【导读】在现代电子设备中，电池的性能表现直接影响用户体验。然而，不同类型的负载对电池提出了不同的要求。其中，动态负载因其不可预测的特性，成为电池管理系统中的关键挑战。那么，什么是动态负载？它为何如此重要？
根据德州仪器的分类，负载曲线主要分为三种：
恒流负载
恒流负载是指电池持续输出恒定电流。例如，在图1所示的曲线中，电池始终以600mA的电流放电。这种负载模式简单且易于管理，常见于一些基础电子设备中。
图 1. 恒流放电负载曲线
可变功率放电
可变功率放电模式下，系统可以在多种功耗状态之间切换。例如，图2展示了一个系统在性能模式、工作模式和待机模式之间循环切换，直至电池耗尽。这种负载模式对电池管理的要求更高，但仍具有一定的规律性。
图 2. 可变功率模式负载曲线
动态负载
动态负载的特点是电流消耗在最小值和最大值之间任意波动，且持续时间和变化模式不可预测。如图3所示，动态负载常见于用户行为直接决定功耗的设备中，例如电动自行车、无人机等。
图 3. 动态负载曲线
动态负载的挑战与电池电量监测
电池电量监测计的核心任务是实时计算电池的荷电状态、健康状态和剩余容量。传统的监测技术如Impededance Track™假设负载变化缓慢，通过低频RC电池模型（图4）估算电池电阻。然而，在动态负载场景下，这种模型难以准确捕捉电池的实时状态。
图 4. 低频 RC 电池模型
例如，当电动自行车频繁加速、减速或爬坡时，电池电流会剧烈波动（图7）。传统监测技术可能因无法及时更新电阻数据，导致荷电状态估算误差高达60%。用户可能会在显示剩余15%电量时突然遭遇设备断电，如图6所示。
图 5 . 电动自行车的实际负载曲线
图 6 . 剩余容量估算比较：Impedance Track 技术和 Dynamic Z-Stack 技术与在 1.75C 负载下的无电阻更新对比
动态负载下的解决方案：Dynamic Z-Track算法
为了解决动态负载带来的挑战，德州仪器推出了Dynamic Z-Track算法。该算法通过宽带瞬态模型模拟电压瞬变，能够适应高频、不稳定的电流变化。即使负载剧烈波动，它也能实时估算电池电阻，确保荷电状态的精度保持在99%以上。电阻的准确跟踪对电池寿命管理至关重要。如图7所示，电池电阻随使用时间和温度变化而显著改变。如果监测计未能及时更新电阻数据，荷电状态的误差会随电池老化而放大。
图 7 . 锂离子电池电芯的电阻随时间出现的变化
实际应用与用户体验
以电动自行车为例，用户可能在途中查看电量显示为30%，决定绕道去商店。然而，若电池管理系统未能应对动态负载，用户可能在使用中遭遇电量从12%骤降至0%的尴尬情况（图8）。这不仅影响用户体验，还可能引发安全问题。通过Dynamic Z-Track技术，制造商能够在无人机、电动自行车、笔记本电脑和便携式医疗设备等高要求应用中优化电池尺寸，并将续航时间延长多达30%。用户最终获得的是更可靠、更持久的电池性能。
图 8 . 电动自行车实际负载曲线的电阻估算和精度
动态负载的不可预测性对电池管理提出了更高要求。传统技术在此场景下表现乏力，而新一代算法如Dynamic Z-Track通过实时电阻估算和自适应模型，显著提升了电量监测的精度。对于消费者而言，这意味着更少的意外关机和更长的设备使用时间。未来，随着动态负载应用的普及，电池管理技术的进步将继续推动电子设备性能的边界。
动态负载的不可预测性对电池管理提出了更高要求。传统技术在此场景下表现乏力，而新一代算法如Dynamic Z-Track通过实时电阻估算和自适应模型，显著提升了电量监测的精度。对于消费者而言，这意味着更少的意外关机和更长的设备使用时间。未来，随着动态负载应用的普及，电池管理技术的进步将继续推动电子设备性能的边界。
