電池電量計(jì)的應(yīng)用說明

為了從電池電量計(jì)獲得最佳性能，必須對(duì)電池組進(jìn)行表征，以便完全了解電池在應(yīng)用中的行為。為了進(jìn)行表征，Maxim和其他電量計(jì)供應(yīng)商建議在室溫下對(duì)電池組進(jìn)行充電。然后，在室溫下以重、中和輕負(fù)載排出包裝。在冷熱溫度下，以中等負(fù)載卸料。此外，建議進(jìn)行階梯式放電，以觀察包裝在放電過程中如何松弛。本文概述了為Maxim的ModelGauge正確收集這些數(shù)據(jù)的設(shè)置和程序?系列（MAX17040/MAX17041和MAX17043/MAX17044）。 然后，收集的數(shù)據(jù)可用于創(chuàng)建與電量計(jì)芯片一起使用的自定義模型。

設(shè)置

被測(cè)電池應(yīng)使用良好的開爾文檢測(cè)連接連接到測(cè)試系統(tǒng)，并放置在可設(shè)置為 40°C、20°C 和 0°C 的環(huán)境室中。 此外，測(cè)試系統(tǒng)溫度探頭應(yīng)與被測(cè)細(xì)胞的皮膚緊密接觸。

圖1.細(xì)胞表征系統(tǒng)的設(shè)置。

接下來，創(chuàng)建電池表征請(qǐng)求（CCR）表格并輸入此應(yīng)用的充電/放電參數(shù)。將其提交給電量計(jì)芯片供應(yīng)商，以創(chuàng)建一個(gè)配置文件，該配置文件將用于為該特定電池組自定義電量計(jì)。例如，當(dāng)填寫并返回Maxim的CCR表時(shí)，會(huì)分配一個(gè)自定義項(xiàng)目編號(hào)，以確保正確配置電量計(jì)芯片。

細(xì)胞表征參數(shù)

使用將在應(yīng)用中使用的充電和放電級(jí)別循環(huán)電池組。以下是單節(jié)電池組的示例值。

充電電流：C速率/2

充電電壓：4.2V

終止電流：50mA

重載：1.5 ×典型有功電流

介質(zhì)負(fù)載：1 ×典型有功電流

輕負(fù)載：典型有功電流/4 或 C 速率/10

空電壓：3.0V

（注意：測(cè)量電池組的空電壓，而不是電池組外的空電壓。

Hot： +40°C

Room： +20°C

Cold： 0°C

定義

必須實(shí)施三個(gè)基本例程才能正確表征與ModelGauge設(shè)備一起使用的單元。這些例程是充電至滿電、恒流放電和階梯放電。

充滿電是在充電電流下對(duì)電池組充電，直到電池組電壓達(dá)到充電電壓。此時(shí)，電壓保持在充電電壓，直到電流逐漸減小到終止電流以下。建議在表征過程中，所有電荷都在室溫下發(fā)生，并且每次充電后允許電池“松弛”至少60分鐘。有關(guān)示例充電周期，請(qǐng)參見圖2。

圖2.充電至充滿周期期間的典型電池組特性。

放電是以指定的速率恒流損失電荷，直到電池組的電壓降至空電壓水平。建議細(xì)胞在每次放電后至少放松60分鐘。在室溫下，對(duì)重、中、輕負(fù)載進(jìn)行恒流放電。在高溫和低溫下重復(fù)恒流放電。有關(guān)恒定電流從滿放電到空放電的示例，請(qǐng)參見圖3。請(qǐng)注意，在電池達(dá)到空電壓后，電池電壓將恢復(fù)到更高的電壓，因?yàn)樵试S電池“松弛”。

圖3.從滿到空的恒流放電。電池達(dá)到空電壓后，隨著電池被允許松弛，電池電壓將恢復(fù)到更高的電壓。

階梯式放電是在重負(fù)載下將電池放電約20%的電池容量，然后讓電池放松60分鐘（圖4）。對(duì)于 C/2 放電速率，建議階梯放電 24 分鐘。繼續(xù)這20%的放電步驟，直到電壓達(dá)到空電壓電平。

為了讓電池在第一次階梯放電的放松狀態(tài)之間放松，請(qǐng)運(yùn)行三個(gè)額外的階梯放電循環(huán)，第一步分別為電池容量的 5%、10% 和 15%。這將創(chuàng)建松弛狀態(tài)的偏移量。對(duì)于 C/2 放電率，6 分鐘放電將提供 5% 的抵消，12 分鐘放電將提供 10% 的抵消，18 分鐘放電將提供 15% 的抵消。繼續(xù)原來的20%放電步驟，直到電壓達(dá)到空電壓水平。階梯放電在以下過程的步驟16-27中描述。

圖4.階梯放電是通過在重負(fù)載下對(duì)電池放電約20%的電池容量，然后讓電池放松60分鐘來完成的。

執(zhí)行階梯放電的程序

將環(huán)境室設(shè)置為20°C（讓細(xì)胞在每個(gè)溫度變化下停留30分鐘。

將電池充電至充滿，讓電池放松。（每次放松大約需要 1 小時(shí)。

將環(huán)境室設(shè)置為 40°C。

以中等放電率放電至空電壓，讓電池放松。（介質(zhì)速率是典型的有功放電電流。

將環(huán)境室設(shè)置為 20°C。

充電至充滿并讓電池放松。

以中等放電率放電至空電壓，讓電池放松。

充電至充滿并讓電池放松。

將環(huán)境室設(shè)置為 0°C。

以中等放電率放電至空電壓，讓電池放松。

將環(huán)境室設(shè)置為 20°C。

充電至充滿并讓電池放松。

以高放電率放電至空電壓，讓電池放松。（重速率為典型有源放電電流的 1.5 ×。

充電至充滿并讓電池放松。

以輕放電率放電至空電壓，讓電池放松。 （光率通常是典型的有功放電電流/4 或 C 率/10。

充電至充滿并讓電池放松。

在C速率/ 2下將電池放電20%，并讓電池放松1小時(shí)。

重復(fù)步驟17，一次放電20%，直到達(dá)到空電壓。這允許觀察 100%、80%、60%、40%、20% 和 0% 的開路電壓 （OCV）。

充電至充滿并讓電池放松。

在 C 速率/2 下將電池放電 5%，讓電池放松 1 小時(shí)。

重復(fù)步驟17，一次放電20%，直到達(dá)到空電壓。這允許在 100%、95%、75%、55%、35%、15% 和 0% 處觀察 OCV。

充電至充滿并讓電池放松。

在C速率/ 2下將電池放電10%，并讓電池放松1小時(shí)。

重復(fù)步驟17，一次放電20%，直到達(dá)到空電壓。這允許在 100%、90%、70%、50%、30%、10% 和 0% 處觀察 OCV。

充電至充滿并讓電池放松。

在C速率/ 2下將電池放電15%，并讓電池放松1小時(shí)。

重復(fù)步驟 17，一次放電 20%，直到達(dá)到空電壓。這允許在 100%、85%、65%、45%、25%、5% 和 0% 處觀察 OCV。

充電至充滿并讓電池放松。

顯示電池充電和放電的完整周期如圖5所示。波形說明了在程序的每個(gè)步驟中發(fā)生的情況。

圖5.完整的細(xì)胞表征周期。

注意：任何休息時(shí)間都可以無限期延長(zhǎng)，以適應(yīng)腔室溫度的變化。

參考數(shù)據(jù)

為了生成強(qiáng)參考電荷狀態(tài)（用于確定誤差），必須至少收集以下數(shù)據(jù)：

充放電庫(kù)侖計(jì)數(shù)器：這些可以是兩個(gè)寄存器，也可以組合成一個(gè)。應(yīng)使用<1mA庫(kù)侖計(jì)數(shù)器漂移來測(cè)量容量，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的表征和性能驗(yàn)證。

電池電壓

充電/放電電流

溫度

時(shí)間：如果參考和硅數(shù)據(jù)是在不同的系統(tǒng)上收集的，那么它們都應(yīng)該具有同步的系統(tǒng)時(shí)鐘，以便進(jìn)行準(zhǔn)確的比較。

為防止數(shù)據(jù)文件變得太大，請(qǐng)每 15 秒記錄一次數(shù)據(jù)。在一個(gè)連續(xù)文件中收集所有數(shù)據(jù)，包括任何延長(zhǎng)的時(shí)間延遲。

數(shù)據(jù)處理

完成該過程后，將數(shù)據(jù)發(fā)送給電量計(jì)供應(yīng)商，清楚地標(biāo)識(shí)此數(shù)據(jù)的項(xiàng)目編號(hào)。然后，供應(yīng)商將處理數(shù)據(jù)，并根據(jù)應(yīng)用定義的充電/放電參數(shù)為被測(cè)電池提供推薦模型。然后將模型嵌入到電量計(jì)芯片中。

審核編輯：郭婷