電量計(gas gauge /fuel gauge)是用來計量顯示電池電量,通常包括mAh剩余容量(RM),滿充容量(FCC),百分比容量(SOC),電壓,電流,溫度等,部分電量計還包含放空,充滿時間。TI阻抗跟蹤電量計還有2個重要參數,Qmax(最大化學容量,指以非常小的電流從充抱到徹底放空的容量)和阻抗表(重要的有25度下(部分很老型號為0度)的Ra table)。筆記本電量計(2-4串)還具備非常完善的保護功能。
常見問題:
Q:采用電量計有什么好處,哪些應用需要使用電量計?
一般來說,可充放電池都是電量計的應用場合,取決於成本,用戶體驗等多方面考量。
好處:1.提高用戶體驗(能夠精確知道電量,不會有大幅度不合理跳變,傳統簡單的電壓法很容易有異常跳變,簡單的庫侖計會有累計誤差以及需要經常更新校准)
2.盡可能多放出電池電量,延長使用時間(獲得精確電量信息能夠保證不突然死機前提下采用更低的關機電壓)
3.成本效益,在2的前提下對於大容量電池能夠多放出來的電量可能比一個電量計成本還要高,另外在體積受限場合能夠避免使用高能量密度電池也能夠帶來成本上優化
Q:為什么電量計精度十分難提高
- 電池模型非常復雜,電芯類型繁多,有很多非線性參數,放電曲線受溫度,負載等影響很大,電池內阻隨着老化放電深度溫度會有明顯的變化。
- 不同系統負載情況比較復雜,有的系統電流變化很快,有電流尖峰,電流變化范圍比較寬
Q:TI電量計高精度的原因
- 成熟的專業算法阻抗跟蹤,能夠很好得跟蹤電池的參數變化,在低溫和老化等情形都能夠保持良好的精度,同時上電第一個周期也有不錯的精度,並且只需要下載量產文件無需要每個電池都進行循環老化,算法基本內容http://www.ti.com/litv/pdf/slua450
- 有大量的電芯研究經驗和客戶反饋,積累了豐富的電池知識,通過客戶反饋的信息不斷完善電量計特性
- 硬件上的優勢,采用雙高精度15-16位ADC和低功耗單片機
Q:TI電量支持哪種電池材料
目前TI阻抗跟蹤算法電量主要是支持鋰電池,包括鈷理,錳鋰,鐵鋰和三元等多種材料,其中對於固定電芯信息的BQ27425 BQ27421/441目前不支持鐵鋰並且需要針對材料選擇不同后綴型號,其他型號電量計需要針對特定材料下載相應的電芯信息。
Q:TI單節電量計產品分類和如何選型
TI單節目前主推的型號有BQ27541 BQ27741 BQ27510 BQ27520 BQ27531/530 BQ27421/441 BQ27425
- 考慮封裝BQ27741 BQ27520 BQ27425BQ27530/BQ27531均為CSP封裝,對於許多應用工藝要求比較高,BQ27541 BQ27510 BQ27441/BQ27421(421為9球CSP 可以無須過孔layout) 封裝有利於提高量產良品率和測試
- 精度和成本要求,BQ27541 BQ27741 BQ27510 BQ27520 BQ27531/530設計精度為1%,基於Flash,成本比較高,BQ27421/441 BQ27425設計精度為5%,BQ27425為中成本,BQ27421/441存儲器件為ROM,成本低
- 系統端和電池端,BQ27541/BQ27741為電池端(packside)電量計,通常是放置在電池包里的,整個生產由電池廠家完成,精度也更高,系統用戶只需要完成I2C讀寫容量信息命令即可,開發難度非常低,並且能夠用於電池識別,缺點是整個方案成本會稍高。其余電量計為系統端電量計,放置在主板上,系統用戶需要完成參數配置等調試過程,稍微會復雜
- 其他因素,BQ27741為帶保護功能電量,能夠設置更靈活的保護
BQ27530/531帶charger控制功能,能夠實現充電優化
BQ27425/BQ27421為集成電流采樣電阻的電量計,最大長時間放電電流僅支持2A
BQ27421/BQ27441為簡單易用電量計,配置參數流程簡單,適合用於單片機控制場合
BQ27620為只采電壓的電量計,使用較為復雜,建議選型前聯系FAE。
Q:開發電量計需要哪些工具
- 評估板EVM和下載器EV2400/EV2300
- 上位機軟件,目前主要有EVSW,BqCONFIG 和Gauge studio,通常可以在官網具體料號下面的軟件鏈接處下載獲得,BqCONFIG主要是stepbystep配置電量計參數以生成量產文件使用,EVSW是用於記錄調試數據,更新配置文件等,Gauge studio為EVSW升級版本,新的型號將逐漸采用這個軟件取代EVSW和BqCONFIG
Gaugestudio http://www.ti.com/litv/zip/sluc424c
BQ275XX EVSW http://www.ti.com/litv/zip/sluc367c
bqCONFIG http://www.ti.com/litv/zip/sluc378d
- 電芯或者電池包,電子負載,電源,精密萬用表,如果有低溫測試需求還需要溫箱等
Q:能夠不使用EV2400/2300,僅使用單片機便完成整個開發過程嗎?
不使用官網的評估套件就無法使用上位機進行相關配置,調試和生成量產文件,尤其對於BQ275XX、BQ27741這類需要燒寫電芯特性參數(CHEM-ID)的電量來說,開發階段僅通過單片機是無法實現的這些參數燒寫,即使對於bq27421/441這些可以用單片機完成配置的電量計,缺乏很好的調試工具也會造成開發效率低下。
Q:EV2300連接電腦后無法使用
EV2300確實在部分電腦有無法使用現象,解決方法先嘗試裝驅動軟件(有32位和64位版本的驅動),如果不行建議更換為EV2400
Q:如何完成開發過程並得到量產文件?
開發步驟主要包括:1.配置參數 2.校准 3.電芯曲線CHEM-ID選擇4.循環學習golden learning 5.導出量產文件
1.配置參數,可以通過bqCONFIG或者EVSW里的bqEASY進行配置,最通用的方式是通過EVSW或者Gauge studio對dataMemory里的參數進行修改。主要參數(部分電量計可能沒有顯示全部參數,可以不填寫)有
判斷滿充條件參數
->Charge Voltage 滿充充電電壓,charger恆壓充電時電壓
->Taper Current 滿充時電流,一般設置比charger停止充電時電流略大25mA左右(注意BQ27425,BQ27421/441填寫方式略有不同,換算數值為Taper current(數值)=Design Capacity*10/Taper current(mA))
->Taper Voltage 用於判斷電池符合滿充的條件,一般設置為100或者150mV,即比充電電壓小100-150mV
電池容量信息
->Design Capacity按電芯標稱容量填寫
->Design Energy 按電芯標陳能量填寫(4.2V鈷鋰為標稱容量*3.7,4.35V滿充電壓的電池為標稱容量*3.8)
系統信息(注意BQ27425,BQ27421/441填寫方式略有不同,換算數值為Threshold(數值)=Design Capacity*10/Threshold(mA))
->Terminate Voltage系統正常運行最低工作電壓
->Dsg Current Threshold放電閾值
->Chg Current Threshold充電閾值
->Quit Current
其他的信息,包括中斷管腳功能,溫度傳感器選擇等,根據需要填寫
2.校准
先確保無負載和充電電流情況下校准CC offset 然后校准 board offset,然后加上1A放電電流通過萬用表填寫實際電流數值校准Pack current
電壓和溫度校准無先后順序,需要確保電池或電源電壓數值穩定時通過萬用表讀取實際數值進行校准
對於集成采樣電阻的電量計無需要對pack current進行校准。
3.CHEM-ID選擇
A電池先采用0.5C恆流,恆壓taper電流小於0.01C充飽
B靜置2小時
C連接EVM板,自動log DataRAM數據,間隔為4s一次
D開始用0.1C電流放電,一直放到2.8V
E靜置5小時
F將以上的log的數據保存下來用MATHCAD程序計算CHEM_ID,軟件鏈接http://www.ti.com/litv/zip/sluc138bh
G 通過bqCONFIG/EVSW/Gauge studio相應界面下載CHEM_ID
注意板在做CHEM_ID前要先校准好,放電過程要連續,記錄的數據包含放電完之后靜置的那5小時,BQ27425/BA27421/441無需要這個步驟,只需要選擇相應型號
4.循環學習和導出量產文件
A、確認已經設置好相關的參數以及進行校准和CHEM_ID選擇才可以進行此步驟,發送命令0x41復位,導出DFI文件或者SENC文件備用
B、准備好一個放空的電芯(電壓在3.0V-3.3V),靜置5小時
C、連接板,發送0x0021命令使能IT算法,建議自動記錄Data RAM數據(4s間隔)Data FLash數據(10分鍾間隔)
D、按照正常充電過程將電池充飽,然后靜置2小時,再按照0.2C電流進行放電到截止電壓,再靜置5小時,確保update status的數值為0x06
E、導出DataFlash的gg文件,用記事本打開修改Update Status為0x02,Cycle Count為0
F、導入之前備份的DFI或者senc文件,然后再寫入修改后的gg文件
G、生成DFI,dffs文件
注意:測試過程在常溫進行,鐵鋰電池需要更長的靜置時間,A,E,F僅針對pack side電量計BQ27541和BQ27741,對於bq27421/441不需要步驟G,只需要得到gg文件即可。BQ27425對應DFI文件叫做DMI文件。BQ27421/441和BQ27425無需要發送0x0021命令。對於BQ275XX和BQ27741實際量產時最后需要確認發送使能(0x0021)和seal命令(0x0020),BQ27421/441BQ27425需要發送seal命令(0x0020)
Q:為什么需要seal電量計?如何unseal電量計?
Seal電量計以方面可以防止正常運行時錯誤寫入電量計參數,另一方面可以保證電量計參數不被第三方讀出