【導讀】在現代電子設備中，電池的性能表現直接影響用戶體驗。然而，不同類型的負載對電池提出了不同的要求。其中，動態負載因其不可預測的特性，成為電池管理系統中的關鍵挑戰。那么，什么是動態負載？它為何如此重要？
根據德州儀器的分類，負載曲線主要分為三種：
恒流負載
恒流負載是指電池持續輸出恒定電流。例如，在圖1所示的曲線中，電池始終以600mA的電流放電。這種負載模式簡單且易于管理，常見于一些基礎電子設備中。
圖 1. 恒流放電負載曲線
可變功率放電
可變功率放電模式下，系統可以在多種功耗狀態之間切換。例如，圖2展示了一個系統在性能模式、工作模式和待機模式之間循環切換，直至電池耗盡。這種負載模式對電池管理的要求更高，但仍具有一定的規律性。
圖 2. 可變功率模式負載曲線
動態負載
動態負載的特點是電流消耗在最小值和最大值之間任意波動，且持續時間和變化模式不可預測。如圖3所示，動態負載常見于用戶行為直接決定功耗的設備中，例如電動自行車、無人機等。
圖 3. 動態負載曲線
動態負載的挑戰與電池電量監測
電池電量監測計的核心任務是實時計算電池的荷電狀態、健康狀態和剩余容量。傳統的監測技術如Impededance Track?假設負載變化緩慢，通過低頻RC電池模型（圖4）估算電池電阻。然而，在動態負載場景下，這種模型難以準確捕捉電池的實時狀態。
圖 4. 低頻 RC 電池模型
例如，當電動自行車頻繁加速、減速或爬坡時，電池電流會劇烈波動（圖7）。傳統監測技術可能因無法及時更新電阻數據，導致荷電狀態估算誤差高達60%。用戶可能會在顯示剩余15%電量時突然遭遇設備斷電，如圖6所示。
圖 5 . 電動自行車的實際負載曲線
圖 6 . 剩余容量估算比較：Impedance Track 技術和 Dynamic Z-Stack 技術與在 1.75C 負載下的無電阻更新對比
動態負載下的解決方案：Dynamic Z-Track算法
為了解決動態負載帶來的挑戰，德州儀器推出了Dynamic Z-Track算法。該算法通過寬帶瞬態模型模擬電壓瞬變，能夠適應高頻、不穩定的電流變化。即使負載劇烈波動，它也能實時估算電池電阻，確保荷電狀態的精度保持在99%以上。電阻的準確跟蹤對電池壽命管理至關重要。如圖7所示，電池電阻隨使用時間和溫度變化而顯著改變。如果監測計未能及時更新電阻數據，荷電狀態的誤差會隨電池老化而放大。
圖 7 . 鋰離子電池電芯的電阻隨時間出現的變化
實際應用與用戶體驗
以電動自行車為例，用戶可能在途中查看電量顯示為30%，決定繞道去商店。然而，若電池管理系統未能應對動態負載，用戶可能在使用中遭遇電量從12%驟降至0%的尷尬情況（圖8）。這不僅影響用戶體驗，還可能引發安全問題。通過Dynamic Z-Track技術，制造商能夠在無人機、電動自行車、筆記本電腦和便攜式醫療設備等高要求應用中優化電池尺寸，并將續航時間延長多達30%。用戶最終獲得的是更可靠、更持久的電池性能。
圖 8 . 電動自行車實際負載曲線的電阻估算和精度
動態負載的不可預測性對電池管理提出了更高要求。傳統技術在此場景下表現乏力，而新一代算法如Dynamic Z-Track通過實時電阻估算和自適應模型，顯著提升了電量監測的精度。對于消費者而言，這意味著更少的意外關機和更長的設備使用時間。未來，隨著動態負載應用的普及，電池管理技術的進步將繼續推動電子設備性能的邊界。
動態負載的不可預測性對電池管理提出了更高要求。傳統技術在此場景下表現乏力，而新一代算法如Dynamic Z-Track通過實時電阻估算和自適應模型，顯著提升了電量監測的精度。對于消費者而言，這意味著更少的意外關機和更長的設備使用時間。未來，隨著動態負載應用的普及，電池管理技術的進步將繼續推動電子設備性能的邊界。
