通过精确电池测试，使得锂离子电池组能提供更多的电能和更持久的工作时间.

1.前言

要实现更持久的锂离子（Li-ion）电池，我们可以选择两种方法之一：增加电池总容量或提高能量利用效率。增加电池总容量意味着增加更多或更好的电池，这会显着增加电池组的整体成本。同时，提高能源利用效率在不增加容量的情况下为设计人员提供了更多可用能源。有两种方法可以提高能源利用效率：提高充电状态准确度和/或降低电流消耗。

2.具体方案

要获得更长的运行时间，我们需要从电池组中提取尽可能多的能量；但是，如果发生过放电，电池将永久损坏。为了避免电池过度放电，准确了解电池容量或充电状态信息至关重要。准确测量荷电状态的方法有以下三种：

（1）电池电压测量。

（2）库仑计数。

（3）TI 阻抗跟踪™ 技术。

电池电压测量是最简单的，但它也有精度低的过载条件。库仑计数随时间测量和积分电流。但要获得更好的充电状态精度，需要定期从充满到空的学习周期，并且充电状态精度会受到自放电和待机电流的影响。低温和老化的电池也会降低充电状态的准确性。Impedance Track 技术通过学习电池阻抗直接测量放电率、温度、年龄等因素的影响。因此，即使在电池老化和温度较低的情况下，阻抗跟踪方法也能为我们提供更好的充电状态测量精度。

我们的使用用BQ34Z100-G1，这是一种用于锂离子、铅酸、镍金属氢化物和镍镉电池的阻抗跟踪电量计，并且独立于电池串联电池配置工作。该设计支持自动控制的外部电压转换电路，以降低系统功耗，并为用户提供更长的每次充电运行时间，而无需担心过度放电造成的潜在损坏。由于电流消耗低，整个系统对测量结果的影响非常有限。结果我用BQStudio直接从BQ34Z100-G1读取数据常温下恒流放电。图 1 显示了放电充电状态测试结果。

图1：恒定放电电流下的放电荷电状态测试结果

提高能源利用效率的第二种方法是降低电流消耗。精确计量参考设计引入了优化的偏置电源解决方案，如图 2 所示。

图 2：整个系统偏置电源图

该设计使用我们的新型 LM5164 作为辅助电源。100V LM5164 是一款宽输入、低静态电流降压 DC-DC 转换器，可保护系统免受标称 48V 电池的潜在瞬变影响，并为 3.3V 微控制器 (MCU) 和 BQ34Z100-G1 供电。LM5164 的输入由两个信号控制：来自 BQ76940 的 REGOUT 和来自 MSP430™ MCU 的 SYS。这两个信号中的任何一个为高都会打开 Q1 并启用 LM5164 的输入 - 从而启用 MCU 电源。单板刚出厂，电池管理板第一次上电时，处于出货模式。整个系统（BQ76940 除外）未通电，可实现低至 5µA 的运输模式电流消耗。按下按钮 S1 会将 REGOUT 设置为高电平并打开系统电源。当 MCU 上电时，它会将 SYS 设置为高电平。无论 BQ76940 处于关机模式还是正常模式，整个系统都有稳定的电源供应。

要在待机状态下实现电动自行车电池组的所有功能，包括充电器连接/移除和负载连接/移除，我们需要给 MCU 上电。Q1 应该打开。为了降低待机模式电流消耗，BQ76940 通过 I2C 命令设置为关断模式。因此 SYS 为高电平，以保持 Q1 开启。LM5164 设置为低开关频率以降低开关损耗，并且 MSP430 MCU 处于低功耗模式。所有充电器连接/移除和负载连接/移除检测都是通过固件实现的。待机电流消耗通常为 50 µA，如图 3 所示。图 4 显示了主板的运输模式电流消耗。

图 3：待机模式电流消耗

图 4：运输模式电流消耗

3.结论
总体而言，本文实现了准确的充电状态测量（通过 BQ34Z100-G1）并降低了待机和运输模式电流消耗（通过优化的偏置电源解决方案）。这两种解决方案共同提高了电动自行车电池组的能源利用效率，为用户提供了更长的使用时间。