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ANALOG/MIXED SIGNAL
FUEL GAUGING
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- ELETTRONICA OGGI 458 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016
Nel caso le esigenze dell’applicazione siano più strin-
genti ed è richiesta un’elevata accuratezza alle basse
temperatura (ad esempio 0 °C), con un’analisi similare
si ottengono praticamente gli stessi risultati per un bi-
lancio degli errori dello stato di carica inferiore al 5%.
In definitiva si può affermare che per un’ampia gamma
di applicazioni le prestazioni ottenibili con una sem-
plice implementazione mediante il modello EZ rappre-
senta un vero e proprio punto di svolta nello sviluppo
di nuovi prodotti.
ModelGauge m5: un algoritmo che abbina precisione
e stabilità
A questo punto è utile domandarsi qual è la ragione
per cui la configurazione EZ di ModelGauge è in gra-
do di fornire questi risultati. La ragione è da ricercarsi
nella modalità (brevettata) con cui l’algoritmo Model-
Gauge m5 utilizza le misure elettriche in tempo reale e
le converte nelle percentuale dello stato della carica
(SOC%) e in altre informazioni utili relative alla batte-
ria. L’algoritmo prevede più meccanismi per ridurre la
sensibilità all’errore imputabile alla non perfetta cor-
rispondenza tra il modello realizzato e le celle effetti-
vamente utilizzate. Questi meccanismi contribuiscono
inoltre a ridurre la sensibilità nei confronti di qualsiasi
errore nelle misure elettriche che possono avere effet-
ti negativi sull’indicazione dello stato della carica. La
presenza di numerosi meccanismi di natura adattativa,
infine, permette all’indicatore dello stato di carica di
“apprendere” le caratteristiche della batteria e miglio-
rare di conseguenza la sua accuratezza.
L’algoritmo ModelGauge m5 abbina le doti di preci-
sione sul breve periodo e di linearità di un contatore
di Coulomb alle eccellenti caratteristiche di stabilità
sul lungo periodo tipiche di un indicatore basato sul-
le misure di tensione. Il nucleo centrale dell’algoritmo
abbina la stima dello stato ricavata dalla misura delle
tensione a circuito aperto (OCV) con un contatore di
Coulomb. Il valore OCV della cella Li+ viene correlata
con il SOC e questa relazione persiste ed è in larga
misura indipendente dall’età della cella (Fig. 6).
Quando la cella compie dei cicli durante il funziona-
mento, il processo di attraversamento verso l’alto e
verso il basso di questa curva riduce la sensibilità a
qualsiasi errore locale imputabile alla non perfetta cor-
rispondenza tra il modello e la cella. All’inizio, quando
la cella è connessa per la prima volta all’indicatore del
livello di carica, alla stima dello stato desunto dalla mi-
sura della tensione a circuito aperto viene assegnato
un peso maggiore rispetto all’uscita del contatore di
Coulomb. Nel momento in cui la cella accumula cicli,
l’accuratezza del contatore di Coulomb migliora e l’al-
goritmo di combinazione altera i relativi pesi in modo
che il conteggio dei Coulomb risulti prevalente. Da
questo momento in poi, il circuito integrato commu-
ta sulla modalità “servo mixing”. Quest’ultima fornisce
una correzione dell’errore continua di ampiezza fissa
al conteggio di Coulomb, verso l’alto o verso il bas-
so in base alla direzione dell’errore della stima OCV.
Ciò consente di correggere rapidamente le differenze
esistenti tra il conteggio dei Coulomb e la stima OCV.
L’uscita dell’algoritmo di combinazione non è influen-
zata da fenomeni di deriva dovuti all’errore di offset
nella misura delle correnti e risulta più stabile rispetto
al caso in cui si utilizzi solamente l’algoritmo di stima
dell’OCV (Fig. 7).
La correzione al contatore di Coulomb è apportata su
base continua mentre l’applicazione è in funzione o in
stand-by. In pratica ciò significa che sono effettuate
circa 200.000 correzioni al contatore di Coulomb su
base giornaliera, la cui entità è così ridotta da risul-
tare quasi invisibili all’utilizzatore. Tali correzioni han-
no luogo sia quando la batteria è sotto carico sia in
assenza di carico, indipendentemente dal fatto che la
batteria sia o meno a riposo, e ciò rappresenta un evi-
Fig. 4 – Questo istogramma riporta un confronto tra un modello EZ
(ovvero ottenuto utilizzando la modalità di configurazione semplice) e
un modello personalizzato
Fig. 5 – Confronto tra il modello EZ e il modello personalizzato relativo
al bilancio dell’errore (error budget) consentito dal progetto