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如何校准“智能”电池

时间:2023-02-02 14:19:48 点击:

如何校准“智能”电池

在设计电量计时,工程师通常会误判电池永远保持年轻。与人一样,必须考虑电池老化和变化特性以保持准确性。花哨的电量计会让人误以为显示的电池读数是正确的。对于手机或笔记本电脑的普通用户来说,电量计误差只是一种轻微的刺激,但对于医疗和军事设备,以及依赖于精确范围预测的无人机和电动传动系统,问题就会升级。

代表实际储能的化学电池仍然是主体,而数字电池则依靠从充放电循环中获得的信息来提供外围支持。但与所有精密机器一样,精确的设置开始发生变化并需要调整。同样需要定期校准的 SMBus 电池也会发生这种情况。Apple iPad 的说明如下:“为了正确报告 SoC,请务必每月至少进行一次完整的充电/放电循环。”

图1演示了与化学电池漂移的数码电池;校准校正跟踪误差。累积误差与应用程序相关,图表上的漂移被强调以产生影响。

图 1:作为时间函数的电化学和数字电池跟踪
随着使用和时间的推移,电化学和数字电池逐渐分开;校准纠正错误。

注:累积误差与应用相关;图表上的值被强调了。

智能电池利用偶尔的完全放电进行自我校准,但在现实生活中这种情况很少发生。大多数放电是间歇性的,深度随机。此外,负载特征通常包含难以捕获的高频脉冲。部分放电的电池可能会被部分充电,然后存放在温暖的房间里,导致无法追踪的自放电升高。这些异常增加了随着使用和时间而放大的显示错误。

为了保持准确性,应定期校准智能电池,方法是在设备中运行电池组,直到出现“电池电量低”,然后再充电。完全放电设置放电标志,完全充电建立充电标志。允许 SoC 估计的这两个锚点之间形成一条直线。随着时间的推移,这条线再次变得模糊,电池需要重新校准。图 2说明了完全放电和完全充电标志。

完全放电和完全充电标志
图 2:完全放电和完全充电标志[1]

通过完全充电、放电和充电进行校准。作为电池维护的一部分,这是在设备中或使用电池分析仪完成的。

电池分析仪是校准智能电池的重要工具。分析仪为电池充满电,然后进行受控放电,提供化学电池的所有重要容量读数。这种放电测量比库仑计数通过捕获数字电池过去的放电事件提供的读数更真实。

电池应该多久校准一次?答案取决于应用程序。对于持续使用的电池,应每 3 个月或 40 个部分循环后进行一次校准。如果便携式设备自行定期进行完全深度放电,则无需额外校准。

如果不定期校准电池会怎样?这样的电池还能放心使用吗?大多数智能电池充电器遵循化学电池而不是数字电池的指示,并且不存在安全问题。电池应该可以正常工作,但数字读数可能会变得不可靠。

一些智能电池具有阻抗跟踪功能。这是一种自学习算法,可减少或消除校准需求。但是,如果需要校准,则可能需要多个循环而不是一个循环才能获得与标准系统相同的结果。

最大误差

化学电池和数字电池之间的精度由最大误差来衡量。Max Error 代表“最大误差”,以百分比表示。读数低表示准确度高,随着部分周期的准确度降低,最大误差数稳步增加。这个监督看门狗可以比作医生,他通过数字来衡量医疗状况。

一些制造商建议以 8% 的最大误差进行校准;读数超过 12% 可能会触发警报,而 16% 可能会使电池无法使用。没有统一的标准来确定什么最大错误级别需要服务或什么构成错误;每个电池制造商都遵循自己的建议。

屏幕截图

SMBus 系统提供丰富的信息,包括电池制造日期、电池型号和序列号、容量、温度和估计运行时间,以及低至电池级别的电压。工程师很高兴将所有这些数据都放在一个表中,但细则可能比提供帮助更让用户感到困惑。医院里一位忙碌的护士、值班警察和战斗中的士兵只有一个问题:“电池能维持我的任务吗?” 图 3显示了存储在 SMBus 电池中的数据的屏幕截图。

图 3:SMBus 电池的通用屏幕截图[2]
数据以表格形式组织以帮助分析,这种格式不太适合日常电池用户。通过软件工具进行访问。

就电池健康状况 (SoH) 而言,特别感兴趣的是完全充电容量 (FCC)、隐藏在表中的大量其他信息中的库仑计数。FCC 可用于以合理的精度估算电池 SoH,而无需应用完整的放电循环来测量容量。如果电池在充满电和偶尔深度放电的情况下循环,则可以获得最佳精度。如果偶尔使用,则需要不时进行涉及完整放电/充电循环的有意校准以保持准确性。