锂离子电池电量计的选择
锂离子电池电量计的选择
在电池管理系统中，电量计是至关重要的组件，它负责准确估计电池的剩余容量，从而优化电池性能并延长系统使用时间。本文将介绍三种主要的电池容量监测方法：开路电压法、库伦计量法和阻抗追踪测量，并分析它们各自的优缺点。
基本概念
荷电状态（SOC，State-Of-Charge）
SOC 实际上是指电池容量的百分比，即电池剩余容量与总容量的比值。电池满电状态下 SOC 是 100%，电池完全放电状态下 SOC 是 0%。放电深度（DOD，Depth-Of-Discharge）
DOD 与 SOC 表达的是同一个概念，即电池从满电状态下的放电程度。当 SOC 是 100% 时，DOD 是 0%；当 SOC 是 0% 时，DOD 是 100%。
电池容量监测方法
开路电压法（OCV，Open Circuit Voltage）
电池电压与容量存在一定的对应关系，通过检测电池开路电压可以估算出电池电量。开路电压的测量条件一般是电池无负载超过 30 分钟时两端的电压。
该方法在不同负载、温度和电池老化条件下，电池电压曲线也会发生变化。在这种情况下，开路电压法检测会有很大误差。
在电池充放电以及轻重负载时，开路电压法估算的 SOC 差距会很大，如下图所示：
优势：
- 无需完全放电就能学习
- 小负载电流下测量准确
劣势：
- 负载变化、老化、温度变化对其影响很大
- 测量偏差较大
库伦计量法（Coulomb Counter）
库伦计量法的原理是在电池充电/放电路径连接一个检测电阻，通过 ADC 测量电阻两端的电压来计算流过的电流以及充电/放电检测，再进行时间与电流的积分，从而计算出库伦。
每进行一次完全放电就会计算出放出容量需要更新电池的容量，也就是说需要自我学习定期更新容量。
优势：
- 不受电压值的影响
- 积分测量准确度高
劣势：
- 需要周期学习更新电池容量
- 自放电必须建模学习
- 不更新的话每充电 10 次误差增加 1%
库伦计量时，需要在完全放电之前进行学习，当容量为 0% 时再学习就晚了，所以一般电池更新是在电池电量还剩 7% 进行更新，计算出容量后除以 93% 即可计算出完全容量。但实际应用中，大部分电池不会用到 7% 再充电，可能电量在 30% 的时候就会充电，这样的话容量得不到更新，累积误差就会越来越大！
还有就是对电池自放电的估算，也是不准确的。电池内部的自放电，由于库伦计连接在电池外面无法检测电池内部的电流变化，只能通过搭设电源模型进行简单估计误差较大。
阻抗追踪测量（TI Impedance Track）
TI 的阻抗跟踪电池电量计技术是一种功能强大的自适应算法，与电池组具体的化学属性结合可以非常准确计算电池 SOC。阻抗追踪测量结合了开路电压测量与库伦计量的优点，没有负载下使用开路测量准确检测电量，有负载情况下，利用库伦计量检测电量。不管是电压电流测量，对其影响最大的就是电池内部阻抗。
V VV=V o c v V_{ocv}Vocv -I ∗ R b a t I*R_{bat}I∗Rbat
其大致原理是：先得到 OCV 与实际容量曲线，再实时测量电池阻抗，检测电流通过上述公式得到实际 OCV 从而得出电池电量。
由于技术比较复杂，有兴趣的可以查看 Theory and Implementation of Impedance Track™ Battery Fuel-Gauging Algorithm in bq2750x Family。
目前来看，使用库伦计测量还是主流测量方案，其误差以及劣势可以通过软件算法进行优化提高测量精度。