TI的阻抗跟蹤TM電池電量計技術是一種功能強大的自適應算法，其會記住電池特性隨時間的變化情況。將這種算法與電池組具體的化學屬性結合可以非常準確地了解電池的充電狀態(SOC)，從而延長電池組使用壽命。

然而，更新電池總化學容量(Qmax)相關信息要求具備某些條件。磷酸鐵鋰(LiFepO4)電池的極端穩定電壓狀態下要完成這項工作變得較為困難（請參見圖1），特別是假如無法對電池完全放電且讓其休息數小時那就更加困難了。圖1顯示了典型開路電壓(OCV)特性與鈷酸鋰(LiCoO2)和磷酸鐵鋰(LiFepO4)電池化學屬性放電深度(DOD)的關系。本文重要討論參考文獻1和參考文獻2的阻抗跟蹤技術。

圖1：圖1基于DOD的電池OCV測量。

TI建議所有磷酸鐵鋰離子電池都使用阻抗跟蹤3(IT3)算法。IT3對早期阻抗跟蹤算法的改進包括：

通過更好的溫度補償實現更佳的低溫性能

更多濾波，以防止出現SOC容量跳躍

更高的精度，用于磷酸鐵鋰離子電池的非理想OCV讀取

保守的剩余容量估算，以及額外的負載選擇配置

IT3包括在TI的bq20z4x、bq20z6x和bq27541-V200電量監測計中（所列并非全部）。

Qmax更新的典型條件

阻抗跟蹤算法將Qmax含義為電池的總化學容量，其以毫安小時(mAh)計算。一次正確的Qmax更新，必須滿足下列兩個條件：

1、兩個OCV測量必須在不合格電壓范圍以外進行，基于TI確定的電池化學身份(ID)編碼。只能對一塊閑置電池（沒有進行數小時的充電或者放電）進行OCV測量。

參考文獻3列出了一些不合格電壓范圍，其中一些顯示在表1中。我們可以看到，就化學ID編碼100而言，假如任何電池電壓超出3737mV或者低于3800mV則不允許進行OCV測量。實際上，這就是OCV測量獲得最佳精確度的禁用范圍。雖然本文給出了SOC百分比，但電量計僅根據電壓來確定不合格范圍。

表1摘選自參考文獻3，其根據Qmax更新的化學屬性列出不合格的電壓范圍。

2、最小通過電荷量必須由電量計進行綜合。默認情況下，其為總電池容量的37%。為了進行淺放電Qmax更新，這一通過電荷百分比可以降低至10%。這種降低的代價是SOC精確度的損失，但在其它他無法更新Qmax的系統中是容許的。

既然我們理解了淺放電Qmax更新的要求，那么讓我們來看一個數據閃存參數的例子，我們要在一個更低容量電池組配置中對其進行修改。默認阻抗跟蹤算法基于典型筆記本電腦電池組，該電池組擁有2個并聯組，每組3節串聯電池，即3s2p配置結構。每組有2200-mAh容量，因此總容量為4400hAh。磷酸鐵鋰離子電池的容量約為其一半，因此假如以3s1p配置使用它們，則總電池組容量為1100mAh。假如使用像這樣的更小容量電池組，要在TI的電量計評估軟件中對具體的數據閃存參數進行微調，以獲得最佳的性能。本文剩下部分將介紹這一過程。

實例計算

來看一下一個使用A123系統TM1100-mAh18650磷酸鐵鋰/碳精棒電池的3s1p配置電池組。這種電池類型的TI化學ID編碼為404。這種電池將用于50°C左右正常溫度的存儲系統中。放電率為1C，且一個5-mΩ檢測電阻器用于電量計，目的是進行庫侖計數。

如表1所示，化學ID404的OCV測量的不合格電壓范圍為3274mV（最小值，即~34%SOC）到3351mV（最大值，即~93%SOC）。大多數磷酸鐵鋰離子電池都有非常寬的不合格電壓范圍（參見化學ID409進行比較）。然而，根據具體的電池特性，為淺放電Qmax更新找出一個更高的最小不合格電壓是可能的。化學ID為404時，將這一值升高至3322mV是可能的，從而允許3309到3322mV的淺放電Qmax更新窗口（請參見圖2）。設計人員可以使用這種中間范圍低誤差窗口，實現數據閃存修改。由于僅能對高和低不合格電壓范圍進行設定，因此主系統必須保證在3309mV以下不會進行更低的OCV測量。（隨著關聯誤差的上升，OCV測量誤差在3274和3309mV之間急劇新增。）雖然僅有一個13-mV窗口在更低OCV測量時起用途（3322–3309mV=13mV），但其對應于一個70%到64%的SOC范圍。

磷酸鐵鋰離子電池具有非常長的松弛時間，因此我們可以將數據閃存參數OCV等待時間新增至18000秒（5小時）。由于電池的正常工作溫度得到提高，因此參數Q無效最大溫度應修改為55°C。另外，Qmax最大時間應修改為21600秒（6小時）。

圖21-mV電壓誤差的SOC關聯誤差。

要將Qmax通過電荷從37%降低至10%，要修改DOD最大容量誤差、最大容量誤差和Qmax濾波器，因為它們都會影響OCV1和OCV2測量之間的不合格時間。Qmax濾波器是一個補償因數，其根據通過電荷來改變Qmax。

設置這些參數的目的是基于測得的通過電荷獲得1%以下的最大容量誤差，包括ADC最大補償誤差（CC靜帶）。但是，要對這些值進行一些修改，以允許淺放電Qmax更新。

實例1Qmax更新超時期間

要獲得1000-mAh電池10-mΩ檢測電阻器1%以下的累積誤差，以及硬件設置10μV固定值的CC靜帶，Qmax更新的超時期間由下列情況決定：

10μV/10mΩ=1-mA補償電流。

1000-mAh容量1%允許誤差=10-mAh容量誤差。

10-mAh電容誤差/1-mA補償電流=10小時。

因此，從開始到結束，包括休息時間，僅有10小時可用于完成一次Qmax更新。10小時超時以后，一旦電量計進行其下一個正確OCV讀取，計時器便會重新開始。

實例2數據閃存參數修改

在使用帶有一個5-mΩ檢測電阻器的1100-mAh電池設計方法中，可以使用相同方法計算得到Qmax更新的超時期間：

10μV/5mΩ=2-mA補償電流。

1100mAh1%=11mAh。

11mAh/2-mA補償電流=5.5小時。

這種情況下，要放寬容量誤差百分比，以新增Qmax超時。將最大容量誤差（從1%的默認值）修改為3%，得到：

1.1Ah3%=33mAh

其會新增Qmax不合格時間到：

33mAh/2-mA容量誤差=16.5小時。

要將DOD容量誤差設置為2倍最大容量誤差，因此可以將其改為6%（默認值為2%）。

根據通過電荷的百分比，要按比例減小Qmax濾波器的默認值96：

Qmax濾波器=96/(37%/10%)=96/3.7=26

表2顯示了電量計評估軟件中典型的數據閃存參數，必須對其進行修改以實現淺放電Qmax更新。這些特殊參數均為受保護（歸為隱藏類），但可以由TI的應用人員解鎖。本表格所用舉例電池組為前面所述電池組，其為一種使用A1231100-mAh18650LiFepO4/碳精棒電池（化學ID為404）的3s1p電池組。

表2根據系統使用情況可以由TI應用人員修改的一些受保護數據閃存參數。

(1、該參數在黃金影像(goldenimage)過程期間很重要。假如使用的是標準4.2-V鋰離子電池，且僅將其充電至4.1V系統電平，則在電池充電至4.2V以后進行首次Qmax更新仍然必要，目的是滿足90%容量變化的要求。根據電量計設定的化學ID編碼，對規定電池容量即設計容量和估計DOD的容量變化進行開始和結束點檢查。

2、計算Qmax時，寬范圍溫度變化會引起誤差。在高或低溫下正常工作的系統中，對該參數進行修改是必要的。)

Qmax更新事件

下列事件描述了實例1和2所述數據閃存參數改變以后，實現一次Qmax更新的一種實用方法。

1、電池電壓位于圖2所示低關聯誤差窗口內時應該開始一次Qmax更新。設計人員的自有算法可用于將電池放電/充電至這一范圍內。

2、本實例中，為了進入該有效測量范圍（化學ID為404），所有電池電壓都必須大于或者等于3309mV，且小于或者等于3322mV。假如常規放電期間電池電壓恰好位于有效范圍以外，則在18000秒設定OCV等待時間以前必須開始另一個放電或者充電周期。假如6小時10分鐘以后，所有電池電壓均在3309到3322mV范圍內，則進行了一次正確的OCV測量。

3、下一步是對電池完全放電。一旦電池充滿（即100%SOC），其在進行第二次OCV測量以前應該再休息6小時10分鐘。之后，Qmax值被更新。假如充電進行了約2小時，則超時期間至少要8小時。由實例2中16.5小時超時期間的計算，我們了解時間綽綽有余，額外多出8.5小時的緩沖時間。

4、電量計處在開啟模式下時向電量計公布一條ResetCommand(0x41)，可以重置OCV計時器。

表3顯示了使用舉例電池組配置時如描述的那樣循環操作電池所得到的結果。

表3全周期和淺充電Qmax更新的結果。

(從耗盡充電到充滿)

結論

TI的阻抗跟蹤技術是一種非常精確的算法，用于通過電池使用時間來確定電池SOC。在一些磷酸鐵鋰離子電池應用中，利用一段時間的閑置來對電池進行完全放電是不可能的，因此研究一種Qmax更新的淺放電方法是必要的。本文介紹了實現一次淺放電Qmax更新要考慮的因素和數據閃存編程配置。對這些參數的修改，必須由TI應用人員根據系統配置和要求批準之后才能進行。