隨著工業和個人電子產品采用更先進的技術，它們會給電池帶來越來越難以預測的負載，因此需要更可靠、更智能的電池電量計。無論是在新興的人工智能 (AI) 增強型設備中，還是在無人機、電動工具和機器人等成熟系統中，電池都會經歷高度動態的負載曲線。這些不可預測的負載給依賴精確測量來安全關閉系統或防止意外斷電的設計人員帶來了挑戰。雖然無繩電鉆的意外關機可能只會讓用戶感到不爽，但無人機從空中墜落卻會帶來嚴重的安全風險。
電池電量計的作用是什么？
電池電量計使用電流和電壓測量來計算基本參數，例如充電狀態、健康狀態和剩余容量。傳統的基于 Impedance Track技術的電池電量計假設電池負載變化緩慢，這使得能夠在電池放電時進行精確的電阻測量，從而計算出高精度的實時充電狀態預測。如圖 1 所示，將電池建模為低頻電阻-電容 (RC) 模型足以應對這些緩慢變化的電池負載。然而，對于負載電流可變或高頻的新型應用，需要更全面的模型和自適應算法來保持準確的充電狀態估算。
低頻 RC 電池
動態 Z-Track 算法是一種專為 BQ41Z90 和 BQ41Z50 等器件設計的電池計量方法。作為傳統阻抗跟蹤算法（在 BQ40Z50 和 BQ34Z100 等器件中運行）的繼承者，動態 Z-Track 算法可在動態負載電流條件下提供準確的電池充電狀態、健康狀態和剩余容量估算。
當不穩定或高頻負載影響電池時，阻抗跟蹤測量儀對電池的傳統 RC 建模將無法更新電池電阻。動態 Z-Track 算法實現了一個寬帶瞬態模型，該模型可以模擬電壓瞬態并適應動態電流曲線。即使電流不穩定，這種方法也能實時估算電阻。
為什么電阻如此重要？
跟蹤電阻對于在電池的整個使用壽命期間提供最高精度的荷電狀態計算至關重要。如圖 2 所示，電池單元的電阻會隨著電池的循環和老化而線性增加，直到達到某個轉折點，在此轉折點處，電阻會呈指數級增長，直至電池壽命結束。電阻也會隨溫度而發生顯著波動。電池單元的電阻與溫度呈反比關系，溫度越低，電阻越高；因此，電池單元在達到 0% 荷電狀態之前所能提供的容量或能量就越低。
鋰離子電池單元的電阻隨時間的變化
當電池電量計無法更新電阻時，計算出的荷電狀態誤差會隨著電池老化而成比例增長。在不可預測且不穩定的負載下，如果不進行電阻更新，充電狀態和剩余容量估算的誤差最高可達 60%，最低可達 10%。最終用戶會遇到這種情況，因為充電狀態會突然下降，設備可能會因容量估計過高而意外關機，如圖 3 所示。
剩余容量估算比較：Impedance Track 技術、動態 Z-Track 技術與無電阻更新（1.75C 負載）
一個例子
假設一個人騎著電動自行車回家。他查看了充電狀態，發現剩余 30%，于是決定回家前繞道去趟雜貨店。當他們到達商店時，電量顯示剩余 15%，但在回家的路上，電動自行車突然停止供電，因為電量從 12% 降至 0%。現在，騎車人要么騎車回家，要么叫車。
動態 Z-Track 算法可以避免這種情況。與傳統的電池電量計不同，TI 的動態 Z-Track 技術即使在不可預測的負載下也能提供高達 99% 的電量狀態精度，使制造商能夠優化電池尺寸并將電池運行時間延長多達 30%。這最終為最終用戶在無人機、電動自行車、筆記本電腦和便攜式醫療儀器等高要求應用中提供更可靠的性能。
總結
雖然不可預測的負載電池負載雖然是重大的設計挑戰，但它們并不一定限制系統的可靠性或最終用戶體驗。動態 Z-Track 算法等工具有助于實現電池供電設備輕松運行的設計——未來無人機可以順利完成飛行，不會意外降落，電動自行車也能安全送用戶回家。 |
