MODELGAUGE电池电量计技术

ModelGauge™是专有技术,用于我们大多数通用、最高精度的电池电量计IC。ModelGauge电量计满足较宽范围的设计要求,例如高精度、低成本和低功耗工作。通过以下内容可了解电池电量计工作原理,以及ModelGauge技术为什么能够在各种应用中提供最佳结果。

电池电量计基础


电池电量计用于估算电池的剩余电量,为电池供电设备的用户界面提供显示电池状态所需的信息。简单的电池状态指示可能由低成本设备的5段LDC图形组成,精密的视觉指示也提供估算的剩余工作时间和定期电池报警。

早期电量计采用库伦计数技术估算设备使用的电量,然后将其从电池总电量中减去,从而提供剩余电量指示。库伦计数技术要求测量供电通路的电流,这就要求输出通路采用检流电阻,该检流电阻在设备工作期间将持续消耗功率。该项技术目前仍在使用,尽管通常采用专有的算法来提高精度。

监测电池充电状态的另一种途径是测量电池的开路电压。在大多数电池化学特性中,电池的开路电压与其充电状态相关。作为简单表示,电池充满电时的开路电压通常为最大值,电压随着电池电量减少而降低。电压下降通常不是线性的,与温度有关。为获得高精度充电状态,使用开路电压检测要求知道电池的特性。为获得随时间和温度变化的高精度特性,可应用基于电池试验的算法。

利用开路电压估算电池电量的优势之一是供电通路不要求电流检测电阻,从而降低功耗。

注意,每种类型的电池电量计都需要被监测电池的相关信息,才能提供高精度结果。

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ModelGauge算法概览


ModelGauge电池电量计算法是拥有专利的方法,具有如下优势:

  • 最佳电池计量精度
  • 最长电池工作时间
  • 最小方案尺寸
  • 高度安全和可靠性
  • 最快上市时间

ModelGauge采用多种算法:

  • ModelGauge
  • ModelGauge m3
  • ModelGauge m5

原始ModelGauge算法使用实测电压估算电池电量。这种电压检测算法在许多条件下具有高精度,同时提供诸多益处,例如低成本、低功耗和最小方案尺寸。

经过对原始ModelGauge算法进行改进,为更多应用提供较高精度。ModelGauge m3在原始电压检测算法的基础上增加了库伦计数。

ModelGauge m5算法在ModelGauge m3基础上提高了精度,以及附加特性,包括充满时间(充电时)以及Cycle+老化预测,该功能估算电池何时开始加速寿命结束。

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ModelGauge


原始ModelGauge算法开发用于在不使用电流检测电阻的情况下高精度估算电池电量。省去库伦计数电量计要求的电流检测电阻后,可降低功耗、减小方案尺寸。电池开路电压(OCV)与电池充电状态(SOC)密切相关。拥有专利的ModelGauge算法利用电池特性及实施仿真估算电池开路电压(OCV),包括电池带载的情况。参见图1。

根据估算的OCV确定SOC
图1. ModelGauge:根据估算的OCV确定SOC

ModelGauge算法基于估算的充电状态(SOC),不受容量随时间发生漂移的影响,精度高于电流测量电量计,请参见图2和3。

 

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ModelGauge m3/ ModelGauge m5


ModelGauge m3/m5算法在原始ModelGauge开路电压(OCV)算法的基础上增加了库伦计数,提高精度。相对于OCV,库伦计数技术本身的短期精度更好;但时间较长时产生失调漂移,造成精度严重下降。ModelGauge m3/m5算法利用OCV算法定期消除库仑计引起的失调误差。

每天利用OCV对充电状态修正200,000次
图4. 每天利用OCV对充电状态修正200,000次

两种方法相组合,在较宽条件和时间范围内具有较高精度,但功耗较高、方案尺寸较大、成本较高。请参见图4和5。


图5. ModelGauge m3/m5误差与ModelGauge误差和库仑计误差的比较。

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ModelGauge m5


ModelGauge m5算法与ModelGauge m3算法类似,但在更宽泛的条件下提供较高精度。ModelGauge m5包含称为Cycle+的老化预测算法,预测电池何时开始由于老化而导致容量下降。提供一种“收敛至空”算法,消除电量接近于空时的充电状态误差。此外,还拥有多种自适应机制,学习电池容量随电池老化发生的变化。

算法提供的附加输出不仅限于充电状态(SOC),包括充电时的充满时间,以及自首次上电以来的时间。

算法能够记录电池终身寿命内的13个关键参数。如果发生与电池寿命或电池性能相关的事项,可使用这些参数进行故障分析。

此外,m5提供简便的配置接口。所有电量计都需要关于被监测电池的信息,才能提供高精度结果。ModelGauge和ModelGauge m3算法要求的数据来自于工厂的电池特征分析过程;而ModelGauge m5允许使用软件界面现场配置,用户可提供基本的电池(组)信息。软件界面接收用户输入并将其转换为m5算法所需的寄存器信息、保存数据,以及将数据装载到m5芯片。这允许用户在现场编程ModelGauge m5 Ez产品,无需工厂特征分析。该配置过程在不需要深层电池特性的情况下提供极高的精度。然而,如果客户需要,m5产品仍然可提供特征分析服务。

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总结


ModelGauge电量计算法提供业界最高精度的电池充电状态,适用于较宽范围的应用。在初步了解ModelGauge技术后,现在您可根据具体应用选择最佳产品。请访问我们的电池电量计产品页面,开始进行选择。

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