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ANALOG/MIXED SIGNAL
FUEL GAUGING
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- ELETTRONICA OGGI 458 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016
• misura della temperatura – che può essere esegui-
ta sfruttando una funzione interna all’integrato o me-
diante un termistore esterno;
• allarmi impostati su diversi parametri tra cui tensio-
ne, corrente, temperatura, stato di carica della batteria
(SOC%), rilevamento di sovra correnti, polarità;
• registrazione della durata della batteria;
• modalità di utilizzo della memoria non volatile di tipo
general purpose.
Tutto ciò elimina l’onere, in realtà abbastanza com-
plesso e soggetto a errori, di predisporre manualmen-
te diversi bit di configurazione al fine di preparare i
registri per la programmazione all’interno del circuito
integrato.
Analisi dei risultati
A questo punto è utile esaminare la validità del metodo
proposto. A tal proposito è importante essere precisi e
chiari sulle prestazioni di questa nuova tecnologia al
fine di non incorrere nel pericolo di sovrastimate i fatti.
Maxim ha creato un database di ampie dimensioni
contenente informazioni relative al comportamento e
alle caratteristiche delle celle per una vasta gamma
di condizioni di test che sono assimilabili ai casi d’uso
(use case) degli utilizzatori. Ciò ha consentito alla so-
cietà di validare qualsiasi nuova miglioria implemen-
tata nell’algoritmo di indicazione del livello di carica,
facendolo girare sui dati reali acquisiti in precedenza.
Utilizzando tali dati Maxim ha analizzato le prestazioni
di centinaia di batterie di varie dimensioni, generando
l’istogramma dei risultati riportato in figura 3.
Esaminando l’istogramma di figura 3, è possibile os-
servare che oltre il 94% dei casi di test condotti a tem-
peratura ambiente (e superiore) ha fatto registrare un
errore relativo allo stato di carica (SOC) inferiore al
3%. Nei casi di test sono stati escluse alcune tipolo-
gie di batterie che differiscono in maniera abbastanza
netta in termini di cor-
relazione tra OCV (Open
Circuit Voltage - tensione
a circuito aperto) e SOC
rispetto alle batterie che
utilizzano le formulazioni
chimiche più diffuse.
Anche se risultati di que-
sto tipo sembrano decisa-
mente buoni, è utile fare
un confronto con le pre-
stazioni che si sarebbero
ottenute utilizzando un
modello di batteria per-
sonalizzato. L’istogramma
di figura 4 riporta un con-
fronto tra un modello EZ (ovvero ottenuto utilizzando
la modalità di configurazione semplice) e un modello
personalizzato, rappresentato tramite la percentuale
dei casi di test rispetto all’intervallo di errore (error
bucket) in cui potrebbero ricadere. Anche se per il
modello personalizzato il numero di casi che ricadono
nell’intervallo dell’1% e maggiore, il risultato aggrega-
to relativo a tutti i casi di test con un errore fino al 3%
mostra una copertura del 95% (nel caso del model-
lo EZ) e del 97% (nel caso del modello personalizza-
to). Se si considerano gli sforzi, le risorse e il tempo
richiesti per preparare un modello personalizzato, il
modello EZ si propone come un’alternativa senza dub-
bio molto valida.
Per valutare la validità della metodologia proposta da
Maxim è anche possibile confrontare il modello EZ e il
modello personalizzato in relazione al bilancio dell’er-
rore (error budget) consentito dal progetto. Un con-
fronto relativo a un bilancio dell’errore inferiore al 3 e
al 5% è riportato nella figura 5.
Invece di valutare solamente l’errore nel caso peggio-
re (worst case) per qualsiasi condizione dello stato di
carica (ovvero tra lo 0% e il 100%), è senza dubbio più
utile analizzare l’errore in prossimità dello stato di bat-
teria quasi scarica (ad esempio con una carica residua
del 10%), situazione in cui un’accurata indicazione del
livello di carica è di basilare importanza. Se la batte-
ria è carica al 50% e l’indicatore del livello di carica
segnala una carica al 40 o al 60% (con un errore del
10%) non si verificheranno presumibilmente situazioni
critiche in quanto per valori di questo tipo non viene
presa nessuna decisione importante a livello di gestio-
ne della potenza (power management). Quando il livel-
lo di carica della batteria è attorno al 10% e l’indicato-
re del livello indica una carica rimanente del 5%, molto
probabilmente il sistema entrerà prematuramente in
modalità di shut down e la batteria non verrà utilizza-
ta completamente. D’altro canto, se alla batteria resta
una carica del 5% e l’indicatore del livello di carica se-
gnala una carica rimante
del 10%, è verosimile
che il sistema si blocchi
in modo imprevisto sen-
za sfruttare i vantaggi di
uno shut down program-
mato. In entrambi i casi
menzionati – nel primo la
durata della batteria è in-
feriore al previsto mentre
nel secondo il sistema si
arresta improvvisamente
– la fruizione del dispo-
sitivo in questione non è
quella desiderata dall’uti-
lizzatore.
Fig. 3 – In questo istogramma sono riportate le prestazioni relative a
centinaia di batterie di varie dimensioni analizzate da Maxim