利用阻抗跟蹤電量計改善電池備用系統的LiFePO4電池平衡

TI 的阻抗跟蹤電池電量計技術是一種專有算法，它可獲取隨時間變化的電量和阻抗信息，從而精確地計算出充電狀態（SOC）和剩余電量。

電池備用電源應用中，每隔幾天電池便會出現短暫的充電以對自放電進行再補充，很少會出現完全放電的情況。在處理這種應用時，我們需要知道一些特殊條件。使用磷酸鐵鋰（lithium-iron-phosphate，即LiFePO4）電池時，必須關閉電量計的平衡功能，或者必須使用一種增強型固件。本文將介紹一款TI專門為bq20z45-R1電量監測計而開發的固件，它對數據閃存參數進行編程以實現正常電池循環和最佳的平衡結果。我們還將介紹當正常工作狀態下閉關平衡功能時實現離線電池平衡的一些原則。

圖1顯示了TI經過約10年的分析所得出的所有鋰離子電池的單電池、開路電壓（OCV）電壓密度曲線圖與放電深度（DOD）的對比情況。（DOD剛好為1/SOC。）您可以看到，SOC曲線的很大一部分，LiFePO₄電池的電壓均非常扁平。這種電壓扁平，導致很難通過阻抗跟蹤算法精確地估算電池平衡所需的SOC。在充電結束時（約0% DOD），電壓上升明顯，其導致明顯的電池到電池電壓發散，從而進一步使SOC估算和電池平衡變得更加復雜。

圖1 鋰電池的電壓密度曲線

消除工作期間的Q_max更新

在現場運行時，允許無Q_max更新。盡管不要求，但是一種高度可靠電池備用電源應用的理想情況是，通過制造工藝期間的完全放電來確定封裝的Q_max。知道Q_max以后，無需再更新Q_max。

確定初始Q_max的事件

表1顯示了bq20z45-R1的典型增強型數據閃存參數，其固件為7.02版，必須通過TI的bq評估軟件工具進行修改，以實現一次Q_max更新。這些特殊參數均受到保護（類別為“隱藏”），但可通過TI的應用技術人員解鎖。表1的電池參數來自TI數據庫，用于404化學ID的2串聯、2并聯（2s2p）2500mAh LiFePO₄電池組。該表還列舉了必須根據這些特性對數據閃存參數進行的一些修改。“C配置運行”寄存器修改，實現了7.02固件提供的一些新功能。“OCV等待時間”和“最大三角V”修改，可在充電完成后立即進行OCV測量。“最大電量誤差”和“Q_max濾波器”修改，給更小電量電池的Q_max更新留出更多的時間（原因是使用18650尺寸的LiFePO₄電池一般僅有1100mAh電池）

一旦默認值被改變，便可利用這種方法實現一次理想的Q_max更新。

表 1 TI 應用人員可以根據系統特性解鎖的受保護的數據閃存參數

1、Q_max更新周期開始

在一次完全充電以后電池閑置時應開始Q_max更新周期。理想情況下，電池應盡可能地“休息”。但是，如果由于板上電路，電池組有較高的自放電電流，則這種等待時間可短至2小時。

2、完全充電與有效OCV信息獲取

當充電終止時，在電池電壓穩定以前，必須發送IT激活命令（0X0021）來阻止獲取OCV信息。之后，應盡可能地允許電池休息。壓降期間，LiFePO₄電池組的一節電池往往會在充電末尾逃離。通過充電至更低電壓（每節電池3.5V），或者在一節電池的電壓超過或者低于其它電池20mV時關閉充電器，可以防止這種電壓偏移現象出現。

就化學ID404而言，如果電池休息以后，電池組的電池最低電壓為3353mV或者更高，則可開始放電程序。如果休息期間，有電池電壓降至3353mV以下，則要求開始另一個充電周期，以充滿電池，必須再次開始該過程。不同電壓適用于不同的化學ID。更多詳情，請參見《參考文獻1》和本文結尾處的“相關網站”。

再次發送IT激活命令，以開始Q_max更新過程。在發送該命令以后，在放電開始以前需等待5分鐘，原因有兩個：（1）清除5分鐘積累的庫倫計數字濾波器；（2）讓電量計有時間在激活命令發送以后完成計算工作。

3、放電與休息

電池應放電至空電量，也即電壓降至最小不合格電壓以下。電池休息時，其電壓上升。在“Q_max最大時間”設置規定的完整休息時間加上5分鐘緩沖時間期間，所有電池電壓都必須保持在最小不合格電壓以下。

4、Q_max更新完成

可從數據閃存“狀態”補償82/Q_max電池補償0-8讀取已更新的Q_max值。如果Q_max未知或者未更新，則重新開始更新周期，這樣電池便被再次充電至全電量，發布正確的命令，并且允許電池休息。