1. 鋰離子（zǐ）電池介紹（shào）

圖（tú）一、不同放電率及溫度下電壓與容量之關係

1.2 最高（gāo）充電電壓 (Max Charging Voltage)

最高充電電壓和電池的化學成分與特性有（yǒu）關。鋰電池的充電電壓通常是4.2V 和 4.35V，而若陰極、陽極材料不同電壓值也會有所不同。

1.3 完全充電 (Fully Charged)

當電池（chí）電壓與最高充電電壓差小於100mV，且充電電流降低至C/10，電池可視為完全充（chōng）電。電池特性（xìng）不同，完全充電（diàn）條件（jiàn）也有所不同。

下（xià）圖所顯示為（wéi）一典型的鋰電池充電（diàn）特性曲線。當電池電壓（yā）等於（yú）最高充（chōng）電電（diàn）壓，且充電電流降低至（zhì）C/10，電（diàn）池即視為完全充電。

圖（tú）二、鋰電池充電特性曲線

1.4 最低放電電壓 (Mini Discharging Voltage)

最低放電電壓可用截（jié）止放（fàng）電電壓來定義，通常即是荷電狀態（tài）為0%時的電壓。此電壓值不是一固定（dìng）值，而是隨（suí）著負載、溫度、老化程度或其他而改變。

1.5 完全放電 (Fully Discharge)

當電池電壓小於或等於最（zuì）低（dī）放（fàng）電電壓時，可（kě）稱為完全放電。

1.6 充放電率（lǜ） (C-Rate)

充放電率是充放（fàng）電（diàn）電流相對於電池容量的一種表示。例如（rú），若用1C來放電一小時之後，理想的話，電池就會完全放電。不（bú）同充放（fàng）電率會造成不同的可（kě）用容量。通常，充放電率（lǜ）愈大，可用容量愈（yù）小。

1.7 循環壽命

循環次數是當一個電池所經曆完整充放電的次數，是可由實（shí）際放電容（róng）量與設計（jì）容量來估計。每當累（lèi）積的放電容量等（děng）於設計容量時，則循環次數一次。通常在500次充放電循環後（hòu），完全充（chōng）電的電池容量約會下降10% ~ 20%。

1.8 自放電 (Self-Discharge)

所有電池（chí）的自放電（diàn）都會隨著溫度上升而增加。自放（fàng）電基（jī）本上不是製造上的瑕疵，而（ér）是（shì）電池本身（shēn）特性。然而製造（zào）過程中不當的處理也會造成自放電的增加。通（tōng）常電池溫度每增（zēng）加10°C，自放電率（lǜ）即倍增（zēng）。鋰離（lí）子電池每個月自放電量約為1~2%，而各類鎳（niè）係電池則為每月（yuè）10~15%自放電量。

2. 電池電量計簡介（jiè）

2.1 電量計功能簡介

電池管理可視為是（shì）電源管理的一部分。電池管理中，電量計是負責估計電池容量。其（qí）基本功能為監測電壓，充（chōng）電/放（fàng）電電流和電池溫度，並估計電池荷電狀態(SOC)及電池的完全（quán）充電容量(FCC)。有兩種典型估計電池荷電狀態的方法：開路電壓法(OCV)和庫（kù）侖（lún）計量法。另一種方法是由RICHTEK所設計的動態電壓（yā）算法。

2.2 開路電壓法

用開路電壓法的電量計，其實現方法較容易，可（kě）借著開路電壓對應荷（hé）電（diàn）狀態查表而得到。開路電壓的假設條件（jiàn）是電池休息約超過30分鍾時的電池（chí）端電壓。

不同的（de）負載（zǎi），溫度（dù），及電池老化情況下，電池電壓曲線也會有所（suǒ）不同。所以一個固（gù）定的開路（lù）電壓（yā）表無法完全代表荷電狀態;不能單靠（kào）查表來估計荷電狀態。換言之，荷電狀（zhuàng）態若隻靠查（chá）表來（lái）估計，誤差將（jiāng）會很大。

下圖顯示同樣的電池電壓分別在充放電之下，透過開路電壓法所查得的荷電狀態差異很大。

圖五、充、放電（diàn）情況下的電池電壓

下（xià）圖可知，放電時不同負載之下，荷電狀態的差異也是（shì）很大。所以基本上，開路電壓法（fǎ）隻適合對荷電狀態準確性要求低的係統，像汽車使（shǐ）用鉛（qiān）酸電池或不間斷電源等。

圖六、放電（diàn）時不同負載之下的電池電壓

2.3 庫侖計量法

庫侖計量法的操作原理是在（zài）電池（chí）的充電/放電路徑上的連接一個檢測電阻。ADC量測在檢測電阻上的電壓，轉換成電池正在充電或放電的電流值。實時計數（shù）器(RTC)則提（tí）供把該電流值對時間作積分，從而得知流過多少庫倫。

圖（tú）七、庫倫計量法基本工作方式

庫侖計（jì）量法可精（jīng）確計算出充電（diàn）或放電過程中實時的荷電狀態。藉由充電庫侖計數器和放電庫侖計數器，它可計算剩餘電（diàn）容量（liàng） (RM)及完全充電容量(FCC)。同時也可用剩餘電容量(RM) 及完全充（chōng）電容量 (FCC) 來計算出荷電狀態，即 (SOC = RM / FCC)。此（cǐ）外，它還可預估剩餘時間，如電力耗竭(TTE)和電力充滿(TTF)。

圖八、庫倫計量法的計算公式

主要有兩個因素造成庫倫計量法準確（què）度偏差。第一（yī）是電流感測及ADC量測中偏移（yí）誤差的累積（jī）。雖然以目前的技術此量測的誤（wù）差還算小，但（dàn）若沒有消除它的好方（fāng）法，則此誤差會隨時間（jiān）增加（jiā）而增（zēng）加。下圖顯示了在實際應用中（zhōng），如（rú）果時間持續中的未有任何的修正，則累（lèi）積的誤（wù）差是無上限的。

圖九、庫倫計量法的累積誤差

為消除累積誤差，在正常的電池操作中有三個可能可使用的時間點：充電結束(EOC)，放電結束(EOD)和（hé）休息（xī）(Relax)。充電結束條件達到表示電池（chí）已（yǐ）充滿電且荷電狀態(SOC)應為100%。放電結束條件則表示電池（chí）已（yǐ）完全放電（diàn），且荷電狀態(SOC)應（yīng）該（gāi）為0%;它可以是（shì）一個絕對的電壓值（zhí）或者是隨負（fù）載而改變。達到（dào）休息狀態時，則是電池旣沒有充電也沒（méi）有放電，而且保持這種狀態很長一段時間（jiān）。若使用者想用電池休息狀態來作庫侖計量法的誤差修正，則此時必須搭配開路電壓（yā）表（biǎo）。下圖顯示了在上述（shù）狀態下的荷電狀（zhuàng）態誤差是可以被修正的。

圖十、消除（chú）庫侖計（jì）量法累積誤差的條件

造成庫倫（lún）計量法準確度偏差的第二主要因素是完全充電容量(FCC)誤差，它是由電池設計容量的值和電池真正的完（wán）全充電容量的差異。完全充電容量（liàng）(FCC) 會受到溫度，老化，負載等因素（sù）影響。所以，完全（quán）充（chōng）電容量的再學習（xí）和補償方法對庫侖計量法是非（fēi）常關鍵重要的。下圖顯示了當完（wán）全充電容量被高估和被低（dī）估時，荷電（diàn）狀態誤差的趨勢現（xiàn）象。

圖十（shí）一、完全充電容量被高估和被低估時，誤差的趨勢

2.4 動態電壓算法電量計

動態電壓算（suàn）法電量計僅根據電池電壓即（jí）可計算（suàn）鋰（lǐ）電池的荷電狀態（tài）。此法是（shì）根據電池電壓和（hé）電池的開路電壓之間的差值，來估計荷電狀態的遞增量或遞減量。動態電壓（yā）的信息可（kě）以有效地仿真鋰（lǐ）電池的行（háng）為（wéi），進而決定荷電狀態SOC(%)，但此方法並不能估計電池容量值(mAh)。

它的計算方式是根據電池電壓和開路電壓（yā）之間的動態差異，借著使用迭代算法來計算每次（cì）增加或減少的荷電狀態，以估計荷電（diàn）狀（zhuàng）態。相較於庫（kù）侖計量法電量計的解決方案，動（dòng）態電壓算法電量（liàng）計不會隨時間和（hé）電流累積（jī）誤差。庫侖計量法電量計通常會因為電流感測誤差（chà）及電池自放電而造成荷電狀態估計不準。即使電流感測誤差非常小，庫侖計數器卻會持（chí）續累積誤差，而所累積的誤差隻有在完全充電或完全放電才（cái）能消除。

動態電壓（yā）算（suàn）法電（diàn）量計僅（jǐn）由電壓信息來估計電池的荷電狀態（tài）;因為它不是由電池的電流信息來估計，所以不會累積（jī）誤差。若要提高荷電狀（zhuàng）態的精確度，動態電壓算法需要用實際的裝置，根據它在完全充電和完全放電的（de）情況下，由實際的電池電（diàn）壓曲線來調整出一優（yōu）化的算法的參數。

圖十二、動態電壓算法電量計和增益優化的表現

下麵是動態電壓算法（fǎ）在不同放電速率條件下，荷（hé）電狀態的表現。由（yóu）圖可知，它的荷電狀態精確（què）度良好。不論是在C/2，C/4，C/7和C/10等的放電條件下，此法整體的（de）荷電狀態誤差都小（xiǎo）於3%。

圖十三、不同的放電速率條件下（xià），動態電壓算法的荷電狀態的表現

下圖顯示在電（diàn）池短充短放情況下，荷電狀態的表現。荷（hé）電狀態誤差仍然（rán）很小，且（qiě）最大誤差僅有3%。

圖十四、在電（diàn）池短充短放的情況，動態電壓算法的荷電狀態的表現