Um controlador de carga decide com base em milivolts e frações de grau, portanto suas medições devem ser mais precisas que os fenômenos que ele monitora. Uma medição de corrente ruim corrompe a contagem coulombiana e o controle em modo corrente; um termistor mal posicionado ou mal condicionado transforma o dT/dt em ruído; e a resistência de contato de um conector, confundida com o comportamento da célula, causa terminações falsas. Este artigo projeta as duas cadeias de medição de que todo carregador NiMH depende – a medição de corrente e a medição de temperatura por NTC –, abrangendo a seleção de componentes, a topologia de conexão, a filtragem e a detecção de falhas, e mostra como a integridade da medição se propaga diretamente na confiabilidade da terminação e na precisão da carga.
A corrente de carga é mais comumente medida como a tensão sobre um resistor shunt em série de baixo valor, escolhido para equilibrar a resolução da medição com a dissipação por I ao quadrado por R: grande o bastante para que o sinal amplificado supere o offset do amplificador e o ruído do ADC, pequeno o bastante para não desperdiçar potência nem adicionar calor. Um resistor de liga de precisão e de baixo coeficiente de temperatura mantém a leitura estável à medida que o carregador aquece, já que a deriva por autoaquecimento pareceria, de outro modo, uma mudança de corrente.
O shunt fica no caminho de potência cuja corrente o controlador comanda (lado da bateria para a verdadeira corrente da bateria), e sua tensão é amplificada por um amplificador de detecção de corrente ou por um canal ADC diferencial dedicado antes da digitalização; a largura de banda resultante deve exceder o conteúdo de pulsos/PWM para que os perfis pulsados e multicascata sejam medidos com fidelidade.
As resistências de contato e de traço nunca devem aparecer na medição: a tensão de detecção é obtida com um par Kelvin separado diretamente nas ilhargas do shunt, e a tensão da bateria para o -delta-V é detectada nos terminais da célula ou no conector do pack, não na saída do regulador, de modo a excluir a resistência de contato do suporte. Em suportes de consumo com contatos de mola, deixar de fazer a detecção Kelvin permite que a deriva de contato se disfarce de resistência interna crescente ou de pico de tensão – o mecanismo de disparo falso apontado no artigo 6.
Uma boa prática usa um terra em estrela para os retornos de sinal e de potência, separa os traços de detecção do circuito de potência chaveado (artigo 36) e protege contra transientes de modo comum PWM que, de outro modo, se introduziriam na medição de carga de baixa frequência.
Um termistor de coeficiente de temperatura negativo converte a temperatura da célula em resistência, geralmente num divisor excitado a partir de uma referência estável; sua resistência nominal (comumente 10 k a 25 °C) e seu beta correspondem à faixa do ADC na janela de carga do frio ao quente, e sua constante de dissipação deve manter o autoaquecimento desprezível limitando a corrente de excitação ou aplicando ciclos de trabalho ao divisor. NTCs de grau de precisão com tolerância beta estreita justificam-se porque a diferenciação do dT/dt amplifica cada erro.
O divisor é projetado para que as condições fria, quente e de circuito aberto/curto-circuito produzam tensões distinguíveis: um NTC aberto é lido como um valor extremo que um projeto robusto trata como «não carregar rápido» em vez de interpretá-lo erroneamente como frio, e um NTC em curto-circuito também gera uma falha – a porta de integridade do sensor exigida pelo artigo 12.
O termistor deve estar termicamente acoplado à célula – preso ao invólucro de uma célula, colado à célula interna mais quente do pack ou integrado no contato do suporte – e termicamente isolado do calor do próprio chaveador e do resistor shunt do carregador; caso contrário, o carregador mede a si mesmo. Em packs multicélula o sensor cobre a célula geometricamente mais quente (artigo 28), e usam-se vários NTCs onde os gradientes são significativos; a força da mola mecânica e o acoplamento termocondutor garantem que a leitura acompanhe a célula e não o vão de ar.
O posicionamento é validado comparando a leitura do NTC com termopares instrumentados nas células durante uma carga no pior caso, confirmando que atraso e offset são pequenos o bastante para que a decisão de dT/dt de 1 °C/min continue precisa.
Ambas as cadeias são filtradas para a largura de banda do fenômeno subjacente – a tensão para o -delta-V é levemente filtrada para preservar o pico em milivolts enquanto rejeita a ondulação de chaveamento; a temperatura é filtrada numa janela deslizante antes da diferenciação, para que a inclinação reflita a recombinação e não o ruído. A amostragem é sincronizada longe das bordas PWM, e o controlador exige confirmação de múltiplas amostras (artigo 6/7). A calibração ajusta o offset do amplificador e o offset do NTC na produção, transformando as tolerâncias dos componentes em precisão medida.
A primeira figura diagramiza as cadeias de medição de corrente e temperatura, da grandeza física à decisão; a segunda mostra como o erro de posicionamento e o ruído degradam um sinal dT/dt de outro modo limpo, motivando o projeto de condicionamento.
A verificação injeta correntes e temperaturas conhecidas, testa falhas de sensor aberto/curto-circuito, confirma a rejeição da ondulação PWM e dos degraus de resistência de contato, e valida as decisões -delta-V/dT/dt contra a instrumentação de referência ao longo da temperatura. A Weijiang fornece constantes de tempo térmico das células e o comportamento da temperatura superficial para ajudar a posicionar e validar os NTCs. O próximo artigo passa da precisão da medição à energia que ela custa – eficiência do carregador, consumo em standby e regulamentação de eficiência energética.
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