电池容量怎么算？一文彻底搞懂电池电量监测技术

电池电量监测的主要目的是为了最大程度的利用电池里面的容量，通常来讲，电池里面的容量我们一般很难做得 100%利用的，为什么呢？

这里存在 2 个因数

(相关资料图)

第 1，在充电的时候，充电电压很难正好是电池的满充电压，通常我们为了防止电池出现过冲状态，这个充电电压误差是往下偏的，也就是说 4.2V 的电池，充电电压有可能是 4.18V 或 4.15V，这样，如果在这个低充电电压下进行充电，充进去的容量可能就会变小；

另外，由于电池电量监测的不准确性，用户为了安全，防止突然关键造成数据丢失，可能电量估计得会比较保守，也就是说电池真正的电量还没到 0%的时候，他就提前报成 0%，让系统提前关机，这样至少可以避免用户的数据丢失，当然用户体验上感觉电池的容量变小了，这是一个缺点，这样做的后果也是导致电池的容量不能充分的发挥出来，电池电量监测技术是为了最大程度的提高对电池电量的监测，让用户能够最大程度的使用当前电池里面的容量，这个蓝色的这段实际上指的就是电池的有效容量，我们这个技术就是为了把实际的有效容量尽量的往上或者往下扩展。

2.2 传统的电池包侧电量监测计

大家知道对于电池的容量计算还有一个比较大的影响因素就是电池的使用年限，在这张图上面，在不同使用年限下测得的误差，红色的表示的是第 1 次或者第 0 次得到的周期得到的误差曲线，这个曲线就是我们这张图标的 15%左右的，最后标在这里的就是 15%，那么 100次之后大家知道阻抗其实增加了 1 倍，刚才那张图大家也可以看到，在 100 次循环之后电池的内阻增加了 1 倍，按照这个规律继续上去误差会越来越大，阻抗的误差对容量造成的误差也相应的越来越大，所以基本上在 300 个周期之后，在容量比较低的情况下造成的误差就会很大，75%或者更多一点，所以基于电压测量的电量计算技术只能够用于那些要求不高的场合，它的误差比较大，通常在早期的 diqital camera 里面的电池是用这种方法来计算它的容量的，那么对这个容量计算造成影响最大的就是电池的内阻，造成电池内阻变化比较大的原因就是电池制作上的工艺造成电池内阻的偏差，另外一个就是电池使用时间的延迟造成电池的内阻也会发生很大的变化，这些变化工程师也很难知道一个准确模型的，只能根据经验去估计，这样估计出来的结果和实际的结果就会有比较大的偏差。

3、基于电压的电量监测计

3.1 基于电压的电量监测计

a、优势

- 无需完全放电就能进行学习

- 自放电无需矫正

- 在小负载电流条件下非常准确

b、劣势

- 由于内部电池阻抗的原因，准确度欠佳

- 阻抗与温度、老化和电荷状态之间存在函

总结一下，基于电压的电量监测计它的缺点就是由于电池内部阻抗的原因造成准确度不好。阻抗、温度、老化状态和电池的容量百分比之间是存在一个函数关系的，这个函数关系相当复杂，要专业搞电池的人才能够找到一个比较近似的函数关系，很难找到一个精确的函数关系，所以这种模型相当复杂，一般的电子工程师或软件工程师要写出很精确的关系是很难的，所以大家在软件计算里面有关容量方面的计算是工程师们最头痛的一个问题，那么它也有一些优势，优势是它不需要完全放电就能够得到电池现在的容量是多少。

因为做过电池、电池包生产，或者用过电量计的人都知道一个电量计出厂之前一般可能要进行一个完全的充放电。为什么要进行充放电呢？这是要定位现在电池的容量是多少，电池的满充电量是多少，尤其是电池的满充容量，不同的电池满充容量是有差别的，当然你可以选一个电池的设计容量，但是不同的电池与设计容量之间的偏差还是比较大的，要得到这个满充容量，还是要做一个完整的充放电才行，那么具体的充放电对生产过程的要求就比较高了，要加上很多的直接成本。

另外，电池有自放电的特性。电池放在那里，即使负载不工作，电池自己也会漏电，时间长了以后电量会越来越少，电压会越来越低，那么电压监测的电量计它只要根据电压来判断容量，所以现在有多少电压就报告多少容量，那么自放电多少不用去太关心，所以这种基于电压的电量计如果在电流很小的情况下，它还是达到一定的准确度的，但是目前来讲，各种应用越来越复杂，电流的变化也越来越大，所以基于电压的电量监测计要满足客户的要求就有点难了。

3.2 基于库伦计数的电量监测

所以不管是基于电压的电量监测计还是基于电流积分的电量监测计，里面对容量的计算影响比较大的都是阻抗，这个阻抗里面对于老化造成的影响都是基于一个简单的线性模型来做的，或者说早期的就没有这一部分老化的影响，这样由于它依据的模型相对比较简单，所以实际上跟电池的匹配成功比较差，也就是说造成的误差会随着时间年限的延长越来越明显，所以对电池电量计算影响最大的一个因数其实是电池的阻抗，如果能够随时随地的得到电池的阻抗，那我们电池的容量就可以得到比较精确的计算。

4、阻抗跟踪技术的优势

下面我们就来介绍 TI 的电量监测技术（我们叫做阻抗跟踪技术）和它的优势。

4.1 电流监测

-基于电压的电量监测：可在无负载条件下提供精准的监测

-基于库伦计数的电量监测：可在有负载条件下提供准确的监测

-整合了基于电压和基于电流之监测方法的优势

-实时阻抗测量

-采用开路电压和阻抗信息来计算给定平均负载条件下的剩余运行时间

刚才讲到基于电压的电量监测技术可以在没有负载的条件下提供比较准确的电量监测，基于库仑计数的电量监测可以在有负载提供准确的电量监测，我们的阻抗跟踪技术其实整合了电压和电流方法监测的优点，它为什么能够得到 2 种方法的优点呢？

因为它实时的测量电池的阻抗，它没有去找一个电池阻抗的公式然后对一些因数进行补偿，它是找到了一个实时测量阻抗的方法，因为它是实时测量出来的，就没必要去根据模型来对它进行补偿。在知道电池阻抗的情况下，可以根据开路电压和阻抗信息来估算在给定的电流下面系统或者电池能够提供多长运行时间或者提供多少容量给系统运行。这个公式在这个地方就更加细化了一点，也就是说电池的端电压等于电池的开路电压减去内阻上面的压降，内阻上面的压降主要是由于电池的内阻造成的，内阻这个地方是由温度、容量百分比、年限 3 个因素共同决定的，但是如果你要用一个公式来表示这个内阻的话，就会相当复杂，而且效果也不理想。我们的办法其实是对阻抗进行实时的测定。

4.2 OCV 曲线的比较

排版：硬件工程师联成之路吴工，文章来源：TI文档-SSZB130B

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