1. Giới thiệu pin lithium-ion
1.1 Trạng thái sạc (State-Of-Charge; SOC)
Trạng thái sạc có thể được định nghĩa là trạng thái của năng lượng điện có sẵn trong pin, thường được biểu thị bằng phần trăm. Do năng lượng điện khả dụng thay đổi theo dòng điện nạp và phóng điện, nhiệt độ và hiện tượng lão hóa nên định nghĩa về trạng thái điện tích cũng được chia thành hai loại: Trạng thái điện tích tuyệt đối (ASOC) và Trạng thái điện tích tương đối (Relative State-of- Tính phí; ASOC) Trạng thái tính phí; RSOC). Thông thường, trạng thái sạc tương đối nằm trong khoảng 0% - 100%, trong khi pin là 100% khi được sạc đầy và 0% khi được xả hoàn toàn. Trạng thái sạc tuyệt đối là giá trị tham chiếu được tính toán từ giá trị dung lượng cố định được thiết kế khi pin được sản xuất. Trạng thái sạc tuyệt đối của một viên pin mới được sạc đầy là 100%; pin cũ, ngay cả khi được sạc đầy, sẽ không đạt 100% trong các điều kiện sạc và xả khác nhau.
Biểu đồ dưới đây cho thấy mối quan hệ giữa điện áp và dung lượng pin ở các tốc độ xả khác nhau. Tốc độ xả càng cao, dung lượng pin càng thấp. Khi nhiệt độ thấp, dung lượng pin cũng sẽ giảm.
1.2 Điện áp sạc tối đa
Điện áp sạc tối đa và hóa chất của pin có liên quan đến các đặc tính. Điện áp sạc của pin lithium thường là 4,2V và 4,35V, giá trị điện áp sẽ khác nếu vật liệu cực âm và cực dương khác nhau.
1.3 Đã sạc đầy
Khi chênh lệch giữa điện áp pin và điện áp sạc cao nhất nhỏ hơn 100mV và dòng sạc giảm xuống còn C/10, thì pin có thể được coi là đã được sạc đầy. Các đặc tính của pin khác nhau, cũng như các điều kiện sạc đầy.
Hình dưới đây cho thấy một đường đặc tính sạc pin lithium điển hình. Pin được coi là đã sạc đầy khi điện áp của pin bằng với điện áp sạc cao nhất và dòng sạc giảm xuống còn C/10.
Hình 2. Đường đặc tính sạc pin lithium
1.4 Điện áp xả nhỏ
Điện áp phóng điện tối thiểu có thể được xác định bằng điện áp phóng điện cắt, thường là điện áp tại đó trạng thái điện tích là 0%. Giá trị điện áp này không phải là giá trị cố định mà thay đổi theo tải, nhiệt độ, mức độ lão hóa hoặc các yếu tố khác.
1.5 Xả toàn bộ
Khi điện áp pin nhỏ hơn hoặc bằng điện áp xả tối thiểu, nó có thể được gọi là xả hoàn toàn.
1.6 Tốc độ phóng điện (C-Rate)
Tốc độ sạc-xả là đại diện của dòng sạc-xả so với dung lượng pin. Ví dụ, sau một giờ xả ở 1C, lý tưởng nhất là pin sẽ được xả hết. Tốc độ sạc và xả khác nhau sẽ dẫn đến khả năng sử dụng khác nhau. Nói chung, tốc độ phóng điện càng cao thì khả năng sử dụng càng nhỏ.
1.7 Vòng đời
Số chu kỳ là số lần pin đã trải qua một lần sạc và xả hoàn toàn, có thể được ước tính từ dung lượng xả thực tế và dung lượng thiết kế. Mỗi khi công suất xả tích lũy bằng công suất thiết kế thì số chu kỳ là một lần. Thông thường sau 500 chu kỳ sạc-xả, dung lượng của pin khi sạc đầy sẽ giảm khoảng 10% đến 20%.
1.8 Tự xả
Khả năng tự phóng điện của tất cả các loại pin tăng theo nhiệt độ. Tự phóng điện về cơ bản không phải là lỗi sản xuất mà là một đặc điểm của chính pin. Tuy nhiên, việc xử lý không đúng cách trong quá trình sản xuất cũng có thể dẫn đến sự gia tăng hiện tượng tự phóng điện. Thông thường, tốc độ tự xả tăng gấp đôi khi nhiệt độ pin tăng 10°C. Mức tự xả hàng tháng của pin lithium-ion là khoảng 1 ~ 2%, trong khi mức tự xả hàng tháng của các loại pin dựa trên niken khác nhau là 10 ~ 15%.
2. Giới thiệu về Đồng hồ đo nhiên liệu Ắc quy
2.1 Giới thiệu về chức năng của đồng hồ đo nhiên liệu
Quản lý pin có thể được coi là một phần của quản lý năng lượng. Trong quản lý pin, đồng hồ đo nhiên liệu chịu trách nhiệm ước tính dung lượng pin. Chức năng cơ bản của nó là theo dõi điện áp, dòng sạc/xả và nhiệt độ của pin, đồng thời ước tính trạng thái sạc của pin (SOC) và dung lượng sạc đầy của pin (FCC). Có hai phương pháp điển hình để ước tính trạng thái sạc của pin: phương pháp điện áp mạch hở (OCV) và phương pháp đo điện lượng. Một phương pháp khác là thuật toán điện áp động do RICHTEK thiết kế.
2.2 Phương pháp điện áp hở mạch
Sử dụng phương pháp điện áp mạch hở của đồng hồ đo nhiên liệu, phương pháp thực hiện tương đối dễ dàng và có thể tra cứu bảng điện áp mạch hở tương ứng với trạng thái nạp. Điện áp hở mạch được coi là điện áp cực của pin khi pin nghỉ trong khoảng hơn 30 phút.
Trong các điều kiện tải, nhiệt độ và lão hóa pin khác nhau, đường cong điện áp của pin cũng sẽ khác nhau. Do đó, vôn kế mạch hở cố định không thể biểu thị đầy đủ trạng thái điện tích; không thể ước tính trạng thái điện tích chỉ bằng cách tra cứu bảng. Nói cách khác, nếu chỉ ước tính trạng thái điện tích bằng cách tra cứu bảng, sai số sẽ lớn.
Hình 5. Điện áp pin trong điều kiện sạc và xả
Như có thể thấy từ hình bên dưới, trạng thái điện tích thay đổi rất nhiều dưới các tải trọng khác nhau trong quá trình phóng điện. Vì vậy, về cơ bản, phương pháp điện áp mạch hở chỉ phù hợp với các hệ thống có yêu cầu thấp về độ chính xác của trạng thái nạp điện, chẳng hạn như ắc quy axit-chì hoặc nguồn điện liên tục trong ô tô. 
2.3 Phép đo Coulomb
Nguyên lý hoạt động của phương pháp đo điện lượng là kết nối một điện trở giác quan trong đường nạp/xả của pin. ADC đo điện áp trên điện trở cảm biến và chuyển đổi nó thành giá trị hiện tại của pin được sạc hoặc xả. Bộ đếm thời gian thực (RTC) cung cấp tích hợp giá trị hiện tại này theo thời gian để biết có bao nhiêu coulomb đang chảy. 
Hình 7. Phương pháp làm việc cơ bản của phép đo Coulomb
Đo lường Coulomb có thể tính toán chính xác trạng thái sạc theo thời gian thực trong quá trình sạc hoặc xả. Với bộ đếm coulomb sạc và bộ đếm coulomb xả, nó có thể tính dung lượng còn lại (RM) và dung lượng sạc đầy (FCC). Dung lượng còn lại (RM) và dung lượng sạc đầy (FCC) cũng có thể được sử dụng để tính trạng thái sạc, tức là (SOC = RM / FCC). Ngoài ra, nó có thể ước tính thời gian còn lại, chẳng hạn như cạn kiệt năng lượng (TTE) và đầy năng lượng (TTF).
Hình 8. Công thức tính toán của phương pháp đo Coulomb
Có hai yếu tố chính góp phần tạo ra sai lệch về độ chính xác của phép đo coulomb. Đầu tiên là sự tích tụ của các lỗi bù trong các phép đo ADC và cảm biến hiện tại. Mặc dù sai số đo lường này tương đối nhỏ với công nghệ hiện tại nhưng nếu không có cách loại bỏ tốt thì sai số sẽ tăng dần theo thời gian. Hình bên dưới cho thấy trong các ứng dụng thực tế, nếu không hiệu chỉnh trong khoảng thời gian đó thì sai số tích lũy là không giới hạn. 
Hình 9. Sai số tích lũy của phép đo Coulomb
Để loại bỏ lỗi tích lũy, có ba mốc thời gian có thể sử dụng được trong hoạt động bình thường của pin: Kết thúc Sạc (EOC), Kết thúc Xả (EOD) và Nghỉ ngơi (Thư giãn). Điều kiện kết thúc sạc đạt được để chỉ ra rằng pin đã được sạc đầy và trạng thái sạc (SOC) phải là 100%. Điều kiện xả hết có nghĩa là pin đã được xả hết và trạng thái sạc (SOC) phải là 0%; nó có thể là một giá trị điện áp tuyệt đối hoặc thay đổi theo tải. Khi đạt đến trạng thái nghỉ, pin sẽ không được sạc cũng như không được xả và duy trì ở trạng thái này trong một thời gian dài. Nếu người dùng muốn sử dụng trạng thái nghỉ của pin để sửa lỗi của phương pháp đo coulomb thì phải trang bị vôn kế mạch hở vào thời điểm này. Hình dưới đây cho thấy trạng thái sạc lỗi có thể được sửa chữa cho các trạng thái trên.
Hình 10. Các điều kiện để loại bỏ sai số tích lũy của phép đo Coulomb
Nguyên nhân chính thứ hai gây ra sai lệch về độ chính xác điện lượng là lỗi dung lượng sạc đầy (FCC), là sự khác biệt giữa giá trị dung lượng thiết kế của pin và dung lượng sạc đầy thực sự của pin. Dung lượng sạc đầy (FCC) sẽ bị ảnh hưởng bởi nhiệt độ, tuổi thọ, tải trọng và các yếu tố khác. Do đó, phương pháp học lại và bù công suất sạc đầy là rất quan trọng đối với phương pháp điện lượng. Hình dưới đây cho thấy xu hướng của tình trạng lỗi sạc khi dung lượng sạc đầy được đánh giá quá cao và đánh giá thấp. 
Hình 11. Hiệu suất của Đồng hồ đo nhiên liệu thuật toán điện áp động và Tối ưu hóa khuếch đại
Sau đây là hiệu suất của trạng thái tích điện của thuật toán điện áp động trong các điều kiện tốc độ phóng điện khác nhau. Như có thể thấy từ hình, trạng thái sạc chính xác của nó là tốt. Bất kể các điều kiện phóng điện của C/2, C/4, C/7 và C/10, trạng thái chung của lỗi sạc của phương pháp này là dưới 3%.
Hình 12. Hiệu suất của trạng thái tích điện của thuật toán điện áp động theo các tốc độ phóng điện khác nhau
Hình dưới đây cho thấy hành vi của trạng thái sạc khi pin được sạc ngắn và xả ngắn. Lỗi trạng thái sạc vẫn còn nhỏ, với lỗi tối đa chỉ 3%.
