采用MPF4279X 系列產(chǎn)品精確估算充電狀態(tài)（下篇）

概述

在設(shè)計電池管理系統(tǒng) (BMS)時，精確估算電池充電狀態(tài) (SoC) 對設(shè)計人員來說是個挑戰(zhàn)。SoC是與電池容量相關(guān)的電池充電水平。

本系列的兩篇文章針對SoC 的估算展開討論。其中 上篇 探討了電池條件在 SoC 估算中的復(fù)雜應(yīng)用，并介紹了其中一種SoC 估算方法。本文為下篇，將討論其他SoC估算方法，并介紹 MPF4279x 系列產(chǎn)品。

SoC算法簡介

SoC估算方法有3種：開路電壓（OCV）法、安時積分法和電壓-電流混合法。 本系列的第一部分討論了 OCV 方法，本文將討論其余兩種方法。

安時積分法

經(jīng)典的SoC 估算通常使用安時積分法，也稱為電流積分法或庫侖計數(shù)法，該方法通過累積電池充放電過程中進(jìn)出電池的電量來估算 SoC。充電時進(jìn)入電池的所有庫侖都保留在電池中；而放電時全部流出的電量則會導(dǎo)致 SoC 下降。

當(dāng)前SoC (SoCNOW) 可以通過公式 (1) 來計算：

SoCNOW=SoCPAST- (INOW*Δt) / QMAX

其中， SoC紙 紙 紙 紙 紙 是最近的 SoC 估算值， INOW 為實(shí)時電流，t 為時間， QMAX 則為最大容量。注意，在該等式中，正電流表示放電，而負(fù)電流表示充電。

安時積分法比OCV 法更為精確。但是該算法只是單純地從外部記錄流入和流出電池的電量，忽略了電池內(nèi)部狀態(tài)的變化。由于不同的電池模型具有不同的自放電率，具體取決于電池的 SoC、溫度和循環(huán)歷史，因此準(zhǔn)確的自放電模型需要花費(fèi)大量時間收集數(shù)據(jù)，而且仍然相當(dāng)不精確。

另外，電流的測量也可能不準(zhǔn)，導(dǎo)致 SoC 估算誤差的累積，從而需要定期不斷校準(zhǔn)。而且在電池長時間不活動或放電電流變化很大的應(yīng)用中，安時積分法會產(chǎn)生一定誤差。

電壓-電流混合算法

OCV 法在實(shí)際工況下并不實(shí)用，而安時積分法存在誤差，并且隨著使用時間的增加誤差會繼續(xù)放大。因此設(shè)計人員單獨(dú)采用某一種方法來精確測量 SoC 變得非常困難。

為了應(yīng)對這些經(jīng)典方法的缺陷，我們將OCV 法與其他方法相結(jié)合，共同進(jìn)行 SoC的預(yù)測。電壓-電流混合模型即同時采用了 OCV 法和安時積分法。

MPS 采用了先進(jìn)的混合算法對 SOC 進(jìn)行精準(zhǔn)預(yù)測，結(jié)合庫倫積分法和開路電壓法優(yōu)勢，同時引入溫度和內(nèi)阻兩個變量，通過不斷的計算和量測，擬合矯正 SOC，可以將 SOC 誤差平均值控制在2%以內(nèi)。該方法不僅可以擬合電池 OCV，還可以擬合等效串聯(lián)電阻及擴(kuò)散，如圖 1所示。

圖 1：電壓-電流混合方法

MPF4279X 系列產(chǎn)品的電池管理功能

MPF4279x 系列 (包括 MPF42791, MPF42797, MPF42790 MIPF42790 MIPF42790, MPF42792, 和 MPF42795) 是MPS的 電量計解決方案 系列產(chǎn)品。該系列結(jié)合了 OCV法和安時積分法的優(yōu)勢以精確預(yù)測 SoC。這些先進(jìn)的電池電量計芯片利用系統(tǒng)微控制器 (MCU) 提供電池組讀數(shù)，可與任何類型的模擬前端 (AFE) 配對。該系列產(chǎn)品具備如下功能特性：

最多支持 16 節(jié)電池，包括磷酸鐵鋰和三元鋰電芯

計算每節(jié)電池的 SoC，以更準(zhǔn)確地預(yù)判整個電池充滿和放空條件

外置MCU以滿足運(yùn)算要求

外圍線路簡單、易于設(shè)計，支持外置 5 顆 LED 顯示電量（僅MPF42790 MIPF42790 MIPF42790 和 MPF42795 提供

圖 2 顯示了 MPF42790 MIPF42790 MIPF42790 的功能框圖。

圖 2：MPF42790 MIPF42790 MIPF42790 功能框圖

表 1 對該系列的五種解決方案進(jìn)行了比較。

表1: MPF4279x系列產(chǎn)品

結(jié)語

隨著電池應(yīng)用需求的不斷增長，精確的 SoC 估算對有效的電池管理變得愈發(fā)重要。本文討論了估算 SoC 的常見挑戰(zhàn)，并采用MPF4279x 系列產(chǎn)品擴(kuò)展出電壓-電流混合估算方法。MPF4279x 系列是適用范圍廣泛的全新 電量計系列解決方案 。請參閱 MPS 強(qiáng)大的 電池管理解決方案組合以了解更多充電解決方案。

審核編輯：湯梓紅