隨著電動自行車和電動摩托車越來越受歡迎，消費者對電池組的續(xù)航能力也提出了更高的要求。德州儀器延長電池組的續(xù)航時間可讓車輛行駛更遠里程而無需頻繁充電。
可以通過以下兩種方法來提高鋰離子（Li-ion）電池組的續(xù)航能力：增大電池總?cè)萘炕蛱岣吣苄АＴ龃箅姵乜側(cè)萘恳馕吨褂酶嗷蛐阅芨训碾姵貑卧@會顯著增加電池組的總體成本。而提高能效可在不增加容量的情況下為設計人員提供更多的可用能源。有兩種方法可以提高能效：提高荷電狀態(tài)精度和/或降低電流消耗。
要獲得更長的運行時間，需要從電池組中吸收盡可能多的能量；但若發(fā)生過過度放電，電池將被永久損壞。為避免電池過度放電，準確了解電池容量或荷電狀態(tài)信息至關重要。有三種方法可準確測量荷電狀態(tài)：
- 電池電壓測量。
- 庫侖計數(shù)。
- TI Impedance Track™技術(shù)。
電池電壓測量是最簡易的方法，但它也具有低精度的過載條件。庫侖計數(shù)測量并隨時間積分電流。但是，實現(xiàn)更佳的荷電狀態(tài)精度需要定期的全轉(zhuǎn)-空轉(zhuǎn)學習周期，且荷電狀態(tài)精度將受到自放電和待機電流的影響。低溫和老化的電池也會降低荷電狀態(tài)的精度。Impedance Track 技術(shù)通過學習電池阻抗直接測量放電速率、溫度、壽命和其他因素的影響。因此，即使電池老化和溫度過低，Impedance Track 方法也能為消費者提供更佳的荷電狀態(tài)測量精度。
德州儀器的精確測量和50μA 待機電流，13S、48V 鋰離子電池組參考設計使用 BQ34Z100-G1，一種用于鋰離子、鉛酸、鎳金屬氫化物和鎳鎘電池的 Impedance Track 電量計，且獨立于電池串聯(lián)電池配置工作。此設計支持外部電壓轉(zhuǎn)換電路。該電路可自動控制以降低系統(tǒng)功耗，并在每次充電時為用戶提供更長的運行時間，而無需擔心過度放電可能造成的損壞。由于電流消耗低，整個系統(tǒng)對測量結(jié)果的影響非常有限。因此，我們會在室溫恒定放電電流下通過 BQStudio 直接從 BQ34Z100-G1讀取數(shù)據(jù)。圖1所示為放電荷電狀態(tài)測試結(jié)果。
恒定放電電流下的放電荷電狀態(tài)測試結(jié)果
提高能效的第二種方法是降低電流消耗。精確的測量參考設計引入了優(yōu)化的偏置電源解決方案，如圖2所示。
整個系統(tǒng)偏置功率圖
此設計利用我們新的LM5164作為輔助電源。該100 V LM5164是一款寬輸入、低靜態(tài)電流降壓 DC-DC 轉(zhuǎn)換器，可保護系統(tǒng)免受標稱48 V電池的潛在瞬態(tài)影響，并為3.3 V微控制器（MCU）和 BQ34Z100-G1 供電http://www.ti.com.cn/product/cn/BQ34Z100-G1。LM5164的輸入由兩個信號控制：來自 BQ76940的REGOUT和來自 MSP430™ MCU的 SYS。這兩個信號中的任何一個均為高電平，將導通 Q1并啟用 LM5164的輸入 - 從而啟用MCU電源。電路板剛出廠且電池管理電路板首次通電時，它處于出廠模式。除BQ76940外，整個系統(tǒng)未上電，實現(xiàn)低至5-μA 的出廠模式電流消耗。按下按鈕S1將 REGOUT 設置為高電平并打開系統(tǒng)電源。當 MCU 上電時，它會將 SYS 設置為高電平。無論 BQ76940處于關閉模式還是正常模式，整個系統(tǒng)都具有穩(wěn)定的電源。
大家需要打開 MCU 電源才能在待機模式下實現(xiàn)所有電動自行車的電池組功能，包括充電器連接/拆卸和負載連接/拆卸。Q1應該通電。要降低待機模式電流消耗，BQ76940通過I2C命令設置為關機模式。因此SYS為高電平，將Q1保持為通電狀態(tài)。LM5164設置為低開關頻率，以降低開關損耗，而 MSP430 MCU處于低功耗模式。所有充電器連接/拆卸和負載連接/拆卸檢測均通過固件實現(xiàn)。待機電流消耗通常為50μA，如圖3所示。圖4所示為主板的出廠模式電流消耗。
待機模式電流消耗和出廠模式電流消耗
結(jié)論
總之，參考設計實現(xiàn)了精確的荷電狀態(tài)測量（通過BQ34Z100-G1)，并降低了待機和出廠模式電流消耗（通過優(yōu)化的偏置電源解決方案）。 這兩種解決方案共同提高了電動自行車電池組的能效，為用戶提供了更長的使用時間。
