計量精度及其他影響精度因素的詳細計算步驟

在本系列的第1部分中，我說說明了測量精度與計量精度的區別。其中，強調了計量精度取決于您向所選算法內所輸入變量（電壓、電流和溫度）的精度，以及算法的穩健性或用于不同電池使用情況的能力。另外，還指出您可以通過檢查剩余電量，確定電量計在接近終止電壓處報告值為0%，且SOC沒有明顯的跳變，從而評估電量計的精度。

另外一個更有效的做法就是計算電池整個放電曲線對應的電量計的精度。您也可以使用充電曲線計算，但由于用戶更關心電池放電的精度，因此，常使用電池放電曲線評估。

以下便是計算計量精度的詳細步驟：（下載Excel表單，其中包含實際的數據和公式）

1.在這一包含電壓、電流、溫度和報告SOC數據的Excel中建立一個電量計日志。在本系列的第1部分中，我提到您可以使用bq Studio、一個TI電量計EVM或任何其他電量計以及一個Arbin或Maccor儀器提取電量計日志。在本例中，我將使用來自bqStudio和一個TI電量計EVM的電量計日志進行說明。

2.為計算得到的通電量(dQ)創建新的一列。日志文件應從充滿電的狀態開始，至達到零值（或放電停止時）的終止電壓處結束。使用以下Excel公式計算每列通電量：

Calculated_dQ = current_reading的滾動總和* time_since_last_log_point.

Excel公式：(ElapsedTimeN+1– ElapsedTimeN)*|AvgCurrentN| /3600+ Calculated_dQN.（由于經過時間是以秒為單位計的，所以需將其除以3600，換算成以小時為單位的數據。Calculated_dQN-1是計算得到的前一通電量。）

FCC_true = 綜合容量，從完整充滿電的狀態到終止電壓。

Calculated_RM = FCC_true – Calculated_dQ。

Excel公式：$FCC_true – Calculated_dQN.

3.檢查電池的實際滿電量，是所有通電量的總和：

4.為放電曲線的每個點創建一個新列，并計算電池的剩余電量（Calculated_RM）：

5.在新列中以百分數表示出每個點電池的實際剩余電量（Calculated_SOC）：

Calculated_SOC = Calculated_RM / FCC_true * 100.

Excel公式：Calculated_RM / $FCC_true * 100.

6.在新列中，通過用計算得到的剩余電量中減去電量計報告的剩余電量，計算出電量計在每點報告的剩余電量誤差：

SOC_error = SOC_true – SOC_gauge。

Excel公式：Calculated_SOCN– SOC_gaugeN。

Excel表單里有詳細的計算。圖1中，不同顏色突出顯示的列代表計算中的不同步驟。在M列中，您可以看到SOC誤差值很清楚地對電量計精度進行了量化。

圖1：顯示SOC誤差計算示例的Excel日志

圖2比較了根據電池整個放電曲線計算得到的SOC以及電量計報告的SOC，而圖3則是以圖形形式顯示了SOC誤差的幅度。在本例中，您可以看到整個放電曲線的電量計精度誤差不到2%。

圖2：根據電池電壓放電曲線計算得到的SOC與所報告SOC的示意圖

圖3：電池整個電壓放電曲線的SOC誤差示意圖

環境溫度和放電電流速率可導致電池容量(FCC)上升或下降，這是電池固有的特性。這些變化會導致剩余電量突然跳變，影響用戶體驗。為了控制這個問題，大多數德州儀器的電量計都配有一個被稱為“平滑”的特殊功能。平滑算法的主要目標是平滑電池充放電過程中剩余電量及SOC的跳變。需注意的時，啟用該功能后，電量表報告的剩余電量和SOC將經過算數修正，可能無法呈現實際的電池剩余電量。當啟用該過濾功能計算精度時，需確定您是想要得到平滑后（過濾后）的值還是實際值：兩種數值電量計都可以報。

圖4比較了計算得到的實際SOC、電量計報告的過濾后SOC值以及多負載水平下電量計報告的實際SOC值。從圖中可以看到電量計報告的過濾后SOC值緊隨著電量計報告的實際SOC值。

圖5比較了電量計報告SOC值的誤差以及電量計報告的過濾后SOC值的誤差。如果溫度急劇變化，過濾后的電量計報告SOC值與實際電量計報告SOC值之間就會表現出明顯的差別。

圖4：多電流水平下電池計算得到的實際值與電量計報告SOC值的比較

圖5：多電流水平下電池電壓曲線的電量計報告SOC誤差比較

大多數電量計用戶需要在電量計報告0%時，電池內仍能留些電量，而不致達到終止電壓，以便主處理器能夠執行可控的系統關閉操作。這種情況下，在計算精度時，不要計算到終止電壓；而是計算到您需要電池中備用電量所對應的電壓閾值。

另一個影響電量計所測量電池壽命精度的因素就是電量計跟蹤電阻抗變化的能力，電池的阻抗會隨著電池的老化而增加。TI Impedance Track?計量算法能夠跟蹤電池的阻抗變化，因此，在計量電池壽命方面的精度高達99%。補償放電終點電壓(CEDV)計量算法的精度能夠達到98%，并可計算電池的老化，但其使用的電池模型的精度可能隨著電池老化程度增加而下降。我們的Impedance Track-Lite算法是簡化的版本，精度可達95%。

概括來說，相比目檢，計算剩余電量誤差由于能夠提供整個電池曲線的誤差范圍，因此是更為穩健的電量計精度評估方法。其他影響電量計精度及其評估的考量因素包括是否啟用了平滑功能、備用電量功能以及電量計跟蹤電池老化的能力。欲了解各類電量計產品的完整清單，請訪問ti.com/gauges。

審核編輯：何安淇