OCV

Технология ModelGauge для контроля заряда аккумуляторов

ModelGauge™ – это запатентованная технология, используемая в универсальных и высокоточных интегральных схемах измерения уровня заряда аккумуляторов. Измерители заряда ModelGauge отвечают требованиям современных приложений и отличаются высокой точностью, низкой стоимостью и минимальным собственным потреблением. В статье раскрывается принцип действия измерителей уровня заряда аккумулятора, а также поясняется, почему технология ModelGauge обеспечивает отличные результаты в широком диапазоне приложений
1665
В избранное

ModelGauge™ – это запатентованная технология, используемая в универсальных и высокоточных интегральных схемах измерения уровня заряда аккумуляторов. Измерители заряда ModelGauge отвечают требованиям современных приложений и отличаются высокой точностью, низкой стоимостью и минимальным собственным потреблением. В статье раскрывается принцип действия измерителей уровня заряда аккумулятора, а также поясняется, почему технология ModelGauge обеспечивает отличные результаты в широком диапазоне приложений.

Базовые методы измерения уровня заряда аккумуляторов

Измерители уровня заряда позволяют оценивать степень заряда аккумуляторов (state of charge, SOC). Получаемая ими информация обычно отображается на экране устройства. В недорогих устройствах для этого используется простой и привычный 5-сегментный ЖК-символ в виде батарейки. В дорогих устройствах можно встретить более эффектные графические представления, а также дополнительные функции, например, предупреждения о приближении полного разряда аккумулятора.

Первые измерители уровня заряда использовали метод интегрирования токов. Этот метод предполагает измерение мгновенных значений выходного тока аккумулятора и суммирование получаемых отсчетов по времени (то есть интегрирование). Чтобы оценить уровень заряда аккумулятора, необходимо из величины полного заряда батареи вычесть полученное в процессе интегрирования значение. Для измерения тока, как правило, используется низкоомный измерительный резистор. Метод с интегрированием токов до сих пор используется, однако не в чистом виде, а в качестве составной части более сложных алгоритмов, обеспечивающих более высокую точность.

Еще один способ определения уровня заряда заключается в измерении напряжения на разомкнутых клеммах аккумулятора (open circuit voltage, OCV). Для большинства химических аккумуляторов напряжение на разомкнутых клеммах зависит от уровня заряда. При полном заряде напряжение на разомкнутых клеммах имеет максимальное значение. По мере разряда напряжение уменьшается. Падение напряжения обычно имеет нелинейный характер и может зависеть от температуры. Чтобы обеспечить высокую точность при использовании данного метода, потребуется подробная разрядная характеристика аккумулятора. Если же ко всему прочему необходимо обеспечить точные измерения с учетом старения и температурной зависимости, тогда понадобится разработка сложных алгоритмов, которые можно получить только при выполнении очень трудоемких лабораторных испытаний.

Одним из преимуществ метода измерения OCV является то, что он не требует токоизмерительного резистора в цепи питания, что обеспечивает более низкие потери по сравнению с методом интегрирования токов.

Обратите внимание, что для обеспечения точного измерения уровня заряда и тот, и другой метод требует дополнительной информации об аккумуляторе.

Обзор алгоритма ModelGauge

В технологии ModelGauge используются запатентованные алгоритмы, которые обеспечивают целый ряд преимуществ:

  • высокую точность измерений уровня заряда;
  • максимальную длительность работы аккумулятора;
  • компактные габариты измерительной системы;
  • высокий уровень надежности и безопасности;
  • быстрый выход конечного устройства на рынок.

В настоящий момент технология ModelGauge включает в себя несколько алгоритмов:

  • ModelGauge
  • ModelGauge m3
  • ModelGauge m5

Оригинальный алгоритм ModelGauge определяет степень заряда аккумулятора по напряжению OCV. Он обеспечивает высокую точность при различных условиях и предлагает множество других преимуществ, в том числе низкую стоимость, минимальное потребление и компактные габариты.

ModelGauge m3 – модернизированная версия алгоритма ModelGauge. В ModelGauge m3 была добавлена поддержка метода интегрирования токов, что обеспечило повышение точности измерений.

Алгоритм ModelGauge m5 обеспечивает еще более высокую точность при оценке степени заряда аккумулятора, чем ModelGauge m3, а также имеет ряд дополнительных функций. Например, функцию определения времени, оставшегося до полного заряда аккумулятора (при выполнении заряда), и функцию Cycle+, позволяющую при выполнении измерений учитывать старение аккумулятора.

ModelGauge

Оригинальный алгоритм ModelGauge был разработан для точной оценки состояния заряда аккумулятора без использования токоизмерительного резистора. Отказ от токоизмерительного резистора позволяет снизить габариты и мощность потерь. Как уже было сказано выше, напряжение на разомкнутых клеммах аккумулятора (OCV) напрямую связано с уровнем заряда (SOC). Запатентованный алгоритм ModelGauge способен оценивать напряжение OCV, даже когда аккумулятор находится под нагрузкой. Это оказывается возможным благодаря известной характеристике аккумулятора и моделированию в реальном времени (рис. 1).

ModelGauge: определение уровня заряда аккумулятора (SOC) по величине напряжения на разомкнутых клеммах аккумулятора (OCV)

Рис. 1. ModelGauge: определение уровня заряда аккумулятора (SOC) по величине напряжения на разомкнутых клеммах аккумулятора (OCV)

Датчики заряда, использующие алгоритм ModelGauge, являются более точными, чем датчики, использующие метод интегрирования токов. Дело в том, что, благодаря постоянной коррекции и моделированию, датчик ModelGauge оказывается не чувствительным к дрейфу емкости аккумулятора с течением времени (рис. 2 и 3).

Емкость аккумулятора (мАч) со временем изменяется

Рис. 2. Емкость аккумулятора (мАч) со временем изменяется

Уровень заряда (SOC) не меняется с течением временем

Рис. 3. Уровень заряда (SOC) не меняется с течением временем

ModelGauge m3/ m5

Для обеспечения повышенной точности в алгоритмах ModelGauge m3/ m5 в дополнение к базовому методу измерения OCV, была добавлена поддержка метода интегрирования токов. Метод интегрирования токов дает более высокую кратковременную точность, чем при измерении OCV, однако он имеет склонность к накоплению ошибки смещения при выполнении длительных измерений, что приводит к значительной итоговой погрешности. Алгоритмы ModelGauge m3/ m5 используют метод OCV для периодического устранения ошибки смещения, вносимой методом интегрирования токов.

Уровень заряда корректируется 200 000 раз в день с использованием OCV

Рис. 4. Уровень заряда корректируется 200 000 раз в день с использованием OCV

Комбинация двух методов приводит к увеличению точности измерений во всех режимах работы (рис. 5). К сожалению, расплатой за это становится повышение потребления, рост габаритов и увеличение стоимости.

Сравнение погрешностей различных методов измерений: ModelGauge m3/ m5, ModelGauge и метода интегрирования токов  ModelGauge m5

Рис. 5. Сравнение погрешностей различных методов измерений: ModelGauge m3/ m5, ModelGauge и метода интегрирования токов

ModelGauge m5

Алгоритм ModelGauge m5 аналогичен ModelGauge m3, но имеет некоторые улучшения, которые позволяют дополнительно повысить точность измерений. В ModelGauge m5 реализован алгоритм прогнозирования старения Cycle+, который оценивает снижение емкости аккумулятора с учетом срока службы и количества циклов заряда/ разряда. Кроме того, в ModelGauge m5 есть специальный алгоритм, устраняющий ошибку измерения при оценке заряда аккумулятора, приближающегося к состоянию полного разряда.

Датчики ModelGauge m5 обеспечивают не только измерение уровня заряда (SOC), но и определяют время, необходимое для полного заряда аккумулятора, а также сообщают управляющему контроллеру о длительности работы аккумулятора с момента первого включения.

ModelGauge m5 способен регистрировать 13 критических параметров в течение срока службы аккумулятора. Эти параметры могут быть использованы для проведения анализа и дальнейшего принятия решения о замене аккумулятора.

Кроме того, ModelGauge m5 обеспечивает простой интерфейс настройки. Для обеспечения высокой точности измерения датчикам требуется информация об используемом аккумуляторе. Алгоритмы ModelGauge и ModelGauge m3 требуют данных, которые могут быть получены в процессе испытаний аккумуляторов при их производстве. Однако ModelGauge m5 позволяет выполнять настройку параметров прямо на месте с помощью программного интерфейса. С помощью этого интерфейса пользователь может самостоятельно вводить основные характеристики аккумулятора. Интерфейс форматирует данные, введенные пользователем, и загружает их в соответствующие регистры микросхемы m5. Такой подход позволяет заказчикам самостоятельно программировать ModelGauge m5 EZ прямо на месте и получать высокую точность измерений без необходимости выполнения трудоемких испытаний аккумуляторов в заводских условиях. Тем не менее, компания Maxim Integrated готова помочь с определением характеристик аккумуляторов, если это требуется заказчику.

Заключение

Алгоритмы ModelGauge обеспечивают самую высокую в отрасли точность измерения уровня заряда аккумуляторов в широком спектре приложений. Данная статья поможет выбрать наиболее оптимальную технологию ModelGauge для вашего устройства. Кроме того, выбор датчика рекомендуется начать с посещения страницы Battery Fuel Gauge page.

Источник: https://www.maximintegrated.com

Производитель: Maxim Integrated
Наименование
Производитель
Описание Корпус/
Изображение
Цена, руб. Наличие
MAX17201G+T
MAX17201G+T
Maxim Integrated
Арт.: 2083371 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Управление питанием от батарей MODELGAUGE M5 1S I2C TDFN
MAX17201G+T
-
Поиск
предложений
MAX17201GEVKIT#
MAX17201GEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 2093187 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX17201G/MAX17201X/MAX17211G/MAX17211X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 pack-side fuel-gauge ICs for lithiumion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17201GEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17205G+00E
MAX17205G+00E
Maxim Integrated
Арт.: 2093188 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
BATT FUEL GAUGE, -40 TO 85DEG C
MAX17205G+00E
-
Поиск
предложений
MAX17205GEVKIT#
MAX17205GEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 2093190 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
MAX17205G/MAX17205X/MAX17215G/MAX17215X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 pack-side fuel-gauge ICs for lithiumion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17205GEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17201G+
MAX17201G+
Maxim Integrated
Арт.: 2102747 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Управление питанием от батарей Modelgauge M5 Fuel Gauge, LI-ION, 4.9 V, TDFN-14.
MAX17201G+
-
Поиск
предложений
MAX17205G+
MAX17205G+
Maxim Integrated
Арт.: 2102748 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
BATT FUEL GAUGE, LI-ION, 20V, TDFN-14
MAX17205G+
-
Поиск
предложений
MAX17201XEVKIT#
MAX17201XEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 2198914 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
MAX17201G/MAX17201X/MAX17211G/MAX17211X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 pack-side fuel-gauge ICs for lithiumion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17201XEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17201X+T
MAX17201X+T
Maxim Integrated
Арт.: 2549364 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Управление питанием от батарей MODELGAUGE M5 1S I2C WLP.
MAX17201X+T
-
Поиск
предложений
MAX17201X+T0E
MAX17201X+T0E
Maxim Integrated
Арт.: 2549365 ИНФО PDF AN RD DT
Поиск
предложений
Управление питанием от батарей MODELGAUGE M5 1S I2C WLP
MAX17201X+T0E
-
Поиск
предложений
MAX17260BEWL+T
MAX17260BEWL+T
Maxim Integrated
Арт.: 2777524 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Управление питанием от батарей 5.1 A 1-Cell Fuel Gauge with ModelGauge m5 EZ and Optional High-SideCurrent Sensing.
MAX17260BEWL+T
-
Поиск
предложений
MAX17260SEWL+T
MAX17260SEWL+T
Maxim Integrated
Арт.: 2777527 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
Управление питанием от батарей 5.1 A 1-Cell Fuel Gauge with ModelGauge m5 EZ and Optional High-SideCurrent Sensing
MAX17260SEWL+T
-
Поиск
предложений
MAX17261METD+
MAX17261METD+
Maxim Integrated
Арт.: 2777528 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
BATT FUEL GAUGE, LIFEPO4/LI-ION, TDFN-14
MAX17261METD+
-
Поиск
предложений
MAX17260XEVKIT#
MAX17260XEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 2779505 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX17260G/MAX17260X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 host-side fuel-gauge ICs for lithium-ion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17260XEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17262REWL+T
MAX17262REWL+T
Maxim Integrated
Арт.: 3039212 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
BATT FUEL GAUGE, LIFEPO4/LI-ION, WLP-9
MAX17262REWL+T
-
Поиск
предложений
MAX17263LETD+
MAX17263LETD+
Maxim Integrated
Арт.: 3041825 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
IC FUEL GAUGE SINGL/MULTI 14TDFN
MAX17263LETD+
-
Поиск
предложений
MAX17263GEVKIT#
MAX17263GEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 3155522 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX17263G evaluation kit (EV kit) is a fully assembled and tested surface-mount PCB that evaluates the stand-alone ModelGauge™ m5 host-side fuel-gauge ICs for lithium-ion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17263GEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17260GEVKIT#
MAX17260GEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 3159105 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX17260G/MAX17260X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 host-side fuel-gauge ICs for lithium-ion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17260GEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17261GEVKIT#
MAX17261GEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 3159106 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX17261G/MAX17261X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 host-side fuel-gauge ICs for lithium-ion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17261GEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17261XEVKIT#
MAX17261XEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 3159107 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX17261G/MAX17261X evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone ModelGauge™ m5 host-side fuel-gauge ICs for lithium-ion (Li+) batteries in handheld and portable equipment.
MAX17261XEVKIT#
-
Поиск
предложений
MAX17301XEVKIT#
MAX17301XEVKIT#
Maxim Integrated
Арт.: 3468107 ИНФО PDF AN RD
Поиск
предложений
The MAX173xxX/MAX173xxG evaluation kits (EV kits) are fully assembled and tested surface-mount PCBs that evaluate the stand-alone pack-side fuel gauge IC with protector and SHA-256 authentication for 1-cell lithiumion/ polymer batteries.
MAX17301XEVKIT#
-
Поиск
предложений

Сравнение позиций

  • ()