EO_458

ANALOG/MIXED SIGNAL

FUEL GAUGING

- ELETTRONICA OGGI 458 - NOVEMBRE/DICEMBRE 2016

dente vantaggio rispetto ad algoritmi simili.

Nel momento in cui variano temperatura e velocità di

scarica di un’applicazione, la quantità di carica dispo-

nibile muta anch’essa. L’algoritmo ModelGauge m5 ef-

fettua una distinzione tra capacità residua della cella e

capacità residua dell’applicazione e rende disponibile

all’utente entrambi i risultati.

Su base periodica l’algoritmo esegue regolazioni inter-

ne sul modello della cella e sulle informazioni prove-

nienti dall’applicazione al fine di eliminare l’errore ini-

ziale e preservare l’accuratezza nel momento in cui la

cella invecchia. Queste regolazioni si presentano sotto

forma di correzioni di lieve entità al fine di prevenire

sia l’instabilità del sistema sia l’insorgere di variazioni

di una certa entità nelle uscite dell’indicatore del livel-

lo di carica della batteria. La fase di apprendimento è

automatica e non richiede nessun intervento da parte

dell’host. Oltre alla stima dello stato di carica della bat-

teria, il circuito integrato “osserva” la risposta a riposo

della batteria e regola la dinamica della VFG (Voltage

Fuel Gauge).

L’algoritmo ModelGauge m5 include una funzionalità

che assicura la convergenza dell’uscita dell’indicatore

del livello di carica allo 0% nel momento in cui la ten-

sione della cella si avvicina al valore che indica che

la batteria è scarica. Nel momento in cui il valore del-

la tensione della cella si avvicina a quello di batteria

scarica, il circuito integrato regola la velocità di varia-

zione dello stato di carica in modo che l’indicatore del

livello di carica riporti una carica nulla nel momento

stesso in cui la tensione della cella raggiunge il valore

di scarica. Ciò evita shutdown imprevisti o un’indica-

zione prematura dello stato di batteria scarica da par-

te dell’indicatore di carica. Si tratta di un meccanismo

aggiuntivo atto a ridurre la sensibilità dell’errore rela-

tivo allo stato di carica da ogni errore imputabile alla

non perfetta corrispondenza del modello.

I circuiti integrati eseguono la compensazione auto-

matica relativamente a invecchiamento della cella, va-

riazioni di temperatura e di velocità di scarica, oltre a

fornire un’indicazione accurata dello stato di carica

in mAh o percentuale per un’ampia gamma di condi-

zioni operative. Essi forniscono stime precise relative

a tempo di autonomia residua (time-to-empty), tempo

mancante al completamento della ricarica (time-to-

full) e invecchiamento (Cycle+), oltre a tre metodi per

indicare l’età della batteria: riduzione della capacità,

aumento della resistenza della batteria e conteggio

del numero di cicli. I circuiti integrati in questione

permettono di effettuare misure precise di corrente,

tensione e temperatura. Per la temperatura del pacco

di batterie si utilizza una misura di temperatura inter-

na e fino a due termistori esterni supportati da misu-

re raziometriche su ingressi ausiliari. Questi integrati

sono in grado di inviare avvertimenti qualora siano

rilevati valori alti o bassi di tensione, corrente, tempe-

ratura o stato della carica. Sono inoltre previsti due

comparatori programmabili per sovracorrenti che

consentono di rilevare eventuali spike nella corrente

del sistema e inviare un avvertimento al sistema che

può così predisporre le contromisure adatte per im-

pedire il verificarsi di tali condizioni che potrebbero

provocare un arresto improvviso del funzionamento

della batteria. Entrambi i comparatori hanno livelli di

soglia programmabili e ritardi anch’essi programma-

bili per il debouncing (eliminazione delle fluttuazioni).

Per impedire la clonazione del pacco di batterie, i cir-

cuiti integrati di Maxim sono gli unici indicatori del

livello di carica che prevedono l’autenticazione me-

diante l’algoritmo SHA-256 con una chiave segreta a

160 bit. Ciascun integrato prevede un unico ID a 64 bit

ed è disponibile in un package TDFN “lead free” a 14

pin di dimensioni pari a 3x3 mm.

Fig. 6 – La relazione tra SOC e OCV di una batteria non varia con l’invec-

chiamento

Fig. 7 – L’algoritmo di combinazione permette di correggere rapi-

damente le differenze esistenti tra il conteggio dei Coulomb e la

stima OCV