多年來，只要看一下電量表，我們就能得到一個直接的答案：我們還能繼續(xù)開車多久?如今，這個世界充滿了電池供電的設(shè)備，從筆記本電腦和手機到電動汽車和醫(yī)療設(shè)備，準確預(yù)測剩余運行時間變得至關(guān)重要。

與傳統(tǒng)的電量計指示器不同，電池計可能不可靠，導(dǎo)致用戶感到沮喪，并且需要在不方便的時候?qū)ふ页潆娖?。本文深入探討了電池計量的困難，以及Nova Semiconductor的突破性電池管理系統(tǒng) (BMS) 技術(shù)如何為精確的充電狀態(tài) (SOC) 測量提供改變游戲規(guī)則的解決方案，從而延長電池壽命并減少生態(tài)足跡。

電池計量的復(fù)雜性

電量計采用簡單的浮動機制，這有助于提高其可靠性。另一方面，電池測量則復(fù)雜得多。電池的充電狀態(tài) (SOC) 受多種因素影響，例如電池的年齡、溫度、充電和放電速率以及電池的化學(xué)性質(zhì)。

與油箱不同，電池的容量和性能會隨著時間的推移而下降，這對準確估計充電狀態(tài) (SOC) 造成了重大問題。此外，無法直接測量充電狀態(tài)。電池電壓波動很大，而且極易受溫度變化的影響，缺乏一致性，無法作為合適的指標。當代解決方案采用電壓、電流和其他因素的混合，并采用復(fù)雜的算法，盡管它們的精度會隨著電池隨時間推移而下降。

鋰離子電池

鋰離子電池(即磷酸鐵鋰 (LFP) 電池)管理的一個重大挑戰(zhàn)是開路電壓和充電狀態(tài)之間的高度統(tǒng)一關(guān)系。表面缺乏曲率會導(dǎo)致測量結(jié)果出現(xiàn)微小變化，從而對評估電池 SOC 的準確性產(chǎn)生重大影響。傳統(tǒng)上，業(yè)界一直努力將精度控制在約 5 毫伏，大致相當于 0.1%。實現(xiàn)如此高的精度既困難又昂貴，尤其是在依賴蠻力技術(shù)的情況下。

除此之外，還需要在不同溫度和電池電壓下保持精度，以保證電池的最佳功能，這也增加了難度。蠻力方法通常無法在不同環(huán)境下提供恒定的精度，從而導(dǎo)致許多缺點，例如需要用戶進行昂貴的校準。缺乏一致性促使人們追求越來越先進和復(fù)雜的解決方案，以滿足當代電池技術(shù)的嚴格要求。

精確庫侖計數(shù)的障礙

庫侖計數(shù)是一種常用方法，用于測量進入和離開電池的電子。但是，它需要電壓和溫度等其他因素才能真正準確。這些調(diào)整是為了提供二階校正，但不應(yīng)過分依賴它們，因為隨著電池老化，它們會變得無效，導(dǎo)致估算不可靠。

盡管目前有高精度的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器 (ADC)，但它們無法實現(xiàn)完美的庫侖計數(shù)。原因如下：

· 動態(tài)范圍：系統(tǒng)消耗的電流可能相差很大，從待機微安到工作狀態(tài)安培。如此巨大的動態(tài)范圍使得實現(xiàn)精確測量所需的分辨率極具挑戰(zhàn)性且成本高昂。

· 電流變化：放電電流波動，會產(chǎn)生干擾采樣系統(tǒng)的噪聲。即使是充電電流，雖然噪聲較小，但也不是完全穩(wěn)定的。需要高分辨率、高速、連續(xù)的轉(zhuǎn)換來捕捉這些變化，但實現(xiàn)這種平衡很復(fù)雜，而且耗電。

· 精度和線性：ADC 需要接近零偏移和出色的線性度，才能在高分辨率下實現(xiàn)精確測量。傳統(tǒng) ADC 需要經(jīng)過大量測試，這會增加測試時間和成本。

Nova 的突破：精確的庫侖計數(shù)提供準確的 SOC 測量

Nova Semiconductor 的 BMS 技術(shù)解決了這些限制，以低成本提供近乎完美的庫侖計數(shù)。與依賴電池模型和調(diào)整的傳統(tǒng)方法不同，Nova 的方法直接測量電荷流，無論電池的年齡、溫度或電池化學(xué)性質(zhì)如何，都能提供高度準確且可重復(fù)的 SOC 讀數(shù)。

把電池想象成一個水箱。知道水位就無需考慮溫度引起的體積波動。同樣，通過精確測量電荷流入和流出，Nova 的系統(tǒng)可以準確確定剩余電量。然后可以將自放電和熱損失等二次改進因素考慮在內(nèi)。

超越 SOC：準確的使用情況估計和剩余運行時間預(yù)測

借助精確的庫侖計數(shù)引擎，Nova 的系統(tǒng)可以測量長時間內(nèi)的使用電量。這樣可以實現(xiàn)近乎完美的剩余電量與使用率比率，從而更準確地估計剩余時間或運行范圍(圖 1)。此外，測量達到特定點(如充滿電)所需的電量也變得非常簡單。

圖 1：Nova 的解決方案提供了 SOC 測量精度和周期可重復(fù)性(來源：1)

Nova 的 BMS 提供了許多先進功能，包括高精度電池電壓測量、同時測量所有電池和電流，以及靈活實現(xiàn)電池平衡和阻抗測量等各種功能。然而，真正改變游戲規(guī)則的是 Nova 的精確庫侖計數(shù)和 SOC 估算，有望徹底改變電池供電系統(tǒng)。

Nova 的方法采用數(shù)字輔助模擬技術(shù)，實現(xiàn)了測量電池電壓的 1 毫伏的驚人精度和庫侖計數(shù)重復(fù)性的 0.02%。這是以經(jīng)濟高效和復(fù)雜的方式實現(xiàn)的。這項創(chuàng)新不僅保證了卓越的性能，而且還使更廣泛的商品能夠使用智能電池管理技術(shù)。

由于缺乏經(jīng)濟高效電池平衡方法，許多廉價消費品都省略了這一關(guān)鍵組件，導(dǎo)致電池壽命大幅縮短。通常，當電池發(fā)生故障時，整個物品都無法重復(fù)使用，從而導(dǎo)致浪費增加和環(huán)境破壞。

Nova 的技術(shù)致力于通過提供可靠且經(jīng)濟高效的電池管理解決方案來改變這種情況。Nova 的方法可確保電池組在其指定使用壽命的整個期間內(nèi)保持最大容量。告別電池過早老化和整機不必要的傾倒。Nova 可確保最佳的電池性能和使用壽命。

拯救地球，一次一個電池組

鋰離子電池含有對環(huán)境有害的物質(zhì)。減少電池浪費至關(guān)重要。Nova 發(fā)現(xiàn)，許多原本“報廢”的筆記本電腦電池仍有 70-80% 的容量，可以恢復(fù)使用。不方便的電池更換通常會導(dǎo)致設(shè)備過早處理，從而對環(huán)境造成重大影響。

準確的BMS功能可以顯著減少這種浪費。Nova 致力于將其最先進的 BMS 解決方案引入所有可能的設(shè)備，確保最佳的電池性能、使用壽命以及對地球的積極影響。