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(shù),Qmax(最大化學(xué)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(yīng)用需要使用電量計?
一般來說,可充放電池都是電量計的應(yīng)用場合,取決于成本,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(tǒng)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(jīng)常更新校準)
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(guān)機電壓)
3.成本效益,在2的前提下對于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(yōu)化
Q:為什么電量計精度十分難提高
電池模型非常復(fù)雜,電芯類型繁多,有很多非線性參數(shù),放電曲線受溫度,負載等影響很大,電池內(nèi)阻隨著老化放電深度溫度會有明顯的變化。不同系統(tǒng)負載情況比較復(fù)雜,有的系統(tǒng)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(yè)算法阻抗跟蹤,能夠很好得跟蹤電池的參數(shù)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,并且只需要下載量產(chǎn)文件無需要每個電池都進行循環(huán)老化,算法基本內(nèi)容http://www.ti.com/litv/pdf/slua450有大量的電芯研究經(jīng)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(yōu)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,其中對于固定電芯信息的BQ27425 BQ27421/441目前不支持鐵鋰并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(yīng)的電芯信息。
Q:TI單節(jié)電量計產(chǎn)品分類和如何選型
TI單節(jié)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,對于許多應(yīng)用工藝要求比較高,BQ27541 BQ27510 BQ27441/BQ27421(421為9球CSP 可以無須過孔layout) 封裝有利于提高量產(chǎn)良品率和測試精度和成本要求,BQ27541 BQ27741 BQ27510 BQ27520 BQ27531/530設(shè)計精度為1%,基于Flash,成本比較高,BQ27421/441 BQ27425設(shè)計精度為5%,BQ27425為中成本,BQ27421/441存儲器件為ROM,成本低系統(tǒng)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(chǎn)由電池廠家完成,精度也更高,系統(tǒng)用戶只需要完成I2C讀寫容量信息命令即可,開發(fā)難度非常低,并且能夠用于電池識別,缺點是整個方案成本會稍高。其余電量計為系統(tǒng)端電量計,放置在主板上,系統(tǒng)用戶需要完成參數(shù)配置等調(diào)試過程,稍微會復(fù)雜其他因素,BQ27741為帶保護功能電量,能夠設(shè)置更靈活的保護 BQ27530/531帶charger控制功能,能夠?qū)崿F(xiàn)充電優(yōu)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(shù)流程簡單,適合用于單片機控制場合
BQ27620為只采電壓的電量計,使用較為復(fù)雜,建議選型前聯(lián)系FAE。
Q:開發(fā)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??梢栽诠倬W(wǎng)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(shù)以生成量產(chǎn)文件使用,EVSW是用于記錄調(diào)試數(shù)據(jù),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BqCONFIGGaugestudio 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(fā)過程嗎?
不使用官網(wǎng)的評估套件就無法使用上位機進行相關(guān)配置,調(diào)試和生成量產(chǎn)文件,尤其對于BQ275XX、BQ27741這類需要燒寫電芯特性參數(shù)(CHEM-ID)的電量來說,開發(fā)階段僅通過單片機是無法實現(xiàn)的這些參數(shù)燒寫,即使對于bq27421/441這些可以用單片機完成配置的電量計,缺乏很好的調(diào)試工具也會造成開發(fā)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(xiàn)象,解決方法先嘗試裝驅(qū)動軟件(有32位和64位版本的驅(qū)動),如果不行建議更換為EV2400
Q:如何完成開發(fā)過程并得到量產(chǎn)文件?
開發(fā)步驟主要包括:1.配置參數(shù) 2.校準 3.電芯曲線CHEM-ID選擇4.循環(huán)學(xué)習(xí)golden learning 5.導(dǎo)出量產(chǎn)文件
1.配置參數(shù),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(shù)進行修改。主要參數(shù)(部分電量計可能沒有顯示全部參數(shù),可以不填寫)有
判斷滿充條件參數(shù)
->Charge Voltage 滿充充電電壓,charger恒壓充電時電壓
->Taper Current 滿充時電流,一般設(shè)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(shù)值為Taper current(數(shù)值)=Design Capacity*10/Taper current(mA))
->Taper Voltage 用于判斷電池符合滿充的條件,一般設(shè)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(tǒng)信息(注意BQ27425,BQ27421/441填寫方式略有不同,換算數(shù)值為Threshold(數(shù)值)=Design Capacity*10/Threshold(mA))
->Terminate Voltage系統(tǒng)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(jù)需要填寫
2.校準
先確保無負載和充電電流情況下校準CC offset 然后校準 board offset,然后加上1A放電電流通過萬用表填寫實際電流數(shù)值校準Pack current
電壓和溫度校準無先后順序,需要確保電池或電源電壓數(shù)值穩(wěn)定時通過萬用表讀取實際數(shù)值進行校準
對于集成采樣電阻的電量計無需要對pack current進行校準。
3.CHEM-ID選擇
A電池先采用0.5C恒流,恒壓taper電流小于0.01C充飽
B靜置2小時
C連接EVM板,自動log DataRAM數(shù)據(jù),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(shù)據(jù)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(yīng)界面下載CHEM_ID
注意板在做CHEM_ID前要先校準好,放電過程要連續(xù),記錄的數(shù)據(jù)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(yīng)型號
4.循環(huán)學(xué)習(xí)和導(dǎo)出量產(chǎn)文件
A、確認已經(jīng)設(shè)置好相關(guān)的參數(shù)以及進行校準和CHEM_ID選擇才可以進行此步驟,發(fā)送命令0x41復(fù)位,導(dǎo)出DFI文件或者SENC文件備用
B、準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(fā)送0x0021命令使能IT算法,建議自動記錄Data RAM數(shù)據(jù)(4s間隔)Data FLash數(shù)據(jù)(10分鐘間隔)
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(shù)值為0x06
E、導(dǎo)出DataFlash的gg文件,用記事本打開修改Update Status為0x02,Cycle Count為0
F、導(dǎo)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,對于bq27421/441不需要步驟G,只需要得到gg文件即可。BQ27425對應(yīng)DFI文件叫做DMI文件。BQ27421/441和BQ27425無需要發(fā)送0x0021命令。對于BQ275XX和BQ27741實際量產(chǎn)時最后需要確認發(fā)送使能(0x0021)和seal命令(0x0020),BQ27421/441BQ27425需要發(fā)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(shù),另一方面可以保證電量計參數(shù)不被第三方讀出—————————————轉(zhuǎn)載