I nuovi misuratori del livello di carica delle batterie a chip singolo dotati della tecnologia adattiva Dynamic Z-Track di Texas Instruments (TI) permettono di ottenere una maggiore efficienza e affidabilità d'esercizio per i dispositivi alimentati a batteria.
Rispetto ai metodi di misurazione tradizionali, l'algoritmo di modellazione predittiva dei misuratori di carica BQ41Z90 e BQ41Z50 di TI offre un'accuratezza delloa stima dello stato di carica e dello stato di salute molto accurata, con un errore pari all'1%, e contribuisce a prolungare l'autonomia delle batterie potenzialmente fino al 30%.
Perché è importante misurare accuratamente lo stato di carica
Gli utenti richiedono sempre più energia dai loro dispositivi elettronici, come laptop, e-bike e dispositivi medici portatili: i sistemi di gestione delle batterie (BMS) devono quindi offrire un monitoraggio preciso, accurato e in tempo reale.
Grazie ai misuratori del livello di carica delle batterie BQ41Z90 e BQ41Z50 con tecnologia Dynamic Z-Track, si possonoi progettare dispositivi elettronici con una lettura precisa della capacità della batteria, anche nel caso in cui si verifichino carichi non prevedibili.
Grazie alla maggiore accuratezza, i progettisti possono quindi scegliere con certezza le dimensioni della batteria ed eliminare così la necessità di batterie sovradimensionate.
«Una stima precisa della capacità delle batterie e l'affidabilità sono fondamentali, che si tratti di portare a termine un progetto sul proprio laptop o di tornare a casa con un'e-bike», ha affermato Yevgen Barsukov, TI Fellow e responsabile dello sviluppo degli algoritmi BMS. «I metodi tradizionali di monitoraggio delle batterie sono spesso poco accurati in condizioni di utilizzo irregolari, con conseguente inaffidabilità delle previsioni. La nostra nuova tecnologia Dynamic Z-Track, invece, rappresenta un modello predittivo per le batterie, in grado di aggiornarsi autonomamente in base alle condizioni di carico dinamico, come avviene ad esempio con le applicazioni di IA, e garantisce quindi una maggiore accuratezza nella previsione dell'autonomia. Basandosi su 20 anni di evoluzione nel campo del monitoraggio reattivo, questa innovazione offre agli utenti affidabilità di funzionamento, maggiore sicurezza d'esercizio e precisione nel monitoraggio della durata e dell'autonomia delle batterie».
Modellazione dinamica della batteria
I misuratori di batteria calcolano parametri essenziali quali lo stato di carica, lo stato di salute e la capacità residua utilizzando misure di corrente e tensione. I misuratori di batteria tradizionali basati sulla tecnologia Impedance Track presuppongono che il carico della batteria vari lentamente, il che consente misure accurate della resistenza mentre la batteria si sta scaricando, per calcolare una previsione dello stato di carica in tempo reale ad alta precisione.
Classico circuito equivalente di una batteria valido quando i carichi variano lentamente
La modellizzazione della batteria come un modello resistore-condensatore (RC) a bassa frequenza è sufficiente per questi carichi della batteria che variano lentamente.
Tuttavia, le applicazioni più recenti con correnti di carico variabili o ad alta frequenza necessitano di un modello più completo e di un algoritmo adattivo per mantenere stime accurate dello stato di carica.
Stima della capacità rimanente della batteria
La previsione della capacità della batteria è la differenza tra la stima dello stato di carica (SoC) più recente e il SoC quando si prevede che la tensione terminale della batteria raggiunga la tensione minima per il funzionamento del sistema.
La previsione della capacità residua dipende fortemente dalla corrente di carico e dalla resistenza. La caduta di tensione IR attraverso la resistenza interna della batteria rende la quantità di carica che può essere fornita dalla batteria una funzione della corrente di carico. Per correnti maggiori, la tensione ai terminali della batteria raggiunge prima il valore minimo.
Gli algoritmi di misurazione che utilizzano solo misure di tensione senza compensazione per la caduta IR non rilevano questo effetto e producono stime inaccurate della capacità residua della batteria. Inoltre, gli algoritmi di misurazione che non stimano l'aumento della resistenza della batteria con l'invecchiamento possono sottostimare la caduta di tensione IR.
L'algoritmo Dynamic Z-Track è un metodo di misura della batteria integrato nei misuratori BQ41Z90 e BQ41Z50 di TI. Come successore del tradizionale algoritmo Impedance Track, fornisce stime accurate dello stato di carica, dello stato di salute e della capacità residua delle batterie in condizioni di corrente di carico dinamica.
Quando un carico irregolare o ad alta frequenza influisce sulla batteria, la tradizionale modellazione RC della batteria dell'indicatore Impedance Track perde la risoluzione per l'aggiornamento della resistenza della batteria. L'algoritmo Dynamic Z-Track, invece, implementa un modello transitorio a banda larga che simula i transitori di tensione e si adatta ai profili di corrente dinamici.
Questo approccio consente di ottenere stime della resistenza interna della batteria in tempo reale anche quando la corrente non è stabile.
Il monitoraggio accurato della resistenza è essenziale per fornire il calcolo dello stato di carica con la massima precisione per l'intera durata della batteria.
Il dispositivo BQ41Z90 di TI è il primo misuratore del livello di carica dotato di funzioni di monitoraggio e protezione per 3-16 celle di batterie agli ioni di litio (Li-ion) in serie. Questa soluzione a chip singolo permette agli ingegneri di ridurre la complessità e risparmiare fino al 25% di spazio su scheda rispetto alle soluzioni discrete tradizionali. Il dispositivo BQ41Z50 supporta invece da 2 a 4 celle in serie.
