在zai基ji於yu電dian池chi的de應ying用yong中zhong，估gu計ji電dian池chi的de內nei部bu狀zhuang態tai對dui保bao證zheng其qi性xing能neng至zhi關guan重zhong要yao。這zhe項xiang任ren務wu一yi般ban由you電dian量liang計ji完wan成cheng。電dian量liang計ji可ke以yi準zhun確que估gu算suan電dian池chi內nei部bu狀zhuang態tai
，同tong時shi提ti供gong有you關guan電dian池chi的de關guan鍵jian信xin息xi，例li如ru充chong電dian狀zhuang態tai (SoC)、健康狀況 (SoH) 和功率限製。不過

，開發如此複雜的算法需要深入了解鋰離子電池的化學特性、非線性狀態估算技術和控製理論方麵的專業知識
，同時花費大量的資源和時間。 

 

本文將介紹一種用於高壓電池組的新型、高適應性電量計
，它能夠在保持高估算精度的同時大幅縮短上市時間。本文將重點關注四個關鍵方麵：高級算法設計、簡單係統集成、輕鬆配置和快速虛擬驗證。

 

高級電量計算法設計

 

電量計利用可測量參數（例如電流
、電壓和溫度）來推斷電池的內部狀態。電流估算法（例如庫侖計數）監測進出電池的電荷
，而電壓估算法則依賴於電壓查找表。但這些方法如果單獨使用，其結果都不盡如人意。

 

還hai有you一yi種zhong方fang法fa是shi基ji於yu模mo型xing的de狀zhuang態tai估gu算suan法fa
，它ta結jie合he了le電dian流liu法fa和he電dian壓ya法fa。但dan模mo型xing法fa依yi賴lai單dan個ge電dian池chi的de數shu學xue模mo型xing來lai捕bu獲huo電dian池chi最zui重zhong要yao的de動dong態tai參can數shu，如ru開kai路lu電dian壓ya和he擴kuo散san電dian壓ya。而er這zhe些xie動dong態tai參can數shu受shou內nei部bu和he環huan境jing因yin素su的de嚴yan重zhong影ying響xiang，因yin此ci對dui這zhe些xie參can數shu的de提ti取qu取qu決jue於yu整zheng個ge電dian池chi工gong作zuo範fan圍wei內nei定ding義yi的de表biao征zheng測ce試shi。

 

我們以MPS 的MPF4279x係列產品為例進行說明。MPF4279x是MPS提供的新型電量計係列，它采用基於模型的高級狀態估算法來提供高精度的電池信息，例如電池組充電狀態、剩餘充電時間、運行時間 、健康狀況和功率限製。

 

表 1 列舉了在不同工作條件下
，應用 MPF42790的電池組充電狀態性能指標。表中的指標對應充電狀態均方根誤差（和最大充電狀態誤差）。

 

表1: MPF42790充電狀態性能

 

表 1 列舉了應用MPF42790的電池組充電狀態估算性能，它實現了0.64% 的充電狀態均方根誤差和 1.46% 的最大充電狀態誤差。 測試包括一個完整的 1C 恒流充電和恒壓充電，當充電電流降至 0.1C 時終止充電，然後在 15°C環境溫度下在多電池組上進行 1C 恒流放電。 

 

圖1: MPF42790在一個完整1C充/放電循環中的性能

 

MPS 的電量計算法依賴於高保真電池模型
，該模型通過專有表征序列、專有分析和先進的工具生成。係統允許用戶輕鬆地將任一種模型加載到電量計中（見圖 2）。 

 

圖2: 電池數學模型的生成

 

簡單的電量計係統集成

 

電量計必須實時提供準確的電池狀態估計。但電量計依賴於周期性的單個電池參數測量（例如電壓、電流和溫度），所以電量計的準確性和可靠性取決於測量的準確性和可靠性。

 

例如，電池組內單個電池的分布會導致由於散熱不均而產生溫度梯度（見圖3）。因yin此ci
，電dian量liang計ji必bi須xu能neng夠gou讀du取qu多duo個ge溫wen度du傳chuan感gan器qi，以yi獲huo得de高gao精jing度du的de單dan電dian池chi級ji溫wen度du讀du數shu。否fou則ze，無wu論lun電dian池chi模mo型xing精jing度du多duo高gao，也ye不bu可ke能neng準zhun確que估gu算suan電dian池chi狀zhuang態tai。

 

這種新穎的架構通過模擬前端 (AFE) 接收高分辨率
、已校準的測量數據。它兼容市場上的任意一種AFE，並且很容易集成到新的或現有的電子設計中（見圖3）。而且，用戶可以從這種前所未有的電池組內部電壓可見性中受益，洞察每個單電池各自的運行狀態及其對電池組動態的影響。 

 

圖3: 電池管理係統(BMS)電量計架構

 

suizhedianchizuzhongmeigedandianchidedianliangbiandebujunhenghuozaibutongwenduxiayunxing，meigedandianchidehuaxuezukangkaishichanshengpiancha
，zhesuoduanledianchizudeyunxingshijianhefanwei。 電池組的可用充電狀態受最弱電池的限製，因此監控單個電池的電壓可以使電量計實時提供更精確的電池組充電狀態估算。

 

電量計可以準確估算電池組中每個電池（或並聯電池組）的實際狀態
，同時估算電池的滿電和空電狀態（即電池組的100%充電狀態或0%充電狀態）。這些電量計解決方案提供的滿點和空點
，反映出電池組電壓的特定應用限製
，以及強製的安全工作電壓行業標準
，例如 IEC62133。

 

輕鬆進行電量計配置

 

電量計的運行取決於鋰離子電池的數學模型。由於電池係統與生俱來的複雜性
，必須調整多個參數以優化電量計。

 

jishitigongledianchimoxing，youyucanshushuliangjiaoduo，jiyudianchidexitongrengranxuyaomanchangdeyanzhengguocheng。jiaochangdeyanzhengguochengkenenghuidaozhiceshijihuayanzhongshoucuo，zengjiachengbenqieyanchishangshishijian。weilejiejuezhegewenti，womentongguotuxingyonghujiemian (GUI) 來簡化電量計操作
，實現用戶的手動微調。

 

例如，MPS 的電量計 GUI 建立了兩種特定的配置模式：基本配置模式和高級配置模式。基本模式允許用戶配置使電量計運行的主要參數（見圖4），而高級（也稱為專家）模式允許用戶為其設計添加附加設置。而且，MPS 電量計可以自動調整參數，這對電池組的實時充電狀態估算有很大的意義。 

 

圖4: MPS的電量計GUI

 

快速虛擬驗證

 

電量計必須經過多項測試以驗證其操作。這些測試旨在模擬電池在最終應用中的典型使用、電池的老化以及在特定條件（例如極端溫度或大電流）下的行為。

 

但(dan)是(shi)，如(ru)果(guo)電(dian)量(liang)計(ji)設(she)置(zhi)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)，許(xu)多(duo)驗(yan)證(zheng)測(ce)試(shi)都(dou)必(bi)須(xu)重(zhong)做(zuo)以(yi)確(que)保(bao)其(qi)最(zui)佳(jia)性(xing)能(neng)，這(zhe)會(hui)花(hua)費(fei)更(geng)多(duo)資(zi)源(yuan)和(he)時(shi)間(jian)。理(li)想(xiang)情(qing)況(kuang)下(xia)
，一(yi)組(zu)測(ce)試(shi)即(ji)確(que)定(ding)最(zui)佳(jia)電(dian)量(liang)計(ji)配(pei)置(zhi)
，同(tong)時(shi)還(hai)可(ke)以(yi)降(jiang)低(di)安(an)全(quan)風(feng)險(xian)和(he)上(shang)市(shi)時(shi)間(jian)。

 

MPF42790 具有的新功能能夠在不同的配置參數下快速重新模擬任意電池組的測試（見圖 5）。首先，GUI記錄測試數據並將其導出為通用的文件格式
；然後，導出的測試數據被加載到 GUI 中，通過更新後的電量計設置重新模擬測試。

 

該功能還可實現更快速的定製支持，因為記錄下來的測試數據和電量計配置文件可以隨時與 MPS分享，以用於複製和結果分析。 

 

圖5: 包含虛擬模擬的電量計驗證流程圖（虛線）

 

結論

 

基ji於yu電dian池chi的de解jie決jue方fang案an越yue來lai越yue受shou歡huan迎ying，我wo們men需xu要yao應ying對dui與yu之zhi相xiang關guan的de一yi係xi列lie挑tiao戰zhan
，以yi確que保bao安an全quan操cao作zuo和he用yong戶hu滿man意yi度du。其qi中zhong之zhi一yi即ji如ru何he準zhun確que估gu算suan堆dui疊die式shi鋰li電dian池chi組zu的de電dian池chi內nei部bu狀zhuang態tai，因yin為wei單dan電dian池chi可ke以yi提ti供gong整zheng個ge電dian池chi組zu運yun行xing的de關guan鍵jian信xin息xi。

 

電量計（如MPS 的 MPF42790）除了提供適應性設計、簡jian單dan的de圖tu形xing用yong戶hu界jie麵mian和he虛xu擬ni測ce試shi功gong能neng之zhi外wai
，還hai必bi須xu實shi現xian最zui佳jia性xing能neng。這zhe種zhong高gao適shi應ying性xing的de設she備bei可ke以yi使shi設she計ji人ren員yuan重zhong新xin模mo擬ni之zhi前qian記ji錄lu的de測ce試shi，從cong而er極ji大da地di加jia快kuai配pei置zhi、測試和驗證速度。

 

 

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