidad significa que bajo una determinada temperatura, corriente o el mismo lote de baterías, el voltaje en este punto es básicamente fijo, pero de hecho su corriente no puede ser una corriente fija. La corriente siempre cambiará durante el proceso, por lo que el voltaje correspondiente al 7% también es diferente, es decir, el 7% correspondiente a diferentes corrientes es diferente.
En esta curva la corriente de descarga es I1, y el voltaje correspondiente a I1 es de 3.5V en esta curva, representado por CEDV2, CEDV2 es función de I1, si la corriente cambia también se corrige con el 7% del voltaje. , este error es grande. Se puede ver en la curva CEDV que el voltaje correspondiente al 7% en realidad tiene un 30% de capacidad restante. Si se realiza la sincronización o el aprendizaje de acuerdo con el 7% para corregir la capacidad de carga completa, habrá un 23% La capacidad se pierde, por lo que se produce un gran error en este momento, por lo que este algoritmo necesita corregir el voltaje en el punto del 7% en función de la corriente. El voltaje en el punto del 7% se llama CEDV2. Encuentre el voltaje en este punto En función de la corriente, se obtienen diferentes voltajes bajo diferentes corrientes. Entonces, en el caso de la corriente I2, obtenemos CEDV2. De hecho, su voltaje es un poco inferior a 3,5 V. CEDV2(I2) en realidad se obtiene basándose en cálculos complejos. Su fórmula es más o menos así: CEDV=OCV(T, SOC)-I*R(T,SOC), C de CEDV está compensado, EDV es el voltaje de terminación, es decir, el voltaje de terminación compensado es en realidad igual al voltaje del circuito abierto de la batería menos la caída de voltaje causada por el voltaje interno. resistencia. La clave es que en esta fórmula OCV (T, SOC) puede encontrar una función que coincida mejor con la curva, y esta curva no cambiará mucho, sin embargo, la última curva es una función de T y SOC, y es difícil de encontrar. una función para esta curva función de coincidencia, por lo que esta fórmula es bastante compleja.
Debido a la diferencia en la resistencia interna, la precisión de esta fórmula es limitada durante el uso. No significa que esta fórmula sea universal durante todo el proceso de descarga. Generalmente cuando usamos esta fórmula para calcular, por debajo del 7% se calcula usando esta fórmula. , que es una relación funcional como R (T, SOC). Esto se puede encontrar en nuestra hoja de datos. El rango aplicable es solo el rango después del 7% o 12%. En realidad, esto es suficiente, porque el índice de corrección solo necesita corregirse en aproximadamente el 7%, por lo que el problema de su pequeño rango aplicable no es un gran problema. Por lo tanto, antes del 12%, el cálculo de Coulomb todavía se usaba para la integración. El error causado por La integración del cálculo de Coulomb puede ser Después del 12%, la compensación se obtiene mediante la corrección de voltaje Esta es la idea simple del algoritmo CEDV. Esta fórmula en realidad refleja una relación entre impedancia, temperatura y SOC. Esta relación refleja la impedancia de la batería. Después de determinar los parámetros generales en esta fórmula, se determina la relación entre impedancia, temperatura y porcentaje de capacidad. De hecho, como servicio de la batería La vida útil aumenta, la resistencia interna definitivamente cambiará, pero esta fórmula en realidad no refleja la diferencia entre la resistencia interna de la batería y su vida útil. Esta fórmula no puede reflejar esta diferencia. Por supuesto, agregaremos mejoras adicionales. Se han realizado y algunas mejoras lineales Se ha agregado compensación, lo que se puede hacer en nuestros chips con el mismo CEDV, como el BQ3060 de TI, el BQ2084 anterior y el BQ2085, que se realizan utilizando el algoritmo CEDV.
3.5 Productos de gestión de batería-monitoreo de energía de la batería-BQ3060
3.6 Monitoreo de energía basado en el conteo de Coulomb
A. Ventajas
-No se ve afectado por la distorsión de la medición de voltaje.
-La precisión está determinada por el hardware integrado actual.
-Error de seguimiento: 3-10% (depende de las condiciones de trabajo y el uso)
B. Desventajas
-Se requiere un ciclo de aprendizaje para actualizar Qmax: la capacidad de la batería disminuye con el envejecimiento, Qmax es menor: 3-5% (100 cargas)
-Sin aprendizaje, el error de seguimiento aumentará un 1% por cada 10 cargas, se debe modelar la autodescarga: no es exacto
Principales parámetros relacionados con el envejecimiento: Impedancia
¿Cuáles son las ventajas del monitoreo de potencia basado en el conteo de culombios?
Debido a que calcula principalmente la electricidad basándose en la integración de corriente, la distorsión de la medición de voltaje tiene un impacto relativamente pequeño en ella. La precisión de la corriente está determinada por el hardware de integración del circuito. Si controla relativamente bien los parámetros de todo el algoritmo CEDV, bueno , el error se puede controlar al 3% o incluso menos. Si los parámetros coinciden con el modelo de batería real, puede ser mayor. El error total probablemente sea alrededor del 3~10%, dependiendo de las condiciones de trabajo y el uso.
Su desventaja es la que acabo de mencionar, porque utiliza el conteo de Coulomb, es decir, cuánta electricidad se carga y cuánta electricidad se libera para calcular la capacidad, la premisa es que necesita conocer la capacidad de carga total del batería antes de que pueda calcular la energía restante en la batería. ¿Cuánta capacidad? Esta capacidad de carga completa generalmente debe actualizarse antes de salir de fábrica, porque la desviación entre la capacidad de carga completa y la capacidad restante de la batería es relativamente grande y la capacidad restante de la batería no se puede utilizar directamente como capacidad de carga completa. por lo que una batería debe actualizarse antes de salir de fábrica. La capacidad de carga total de la batería se obtiene realizando los ciclos de carga y descarga. El medidor de combustible lo hace por sí solo, pero el ciclo requiere herramientas especiales en la línea de producción, por lo que esto lleva mucho tiempo.
Además, la capacidad de la batería también disminuirá con el aumento de su vida útil. Por supuesto, la disminución no es tan significativa como la impedancia, pero también habrá una disminución del 3 al 5% después de 100 cargas y descargas. La disminución debe gestionarse de alguna manera. Compensación, ¿por qué? Porque en el uso real, no podrá aprender cada vez que se descargue, porque cuando sacamos nuestro equipo eléctrico (teléfono móvil o computadora portátil) para descargarlo, es posible que no necesariamente pase de estar completamente cargado a vacío, o ponerlo debajo. 93% para que actualices la capacidad de carga completa. Generalmente, es posible que se descargue a la mitad o que el adaptador se conecte inmediatamente después de una descarga leve. En este caso, la descarga será muy superficial y es posible que no tenga oportunidad. para descargar. Actualice la capacidad de carga completa. Si no hay actualización, el error de monitoreo aumentará en un 1% cada 10 veces de carga. Si Qmax no se actualiza, el error será cada vez mayor. Por lo tanto, en el uso real, si usas un medidor de combustible anticuado, si tienes esa experiencia, es posible que necesites cargar y descargar completamente la computadora portátil una vez al mes después de sacarla, para que pueda actualizar continuamente los parámetros Qmax en el interior, para que se puede hacer con relativa precisión. Otra opción es estimar la autodescarga de la batería, lo cual es inexacto porque la tecnología de monitoreo de energía basada en el voltaje que acabamos de mencionar determina cuánta energía tiene la batería y luego verifica el medidor para ver cuánta energía queda. No importa cuánta electricidad se descargue internamente.
Si es un medidor de culombio, no juzga la capacidad principalmente en función del voltaje. Juzga la capacidad en función de la carga y descarga de la corriente. El chip de monitoreo del medidor de culombio no puede detectar la carga y descarga dentro de la batería porque El medidor de coulomb no puede detectar esta corriente. El medidor está conectado al exterior de la batería y solo puede monitorear la corriente que entra y sale de la batería. No puede medir la corriente consumida dentro de la batería, por lo que solo puede usar un modelo simple. para estimar cuánto se descarga durante cada descarga, por lo que este resultado no es muy preciso y el retraso en la vida útil también provocará un aumento en el error, por lo que un factor relativamente importante aquí es el envejecimiento de la batería. más limitado en su método para abordar el envejecimiento y las causas del envejecimiento. Uno de los efectos es que la capacidad disminuirá con el envejecimiento y el otro es que la impedancia de la batería aumentará después del envejecimiento. Como se mencionó hace un momento, cuando aumenta la impedancia de la batería, el error de cálculo del CEDV de la batería también aumentará, porque en esta fórmula, la impedancia solo está relacionada con la temperatura y el porcentaje de capacidad, y se suma la estimación de la capacidad. Esta estimación es en realidad lineal, todavía hay una cierta diferencia con respecto a la batería real, por lo que el error en la contribución de la impedancia a la capacidad será cada vez mayor a medida que aumenta la edad de la batería. Por lo tanto, el algoritmo CEDV tiene en cuenta la corrección de la impedancia de la batería al voltaje, pero no tiene en cuenta el cambio de impedancia de la batería a lo largo del tiempo, o es relativamente sencillo de considerar.
Por lo tanto, el método tradicional de monitoreo de energía puede usar el monitoreo de voltaje para obtener una capacidad más precisa cuando no hay carga, y el conteo de Coulomb se puede usar para obtener la capacidad cuando hay carga, por lo que estos dos métodos son complementarios. De hecho, los chips disponibles en el mercado combinan básicamente estos dos métodos.
3.7 Ventajas de los medidores de combustible típicos
3.8 Productos de gestión de batería-monitoreo de energía de la batería-BQ3060
3.9 Prueba de preguntas
Por lo tanto, ya sea un indicador de combustible basado en voltaje o un indicador de combustible basado en integral de corriente, la impedancia tiene un mayor impacto en el cálculo de la capacidad. El impacto de esta impedancia en el envejecimiento se basa en un modelo lineal simple, o en otros En otras palabras, los primeros no tenían esta parte del efecto de envejecimiento, por lo que debido a que el modelo en el que se basan es relativamente simple, el éxito de la combinación con la batería es en realidad relativamente pobre, lo que significa que el error causado será cada vez más difícil. A medida que pasa el tiempo. Obviamente, el factor que tiene el mayor impacto en el cálculo de la energía de la batería es en realidad la impedancia de la batería. Si la impedancia de la batería se puede obtener en cualquier momento y en cualquier lugar, entonces la capacidad de nuestra batería se puede calcular con mayor precisión. .
4. Ventajas de la tecnología de seguimiento de impedancia
A continuación, presentaremos la tecnología de monitoreo de energía de TI (la llamamos tecnología de seguimiento de impedancia) y sus ventajas.
4.1 Monitoreo actual
-Monitoreo de energía basado en voltaje: proporciona un monitoreo preciso en condiciones sin carga
-Monitoreo de potencia basado en el conteo de Coulomb: proporciona un monitoreo preciso en condiciones de carga
-Integrar las ventajas de los métodos de monitoreo basados en voltaje y corriente.
-Medición de impedancia en tiempo real
-Utiliza información de impedancia y voltaje de circuito abierto para calcular el tiempo de funcionamiento restante dadas las condiciones de carga promedio
Como se mencionó hace un momento, la tecnología de monitoreo de energía basada en voltaje puede proporcionar un monitoreo de energía más preciso sin carga. El monitoreo de energía basado en el conteo de coulomb puede proporcionar un monitoreo de energía preciso con carga. Nuestra tecnología de seguimiento de impedancia en realidad integra voltaje y corriente. Ventajas del método de monitoreo ¿Por qué puede obtener las ventajas de los dos métodos?
Debido a que mide la impedancia de la batería en tiempo real, no encuentra una fórmula para la impedancia de la batería y luego compensa algunos factores. Encuentra un método para medir la impedancia en tiempo real. Debido a que se mide en tiempo real, no No es necesario seguir el modelo para compensarlo. Cuando se conoce la impedancia de la batería, el voltaje del circuito abierto y la información de impedancia se pueden usar para estimar cuánto tiempo el sistema o la batería pueden proporcionar tiempo de funcionamiento o cuánta capacidad puede proporcionar el sistema para el funcionamiento del sistema a una corriente determinada. Esta fórmula es un poco más detallada aquí, es decir, el voltaje terminal de la batería es igual al voltaje del circuito abierto de la batería menos la caída de voltaje por encima de la resistencia interna. La caída de voltaje por encima de la resistencia interna es causada principalmente por La resistencia interna de la batería. La resistencia está determinada por tres factores: temperatura, porcentaje de capacidad y edad. Sin embargo, si desea utilizar una fórmula para expresar esta resistencia interna, será bastante complicado y el efecto no es ideal. . En realidad, nuestro enfoque consiste en medir la impedancia en tiempo real.
4.2 Comparación de curvas OCV
¿Cuál es la idea básica de la medición de impedancia? Durante el uso real del voltaje de la batería, el voltaje del terminal de la batería cambiará debido a muchas circunstancias. Como se mencionó hace un momento, el voltaje del terminal de la batería puede cambiar con el tamaño de la corriente. Por supuesto, el voltaje del terminal de la batería también cambiará con el Corriente A medida que cambia el porcentaje de capacidad, en el mismo porcentaje y la misma corriente, el voltaje terminal de la batería también puede estar relacionado con la temperatura y el grado de envejecimiento de la batería, pero esto es solo un fenómeno superficial que vemos, de hecho ", es más esencial. En términos de la curva de voltaje del circuito abierto dentro de la batería o la fuerza electromotriz de la batería, el impacto de estos factores externos en ella no es tan obvio. Se pueden encontrar algunas cosas comunes. Baterías producidas por diferentes fabricantes realizar bajo condiciones de prueba dadas. Por ejemplo, a la misma temperatura, el error de esta curva es muy pequeño.
Esta curva es la curva de circuito abierto medida combinando las baterías fabricadas por 5 fabricantes de baterías. Como puede ver, estas curvas de circuito abierto son básicamente iguales, por lo que son curvas medidas a la misma temperatura, porque es el circuito abierto. voltaje sin mencionar la corriente. Por supuesto, su proceso de medición también es bastante engorroso, porque necesita obtener la curva de circuito abierto en un estado donde la corriente es aproximadamente 0. Su proceso de prueba aún es relativamente engorroso. En esta curva Se puede ver que esta curva básicamente no cambia con diferentes fabricantes. Puede haber cambios relativamente grandes en la impedancia debido a diferentes procesos de producción, pero esta curva de voltaje de circuito abierto es básicamente la misma para todos. La mayoría de ellos La compensación de voltaje es menos de 5mV. El error de predicción de SOC basado en este voltaje generalmente está dentro del 1,5%, por lo que una vez que se encuentra dicha curva, la misma curva se puede usar para calcular baterías fabricadas por diferentes proveedores de celdas de batería. El cálculo de esta curva puede conocer el voltaje de circuito abierto de la batería y, a su vez, puede encontrar el porcentaje de capacidad de la batería, que es principalmente una curva de este tipo. Después de conocer el porcentaje de capacitancia de la batería, conocer la capacidad química de la batería o la capacidad de carga completa, puede saber cuántos mAh de energía le quedan, luego puede calcular cuánto tiempo funcionará y el porcentaje de capacidad posterior se puede calcular con más detalle.
La imagen a continuación es una imagen ampliada del error. Este error es un error de voltaje durante todo el proceso de descarga, incluida la influencia del equipo de medición. Este error está entre ±15 mV. Este error probablemente se encuentre entre el error de la capacidad y el Cálculo del SOC. El error está dentro del ±1,5%. ¿Por qué? Debido a que el error de voltaje aquí también está relacionado con la precisión de la medición del instrumento, después de tener en cuenta la precisión de la medición del instrumento, el error porcentual de capacidad resultante está dentro del 1,5%.
4.3 Cómo medir el OCV
5. Monitoreo de energía
5.1 Monitoreo de energía
Lo mismo ocurre con esta imagen: esta imagen no es de una batería nueva, sino relativamente hablando, de una batería vieja. También se apaga a 3,5 V y se apaga cuando la capacidad es de 10 mAh, en este caso su tiempo aumenta aproximadamente un 58%.
Este es el caso a baja temperatura. El efecto de la extensión del tiempo es más obvio a baja temperatura, porque la resistencia interna a baja temperatura aumenta considerablemente y el tiempo utilizado aquí se extiende en un 121%.
Su corriente de carga cambia aún más bajo esta condición de prueba, en este caso puede incluso extenderse al 290%, ¿por qué? Porque si está en este lugar a baja temperatura, se apagará. Este tiempo es bastante corto. Se apagará poco después de que se descargue al principio. Entonces, si se utiliza tecnología de seguimiento de impedancia, se puede continuar dejándolo. durante más de 80 minutos antes de apagar, porque es suficiente apagar mientras se conserve la capacidad de 10 mAh, por lo que esto puede extender mucho el tiempo. No hago un indicador rígido basado en el voltaje para decidir si apagar. Decido si apagar en función de la capacidad restante. En este caso, solo puedo usar la impedancia. La tecnología de seguimiento puede calcular cuánto tiempo lleva apagarse, por lo que el uso de la tecnología de seguimiento de impedancia puede mejorar en gran medida la experiencia del usuario. La experiencia es un factor muy importante para expandir las ventas y generar ventajas competitivas entre los productos electrónicos de consumo portátiles de hoy.
Por lo tanto, la ventaja de la tecnología de seguimiento de impedancia es que, más específicamente, se puede utilizar en algunos lugares. Lo que acabo de presentar son algunas de las ventajas más intuitivas que se pueden imaginar. De hecho, con la mejora continua de los algoritmos en impedancia Tecnología de seguimiento, la batería cambiará durante el uso. Los cambios de impedancia causados por el aumento y la caída continua de la temperatura se agregan a la estimación del modelo de temperatura, se introduce la simulación térmica para ajustar el calentamiento de la batería y los cambios en la carga. También se estudian durante el uso, es decir, los hábitos de uso del usuario. Para un dispositivo eléctrico, sus cambios actuales tienen un cierto patrón. Luego, el chip de seguimiento de impedancia aprenderá lentamente este patrón durante el uso y captará la caída de voltaje causada por el cambio de carga. Las caídas de voltaje son en realidad el cálculo de la capacidad. También es necesario considerar estos factores. Por supuesto, como se mencionó anteriormente, el seguimiento de impedancia calcula la impedancia de la batería en tiempo real. No es necesario utilizar un modelo para estimar la batería envejecida Es la impedancia medida, por lo que el impacto del envejecimiento en ella es relativamente pequeño. Debido a su precisa capacidad de cálculo, puede extender el tiempo de uso al máximo, como se puede ver claramente en las imágenes de ahora. Con el chip de seguimiento de impedancia, nuestro sistema host no necesita ningún algoritmo para calcular la capacidad de la batería. Solo necesita leer el registro especificado para obtener la capacidad. Con la tecnología de seguimiento de impedancia, también puede realizar un análisis exhaustivo de la batería, como el envejecimiento de la batería, el estado de la batería... etc.
5.2 Obtenga el significado de la capacidad de la batería usada
¿Cuál es otra ventaja? Con el uso de la tecnología de seguimiento de impedancia, la capacidad de la batería se puede calcular con mayor precisión. En el caso de un cálculo más preciso de la capacidad de la batería, este indicador de combustible realmente puede brindarle ahorros de costos.
En el caso de las baterías, el coste suele rondar los 0,15 dólares estadounidenses por una capacidad de 100 mAh. Por ejemplo, dado que el voltaje de terminación de descarga se reduce para obtener una mayor capacidad de la batería, el valor de TV aquí es el voltaje de terminación de descarga. Reducirlo en 500 mV puede aumentar la capacidad en aproximadamente un 5 %. Por ejemplo, si se reducen los 3,5 V originales con 3V, la capacidad de 500mV se puede aumentar en un 5%. Para una batería de 1500mAh, en realidad ahorra alrededor del 5%. Para una batería de 75mAh, le ahorra 0,1 dólares estadounidenses.
Por supuesto, esto es sólo 0,1 USD, pero a medida que la batería envejece, el aumento de capacidad al reducir 500 mV no es del 5 %, sino del 50 %. En este caso, el ahorro es de aproximadamente 1 USD. Por supuesto, esto es para una capacidad de 1500 mAh. La capacidad de la batería es cada vez mayor, porque los dispositivos inteligentes de hoy consumen cada vez más energía, por lo que será cada vez más grande, por lo que el dinero ahorrado será cada vez mayor.
5.3 Pérdidas causadas por un seguimiento inexacto
Por lo tanto, al diseñar un sistema, los clientes no solo deben considerar el costo de un chip, sino también considerar cuánto costo reduce al elegir una batería para usted. Debido a la tecnología de seguimiento de impedancia, se selecciona un chip de cálculo de energía más preciso. La capacidad de la batería puede ser más precisa y no es necesario dejar demasiado margen. En la vida real, los clientes sufren muchas pérdidas debido a un seguimiento inexacto. Por ejemplo, si el cliente carga y descarga todos los días, 3 meses durarán aproximadamente 90 días, la batería se cargará 90 veces y la resistencia interna de la batería se duplicará. En este momento, la batería envejecerá 100 veces después 100 veces. No existe ningún indicador de combustible que utilice seguimiento de impedancia. En ese momento, la impedancia de la batería se ha duplicado, lo que provocará errores en el cálculo de la batería. Debido a que su medidor de combustible original calcula la batería basándose en una resistencia interna relativamente pequeña, el La resistencia interna real ya ha sido Si se aumenta 1 veces, entonces la resistencia interna calculada inevitablemente tendrá un error relativamente grande. ¿Qué situación provocará? Le indicará un tiempo de ejecución relativamente largo, pero el tiempo de ejecución real es mucho menor que esto, lo que resulta en un apagado repentino. Este apagado repentino tiene un gran impacto en el sistema. El apagado repentino de nuestra computadora portátil puede causar que el sistema falle Entonces el usuario siente que la vida útil de la batería se acorta considerablemente y este acortamiento puede no ser causado por el envejecimiento de la batería.
La vida útil de la batería puede ser de 1 a 2 años. Si este lugar se ha utilizado solo durante 3 meses, el sistema falla repentinamente. El cliente puede solicitar una devolución, lo que causará pérdidas económicas a la empresa. Entonces este es un ejemplo de pérdidas económicas causadas por medidores de combustible incorrectos.
5.4 Resumen
a. Para productos electrónicos portátiles, un monitoreo preciso es tan importante para obtener un tiempo de funcionamiento prolongado como reducir el consumo de energía del diseño y usar una batería potente.
b. Hay muchos tipos de medidores de combustible disponibles, que utilizan diferentes métodos de monitoreo y diferentes compromisos.
Por eso, cuando se trata de productos de baterías portátiles, un medidor preciso es tan importante para lograr tiempos de funcionamiento prolongados como reducir el consumo de energía del diseño y utilizar una batería robusta. Como desea una batería potente, necesita más mAh, lo que en realidad aumenta el costo. Si utiliza un indicador de combustible preciso para calcular al máximo la capacidad disponible del sistema, puede utilizar una batería con una capacidad relativamente baja, lo que puede generar ahorros de costos.
Hay muchas soluciones de medidores de combustible disponibles y generalmente se basan en un compromiso entre el monitoreo de voltaje y el conteo de culombios. Rara vez se utilizan el monitoreo de voltaje puro o el conteo de culombio puro. Nuestro método TI es básicamente un método de monitoreo de energía que combina lo mejor de ambos mundos.
Composición tipográfica: Wu Gong, El camino hacia el éxito del ingeniero de hardware, fuente del artículo: Documento de TI: SSZB130B
Enlace de descarga:
https://e2echina.ti.com/support/archived-groups/c8df485b47/m/battery_management/11686?tisearch=e2e-sitesearch&keymatch=TVS#
Recomendado en el pasado
¿Sabes cómo leer la corriente máxima de carga y la corriente de descarga de las baterías de litio ?
Cuando se alimenta con baterías de litio , el circuito de medición debe diseñarse así
