بهبود دقت اندازه گیری دما در سیستم نظارت باتری
همانطور که در مقاله"نسل بعدی مانیتور باتری: نحوه بهبود ایمنی باتری در حین بهبود دقت و افزایش زمان کار&نقل شده است، نظارت دقیق بر ولتاژ، جریان و دما باتری به اطمینان از مناسب بودن باتری کمک می کند. استفاده در جاروبرقی، جاروبرقی، عملکرد ایمن سیستم های کالاهای مصرفی انبوه مانند ابزار برقی و دوچرخه برقی. در این مقاله به بررسی عمیق تری مانیتورینگ دمای باتری های لیتیومی از جمله پیکربندی صحیح سیستم برای عملکرد ایمن می پردازیم.
هنگامی که باتری لیتیومی خارج از محدوده دمایی مشخص شده توسط سازنده باتری کار می کند، خطر فرار حرارتی وجود دارد که در نهایت ممکن است باعث آتش سوزی یا انفجار شود. بنابراین، به منظور اطمینان از ایمنی سیستم و رعایت الزامات استانداردهای مختلف، هر زمان که دمای باتری از محدوده دمایی مشخص شده بیشتر شود، باتری باید غیرفعال شود. با این حال، دانستن زمان غیرفعال کردن باتری به دقت مانیتور باتری و زیرسیستم اندازهگیری دمای محافظ بستگی دارد که برای اطمینان از عملکرد ایمن سیستم ضروری است.
جدیدترین محصولات در سری مانیتور و محافظ باتری Texas Instruments، BQ76942 (3 باتری در سری [3S]، تا 10S) و BQ76952 (تا 3S تا 16S)، یک آنالوگ دلتا سیگما 16 بیتی/24 بیتی را ادغام می کنند. مبدل به دیجیتال (ADC) که بین اندازه گیری های مختلف ولتاژ، از جمله اندازه گیری دمای تراشه داخلی و ترمیستور خارجی، مالتی پلکس می شود.
BQ76942 (10S) و BQ76952 (16S) شامل اندازه گیری دمای تراشه داخلی بر اساس ADC با استفاده از مرجع داخلی آن برای اندازه گیری ولتاژ ΔVBE هستند. این ولتاژ به یک دما خوان تبدیل می شود که از طریق رابط ارتباط سریال قابل خواندن است.
هر دو مانیتور باتری از اندازه گیری دما با استفاده از ترمیستورهای خارجی در حداکثر 9 پین دستگاه پشتیبانی می کنند که به طراحان سیستم انعطاف بیشتری در انتخاب مکان اندازه گیری دما در بسته باتری می دهد. مقادیر جداگانه اندازه گیری ترمیستور و خوانش دمای داخلی تراشه را می توان برای استفاده به عنوان دمای باتری، دمای ترانزیستور اثر میدانی (FET) یا هیچ کدام مشخص کرد.
زیرسیستم حفاظت از مقدار اندازه گیری شده تعیین شده به عنوان دمای باتری استفاده می کند تا تشخیص دهد که دمای باتری در هنگام شارژ خیلی زیاد/پایین است یا دما در هنگام تخلیه خیلی زیاد/پایین است و تعیین می کند که آیا تعادل باتری مجاز است یا خیر. ترمیستور تعیین کننده دمای FET برای شناسایی گرمای بیش از حد FET استفاده می شود. هر ترمیستوری که فعال باشد اما برای دمای باتری یا FET تعیین نشده باشد، برای گزارش دما استفاده خواهد شد، اما توسط زیرسیستم حفاظت استفاده نخواهد شد.
دمای داخلی تراشه همچنین تعیین میکند که آیا تعادل باتری مجاز است یا خیر، و اینکه آیا دستگاه باید در حالت خاموش قرار گیرد تا از عملکرد اشتباه در زمانی که از محدوده دمای کاری مشخص شده فراتر میرود، جلوگیری شود.
همانطور که در شکل 1 نشان داده شده است، ترمیستور زمانی اندازه گیری می شود که به مقاومت کششی داخلی متصل به تنظیم کننده ولتاژ پایین REG18 (~1.8V) اندازه گیری می شود.
در حین کار، دستگاه از یک مقاومت کششی داخلی با قابلیت برنامه ریزی روی 18 یا 180 کیلو اهم استفاده می کند و به طور خودکار یک ترمیستور را در یک زمان بایاس می کند. مقاومت pull-up در حین اشکال زدایی کارخانه اندازه گیری می شود و مقدار آن به صورت دیجیتالی در دستگاه برای محاسبه دما ذخیره می شود.
ولتاژ ADC از ولتاژ REG18 به عنوان مرجع برای اندازه گیری ولتاژ پایه ترمیستور به طور متناسب استفاده می کند. ولتاژ هر ترمیستور در هر یک تا سه سیکل اندازه گیری اندازه گیری می شود. مقدار اصلی تعداد ADC را می توان از طریق دستور فرعی DASTATUS6() بدست آورد. در حالت عادی، دستگاه هر 250 میلیثانیه این اندازهگیریها را به دما تبدیل میکند. در حالت خواب، دستگاه در هر اندازه گیری دیگر این اندازه گیری ها را به دما تبدیل می کند.
BQ76942 و BQ76952 از چند جمله ای های مرتبه پنجم بر اساس اندازه گیری های ADC برای محاسبه دما استفاده می کنند. این دستگاه ها شامل ضرایب چند جمله ای پیش فرض برای:
● ترمیستور Semitec 103-AT با مقاومت کششی 18 کیلو اهم (10 کیلو اهم در دمای 25 درجه سانتی گراد، B25/85=3435 کیلو).
● ترمیستور Semitec 204AP-2 با مقاومت کششی 180 کیلو اهم (200 کیلو اهم در دمای 25 درجه سانتی گراد، B25/85=4470 کیلو).
ضرایب سفارشی که برای استفاده با ترمیستورهای دیگر بهینه شده اند را نیز می توان در رجیسترها یا حافظه های قابل برنامه ریزی یکبار مصرف نوشت.
دمای محاسبه شده توسط هر ترمیستور فعال بر حسب واحد 0.1 درجه کلوین است و با استفاده از رابط ارتباطی سریال قابل خواندن است.
در نتیجه
مانیتور و محافظ باتری BQ76942 و BQ76952 شامل یک زیرسیستم اندازه گیری با کارایی بالا می باشد. این زیرسیستم یک اندازه گیری دمای داخلی تراشه را ادغام می کند و تا 9 ترمیستور خارجی را برای اندازه گیری دمای باتری یا FET پشتیبانی می کند. این دستگاهها را میتوان در کاربردهای مختلفی مانند ابزارهای برقی و دوچرخههای برقی برای اطمینان از ایمنی سیستم با نظارت بر دمای باتری و غیرفعال کردن بسته باتری در مواقع خطرناک استفاده کرد.
