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电池电量监测技术主要是用来报告电池的容量，同时它一般也可以提供电池的健康状态和电池的满充容量。1.2、概要介绍a、电池化学成分基本知识b、传统的电池电量监测方法-基于电压-库仑计数c、阻抗跟踪技术及其优势1.3 第一部分：电池化学成分基本知识首先给大家介绍的是一些跟电池电量计量有关的一些电池化学成分的知识。【图为：锂离子电池放电曲线：最优运行时间】
这里的三张图是在不同情况下测到的锂离子电池放电曲线图。随着放电速率、温度和老化情况改变关断电压可提供尽可能长的运行时间。从这些图中我们首先可以看到，在室温小电流情况下电池的电压在 3.5V之后会很快的发生跌落，虽然系统可以支持的最低电压可以到 3.0V 或 3.3V，但是由于到 3.5V 之后电压会很快跌落，为了避免突然关机造成的数据丢失或者加载文件的电路突然中断，客户的应用系统通常的倾向于把电池的最低容量为零的参考点设置为3.5V，如果在低温或者大电流的情况下，或者在电池非常老化的情况下，如果还是把 3.5V 作为电量为零的参考点，那就好造成电池的可用容量大大的减少，大家可以从这些曲线上可以看到，在大电流情况下，基本上一开始放电的曲线V 了，那么在老化或者低温的情况下也是类似的，所以如果固定的以 3.5V 作为容量为零的参考点，那在低温或者大电流情况，或者是接近老化的情况下，会造成所报告容量的缩减，为了避免这种情况，电池的容量需要根据温度、放电速率、电池的老化程度进行调整。1.4 电池化学容量 Qmax
关于电池电量监测技术里面，有一个比较重要的概念，就是电池的化学容量 Qmax。在这张图里面，红色的曲线V 的横坐标交叉点，对应的值就是 Qmax。这个曲线C 的情况下测出来的，因为要测得 Qmax 必须保证负载电流足够的小，理论上 Qmax 是指电流趋近于零时所能放出来的容量，但实际情况下，工程技术上是用很小的电流来做 Qmax 的测定，这里我们是用的 0.1C 的电流。那什么是 0.1C 呢？C 这个概念在电池电量管理里面就是指电池的放电速率，1C 实际就是指如果电池的容量为 2200mAh，电流为 2200mA 就是 1C，所以概念上就是 1 小时内将 1 节电池完全放空所需要的电流。因此 2200mAh 的电池对应的放电电流就是 2200mA，那 0.5C 的放电电流对应的就是 1100mA。在这张图里面所提到的 EDV 指的是系统或者电池本身能够支持的最低电压。1.5 可用容量 Quse
还有一个对应的容量就是可用容量。因为刚才讲的是电池的化学容量，电池的化学容量是在电流很小的时候测得的容量，它更多的是由电池本身的特性决定的。那实际在电池的使用过程中，这么多容量不是都能够放得出来的，在实际的使用过程中，由于有一定的放电电流，所以放电曲线会比开路电压曲线低，大家可以看到这条曲线，由于存在电池的内阻，实际的放电曲线是蓝色的这条曲线，由蓝色的曲线和红色的曲线对应的值得到 Quse，Quse 实际指的是电池的可用容量，在这张曲线中我们发现，由于电池内阻的存在使这个曲线的位置往下移了，那么放电的时候会更早的达到放电终止电压，也就是更早的达到 EDV，所以 Quse一般是小于 Qmax。从这个曲线中我们也可以看出，电流越大，Quse 会越小.。在这曲线当中，I*Rbat 就是指的由于内阻的存在，造成电池端电压的下降。1.6 电池电阻
电池的内阻对电池电压的监测是有很重要的影响的。基本的公式可以用这样一个公式来表示电池的内阻对电池电量监测的影响：V=Vocv-I*Rbat这个公式里面 Vocv 指的是电池的开路电压，I 是指充放电电流，Rbat 是指的电池的内阻，V 是指电池的端电压。电池的阻抗实际是受很多因素影响的，受到环境温度、电池的容量百分百、电池的老化程度的影响。它是这些变量中一个非常复杂的函数。现在要得到这个函数的具体表达式是非常困难的，所以实际经常用实测的方法来得到阻抗，也就是用差分表的方法来得到阻抗。那么这个电池的内阻通常在 100 次充放电之后会增加 1 倍，这是一个经验值。同一批电池之间的偏差控制得比较好的大概可以控制在 10~15%左右，不同电池的制造商生产的电池内阻的偏差往往会更大。所以电池是在生产当中很难把它的偏差控制得小的一个变量，电池的内阻是一个非常难控制的变量，也是非常重要的一个变量。1.7 电荷状态（SOC）
刚才讲到的是 SOC，SOC 实际是指的容量百分比，也就是大家经常在使用手机或者平板电脑的时候屏幕角上的容量百分比，容量百分比的意义是说电池在某种状态下到放空之间还剩余多少电量。英文的缩写叫 SOC，也就是State Of Charge，所以也可以直接翻译成电荷状态，因为 Charge 就是指的电荷的意思。那么显然对一个充满了的电池电压百分比，或者电荷状态，就等于 1；对一个完全放空的电池电压百分比就等于 0。所以电压百分比的公式。SOC 等于这条曲线上的 Q（状态A时对应的剩余容量）除以电池的化学容量 Qmax。跟电量百分比对应的一个概念是 DOD，DOD 指的是放电的深度，英文是 Depth Of Discharge。那显然在充电百分比或者容量百分比为 1 的时候，那么放电深度应该是 0；反过来容量百分比为 0 的时候，放电深度就应该是 1。我们在 TI 的很多文档当中会碰到 DOD 这个概念，DOD 实际上和 SOC 是一个相对的概念，它们表示的实际上是同一个意思，就是电池里面剩余的电量是多少，或者说这个电池从满充状态已经放了多少电了，是表示这种程度的。1.8 抗阻与温度和 DOD 有关
那么电池的阻抗受影响比较大的有温度和容量百分比，也可以用刚才所说的放电深度来表示，也就是 DOD 来表示。从这张曲线我们可以看出一些基本的趋势，从图中可以看出放电百分比越大、放电深度越大，那么电池的内阻就越大，因为这条曲线上纵坐标指的是电池内阻，它的单位是欧姆；横坐标指的是放电百分比，也就是 DOD。不同颜色的曲线表示的是不同温度下测得的数据，显然在同一个温度下面，放电百分比越大，也就是放电越深，那它的电池内阻就越大。那么我们在这张图上还可以看到，在同样的 DOD 下，也就是同样的容量百分比下，温度越低，电池的内阻也相应的越大。这是一个基本的概念，这是大家要对电池所形成的一个基本的认识。1.9 抗阻和容量随老化而改变
电池的内阻除了和温度、容量百分比有关，另外一个影响比较大的因素就是电池的使用年限，也就是电池的老化程度。一般电池在100次重放电之后，化学容量会减少 3~5%，这个容量减少还不是很显著，但是它的阻抗变化就比较显著了，在100 次充放电之后阻抗可以增加几乎 1 倍。大家可以从这 2 张图中看出来，左边的这张图是第 1 次和第 100 次的放电曲线画在一起的一张图，从这张图中可以看出来放电次数的增加对容量减少的影响还不是很大。但是放电速率的增加对内阻的影响是很大的，右边这张图指的是电池的内阻和放电次数增加的关系，这里面有很多条曲线，这张图的横坐标是测电池内阻时所用的频率，纵坐标是指电池的内阻。这张图中我们可以看出来，在频率很低的情况下，最下面的那条曲线 次在不同频率下测得的一条曲线，最上面的那条曲线 次在不同频率下测得的电池内阻的曲线 条曲线在纵坐标交点的值基本相差了 1 倍，所以说 100 次循环之后，电池的内阻增加了 1 倍。这里的内阻横坐标用的是频率，表示在频率很低的情况下，内阻的变化随着循环次数的增加是很显著的，但是反过来讲，随着频率的升高，比如说：测试负载的变化频率升高到 1KHZ 的时候，内阻的变化基本可以忽略不计了，大家可以看到这么多曲线基本都汇聚到同一点去了。那么实际上对我们电池电量监测影响大的是什么样的阻抗呢？是在频率比较低或者是直流情况下的阻抗，所以我们应该看右边这张图曲线 个交点，从这个交点上我们可以看出，循环次数对电池的直流内阻影响。1.10 新电池的阻抗差异
这张图表现的是新电池阻抗的差异。电池的工艺结构上是一层一层叠起来或者一层一层卷起来的，所以电池正负极之间从外部看上去，可以看到有电容的特性，也有电阻的特性，也有电感的特性。所以整个电池来讲，如果要测量它的阻抗，阻抗可以分为实布和虚布，在这张图中，我们用一个交变的负载去测定电池的内阻，这个电池的变化频率，也就是负载电流的变化频率，是从 1KHZ 变到 1mHZ，1KHZ 的概念大家经常接触到，就是 1 秒钟变化1000 次；1mHZ 就是 1000 秒变化 1 次，这个变化频率就相当缓慢了，也就是说测的其实是一个直流的阻抗。在这 2 张图里面，大家可以看到，直流阻抗是随着频率的降低单调的线性增加的，但是交流阻抗它有一个变化的趋势，一开始是小，后续慢慢的变大，然后又变小，最后又变大，这是由于电池内部存在电容和电感这些因素综合影响造成的。但是直流阻抗是单调的增加的，随着频率的降低，直流阻抗是越来越大的。那么对电池电量监测技术来讲，我们关心的是 1mHZ 时的直流阻抗，从这张图中我们可以看到，1mHZ 情况下，电池阻抗的偏差还是有15%左右，这个 15%左右的阻抗偏差会造成在如果是 1C 电流放电，电池的端电压和开路电压压差 40mV 低温情况下，如果你使用的算法是根据电压来判断容量，大概会引起 26%左右的容量误差。1.11 电池剩余容量（RM）
下面介绍的是电池的剩余容量。剩余容量是指当前状态放到 EDV 的电池容量，EDV也就是终止放电电压。图中当前状态 A 在一个给定的电流下进行放电，放电到 3.0V 的时候，对应的剩余容量从图中标出的就是 RM1。那如果在状态 A 的情况下，同比较大的电流放。 竞技宝官网app |
