磷酸铁锂电池应用中的阻抗跟踪电池电量计技术

实例计算

来看一下一个使用A123系统TM1100-mAh 18650磷酸铁锂/碳精棒电池的3s1p配置电池组。这种电池类型的TI化学ID编码为404。这种电池将用于50℃左右正常温度的存储系统中。放电率为1C，且一个5-mΩ检测电阻器用于电量计，目的是进行库仑计数。

如表1所示，化学ID 404的OCV测量的不合格电压范围为3274mV（最小值，即 ~34% SOC）到 3351mV（最大值，即 ~93% SOC）。大多数磷酸铁锂电池都有非常宽的不合格电压范围（参见化学ID 409进行对比）。然而，根据具体的电池特性，为浅放电Qmax更新找出一个更高的最小不合格电压是可能的。化学ID为404时，将这一值升高至3322mV是可能的，从而允许3309到3322 mV的浅放电Qmax更新窗口（请参见图2）。设计人员可以使用这种中间范围低误差窗口，实现数据闪存修改。由于仅能对高和低不合格电压范围进行设定，因此主系统必须保证在 3309mV 以下不会进行更低的OCV测量。（随着关联误差的增长，OCV测量误差在3274和3309mV之间急剧增加。）虽然仅有一个13-mV窗口在更低OCV测量时起作用（3322 – 3309 mV = 13 mV），但其对应于一个70%到64%的SOC范围。

磷酸铁锂电池具有非常长的松弛时间，因此我们可以将数据闪存参数“OCV 等待时间”增加至 18000 秒（5 小时）。由于电池的正常工作温度得到提高，因此参数“Q无效最大温度”应修改为55℃。另外，“Qmax最大时间”应修改为21600 秒（6 小时）。

图2:1-mV电压误差的SOC关联误差

要将Qmax通过电荷从37%降低至10%，需要修改“DOD最大容量误差”、“最大容量误差”和“Qmax滤波器”，因为它们都会影响OCV1和OCV2测量之间的不合格时间。“Qmax滤波器”是一个补偿因数，其根据通过电荷来改变Qmax。

设置这些参数的目的是基于测得的通过电荷获得1%以下的“最大容量误差”，包括ADC最大补偿误差（“CC 静带”）。但是，需要对这些值进行一些修改，以允许浅放电Qmax更新。

实例1:Qmax更新超时期间

要获得1000-mAh电池10-mΩ检测电阻器1%以下的累积误差，以及硬件设置10μV固定值的“CC 静带”，Qmax更新的超时期间由下列情况决定：

10 μV/10 mΩ = 1-mA 补偿电流。

1000-mAh 容量× 1% 允许误差=10-mAh 容量误差。

10-mAh 电容误差/1-mA 补偿电流=10 小时。

因此，从开始到结束，包括休息时间，仅有10小时可用于完成一次Qmax更新。10小时超时以后，一旦电量计进行其下一个正确OCV读取，计时器便会重新开始。

实例2:数据闪存参数修改

在使用带有一个5-mΩ检测电阻器的1100-mAh电池设计方案中，可以使用相同方法计算得到Qmax更新的超时期间：

10 μV/5 mΩ = 2-mA 补偿电流。

1100 mAh × 1% = 11 mAh。

11 mAh/2-mA 补偿电流= 5.5 小时。

这种情况下，需要放宽容量误差百分比，以增加Qmax超时。将“最大容量误差”（从1%的默认值）修改为3%，得到：

1.1 Ah × 3% = 33 mAh

其会增加 Qmax 不合格时间到：

33 mAh/2-mA 容量误差=16.5 小时。

需要将“DOD容量误差”设置为2倍“最大容量误差”，因此可以将其改为6%（默认值为2%）。

根据通过电荷的百分比，需要按比例减小“Qmax 滤波器”的默认值 96：

“Qmax 滤波器”=96/(37%/10%) = 96/3.7 = 26

表2显示了电量计评估软件中典型的数据闪存参数，必须对其进行修改以实现浅放电 Qmax 更新。这些特殊参数均为受保护（归为“隐藏”类），但可以由TI的应用人员解锁。本表格所用举例电池组为前面所述电池组，其为一种使用A123 1100-mAh 18650 LiFePO4/碳精棒电池（化学 ID 为 404）的 3s1p 电池组。

表2:根据系统使用情况可以由TI应用人员修改的一些受保护数据闪存参数

1、 该参数在黄金影像 (golden image) 过程期间很重要。如果使用的是标准4.2-V锂离子电池，且仅将其充电至4.1V系统电平，则在电池充电至4.2V以后进行首次Qmax更新仍然必要，目的是满足90%容量变化的要求。根据电量计设定的化学ID编码，对规定电池容量即“设计容量”和估计DOD的容量变化进行开始和结束点检查。

2、 计算 Qmax 时，宽范围温度变化会引起误差。在高或低温下正常工作的系统中，对该参数进行修改是必要的。

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