שפר את דיוק מדידת הטמפרטורה במערכת ניטור הסוללה
כפי שהוזכר במאמר" צג הסוללה של הדור הבא: כיצד לשפר את בטיחות הסוללה תוך שיפור הדיוק והארכת זמן הריצה", ניטור מדויק של מתח הסוללה, הזרם והטמפרטורה מסייע להבטיח שהוא מתאים עבור שימוש בשואב אבק, שואבי אבק, הפעלה בטוחה של מערכות למוצרי צריכה המוניים כגון כלים חשמליים ואופניים חשמליים. במאמר זה נלמד לעומק את ניטור הטמפרטורה של סוללות ליתיום, כולל תצורה נכונה של המערכת לפעולה בטוחה.
כאשר סוללת הליתיום מופעלת מחוץ לטווח הטמפרטורות שצוין על ידי יצרן הסוללה, קיים סיכון לבריחה תרמית, שעלולה לגרום בסופו של דבר לשריפה או פיצוץ. לכן, על מנת להבטיח את בטיחות המערכת ולעמוד בדרישות התקנים השונים, יש לנטרל את המצבר בכל פעם שטמפרטורת המצבר חורגת מטווח הטמפרטורות הנקוב. עם זאת, הידיעה מתי לנטרל את הסוללה תלויה בדיוק של צג הסוללה ותת-המערכת למדידת טמפרטורת המגן, שהיא חיונית כדי להבטיח את הפעולה הבטוחה של המערכת.
המוצרים העדכניים ביותר בסדרת צג הסוללה והמגן של Texas Instruments, BQ76942 (3 סוללות בסדרה [3S], עד 10S) ו-BQ76952 (עד 3S עד 16S), משלבים 16-bit/24-bit delta-sigma אנלוגי ממיר לדיגיטלי (ADC) , ריבוי בין מדידות מתח שונות, כולל מדידת טמפרטורת שבב פנימית ותרמיסטור חיצוני.
BQ76942 (10S) ו-BQ76952 (16S) כוללים מדידת טמפרטורת שבב פנימית המבוססת על ה-ADC תוך שימוש בהתייחסות הפנימית שלו למדידת מתח ΔVBE. מתח זה מומר לקריאת טמפרטורה, אותה ניתן לקרוא דרך ממשק התקשורת הטורי.
שני צגי הסוללה תומכים במדידת טמפרטורה באמצעות תרמיסטורים חיצוניים על עד 9 פינים של המכשיר, מה שנותן למעצבי מערכת גמישות רבה יותר בבחירת היכן למדוד טמפרטורה בחבילת הסוללות. ניתן לציין ערכי מדידה נפרדים של תרמיסטור וקריאת טמפרטורת שבב פנימית כדי לשמש כטמפרטורת הסוללה, טמפרטורת הטרנזיסטור של אפקט שדה (FET), או אף אחת מהן.
תת-מערכת ההגנה משתמשת בערך הנמדד המיועד כטמפרטורת הסוללה כדי לזהות את טמפרטורת הסוללה גבוהה/נמוכה מדי במהלך הטעינה או הטמפרטורה גבוהה/נמוכה מדי במהלך הפריקה, וכדי לקבוע אם לאפשר איזון הסוללה. התרמיסטור המציין את טמפרטורת ה-FET משמש לזיהוי התחממות יתר של ה-FET. כל תרמיסטור מופעל אך אינו מיועד לטמפרטורת סוללה או FET ישמש לדיווח על טמפרטורה, אך לא ישמש את תת-מערכת ההגנה.
טמפרטורת השבב הפנימית קובעת גם אם מותר איזון סוללה, והאם יש להציב את ההתקן במצב כבוי כדי למנוע פעולה שגויה כאשר הוא חורג מטווח טמפרטורת הפעולה שצוין.
התרמיסטור נמדד כאשר הוא מחובר לנגד המשיכה הפנימי המחובר לווסת המתח הנמוך של REG18 (~1.8V), כפי שמוצג באיור 1.
במהלך הפעולה, המכשיר משתמש בנגד משיכה פנימי הניתן לתכנות ל-18kΩ או 180kΩ, תוך הטיה אוטומטית של תרמיסטור אחד בכל פעם. הנגד המשוך נמדד במהלך איתור באגים במפעל, והערך שלו מאוחסן דיגיטלית במכשיר לצורך חישוב טמפרטורה.
המתח ADC משתמש במתח REG18 כהתייחסות למדידת מתח פין התרמיסטור באופן פרופורציונלי. המתח בכל תרמיסטור נמדד כל אחד עד שלושה מחזורי מדידה. ניתן לקבל את ערך ספירת ה-ADC המקורי באמצעות פקודת המשנה DASTATUS6() . במצב רגיל, המכשיר ממיר מדידות אלה לטמפרטורה כל 250 שניות; במצב שינה, המכשיר ממיר מדידות אלה לטמפרטורה בכל מדידה אחרת.
BQ76942 ו-BQ76952 משתמשים בפולינומים מסדר חמישי המבוססים על מדידות ADC כדי לחשב טמפרטורה. התקנים אלה כוללים מקדמי פולינום ברירת מחדל עבור:
● תרמיסטור Semitec 103-AT עם נגד משיכה של 18kΩ (10kΩ ב-25°C, B25/85=3,435 k).
● תרמיסטור Semitec 204AP-2 עם נגד משיכה של 180kΩ (200kΩ ב-25°C, B25/85=4,470 k).
ניתן לכתוב גם מקדמים מותאמים אישית המותאמים לשימוש עם תרמיסטורים אחרים לתוך אוגרים או זיכרונות חד-פעמיים הניתנים לתכנות.
הטמפרטורה המחושבת על ידי כל תרמיסטור מאופשר היא ביחידות של 0.1°K וניתן לקרוא אותה באמצעות ממשק התקשורת הטורי.
לסיכום
צגי הסוללה והמגנים של BQ76942 ו-BQ76952 כוללים תת-מערכת מדידה בעלת ביצועים גבוהים. תת-מערכת זו משלבת מדידת טמפרטורת שבב פנימית ותומכת בעד 9 תרמיסטורים חיצוניים למדידת טמפרטורת סוללה או FET. ניתן להשתמש במכשירים אלו ביישומים שונים כגון כלי עבודה חשמליים ואופניים חשמליים כדי להבטיח את בטיחות המערכת על ידי ניטור טמפרטורת הסוללה והשבתת ערכת הסוללות כאשר המצב הופך למסוכן.
