GERT023 May   2017 BQ27220 , BQ27426

 

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Russ Rosenquist

Ganz gleich, ob Sie tragbare, handgeführte Geräte mit extrem geringem Stromverbrauch oder drahtlose, batteriebetriebene Fernsensorknoten entwickeln: Die Notwendigkeit der genauen Messung, Vorhersage und Meldung des Batterieladezustands, des Batteriezustands und der verbleibenden Betriebszeit des Geräts wird in zahlreichen Anwendungen immer wichtiger.

So erfordern viele Anwendungen des Internets der Dinge (Internet of Things, IoT) beispielsweise die Bereitstellung eines zuverlässigen Netzwerks aus vernetzten, batteriebetriebenen Geräten mit extrem geringem Stromverbrauch. Genauer gesagt verwenden industrielle Feldinstrumente und Datenerfassungssysteme (Data Acquisition DAQ), die in und außerhalb von Fabriken eingesetzt werden, Fernmonitore, um Informationen zu erfassen und an ein Host-System unter verschiedenen Umgebungs- und Betriebsbedingungen zu melden. Eine genaue Ladezustands- und Zustandsüberwachung der Batterie einer Fernmesseinrichtung ist entscheidend für den Aufbau und die Wartung zuverlässiger IoT-Netzwerke.

Neue Technologien wie die fortschrittlichen Sensor- und energieeffizienten Konnektivitätskomponenten von TI ermöglichen es Herstellern, drahtlose batteriebetriebene Systeme zu entwickeln. Gleichzeitig verbessern sie die Zuverlässigkeit und Leistung und reduzieren die Komplexität und Kosten der Bereitstellung. Das Batteriemanagementportfolio von TI besteht aus einer Vielzahl von Produkten, die verwendet werden, um eine effiziente, zuverlässige und ordnungsgemäße Überwachung und Betreibung solcher Systeme zu gewährleisten.

Die Batterie-Ladezustandsmesser bq27426 und bq27220 von TI erfordern beispielsweise eine minimale Benutzerkonfiguration und die Entwicklung der System-Mikrocontroller-Firmware (MCU). Obwohl die Standardkonfiguration dieser Produkte für Anwendungen mit höherer Stromstärke und höherer Batteriekapazität wie Smartphones ausgelegt ist, können sie auch Anwendungen mit niedrigerem Strom unterstützen, wie im Anwendungshinweis „Erweiterte Auflösungsmessung für Niedrigstromanwendungen mit Skalierung“ erläutert wird.

Auf Grundlage der drahtlosen SimpleLink™-MCU-Plattform mit extrem geringem Stromverbrauch von TI verwendet das Referenzdesign für einen Batterie-Ladezustandsmesser mit erweiterter Genauigkeit für Industrial-IoT-Feldmessungen mit geringem Stromverbrauch das Referenzdesign für ein 4-1/2-stelliges 100-kHz-True-RMS-Digitalmultimeter mit drahtlosem IoT und Bluetooth® Low Energy (Abbildung 1 zeigt sein Blockschaltbild), um zu demonstrieren, wie die Genauigkeit und Leistung der bq27426-Ladezustandsmessung in Anwendungen mit geringem Strom verbessert werden kann.

Blockschaltbild von drahtlosem DMMAbbildung 1 Blockschaltbild von drahtlosem DMM

Diese Leistungsverbesserung wird erreicht, indem die Strommessauflösung des bq27426 durch entsprechende Skalierung des externen Strommesswiderstands und verschiedener bq27426-Batterieprofilparameter erhöht wird.  Im Falle dieses Referenzdesigns für Ladezustandsmesser mit erweiterter Genauigkeit wurde die Auflösung von 1 mA auf 50 µA geändert, indem der standardmäßige 10-mΩ-Strommesswiderstand durch einen 200-mΩ-Widerstand ersetzt wurde.  Abbildung 2 zeigt die Verbesserung der Strommessgenauigkeit einer 50-µA-Konfiguration im Vergleich zu einer Lösung mit einer standardmäßigen 1-mA-Auflösung.

AuflösungsmessfehlerAbbildung 2 Auflösungsmessfehler

Diese verbesserte Genauigkeit der Strommessung führt zu einer besseren Genauigkeit und Leistung der Ladezustandsmessung des Systems.  Abbildung 3 zeigt beispielsweise den verbleibenden Zeitfehler bei beiden Auflösungskonfigurationen an, wenn die Batterie des drahtlosen DMM von einem vollständig aufgeladenen Zustand (0 Stunden) in einen vollständig entladenen Zustand (ca. 28 Stunden) übergeht.

RestzeitfehlerAbbildung 3 Restzeitfehler

Diese Darstellungen zeigen die signifikante Verbesserung der geschätzten Restzeit im Zusammenhang mit der Konfiguration der erweiterten Auflösung.  Dies ist besonders deutlich, wenn die Konfiguration mit Standardauflösung eine Begrenzung mit einer Auflösung von 1 mA überschreitet, die durch die Spurs in den frühen Stunden des Entladezyklus angezeigt wird.  Außerdem wird die Leistungsdifferenz in Anwendungen, die noch niedrigere Systemlastströme erfordern, noch wichtiger werden.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die Skalierung von Widerstands- und Ladezustandsmessparametern verwendet werden kann, um IoT, Feldmessung und andere Systeme mit extrem geringem Stromverbrauch zu optimieren, die genaue Batteriezustandsmessungen erfordern.  Wenn Ihre energieeffiziente Anwendung das nächste Mal aufgeladen werden muss, verwenden Sie eines der Batteriemessgeräte von TI, um die besten Ergebnisse zu erzielen.