Контроллер заряда принимает решения на основе милливольт и долей градуса, поэтому его измерения должны быть точнее явлений, за которыми он наблюдает. Плохое измерение тока искажает кулоновский счёт и управление в режиме тока; неверно размещённый или плохо обработанный термистор превращает dT/dt в шум; а контактное сопротивление разъёма, принятое за поведение ячейки, вызывает ложные завершения. В этой статье разрабатываются две измерительные цепочки, на которые опирается каждое зарядное устройство NiMH – измерение тока и измерение температуры через NTC, – с охватом выбора компонентов, топологии соединения, фильтрации и обнаружения неисправностей, и показывается, как целостность измерений напрямую переходит в надёжность завершения и точность заряда.
Ток заряда чаще всего измеряется как напряжение на малом последовательном токоизмерительном резисторе, выбранном для баланса разрешающей способности измерения и рассеяния I-квадрат-R: достаточно большом, чтобы усиленный сигнал превышал смещение усилителя и шум АЦП, достаточно малом, чтобы не тратить мощность и не добавлять тепло. Прецизионный резистор из сплава с низким температурным коэффициентом сохраняет показания стабильными по мере нагрева зарядного устройства, поскольку дрейф от самонагрева иначе выглядел бы как изменение тока.
Шунт находится в силовом тракте, которым управляет контроллер (со стороны батареи для истинного тока батареи), а его напряжение усиливается усилителем тока или выделенным дифференциальным каналом АЦП до оцифровки; результирующая полоса пропускания должна превышать содержание импульсов/ШИМ, чтобы импульсные и многоступенчатые профили измерялись достоверно.
Контактные сопротивления и сопротивления дорожек никогда не должны попадать в измерение: измерительное напряжение снимается отдельной кельвиновской парой непосредственно на контактных площадках шунта, а напряжение батареи для -delta-V измеряется на выводах ячейки или разъёме пакета, а не на выходе регулятора, чтобы исключить контактное сопротивление держателя. В потребительских держателях с пружинными контактами отсутствие кельвиновского измерения позволяет дрейфу контакта маскироваться под растущее внутреннее сопротивление или пик напряжения – механизм ложного срабатывания, отмеченный в статье 6.
Правильная практика использует звездообразную землю для сигнальных и силовых возвратов, отделяет измерительные дорожки от коммутационного силового контура (статья 36) и защищает от синфазных переходных процессов ШИМ, которые иначе наложились бы на низкочастотное измерение заряда.
Термистор с отрицательным температурным коэффициентом преобразует температуру ячейки в сопротивление, обычно в делителе, питаемом от стабильного опорного источника; его номинальное сопротивление (обычно 10 к при 25 °C) и бета соответствуют диапазону АЦП в окне заряда от холодного к горячему, а его постоянная рассеяния должна сохранять самонагрев пренебрежимо малым за счёт ограничения тока возбуждения или циклической работы делителя. Прецизионные NTC с узким допуском бета оправданы, поскольку дифференцирование dT/dt усиливает каждую ошибку.
Делитель проектируется так, чтобы холодное, горячее состояния и обрыв/короткое замыкание давали различимые напряжения: оборванный NTC считывается как экстремальное значение, которое надёжная конструкция трактует как «не заряжать быстро», а не ошибочно принимает за холод, а закороченный NTC также выдаёт неисправность – барьер целостности датчика, требуемый статьёй 12.
Термистор должен быть термически связан с ячейкой – прижат к корпусу ячейки, приклеен к самой горячей внутренней ячейке пакета или встроен в контакт держателя – и термически изолирован от тепла собственного коммутатора и токоизмерительного резистора зарядного устройства, иначе зарядное устройство измеряет само себя. В многоячеечных пакетах датчик охватывает геометрически самую горячую ячейку (статья 28), а при значительных градиентах используется несколько NTC; усилие механической пружины и теплопроводящая связь гарантируют, что показания отслеживают ячейку, а не воздушный зазор.
Размещение проверяется сравнением показаний NTC с откалиброванными термопарами на ячейках во время заряда в наихудшем случае, с подтверждением, что задержка и смещение достаточно малы, чтобы решение dT/dt в 1 °C/мин оставалось точным.
Обе цепочки фильтруются до полосы пропускания лежащего в основе явления: напряжение для -delta-V слегка фильтруется, чтобы сохранить милливольтный пик, отклоняя коммутационные пульсации; температура фильтруется по скользящему окну перед дифференцированием, чтобы наклон отражал рекомбинацию, а не шум. Выборка синхронизируется вдали от фронтов ШИМ, а контроллер требует подтверждения по нескольким выборкам (статьи 6/7). Калибровка подстраивает смещение усилителя и смещение NTC на производстве, превращая допуски компонентов в измеренную точность.
Первый рисунок изображает цепочки измерения тока и температуры от физической величины до решения; второй показывает, как ошибка размещения и шум ухудшают в остальном чистый сигнал dT/dt, что обосновывает конструкцию обработки.
Проверка подаёт известные токи и температуры, тестирует неисправности датчика при обрыве/коротком замыкании, подтверждает подавление пульсаций ШИМ и скачков контактного сопротивления, и валидирует решения -delta-V/dT/dt относительно эталонных приборов в диапазоне температур. Weijiang предоставляет тепловые постоянные времени ячеек и поведение поверхностной температуры, помогая размещать и проверять NTC. Следующая статья переходит от точности измерений к энергии, которую они стоят, – КПД зарядного устройства, потребление в режиме ожидания и регулирование энергоэффективности.
Weijiang Power проектирует и производит никель-металлгидридные ячейки, согласованные пакеты и готовые к заряду конфигурации для потребительских, промышленных, медицинских и мобильных клиентов, и поддерживает партнёров рекомендациями по протоколу заряда, файлами характеристик IEC 61951-2, свидетельствами безопасности IEC 62133-1 и совместной проверкой зарядных устройств. Поделитесь форматом ячейки, скоростью заряда, тепловым диапазоном и целевым числом циклов, и наши инженеры подберут комбинацию ячейки и заряда, защищающую и время работы, и срок службы. Ознакомьтесь с ассортиментом на странице продуктов.
