德州仪器Dynamic Z-Track算法的特性和优势

摘要

本应用手册介绍了德州仪器 (TI) 电池电量监测算法的简短历史，说明了负载电流频繁、快速变化时电池电量监测计运行时的挑战，并详细介绍了应用于动态负载电流应用的Dynamic Z-Track (IT-DZT) 算法的特性和优势。

简介

本应用手册介绍了BQ41z50 和其他德州仪器 (TI) 电池电量监测计器件中使用的德州仪器 (TI) Dynamic Z-Track (IT-DZT) 算法。测量算法是 Impedance Track (IT) 监测算法的后继产品，许多以前的 TI 电池测量器件（如BQ40z50、BQ27z561、BQ27z746、BQ34z100等）中均采用后者。IT-DZT 算法的设计是要在当电池负载电流在长时间内出现频繁且快速的变化时，在应用环境中实现准确的电池电量监测。

电池电量监测算法背景

电池电量监测计提供了确定为电子或机电系统供电的电池组的特性所需的信息。电池电量监测计可估算电池或电池组的剩余电量、荷电状态和健康状况。

电池电量监测计通常依靠利用负载电流特性的近似值来进行精确的电池参数和状态估算，同时降低计算开销和功耗。当电池负载电流空闲足够长的时间后，电池开路电压 (OCV) 和荷电状态 (SoC)（即放电程度 (DoD)）之间会 存在一一对应的映射。当负载电流恒定或长时间缓慢变化时，可以使用电压和电流测量值来估算标准化为室温的 电池电阻的曲线。

但是，电子器件的使用趋势是将电池电源应用于长时间具有高动态负载电流的器件和应用。系统以前通过有线连接供电，现在通常使用电池供电，为客户提供更高的便携性和灵活性。

电动工具、无人机和清洁机器人是在负载电流发生高度变化的情况下应用电池电源的系统示例。此外，笔记本电脑等传统应用正在使用可变负载电流（例 如动态电池功率技术 (Turbo 模式)）平衡计算吞吐量与系统功耗。在这些应用中，负载电流包括 10 秒的持续高电池电流 (SPC) 脉冲（最高可达电池 C 率的两倍）和 10ms 脉冲（最高可达电池 C 率 (CPC) 的四倍）。

示例DBPT 负载电流如 图 1 中所示笔记本电脑和移动个人电子产品中新兴的人工智能 (AI) 应用，例如使用神经网络进行分类或使用大型语言模型 (LLM) 生成内容，也需要从电池汲取的高度可变的负载电流。对于这些应用，电量监测计算法不能依赖于针对稳定且缓慢变化的负载电流而设计的近似值。

图 1. 动态电池功率技术示例负载电流

本文档的后续章节将介绍针对稳定负载电流进行电池建模所使用的近似值、这些模型对于具有动态负载电流的系统的缺点、对动态负载的电池行为进行建模的技术、基于动态模型的计量算法、以及对剩余容量的精度和充电状态估算的影响。

总结

IT-DZT 电池电量算法可以更准确地估算具有动态负载电流的应用的电池电阻和剩余容量。IT-DZT 依赖对电池电量算法中电阻估算部分的电池弛豫进行补偿的宽带电池模型。通过在整个生命周期内准确跟踪电池电阻，可以在电池终端电压达到电池供电系统运行的最小值时立即准确预测剩余电量。IT-DZT 增强了无人机、机器人、电动工具和 AI 增强型便携式电子产品等各种应用的性能监测。

表 7-1 中显示了 IT-DZT 和 IT 在稳定和动态负载下的性能比较。

表 2 . IT-DZT 和 IT 的比较