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El primer desafío es la diferente carga de la batería. Dado que la batería es una parte integral del circuito, es imposible medir el voltaje del circuito abierto de los terminales de la batería. Esto significa que siempre habrá una caída de voltaje en la resistencia interna de la celda, dependiendo de la cantidad de corriente que suministre la batería. En otras palabras, el voltaje medido será menor que el voltaje real.
Para una aplicación como un altavoz Bluetooth que tiene grandes fluctuaciones en el consumo de energía, el SOC calculado podría ser mucho menor que la realidad. Peor aún, el error de SOC no se puede estimar porque no hay forma de determinar la carga de la batería en el momento del muestreo.
En segundo lugar, las mediciones de COS se ven afectadas por la temperatura. La resistencia interna de una batería de litio recargable varía mucho con la temperatura. Esto significa que las fluctuaciones de temperatura aumentan las imprecisiones del SOC causadas por la carga de la batería.
El tercer desafío es que la parte media de la curva de descarga es casi plana. para la bateria (Figura 1, nuevamente), el voltaje de la batería cae sólo 80 mV o 2% desde un estado de carga del 80% al 20%. Esto significa que incluso sin tener en cuenta los efectos anteriores, es muy difícil determinar el SOC en esta parte de la curva de descarga. Si intentamos tener en cuenta los efectos de la temperatura y la carga de la batería, esto se vuelve casi imposible.
Exactamente así: un chip especial para medir el nivel de combustible
Hasta ahora, el chip de indicador de combustible dedicado era la única forma de lograr un SOC de batería preciso para aplicaciones integradas. Muchos de estos chips especiales de medición de combustible utilizan algo llamado contador de Coulomb. Este es un circuito que mide con precisión la corriente de la batería y luego combina esa información con mediciones de voltaje de la batería para rastrear cuánta energía se elimina o se agrega a la batería. La precisión del SOC mejora significativamente en comparación con la tabla de búsqueda basada en voltaje, pero existen algunas compensaciones.
Primero, el chip aumenta el costo de la lista de materiales (BOM) y consume espacio en la PCB. también requiere el soporte de múltiples componentes pasivos. En segundo lugar, el chip dedicado aumenta el consumo de energía del producto. El chip debe estar activo cuando se extrae energía de la batería, lo que ocurre incluso cuando el sistema está en modo de suspensión.
Si bien el intervalo de medición del sueño se puede ampliar incluso en los modos de menor consumo, un chip de medición de combustible dedicado puede aumentar la corriente de reposo del sistema hasta en un orden de magnitud en una aplicación Bluetooth que de otro modo sería de bajo consumo.
En tercer lugar, el sistema requiere información precisa sobre las características de la batería durante la carga y descarga para convertir las mediciones de corriente y voltaje de la batería en una estimación precisa del estado de carga. Este «perfil de batería» generalmente se realiza como un servicio proporcionado por el fabricante del chip de indicador de combustible y requiere que los desarrolladores envíen algunas muestras de la batería al proveedor y esperen varias semanas para obtener los resultados.
Las desventajas de estas dos soluciones comunes de medición de SOC pueden dificultar que los desarrolladores decidan qué solución utilizar. Pero ahora existe una tercera opción que elimina las desventajas de estos dos enfoques tradicionales.
Un nuevo enfoque: precisión SOC sin coste ni consumo de energía adicional
La empresa para la que trabajo Semiconductores nórdicosanunció recientemente el CI de administración de energía nPM1300 (PMIC). El PMIC optimiza el consumo de energía de los sistemas en chips Bluetooth LE de la empresa para maximizar la duración de la batería. ¡Error! La referencia del hipervínculo no es válida.
El PMIC no mide directamente el SOC de la batería. No está equipado con un contador Coulomb ni ningún otro hardware complejo que pueda aumentar el coste o el consumo de energía del producto. Más bien, el PMIC tiene ganchos de hardware que permiten que un procesador host mida tres parámetros importantes de la batería: voltaje, corriente y temperatura. Luego, Nordic Semiconductor proporciona un algoritmo de medición de combustible gratuito como parte de la biblioteca de controladores de software para el nPM1300. El coste para el desarrollador son unos pocos kilobytes de memoria flash para almacenar el código del algoritmo.
El código aumenta ligeramente el consumo de energía del producto. Sin embargo, si bien el algoritmo se ejecuta una vez por segundo en modo activo, no es necesario ejecutarlo cuando el sistema está en modo de suspensión. Por lo tanto, el aumento general en el consumo de energía es mínimo en comparación con los chips de medición de combustible dedicados. Cuando el sistema se despierta, el algoritmo puede determinar cuánta energía neta se perdió o se agregó mientras el sistema estaba en modo de suspensión. (Figura 2).
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