电池管理 - 电量计在大电手持快充设备中的设计

我这边给大家介绍的是

TI 的电量计在手持设备、快充设备上的一些应用

我主要是分四个议题来讲

第一个就是说我们会说一下

这个电量计是用来做什么的

第二个就是说跟大家探讨一下

这个电池的一些特性

第三个就是跟大家探讨一下

就是说电量计精度方面的事情

然后后面再说一下

就是说电量计在这个安全性方面的一些作用

那第一个议题

我们电量计主要是用来干什么

首先就是电量计最简单的

最基本的功能就是预测未来

就是我要预测后面还有多少容量

剩余容量是多少

第二个我可以告诉后面还能用多长时间

或者就是说我还有多少时间能把这个电充满

然后当然这个预测未来

这个主要是根据历史的一些数据

就已经发生了一些数据

利用这个数据来预测后面还没有发生的一些数据

再增加安全性方面

TI 的电量计

因为现在 TI 的电量计

有把电量计和保护这个功能集合在一起的

然后现在取的那个充电电流越来越大

然后那个 sense 电阻也越来越低

然后这样的话会导致我们那些保护点

就是要求越来越低

然后可能有一些现有的一些

之前一直在用的那些保护 IC

可能那个过电流的那个阈值不够

或者就偏高

现在就是说在 TI 的电量计就会专门做这个保护这一块

可以发挥一些优势

因为它这个保护精度很高

第三个就是黑盒子功能

就是说 TI 基于 Flash 的这些电量计 IC

它里面都会有一些这样的功能

这个黑盒子就跟飞机的黑盒子是一样的

就是用来记录这个电池包在整个使用寿命过程中

它发生了某些极端的条件某些极端的条件

就比如说当一个用户说这个电池包有问题

我们可以追溯

那这个电池包在使用过程中有没有经历一些极端的情况

比如说电压输入的这个通道

比如说 4.6V

就是这样我们可以根据一些 black box 里面存的

一些数据来进行一些追溯

然后第四点就是说我们 TI 电量计

有一个这个新的技术

就叫增长就延长电池的使用寿命

就是我们这个技术主要是用一些动态的学习

就是学习到的数据以及电池的建模来

这个应该不是控制

就是说来告诉我们 charger

用一个更健康更安全的更快的速度去充电

后面再看一下我们电量计

除了前面做的那些东西

然后我们 TI 其实还能做很多很多事情

第一个就是这个认证

因为认证现在在原来那些情况下

就比如说原来功能机的时候

大家都是 4.2V 的电池都是通用的

那这个时候可能在做验证

可能就是说这个必要性不是那么高

但是就是随着这个电池电压的技术

就是电池电压满足电压越来越高

比如说现在常用的已经是 4.35V

然后 4.4V 很快就会出来

就是说在这种电压等级变化的时候

做这个电池的认证就会比较必要

因为这个简单来说就是说

比如说我们现在的有一款手机是 4.4V 的电芯

它的 charger 的输出电压 4.4V

如果你这个电芯可能用完了

可能会找一些维修店去更换一个新的电池

那如果这时候更换进去的是一个 4.35V 的

然后你说用 4.4V 的 charger 去充它

可能就会有一些危险

所以就是说我们这里有一个认证

就是增加这个安全性

然后也可以防止山寨

第二点就是电池健康度的

因为电池老化

其实一个最直观的表征就是内阻增加

然后 TI 的阻抗跟踪算法

它就是跟踪

就会每次放电的时候

它都会去做那个电池内阻的测量和更新

这样的话就是说我这个报出来的

就是我们有这个电阻增加的这个数据

我们就可以算出电池的一个健康度

然后接下来就是说这个可追溯

可追溯的意思就是说

我们基于 Flash 的那个电量计

它是可以让那些生产的厂家

包括 pack 厂

包括手机的厂家

去往里面放一些

比如说电子标签

比如说电子标签

还有那个序列号之类这些东西

就可以做到

每个电池都是可追溯的

然后再往下看

就是说这个就相当于

提供了一个准确的电压、电流和温度的测量

给到系统端给到主机那边

然后还有这个我们现在是这个

assist with power managerment

这个我们其实说的就是在原来超极本的时候的那些应用

就是说我可以第二级可以预估我当前的这个状态下

我最大能输出多大电流

如果超过这个最大电流

可能我就会触发一些过欠压保护

如果主级那边跟它配合的话

就是说你收到最大的一个电流是这样的话

那就主级那边需要控制它的功耗

那就主级那边需要控制它的功耗

避免用到这么大的电流

我们下面再看一下这个电池的特性

这个电池首先我们看三张图

第一个就是在这里这张图

第一个就是在这里这张图

它是一个常温下的在不同负载下的放电数据

就是如果我们是以 3V 这个地方认为是放空的话

我们在不同的电流下我们能放出来的电量是不一样的

也就是说这个电量就是我们可用的容量

或者我们 TI 这叫 FCC

第二个图就是在这一块

主要是在不同的温度下面去做相同的电流的放电

在相同温度下面

在这个截止电压这个地方

它每一个温度下面它能放出来的容量也是不一样的

然后第三条曲线就是说这里是不同老化程度的电池

它能放出来的容量也是不一样的

所以那我们就看一下

就是说电池其实是一个非常复杂的东西

就是说电池其实是一个非常复杂的东西

要建立一个准确的模型是一个非常困难的事情

因为要考虑到考虑到刚才上面说的一个

那个负载、温度、电池老化程度等等

那我们就是说对电池的理解

我们可以先从一个简单的方式来看

就是把电池等效于一个电容和电阻串联

我们通过这个 U 就是说

如果我们把它等效成这样一个模型的话

那我们还可以很简单的得到一个

就是说电池的端电压就是等于开路的电压

减去还有什么就是在这个内阻上的压降

那有了这个简单的模型之后

第一个这条开路曲线这个我们是很容易可以得到的

当我们这边知道了这个 R 或者 I 之后

我们这个负载曲线就是这条蓝色的曲线

我们就可以去计算出来

就比如说假设我们充满的这个地方开始

因为我们对这个电路计算法

就是说我们会每个 circle 都去更新

我们这个 R 是已知的

根据这个 I 我们可以估算出这样一个曲线出来

就是说这条曲线

我们当时起点是在这里

后面的这些东西都是没有发生的

这个我们这个电量计算法

就是根据这个 I、R 去做一些这样的估算

估算到截止电压的时候

我们就可以知道在这里我们是一个 Quse

就是说可用的容量

然后在 TI 这边我们还有一个叫 Qmax

Qmax 就是说用一个很小的电流

理论上这个电池能发出多大的电量

这里这一张图来说

就是相当于它告诉我们

就是相当于它告诉我们

就是说这个放电的电量曲线是跟 I 和 R 是有关系的

就是 R 增加这个曲线也会往下掉

然后放电电流增加这边它也会往下掉

那我们再看一看

因为从上面那条公式看

就是就是 OCV 这条公式来看的话

就是 OCV 我这个可以知道

然后这样就关键就是说这两个参数是不定的

然后其实最终是应该在这个电阻如何确定

但是这个电阻是一个非常 tricky 非常复杂的东西

我们可以看一看这个电阻

就是在这个图里面

我们第一个

我们第一个

如果在同一个我们针对同一个曲线来看

如果在同一个我们针对同一个曲线来看

就是在相同的温度下

它在电池充满或者放空的时候

它这个阻抗是不一样的

然后如果我看不同的曲线之间

它们在不同的温度下面

这个电阻也是不一样的

所以就是说这个确定这个电阻是一个非常复杂的东西

然后我们再往下看一下这个电阻

这个电阻就是说这个图可以看到这 Cycle

也就是一个新的电池的时候

我们这个直流阻抗是在大概 0.15

那当它用了一百个 Cycle 之后这个去看

可能就 double 一下

可能就 double 一下

也就是说这个电阻它跟老化程度有关系

然后就是计算容量这一块那还有一个影响因素

就是我们叫 Qmax

就是我们叫 Qmax

Qmax 我们也做过一些数据

就是说大致的数据是一百个 Cycle 之后

Qmax 应该是大概会出现 3%到5% 的衰减

但是当然现在随着这个电池技术的发展

可能这个衰减会更小一点

下面我们就讨论一下这个电量计的精度这个事情

首先电量计

我们电量计就是我们需要获取一些物理量

就是包括电压、电阻、温度这些物理量

然后通过一些算法

来计算那个剩余流量来计算 SOC 这些东西

现在我们首先第一个

就是说这个电压、电流和温度这些是

它的精度是跟硬件相关的

就是你设计的 ADC 的精度如何

那接下来才是电量计的精度

就是说我在确保这个前面这个精度 OK 的时候

接下来才是看电量计这个算法的精度

所以这个电压、电流、温度的精度是最基础的

然后我们再看一看 TI 的电量计在这一块

就是第一个电压测量

我们是有一个 15 bit 的 ADC 去做这个测量

然后测量这个高精度的电压

在电量计中有什么应用

第一个就是它在初始的时候

在这个 cell relaxed 的初始状态的时候

我可以通过那个开路电压

一个准确的开路电压

我读到它那个当前的剩余容量来收集这些东西

第二个就是说当我这个电芯在仓库里存储的时候

它因为一些自放电的原因

它的电压也会慢慢的往下掉

这个时候如果我通过电压

来测量它的剩余容量这个东西

这就是也需要一个很精确的电压

第三个就是说当你这个库仑计

因为库仑计的精度它是会累积的

就是说哪怕你库仑计的精度可能千分之一

但是你经过多个循环

经过时间长了之后

经过时间长了之后

这些累积的那个误差都会变得很大

这些累积的那个误差都会变得很大

所以就是说我们在这个电芯

如果是在静置的状态的时候

如果是在静置的状态的时候

我们可以通过这个包括它的开路电压

来获得一个准确的电量

第二个就是电流

电流在 TI 的电量计里面

我们是用一个 15 bit 的 ADC 去测量电流的

然后这个电流精度主要就表现

第一个就是说在我整机在一个休眠状态的时候

功耗非常低的时候

那我们这边这个电流非常小

那我们这边也可以提供一个准确的测量

第二个就是说库伦积分

就是对于充进去的电量

或者放出来的电量也是一个准确的测量

或者放出来的电量也是一个准确的测量

然后第三点就是那个温度

温度的话就第一个是可以用

就是前面我们看到不同的温度下面

它们那个内阻是不一样的

所以我们测量温度

第一个我们是对内阻进行一个补偿

第二个它就可以给系统提供一个温度的保护

过压过温的保护或者欠压的保护

然后在温度这一块

TI 的电量计可以支持

第一个是外部的 NTC 来做测量

第一个是外部的 NTC 来做测量

另外我们也可以支持就是说内部芯片内部的温度测量

还有我们有些芯片是可以支持主级那边

来给电量计去写一个温度

告诉电量计现在的温度是多少

接下来我们再看一下这个电量计的算法

电量计的算法

我们这边早之前最早的时候我们有这个电压的

这是最简单的一个电量计的算法

但是这个电量计算法

其实在没有电流或者电池

进去很长时间之后

这个电量计的算法其实是非常准的

前提是你这个电压是已经非常稳定不会再变化的时候

第二个就是库仑计

库仑计这个算法来 TI 也有一些库仑计算法那个说法叫 CVV

库仑计这个它最大的好处

就是说在我带载的时候

有电流的时候

我可以做很准确的测量

就是说现在 TI 的这个阻抗跟踪技术

就是把这两部分合在一起的

就是把那个电池电压在非常稳定的时候这个精度

和在带载的时候库仑计的精度这两个精度融合在一起

然后最终做成我们现在所用的阻抗跟踪算法

我这里再大概介绍一下 TI 的这个一些术语

就是说我们是 Qmax

就是我理论上电芯能放出来的最大容量

这个可能大家给我展开一下这个 Qmax

就是说我们认为 Qmax 在这个电池整个寿命期间

其实它这个是可以认为基本不变

或者就是说前面说到的那个一百个 Cycle

就只有3%到5%的衰减

然后第二个就是剩余容量 RM 和 FCC

就是这个缓冲容量

或者叫我们说是可用的容量

这个 FCC 它是跟外围外界环境有关系

比如说包括这个温度

还有你这个电池的老化程度

这些都会影响到 FCC 让它发生改变

然后 RSOC 的话就是 RM 除以 FCC 来算出来的

然后我们库仑计上面

我们会有一个这个就是流过的容量

我们会有一个这个就是流过的容量

这个我们会有一个这样的记录

就是做统计的流过的容量

然后最后一个就是截止电压

截止电压就是

我们认为这个系统到了某一个点需要关机了

这个时候我们认为它这个容量是0%

所以下面我们这边再展开讨论一下

就是说我们电量计的精度

我们讨论电量计的精度

我们首先是要有一个就是确定电量计的充满还有放空

这两个条件要确定好了之后

才是在这两个条件上面去做一些计算

TI 的这个说法就是说认为充满的条件有三个

第一个比如说我现在拿一把 4.35V 的电压

一个电池来举个例子

就是说我这个电压要达到

我设定的那个超过设定的一个电压

我设定的那个超过设定的一个电压

比如说对于 4.35V 的电池那我设定的是 4.25V

就电压达到了

然后接下来就是充电电流要小于一定的值

小于一定值

比如说我这里设定这个是 100mA

小于这个值

我们还会有一个其实还会有一个

就是说我们还会有一个两个时间窗口

两个时间 40 秒的时间窗口来认为

就是说在这个 40 秒的时间窗口内

你还是需要有一定的那个电量来积分到一定的电量

因为我们设定的条件就是为了避免

比如说充到 500mAh 的时候

我突然拔掉充电器了

我不去充电了

这种条件下充电电流为零

它也是可以满足这个 Current 小于这个 taper current 的

所以我们会有一个这样的两个时间窗口

还是要积分到一定电量

就从而避免这种拔掉电池，拔掉充电器这种现象

接下来我们看这个 SOC 等于 0 的时候

这个 SOC 等于 0 主要是基于截止电压

因为这个是跟系统相关

就系统到了我们时间

或者我这个电芯到某个地方我就不能再放电了

再放电可能系统会不稳定

或者就是说对我电芯的寿命有影响

所以我们这个认为 SOC 等于 0 的这个点

我们就设定一个截止电压

只要你达到这个电压

我们就需要去就是认为 SOC 就是等于 0

所以就是说这个按照 discharger

就是说截止的精度

其实我们主要是想说的

就是说我们还有多少能量

可以用放到0%

然后截止充电的这个精度

主要是我还有多少时间去把它充到百分百

到了这里就是稍微展开一下

就是这个蓝色曲线是我们开路电压

然后假设我们现在电池放置了很长时间

这个它的电压非常稳定

我们就通过这个开路电压

我们知道它在这里

我们接下来往下看

这个三条曲线是不同的放电电流

假设我们先是

假设我们是以这条蓝色的曲线

那我们认为充满了就是可用的容量

就是说从这点到这个

就是说到 3V 的时候

这个就叫除了 True FCC

就是说我们的缓冲能量或者叫可用容量

然后从这个点从当前点然后到这个 3.3V 的地方

我们就叫剩余流量

从这个图上看

这个 FCC、RM 其实是随着负载它是会变化的

所以我们真正的就是这个 SOC 就是等于剩余容量

除以这个 FCC

其实这个安全性方面

其实我们前面也提到

就是说在现在 TI 有些电量计

尤其是针对一些快充的大电流的那个电量计

我们会把那个保护也集成在里面

然后 MOSFET Driver 也在里面

然后随着你这个内阻到那个 SOC 电阻

测量电流的电阻越来越小

现有的一些那个保护 IC

它这个可能就会满足不了这些要求

就因为比如说现有的 IC 可能最小的

那个过流保护点可能是十多毫伏

当你用 1mΩ sense 电阻的时候

那你的保护点是 15A

那你的保护点是 15A

15A 对一个手机应用上来说

这个是 15A 是很难去达到的

也就是说在这种条件下

其实这个保护可能就有点形同虚设一样的

所以 TI 的这个我们提供的这个保护之后

因为我们有准确的电流测量

我们可以提供软件的保护

然后我们还会有一个硬件的比较器的这种保护

所以就是说 TI 在把这个保护和那个电量计集中在一起之后

可以提供正常的保护

而且可以减少你这个板子 PCB 的面积

那这个关于 TI 的电量计

我这边主要介绍到这里

我这边给大家介绍的是

TI 的电量计在手持设备、快充设备上的一些应用

我主要是分四个议题来讲

第一个就是说我们会说一下

这个电量计是用来做什么的

第二个就是说跟大家探讨一下

这个电池的一些特性

第三个就是跟大家探讨一下

就是说电量计精度方面的事情

然后后面再说一下

就是说电量计在这个安全性方面的一些作用

那第一个议题

我们电量计主要是用来干什么

首先就是电量计最简单的

最基本的功能就是预测未来

就是我要预测后面还有多少容量

剩余容量是多少

第二个我可以告诉后面还能用多长时间

或者就是说我还有多少时间能把这个电充满

然后当然这个预测未来

这个主要是根据历史的一些数据

就已经发生了一些数据

利用这个数据来预测后面还没有发生的一些数据

再增加安全性方面

TI 的电量计

因为现在 TI 的电量计

有把电量计和保护这个功能集合在一起的

然后现在取的那个充电电流越来越大

然后那个 sense 电阻也越来越低

然后这样的话会导致我们那些保护点

就是要求越来越低

然后可能有一些现有的一些

之前一直在用的那些保护 IC

可能那个过电流的那个阈值不够

或者就偏高

现在就是说在 TI 的电量计就会专门做这个保护这一块

可以发挥一些优势

因为它这个保护精度很高

第三个就是黑盒子功能

就是说 TI 基于 Flash 的这些电量计 IC

它里面都会有一些这样的功能

这个黑盒子就跟飞机的黑盒子是一样的

就是用来记录这个电池包在整个使用寿命过程中

它发生了某些极端的条件某些极端的条件

就比如说当一个用户说这个电池包有问题

我们可以追溯

那这个电池包在使用过程中有没有经历一些极端的情况

比如说电压输入的这个通道

比如说 4.6V

就是这样我们可以根据一些 black box 里面存的

一些数据来进行一些追溯

然后第四点就是说我们 TI 电量计

有一个这个新的技术

就叫增长就延长电池的使用寿命

就是我们这个技术主要是用一些动态的学习

就是学习到的数据以及电池的建模来

这个应该不是控制

就是说来告诉我们 charger

用一个更健康更安全的更快的速度去充电

后面再看一下我们电量计

除了前面做的那些东西

然后我们 TI 其实还能做很多很多事情

第一个就是这个认证

因为认证现在在原来那些情况下

就比如说原来功能机的时候

大家都是 4.2V 的电池都是通用的

那这个时候可能在做验证

可能就是说这个必要性不是那么高

但是就是随着这个电池电压的技术

就是电池电压满足电压越来越高

比如说现在常用的已经是 4.35V

然后 4.4V 很快就会出来

就是说在这种电压等级变化的时候

做这个电池的认证就会比较必要

因为这个简单来说就是说

比如说我们现在的有一款手机是 4.4V 的电芯

它的 charger 的输出电压 4.4V

如果你这个电芯可能用完了

可能会找一些维修店去更换一个新的电池

那如果这时候更换进去的是一个 4.35V 的

然后你说用 4.4V 的 charger 去充它

可能就会有一些危险

所以就是说我们这里有一个认证

就是增加这个安全性

然后也可以防止山寨

第二点就是电池健康度的

因为电池老化

其实一个最直观的表征就是内阻增加

然后 TI 的阻抗跟踪算法

它就是跟踪

就会每次放电的时候

它都会去做那个电池内阻的测量和更新

这样的话就是说我这个报出来的

就是我们有这个电阻增加的这个数据

我们就可以算出电池的一个健康度

然后接下来就是说这个可追溯

可追溯的意思就是说

我们基于 Flash 的那个电量计

它是可以让那些生产的厂家

包括 pack 厂

包括手机的厂家

去往里面放一些

比如说电子标签

比如说电子标签

还有那个序列号之类这些东西

就可以做到

每个电池都是可追溯的

然后再往下看

就是说这个就相当于

提供了一个准确的电压、电流和温度的测量

给到系统端给到主机那边

然后还有这个我们现在是这个

assist with power managerment

这个我们其实说的就是在原来超极本的时候的那些应用

就是说我可以第二级可以预估我当前的这个状态下

我最大能输出多大电流

如果超过这个最大电流

可能我就会触发一些过欠压保护

如果主级那边跟它配合的话

就是说你收到最大的一个电流是这样的话

那就主级那边需要控制它的功耗

那就主级那边需要控制它的功耗

避免用到这么大的电流

我们下面再看一下这个电池的特性

这个电池首先我们看三张图

第一个就是在这里这张图

第一个就是在这里这张图

它是一个常温下的在不同负载下的放电数据

就是如果我们是以 3V 这个地方认为是放空的话

我们在不同的电流下我们能放出来的电量是不一样的

也就是说这个电量就是我们可用的容量

或者我们 TI 这叫 FCC

第二个图就是在这一块

主要是在不同的温度下面去做相同的电流的放电

在相同温度下面

在这个截止电压这个地方

它每一个温度下面它能放出来的容量也是不一样的

然后第三条曲线就是说这里是不同老化程度的电池

它能放出来的容量也是不一样的

所以那我们就看一下

就是说电池其实是一个非常复杂的东西

就是说电池其实是一个非常复杂的东西

要建立一个准确的模型是一个非常困难的事情

因为要考虑到考虑到刚才上面说的一个

那个负载、温度、电池老化程度等等

那我们就是说对电池的理解

我们可以先从一个简单的方式来看

就是把电池等效于一个电容和电阻串联

我们通过这个 U 就是说

如果我们把它等效成这样一个模型的话

那我们还可以很简单的得到一个

就是说电池的端电压就是等于开路的电压

减去还有什么就是在这个内阻上的压降

那有了这个简单的模型之后

第一个这条开路曲线这个我们是很容易可以得到的

当我们这边知道了这个 R 或者 I 之后

我们这个负载曲线就是这条蓝色的曲线

我们就可以去计算出来

就比如说假设我们充满的这个地方开始

因为我们对这个电路计算法

就是说我们会每个 circle 都去更新

我们这个 R 是已知的

根据这个 I 我们可以估算出这样一个曲线出来

就是说这条曲线

我们当时起点是在这里

后面的这些东西都是没有发生的

这个我们这个电量计算法

就是根据这个 I、R 去做一些这样的估算

估算到截止电压的时候

我们就可以知道在这里我们是一个 Quse

就是说可用的容量

然后在 TI 这边我们还有一个叫 Qmax

Qmax 就是说用一个很小的电流

理论上这个电池能发出多大的电量

这里这一张图来说

就是相当于它告诉我们

就是相当于它告诉我们

就是说这个放电的电量曲线是跟 I 和 R 是有关系的

就是 R 增加这个曲线也会往下掉

然后放电电流增加这边它也会往下掉

那我们再看一看

因为从上面那条公式看

就是就是 OCV 这条公式来看的话

就是 OCV 我这个可以知道

然后这样就关键就是说这两个参数是不定的

然后其实最终是应该在这个电阻如何确定

但是这个电阻是一个非常 tricky 非常复杂的东西

我们可以看一看这个电阻

就是在这个图里面

我们第一个

我们第一个

如果在同一个我们针对同一个曲线来看

如果在同一个我们针对同一个曲线来看

就是在相同的温度下

它在电池充满或者放空的时候

它这个阻抗是不一样的

然后如果我看不同的曲线之间

它们在不同的温度下面

这个电阻也是不一样的

所以就是说这个确定这个电阻是一个非常复杂的东西

然后我们再往下看一下这个电阻

这个电阻就是说这个图可以看到这 Cycle

也就是一个新的电池的时候

我们这个直流阻抗是在大概 0.15

那当它用了一百个 Cycle 之后这个去看

可能就 double 一下

可能就 double 一下

也就是说这个电阻它跟老化程度有关系

然后就是计算容量这一块那还有一个影响因素

就是我们叫 Qmax

就是我们叫 Qmax

Qmax 我们也做过一些数据

就是说大致的数据是一百个 Cycle 之后

Qmax 应该是大概会出现 3%到5% 的衰减

但是当然现在随着这个电池技术的发展

可能这个衰减会更小一点

下面我们就讨论一下这个电量计的精度这个事情

首先电量计

我们电量计就是我们需要获取一些物理量

就是包括电压、电阻、温度这些物理量

然后通过一些算法

来计算那个剩余流量来计算 SOC 这些东西

现在我们首先第一个

就是说这个电压、电流和温度这些是

它的精度是跟硬件相关的

就是你设计的 ADC 的精度如何

那接下来才是电量计的精度

就是说我在确保这个前面这个精度 OK 的时候

接下来才是看电量计这个算法的精度

所以这个电压、电流、温度的精度是最基础的

然后我们再看一看 TI 的电量计在这一块

就是第一个电压测量

我们是有一个 15 bit 的 ADC 去做这个测量

然后测量这个高精度的电压

在电量计中有什么应用

第一个就是它在初始的时候

在这个 cell relaxed 的初始状态的时候

我可以通过那个开路电压

一个准确的开路电压

我读到它那个当前的剩余容量来收集这些东西

第二个就是说当我这个电芯在仓库里存储的时候

它因为一些自放电的原因

它的电压也会慢慢的往下掉

这个时候如果我通过电压

来测量它的剩余容量这个东西

这就是也需要一个很精确的电压

第三个就是说当你这个库仑计

因为库仑计的精度它是会累积的

就是说哪怕你库仑计的精度可能千分之一

但是你经过多个循环

经过时间长了之后

经过时间长了之后

这些累积的那个误差都会变得很大

这些累积的那个误差都会变得很大

所以就是说我们在这个电芯

如果是在静置的状态的时候

如果是在静置的状态的时候

我们可以通过这个包括它的开路电压

来获得一个准确的电量

第二个就是电流

电流在 TI 的电量计里面

我们是用一个 15 bit 的 ADC 去测量电流的

然后这个电流精度主要就表现

第一个就是说在我整机在一个休眠状态的时候

功耗非常低的时候

那我们这边这个电流非常小

那我们这边也可以提供一个准确的测量

第二个就是说库伦积分

就是对于充进去的电量

或者放出来的电量也是一个准确的测量

或者放出来的电量也是一个准确的测量

然后第三点就是那个温度

温度的话就第一个是可以用

就是前面我们看到不同的温度下面

它们那个内阻是不一样的

所以我们测量温度

第一个我们是对内阻进行一个补偿

第二个它就可以给系统提供一个温度的保护

过压过温的保护或者欠压的保护

然后在温度这一块

TI 的电量计可以支持

第一个是外部的 NTC 来做测量

第一个是外部的 NTC 来做测量

另外我们也可以支持就是说内部芯片内部的温度测量

还有我们有些芯片是可以支持主级那边

来给电量计去写一个温度

告诉电量计现在的温度是多少

接下来我们再看一下这个电量计的算法

电量计的算法

我们这边早之前最早的时候我们有这个电压的

这是最简单的一个电量计的算法

但是这个电量计算法

其实在没有电流或者电池

进去很长时间之后

这个电量计的算法其实是非常准的

前提是你这个电压是已经非常稳定不会再变化的时候

第二个就是库仑计

库仑计这个算法来 TI 也有一些库仑计算法那个说法叫 CVV

库仑计这个它最大的好处

就是说在我带载的时候

有电流的时候

我可以做很准确的测量

就是说现在 TI 的这个阻抗跟踪技术

就是把这两部分合在一起的

就是把那个电池电压在非常稳定的时候这个精度

和在带载的时候库仑计的精度这两个精度融合在一起

然后最终做成我们现在所用的阻抗跟踪算法

我这里再大概介绍一下 TI 的这个一些术语

就是说我们是 Qmax

就是我理论上电芯能放出来的最大容量

这个可能大家给我展开一下这个 Qmax

就是说我们认为 Qmax 在这个电池整个寿命期间

其实它这个是可以认为基本不变

或者就是说前面说到的那个一百个 Cycle

就只有3%到5%的衰减

然后第二个就是剩余容量 RM 和 FCC

就是这个缓冲容量

或者叫我们说是可用的容量

这个 FCC 它是跟外围外界环境有关系

比如说包括这个温度

还有你这个电池的老化程度

这些都会影响到 FCC 让它发生改变

然后 RSOC 的话就是 RM 除以 FCC 来算出来的

然后我们库仑计上面

我们会有一个这个就是流过的容量

我们会有一个这个就是流过的容量

这个我们会有一个这样的记录

就是做统计的流过的容量

然后最后一个就是截止电压

截止电压就是

我们认为这个系统到了某一个点需要关机了

这个时候我们认为它这个容量是0%

所以下面我们这边再展开讨论一下

就是说我们电量计的精度

我们讨论电量计的精度

我们首先是要有一个就是确定电量计的充满还有放空

这两个条件要确定好了之后

才是在这两个条件上面去做一些计算

TI 的这个说法就是说认为充满的条件有三个

第一个比如说我现在拿一把 4.35V 的电压

一个电池来举个例子

就是说我这个电压要达到

我设定的那个超过设定的一个电压

我设定的那个超过设定的一个电压

比如说对于 4.35V 的电池那我设定的是 4.25V

就电压达到了

然后接下来就是充电电流要小于一定的值

小于一定值

比如说我这里设定这个是 100mA

小于这个值

我们还会有一个其实还会有一个

就是说我们还会有一个两个时间窗口

两个时间 40 秒的时间窗口来认为

就是说在这个 40 秒的时间窗口内

你还是需要有一定的那个电量来积分到一定的电量

因为我们设定的条件就是为了避免

比如说充到 500mAh 的时候

我突然拔掉充电器了

我不去充电了

这种条件下充电电流为零

它也是可以满足这个 Current 小于这个 taper current 的

所以我们会有一个这样的两个时间窗口

还是要积分到一定电量

就从而避免这种拔掉电池，拔掉充电器这种现象

接下来我们看这个 SOC 等于 0 的时候

这个 SOC 等于 0 主要是基于截止电压

因为这个是跟系统相关

就系统到了我们时间

或者我这个电芯到某个地方我就不能再放电了

再放电可能系统会不稳定

或者就是说对我电芯的寿命有影响

所以我们这个认为 SOC 等于 0 的这个点

我们就设定一个截止电压

只要你达到这个电压

我们就需要去就是认为 SOC 就是等于 0

所以就是说这个按照 discharger

就是说截止的精度

其实我们主要是想说的

就是说我们还有多少能量

可以用放到0%

然后截止充电的这个精度

主要是我还有多少时间去把它充到百分百

到了这里就是稍微展开一下

就是这个蓝色曲线是我们开路电压

然后假设我们现在电池放置了很长时间

这个它的电压非常稳定

我们就通过这个开路电压

我们知道它在这里

我们接下来往下看

这个三条曲线是不同的放电电流

假设我们先是

假设我们是以这条蓝色的曲线

那我们认为充满了就是可用的容量

就是说从这点到这个

就是说到 3V 的时候

这个就叫除了 True FCC

就是说我们的缓冲能量或者叫可用容量

然后从这个点从当前点然后到这个 3.3V 的地方

我们就叫剩余流量

从这个图上看

这个 FCC、RM 其实是随着负载它是会变化的

所以我们真正的就是这个 SOC 就是等于剩余容量

除以这个 FCC

其实这个安全性方面

其实我们前面也提到

就是说在现在 TI 有些电量计

尤其是针对一些快充的大电流的那个电量计

我们会把那个保护也集成在里面

然后 MOSFET Driver 也在里面

然后随着你这个内阻到那个 SOC 电阻

测量电流的电阻越来越小

现有的一些那个保护 IC

它这个可能就会满足不了这些要求

就因为比如说现有的 IC 可能最小的

那个过流保护点可能是十多毫伏

当你用 1mΩ sense 电阻的时候

那你的保护点是 15A

那你的保护点是 15A

15A 对一个手机应用上来说

这个是 15A 是很难去达到的

也就是说在这种条件下

其实这个保护可能就有点形同虚设一样的

所以 TI 的这个我们提供的这个保护之后

因为我们有准确的电流测量

我们可以提供软件的保护

然后我们还会有一个硬件的比较器的这种保护

所以就是说 TI 在把这个保护和那个电量计集中在一起之后

可以提供正常的保护

而且可以减少你这个板子 PCB 的面积

那这个关于 TI 的电量计

我这边主要介绍到这里