計(jì)量精度及其他影響精度因素的詳細(xì)計(jì)算步驟

在本系列的第1部分中，我說(shuō)說(shuō)明了測(cè)量精度與計(jì)量精度的區(qū)別。其中，強(qiáng)調(diào)了計(jì)量精度取決于您向所選算法內(nèi)所輸入變量（電壓、電流和溫度）的精度，以及算法的穩(wěn)健性或用于不同電池使用情況的能力。另外，還指出您可以通過(guò)檢查剩余電量，確定電量計(jì)在接近終止電壓處報(bào)告值為0%，且SOC沒(méi)有明顯的跳變，從而評(píng)估電量計(jì)的精度。

另外一個(gè)更有效的做法就是計(jì)算電池整個(gè)放電曲線對(duì)應(yīng)的電量計(jì)的精度。您也可以使用充電曲線計(jì)算，但由于用戶(hù)更關(guān)心電池放電的精度，因此，常使用電池放電曲線評(píng)估。

以下便是計(jì)算計(jì)量精度的詳細(xì)步驟：（下載Excel表單，其中包含實(shí)際的數(shù)據(jù)和公式）

1.在這一包含電壓、電流、溫度和報(bào)告SOC數(shù)據(jù)的Excel中建立一個(gè)電量計(jì)日志。在本系列的第1部分中，我提到您可以使用bq Studio、一個(gè)TI電量計(jì)EVM或任何其他電量計(jì)以及一個(gè)Arbin或Maccor儀器提取電量計(jì)日志。在本例中，我將使用來(lái)自bqStudio和一個(gè)TI電量計(jì)EVM的電量計(jì)日志進(jìn)行說(shuō)明。

2.為計(jì)算得到的通電量(dQ)創(chuàng)建新的一列。日志文件應(yīng)從充滿(mǎn)電的狀態(tài)開(kāi)始，至達(dá)到零值（或放電停止時(shí)）的終止電壓處結(jié)束。使用以下Excel公式計(jì)算每列通電量：

Calculated_dQ = current_reading的滾動(dòng)總和* time_since_last_log_point.

Excel公式：(ElapsedTimeN+1– ElapsedTimeN)*|AvgCurrentN| /3600+ Calculated_dQN.（由于經(jīng)過(guò)時(shí)間是以秒為單位計(jì)的，所以需將其除以3600，換算成以小時(shí)為單位的數(shù)據(jù)。Calculated_dQN-1是計(jì)算得到的前一通電量。）

FCC_true = 綜合容量，從完整充滿(mǎn)電的狀態(tài)到終止電壓。

Calculated_RM = FCC_true – Calculated_dQ。

Excel公式：$FCC_true – Calculated_dQN.

3.檢查電池的實(shí)際滿(mǎn)電量，是所有通電量的總和：

4.為放電曲線的每個(gè)點(diǎn)創(chuàng)建一個(gè)新列，并計(jì)算電池的剩余電量（Calculated_RM）：

5.在新列中以百分?jǐn)?shù)表示出每個(gè)點(diǎn)電池的實(shí)際剩余電量（Calculated_SOC）：

Calculated_SOC = Calculated_RM / FCC_true * 100.

Excel公式：Calculated_RM / $FCC_true * 100.

6.在新列中，通過(guò)用計(jì)算得到的剩余電量中減去電量計(jì)報(bào)告的剩余電量，計(jì)算出電量計(jì)在每點(diǎn)報(bào)告的剩余電量誤差：

SOC_error = SOC_true – SOC_gauge。

Excel公式：Calculated_SOCN– SOC_gaugeN。

Excel表單里有詳細(xì)的計(jì)算。圖1中，不同顏色突出顯示的列代表計(jì)算中的不同步驟。在M列中，您可以看到SOC誤差值很清楚地對(duì)電量計(jì)精度進(jìn)行了量化。

圖1：顯示SOC誤差計(jì)算示例的Excel日志

圖2比較了根據(jù)電池整個(gè)放電曲線計(jì)算得到的SOC以及電量計(jì)報(bào)告的SOC，而圖3則是以圖形形式顯示了SOC誤差的幅度。在本例中，您可以看到整個(gè)放電曲線的電量計(jì)精度誤差不到2%。

圖2：根據(jù)電池電壓放電曲線計(jì)算得到的SOC與所報(bào)告SOC的示意圖

圖3：電池整個(gè)電壓放電曲線的SOC誤差示意圖

環(huán)境溫度和放電電流速率可導(dǎo)致電池容量(FCC)上升或下降，這是電池固有的特性。這些變化會(huì)導(dǎo)致剩余電量突然跳變，影響用戶(hù)體驗(yàn)。為了控制這個(gè)問(wèn)題，大多數(shù)德州儀器的電量計(jì)都配有一個(gè)被稱(chēng)為“平滑”的特殊功能。平滑算法的主要目標(biāo)是平滑電池充放電過(guò)程中剩余電量及SOC的跳變。需注意的時(shí)，啟用該功能后，電量表報(bào)告的剩余電量和SOC將經(jīng)過(guò)算數(shù)修正，可能無(wú)法呈現(xiàn)實(shí)際的電池剩余電量。當(dāng)啟用該過(guò)濾功能計(jì)算精度時(shí)，需確定您是想要得到平滑后（過(guò)濾后）的值還是實(shí)際值：兩種數(shù)值電量計(jì)都可以報(bào)。

圖4比較了計(jì)算得到的實(shí)際SOC、電量計(jì)報(bào)告的過(guò)濾后SOC值以及多負(fù)載水平下電量計(jì)報(bào)告的實(shí)際SOC值。從圖中可以看到電量計(jì)報(bào)告的過(guò)濾后SOC值緊隨著電量計(jì)報(bào)告的實(shí)際SOC值。

圖5比較了電量計(jì)報(bào)告SOC值的誤差以及電量計(jì)報(bào)告的過(guò)濾后SOC值的誤差。如果溫度急劇變化，過(guò)濾后的電量計(jì)報(bào)告SOC值與實(shí)際電量計(jì)報(bào)告SOC值之間就會(huì)表現(xiàn)出明顯的差別。

圖4：多電流水平下電池計(jì)算得到的實(shí)際值與電量計(jì)報(bào)告SOC值的比較

圖5：多電流水平下電池電壓曲線的電量計(jì)報(bào)告SOC誤差比較

大多數(shù)電量計(jì)用戶(hù)需要在電量計(jì)報(bào)告0%時(shí)，電池內(nèi)仍能留些電量，而不致達(dá)到終止電壓，以便主處理器能夠執(zhí)行可控的系統(tǒng)關(guān)閉操作。這種情況下，在計(jì)算精度時(shí)，不要計(jì)算到終止電壓；而是計(jì)算到您需要電池中備用電量所對(duì)應(yīng)的電壓閾值。

另一個(gè)影響電量計(jì)所測(cè)量電池壽命精度的因素就是電量計(jì)跟蹤電阻抗變化的能力，電池的阻抗會(huì)隨著電池的老化而增加。TI Impedance Track?計(jì)量算法能夠跟蹤電池的阻抗變化，因此，在計(jì)量電池壽命方面的精度高達(dá)99%。補(bǔ)償放電終點(diǎn)電壓(CEDV)計(jì)量算法的精度能夠達(dá)到98%，并可計(jì)算電池的老化，但其使用的電池模型的精度可能隨著電池老化程度增加而下降。我們的Impedance Track-Lite算法是簡(jiǎn)化的版本，精度可達(dá)95%。

概括來(lái)說(shuō)，相比目檢，計(jì)算剩余電量誤差由于能夠提供整個(gè)電池曲線的誤差范圍，因此是更為穩(wěn)健的電量計(jì)精度評(píng)估方法。其他影響電量計(jì)精度及其評(píng)估的考量因素包括是否啟用了平滑功能、備用電量功能以及電量計(jì)跟蹤電池老化的能力。欲了解各類(lèi)電量計(jì)產(chǎn)品的完整清單，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)ti.com/gauges。

審核編輯：何安淇