阻抗是整個(gè)方程式的關(guān)鍵。在過(guò)去，要想利用電池組設(shè)計(jì)進(jìn)行生產(chǎn)工作非常棘手。需要獲得在最低/室溫/最高溫度下的典型放電特性以生成放電估計(jì)多項(xiàng)式方程中使用的系數(shù)。只有知道各個(gè)電池的阻抗如何發(fā)生變化才能估計(jì)出上述放電特性。此外，傳統(tǒng)的電池電量監(jiān)測(cè)器件需要“復(fù)位”電池組在近乎完全放電時(shí)的最大容量。通常，這是由一個(gè) 7% 的特定電壓脫扣 (trip) 和 3% 估計(jì)剩余電量實(shí)現(xiàn)的。作為一種改進(jìn)，補(bǔ)償性放電終止電壓值 (CEDV) 根據(jù)電池負(fù)載電流被用于修改 7% 的脫扣電壓和 3% 估計(jì)剩余電量，這只是基于電壓測(cè)量值。

解決了所有這些不確定因素以后，設(shè)計(jì)人員了解到所報(bào)告的容量精確性可能會(huì)有高達(dá) 20% 的偏差。由于電池可能會(huì)因?yàn)槭褂脮r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而意外老化，并有可能對(duì)由電量監(jiān)測(cè)計(jì)估算以及提供給用戶的估計(jì)電量信息進(jìn)行緩沖，設(shè)計(jì)人員可能會(huì)事先將實(shí)際需要的電量增加一倍。當(dāng)然，一個(gè)穩(wěn)定可靠的醫(yī)療系統(tǒng)不會(huì)像膝上型電腦那樣報(bào)告剩余電量：“還有 20 分鐘的剩余電量，您需要立即插上電源。”（當(dāng)電池達(dá)到估計(jì)的 7% 剩余電量電壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)該信息。）

解決方案

TI 推出的新一代阻抗跟蹤(Impedance TrackTM)算法技術(shù)解決了真實(shí)剩余電池電量報(bào)告的不準(zhǔn)確性問(wèn)題。該算法確定了鋰離子電池的充電狀態(tài)，并將下列參數(shù)作為整個(gè)電池模型的一部分來(lái)全面預(yù)測(cè)放電行為：

1、最初，電池總化學(xué)容量 (Qmax) 就是產(chǎn)品說(shuō)明書規(guī)定的容量（例如，18650圓柱形鋰離子電池的容量為2400mAhr），但是電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)會(huì)在電池的第一個(gè)充/放電周期以后自動(dòng)更新。

2、由“庫(kù)侖計(jì)數(shù)”程序?qū)σ蚜魅牖蛄鞒鲭姵氐碾姾蓴?shù)量進(jìn)行測(cè)量/采集。

3、系統(tǒng)的當(dāng)前負(fù)載電流（平均負(fù)載電流和峰值負(fù)載電流）。

4、由于單個(gè)電池阻抗在各種充電狀態(tài)下不盡相同，因此在提供電流的同時(shí)電池的內(nèi)部阻抗會(huì)隨著溫度、電池老化的影響和放電的情況而變化。

5、在輕負(fù)載時(shí) (C/20) 對(duì)電池的開路“松弛”電壓進(jìn)行測(cè)量，在一個(gè)采樣周期內(nèi)電池電壓不到幾毫伏。完全充電后，所需的休息周期比電池深度耗盡后要短。

精確的電池容量估計(jì)可由下列方法計(jì)算得出：

1、測(cè)量電池開路電壓（在松弛狀態(tài)下）

2、監(jiān)控負(fù)載時(shí)的電池電壓曲線（找出電池阻抗）以及

3、積分流入和流出電池的電流。

采用完全相同的化學(xué)/陽(yáng)極/陰極材料的鋰離子電池具有非常相似的松弛電壓/充電狀態(tài)曲線。令人驚訝的是，其不會(huì)因電池制造的不同而不同。這就使我們可以確定電池的最大容量和電池的剩余容量。

例如，如果您已知：1)3.6V松弛電壓與 10% 的充電狀態(tài)密切相關(guān)；2)在充電過(guò)程中，電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)對(duì) 1000mA 的電流進(jìn)行了積分；3)得出的 3.95V 開路電壓與 93% 的充電狀態(tài)密切相關(guān)，該電池的真實(shí)容量為 1206mAh (1000mA/83%)。利用 1A 電流進(jìn)行充電時(shí)，如果電池電壓從 3.6V 上升到 3.8V，那么在 10% 充電狀態(tài)和室溫條件下 DC 阻抗為 0.2 Q。如果系統(tǒng)可以容許的最小電壓為 3V，那么阻抗跟蹤將會(huì)計(jì)算并報(bào)告在 10% 充電狀態(tài)的 1A 負(fù)載條件下還有大約 7 分鐘的剩余電池電量。

在剛剛過(guò)去的幾年里，電子硬件實(shí)施得到了發(fā)展。最初的芯片組是由三個(gè)獨(dú)立的芯片組成：1)電池電量計(jì)微處理器；2)模擬前端 (AFE)；以及 3)二次過(guò)壓保護(hù)器。微處理器對(duì)電流進(jìn)行了積分并運(yùn)行電池電量計(jì)監(jiān)測(cè)算法，并且還直接與 AFE 通信。高壓容限 AFE 利用集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器 (ADC) 對(duì)電池電壓進(jìn)行了測(cè)量，提供了過(guò)流保護(hù)并進(jìn)行電池平衡。兩個(gè)芯片都能安全地獨(dú)立運(yùn)行。第三級(jí)保護(hù)來(lái)自一個(gè)獨(dú)立的二次電壓保護(hù)器，對(duì)于一個(gè)永久性錯(cuò)誤條件，該保護(hù)器會(huì)觸發(fā)一個(gè)化學(xué)保險(xiǎn)絲（對(duì)于鋰離子電池而言，過(guò)壓是最危險(xiǎn)的情況，因?yàn)槠溆锌赡軙?huì)引起燃燒）。

最新一代鋰離子電池容量指示器在一個(gè)塑料封裝中集成了微控制器和 AFE 芯片，從而大大降低了系統(tǒng)級(jí)復(fù)雜性和板級(jí)空間要求。與電池電量監(jiān)測(cè)計(jì)的通信是通過(guò) SMBus 標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議完成的（SMBuS 基于 I2C 通信協(xié)議）。

阻抗跟蹤技術(shù)實(shí)際上就是一種更低成本的電池解決方案實(shí)施，該技術(shù)無(wú)需使用電池自動(dòng)記憶周期功能。對(duì)于所有大容量電池而言，實(shí)現(xiàn)該功能都要花費(fèi)數(shù)小時(shí)的時(shí)間。現(xiàn)在，所有下線的電池都利用一個(gè)稱為“黃金圖像”的工具進(jìn)行了編程。在工程評(píng)估階段就完成了該文件的創(chuàng)建。該阻抗跟蹤算法將一直適合電池的狀態(tài)，因此電池在現(xiàn)場(chǎng)的第一次放電期間，阻抗跟蹤會(huì)在電池的第一個(gè) 40% 放電或充電中精確記憶真正的電池組容量。之后，所報(bào)告的電池容量精確度將達(dá)到 99%。

結(jié)論

阻抗跟蹤電池電量測(cè)量技術(shù)可以使醫(yī)療工程組織利用比以往穩(wěn)定的備用電池設(shè)計(jì)出的生命支持設(shè)備和便攜式設(shè)備更加可靠。更重要的是，該技術(shù)不但提供了大大改進(jìn)的電量監(jiān)測(cè)計(jì)監(jiān)測(cè)精度，而且還去除了 7% 估計(jì)剩余電量所必需的“復(fù)位”環(huán)節(jié)（在生命支持醫(yī)療應(yīng)用中，該環(huán)節(jié)并不合乎實(shí)際）。其無(wú)需全面過(guò)分設(shè)計(jì) (over-engineer) 電池容量來(lái)滿足特定的備用期限，并且在生產(chǎn)階段無(wú)需重復(fù)每一個(gè)電池組從而提供了更低成本的解決方案。

了解并跟蹤單個(gè)電池阻抗是精確預(yù)測(cè)剩余電量的關(guān)鍵。如前所述，最重要的電池老化效應(yīng)是由于高溫以及以高于其最高額定電壓進(jìn)行充電引起的，甚至以高于額定電壓 50mV 的電壓進(jìn)行充電也可能會(huì)使電池的使用壽命縮短一半。鋰離子電池內(nèi)部阻抗會(huì)在正常使用充/放電周期內(nèi)增加（老化），并且阻抗在低溫時(shí)會(huì)大大增加（而不會(huì)縮短使用壽命）。

阻抗跟蹤算法的自適應(yīng)特性通過(guò)監(jiān)控松弛和負(fù)載狀態(tài)下的電池電壓，并積分充/放電過(guò)程中的電流來(lái)監(jiān)控這些老化因子。由于是連續(xù)監(jiān)控，所以沒有必要對(duì)阻抗進(jìn)行“猜測(cè)”，因此在整個(gè)電池使用壽命內(nèi)都可以精確地計(jì)算真正的電池容量。