应用笔记 4189

获取锂离子(Li+)电池参数,用于基于开路电压(OCV)的电量计测量


摘要 : DS2786是一款基于开路电压的电量计,能够报告锂离子电池总储存电量。该器件在出厂前已经建立了理想的OCV曲线,可以精确估算Li+电池的剩余电量。DS2786 OCV电量计的精度可通过实际应用条件下的Li+电池特性参数改善。

引言

基于开路电压(OCV)的独立式电量计DS2786可根据空闲状态下电池的开路电压估算可充电锂离子(Li+)电池的可用电量。器件按照储存在IC中的查找表,利用开路电压确定电池的相对容量。DS2786出厂前,EEPROM中已经建立了理想的OCV曲线。根据实际应用中锂离子(Li+)电池的充/放电参数获取OCV曲线,以提高DS2786的精度。

本应用笔记描述了基于OCV电量计应用中获取Li+电池参数、采集并处理数据,而后将数据载入DS2786K评估软件的方法。

获取Li+电池参数的步骤

  1. 确定满电量和空电量点
    提取Li+电池参数的最佳方法是创建一个尽可能与实际应用接近的环境。其中包括保护电路、放电曲线(包括实际应用中有效电流和待机电流的典型值)以及充电曲线。因此需要模拟电池充电和放电过程,并监控和记录电流和电压。

    满电量点(100%电量)是指充电电路对Li+电池充满电时的容量。空电量点(0%电量)是指有效空电量点、待机空电量点或电池中剩余的绝对电量。

  2. 获取电池参数
    在基于OCV电量计应用中提取Li+电池参数可在室温下进行。最好至少采用3节电池执行下列步骤,获取平均OCV曲线。

    1. 电池充电达到满电量点。
    2. 电池放电达到0%,学习电池容量,以mAh为单位进行记录。
    3. 电池充电达到满电量点。
    4. 电池空闲60分钟。
    5. 记录100%时的开路电压。
    6. 以大约0.2C的速率,将电池放电5% (基于步骤2中的电池容量)。
    7. 电池空闲60分钟。
    8. 记录95%时的开路电压。
    9. 重复执行19次6-8步骤,直到电池容量为0%。

  3. 数据分析
    表1为典型电池的采样数据,由Maxim Integrated提供。20对电量/OCV数据分为9组,并存储到DS2786的EEPROM。100%和0%时的对应数据必须存储到器件中。选取其他7对数据来近似代表全部参数。表2为挑选出的用来近似表1中数据的9对数据。图1为表1和表2中数据的比较。

    表1. 典型Li+电池的OCV特性数据
    Capacity (%) OCV (V)
    100 4.177454
    95 4.129486
    90 4.085934
    85 4.045427
    80 4.008118
    75 3.974769
    70 3.945074
    65 3.917968
    60 3.884009
    55 3.841219
    50 3.820965
    45 3.805737
    40 3.79325
    35 3.783504
    30 3.775129
    25 3.762185
    20 3.741018
    15 3.7098
    10 3.686654
    5 3.674776
    0 3.305545

    表2. 存储在DS2786中的OCV参数数据
    Breakpoint Capacity (%) OCV (V)
    8 100.0 4.177454
    7 82.5 4.026773
    6 60.0 3.884009
    5 55.0 3.841219
    4 40.0 3.79325
    3 25.0 3.762185
    2 10.0 3.686654
    1 5.0 3.674776
    0 0.0 3.305545

    图1. OCV特性数据和9个近似分界点
    图1. OCV参数数据和9个近似分界点

  4. 数据存储
    最后一步是设置即将数据存储到DS2786的EEPROM中。采用DS2786K评估软件可以很容易地将数据转换成适当的格式以存储到EEPROM中。只需将表2中的数据载入DS2786K的Parameters标签,如图2 所示。此外,应将电池容量(参见第2步)输入Initial Cell Capacity文本框。然后点击Write & Copy按钮。确保设置电压施加到DS2786的VPROG引脚,从而正确编程EEPROM。

    图2. DS2786K评估软件的Parameters标签
    图2. DS2786K评估软件的Parameters标签

结论

Maxim基于OCV的电量算法可精确跟踪实际应用中Li+电池充放电时的电池容量。只要用Maxim公司提供的评估软件采集、存储电池特性数据,电量计就能精确计算电池剩余电量。