采用MPF4279X 系列产品精确估算充电状态（下篇）

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概述

在设计电池管理系统 (BMS)时，精确估算电池充电状态 (SoC) 对设计人员来说是个挑战。SoC是与电池容量相关的电池充电水平。

本系列的两篇文章针对SoC 的估算展开讨论。其中上篇探讨了电池条件在 SoC 估算中的复杂应用，并介绍了其中一种SoC 估算方法。本文为下篇，将讨论其他SoC估算方法，并介绍 MPF4279x 系列产品。

SoC算法简介

SoC估算方法有3种：开路电压（OCV）法、安时积分法和电压-电流混合法。本系列的第一部分讨论了 OCV 方法，本文将讨论其余两种方法。

安时积分法

经典的SoC 估算通常使用安时积分法，也称为电流积分法或库仑计数法，该方法通过累积电池充放电过程中进出电池的电量来估算 SoC。充电时进入电池的所有库仑都保留在电池中；而放电时全部流出的电量则会导致 SoC 下降。

当前SoC (SoC_NOW) 可以通过公式 (1) 来计算：

$$SoC_{NOW} =SoC_{PAST} - (I_{NOW} \times\ Δt) / Q_{MAX}$$

其中， SoC_PAST 是最近的 SoC 估算值， I_NOW 为实时电流，t 为时间， Q_MAX 则为最大容量。注意，在该等式中，正电流表示放电，而负电流表示充电。

安时积分法比OCV 法更为精确。但是该算法只是单纯地从外部记录流入和流出电池的电量，忽略了电池内部状态的变化。由于不同的电池模型具有不同的自放电率，具体取决于电池的 SoC、温度和循环历史，因此准确的自放电模型需要花费大量时间收集数据，而且仍然相当不精确。

另外，电流的测量也可能不准，导致 SoC 估算误差的累积，从而需要定期不断校准。而且在电池长时间不活动或放电电流变化很大的应用中，安时积分法会产生一定误差。

电压-电流混合算法

OCV 法在实际工况下并不实用，而安时积分法存在误差，并且随着使用时间的增加误差会继续放大。因此设计人员单独采用某一种方法来精确测量 SoC 变得非常困难。

为了应对这些经典方法的缺陷，我们将OCV 法与其他方法相结合，共同进行 SoC的预测。电压-电流混合模型即同时采用了 OCV 法和安时积分法。

MPS 采用了先进的混合算法对 SOC 进行精准预测，结合库伦积分法和开路电压法优势，同时引入温度和内阻两个变量，通过不断的计算和量测，拟合矫正 SOC，可以将 SOC 误差平均值控制在2%以内。该方法不仅可以拟合电池 OCV，还可以拟合等效串联电阻及扩散，如图 1所示。

图 1：电压-电流混合方法

MPF4279X 系列产品的电池管理功能

MPF4279x 系列 (包括 MPF42791, MPF42797, MPF42790, MPF42792, 和 MPF42795) 是MPS的电量计解决方案系列产品。该系列结合了 OCV法和安时积分法的优势以精确预测 SoC。这些先进的电池电量计芯片利用系统微控制器 (MCU) 提供电池组读数，可与任何类型的模拟前端 (AFE) 配对。该系列产品具备如下功能特性：

最多支持 16 节电池，包括磷酸铁锂和三元锂电芯
计算每节电池的 SoC，以更准确地预判整个电池充满和放空条件
外置MCU以满足运算要求
外围线路简单、易于设计，支持外置 5 颗 LED 显示电量（仅MPF42790 和 MPF42795 提供）

图 2 显示了 MPF42790 的功能框图。

图 2：MPF42790 功能框图

表 1 对该系列的五种解决方案进行了比较。

表1: MPF4279x系列产品

	MPF42790	MPF42791	MPF42792	MPF42795	MPF42797
是否带电平指示LED	有	无	无	有	无
电池组中电池数	2 至 16	2 至 16	2 至 16	2 至 10	2 至 10
电池组标称电压	7.4V 至 60V	7.2V 至 57.6V	7.4V 至 60V	7.4V 至 37V	7.4V 至 37V

结语

随着电池应用需求的不断增长，精确的 SoC 估算对有效的电池管理变得愈发重要。本文讨论了估算 SoC 的常见挑战，并采用MPF4279x 系列产品扩展出电压-电流混合估算方法。MPF4279x 系列是适用范围广泛的全新电量计系列解决方案。请参阅 MPS 强大的电池管理解决方案组合以了解更多充电解决方案。