随着工业和个人电子产品采用更先进的技术，它们会给电池带来越来越难以预测的负载，因此需要更可靠、更智能的电池电量计。无论是在新兴的人工智能 (AI) 增强型设备中，还是在无人机、电动工具和机器人等成熟系统中，电池都会经历高度动态的负载曲线。这些不可预测的负载给依赖精确测量来安全关闭系统或防止意外断电的设计人员带来了挑战。虽然无绳电钻的意外关机可能只会让用户感到不爽，但无人机从空中坠落却会带来严重的安全风险。
电池电量计的作用是什么？
电池电量计使用电流和电压测量来计算基本参数，例如充电状态、健康状态和剩余容量。传统的基于 Impedance Track技术的电池电量计假设电池负载变化缓慢，这使得能够在电池放电时进行精确的电阻测量，从而计算出高精度的实时充电状态预测。如图 1 所示，将电池建模为低频电阻-电容 (RC) 模型足以应对这些缓慢变化的电池负载。然而，对于负载电流可变或高频的新型应用，需要更全面的模型和自适应算法来保持准确的充电状态估算。
低频 RC 电池
动态 Z-Track 算法是一种专为 BQ41Z90 和 BQ41Z50 等器件设计的电池计量方法。作为传统阻抗跟踪算法（在 BQ40Z50 和 BQ34Z100 等器件中运行）的继承者，动态 Z-Track 算法可在动态负载电流条件下提供准确的电池充电状态、健康状态和剩余容量估算。
当不稳定或高频负载影响电池时，阻抗跟踪测量仪对电池的传统 RC 建模将无法更新电池电阻。动态 Z-Track 算法实现了一个宽带瞬态模型，该模型可以模拟电压瞬态并适应动态电流曲线。即使电流不稳定，这种方法也能实时估算电阻。
为什么电阻如此重要？
跟踪电阻对于在电池的整个使用寿命期间提供最高精度的荷电状态计算至关重要。如图 2 所示，电池单元的电阻会随着电池的循环和老化而线性增加，直到达到某个转折点，在此转折点处，电阻会呈指数级增长，直至电池寿命结束。电阻也会随温度而发生显著波动。电池单元的电阻与温度呈反比关系，温度越低，电阻越高；因此，电池单元在达到 0% 荷电状态之前所能提供的容量或能量就越低。
锂离子电池单元的电阻随时间的变化
当电池电量计无法更新电阻时，计算出的荷电状态误差会随着电池老化而成比例增长。在不可预测且不稳定的负载下，如果不进行电阻更新，充电状态和剩余容量估算的误差最高可达 60%，最低可达 10%。最终用户会遇到这种情况，因为充电状态会突然下降，设备可能会因容量估计过高而意外关机，如图 3 所示。
剩余容量估算比较：Impedance Track 技术、动态 Z-Track 技术与无电阻更新（1.75C 负载）
一个例子
假设一个人骑着电动自行车回家。他查看了充电状态，发现剩余 30%，于是决定回家前绕道去趟杂货店。当他们到达商店时，电量显示剩余 15%，但在回家的路上，电动自行车突然停止供电，因为电量从 12% 降至 0%。现在，骑车人要么骑车回家，要么叫车。
动态 Z-Track 算法可以避免这种情况。与传统的电池电量计不同，TI 的动态 Z-Track 技术即使在不可预测的负载下也能提供高达 99% 的电量状态精度，使制造商能够优化电池尺寸并将电池运行时间延长多达 30%。这最终为最终用户在无人机、电动自行车、笔记本电脑和便携式医疗仪器等高要求应用中提供更可靠的性能。
总结
虽然不可预测的负载电池负载虽然是重大的设计挑战，但它们并不一定限制系统的可靠性或最终用户体验。动态 Z-Track 算法等工具有助于实现电池供电设备轻松运行的设计——未来无人机可以顺利完成飞行，不会意外降落，电动自行车也能安全送用户回家。
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