Un controlador de carga decide sobre la base de milivoltios y fracciones de grado, por lo que sus mediciones deben ser más precisas que los fenómenos que vigila. Una mala medición de corriente corrompe el conteo culombiano y el control en modo corriente; un termistor mal colocado o mal acondicionado convierte el dT/dt en ruido; y la resistencia de contacto de un conector, confundida con el comportamiento de la celda, provoca terminaciones falsas. Este artículo diseña las dos cadenas de medición de las que depende todo cargador NiMH – la medición de corriente y la medición de temperatura con NTC –, abarcando la selección de componentes, la topología de conexión, el filtrado y la detección de fallos, y muestra cómo la integridad de la medición se propaga directamente en la fiabilidad de la terminación y la precisión de la carga.
La corriente de carga se mide más comúnmente como la tensión en una resistencia shunt serie de bajo valor, elegida para equilibrar la resolución de medición frente a la disipación por I al cuadrado por R: lo bastante grande para que la señal amplificada supere el offset del amplificador y el ruido del ADC, lo bastante pequeña para no desperdiciar potencia ni añadir calor. Una resistencia de aleación de precisión y de bajo coeficiente de temperatura mantiene la lectura estable a medida que el cargador se calienta, ya que, de lo contrario, la deriva por autocalentamiento parecería un cambio de corriente.
El shunt se sitúa en la ruta de potencia cuya corriente comanda el controlador (en el lado de la batería para la verdadera corriente de batería), y su tensión es amplificada por un amplificador de detección de corriente o un canal ADC diferencial dedicado antes de la digitalización; el ancho de banda resultante debe superar el contenido de pulsos/PWM para que los perfiles pulsados y multietapa se midan con fidelidad.
Las resistencias de contacto y de traza nunca deben aparecer en la medición: la tensión de detección se toma con un par Kelvin independiente directamente en las almohadillas del shunt, y la tensión de la batería para el -delta-V se detecta en los terminales de la celda o en el conector del pack, no en la salida del regulador, de modo que se excluye la resistencia de contacto del soporte. En los soportes de consumo con contactos de resorte, no hacer la detección Kelvin permite que la deriva de contacto se disfrace de una resistencia interna creciente o de un pico de tensión – el mecanismo de disparo falso señalado en el artículo 6.
Una buena práctica emplea una masa en estrella para los retornos de señal y de potencia, separa las trazas de detección del bucle de potencia conmutado (artículo 36) y se protege frente a los transitorios de modo común PWM que, de otro modo, se introducirían en la medición de carga de baja frecuencia.
Un termistor de coeficiente de temperatura negativo convierte la temperatura de la celda en resistencia, normalmente en un divisor excitado desde una referencia estable; su resistencia nominal (comúnmente 10 k a 25 °C) y su beta se ajustan al rango del ADC en la ventana de carga de frío a caliente, y su constante de disipación debe mantener el autocalentamiento despreciable limitando la corriente de excitación o aplicando ciclos de trabajo al divisor. Los NTC de grado de precisión con tolerancia de beta ajustada se justifican porque la diferenciación del dT/dt amplifica cada error.
El divisor se diseña para que las condiciones de frío, calor y circuito abierto/cortocircuito produzcan tensiones distinguibles: un NTC abierto se lee como un valor extremo que un diseño robusto trata como «no cargar rápido» en lugar de leerlo erróneamente como frío, y un NTC cortocircuitado también genera un fallo – la puerta de integridad del sensor exigida por el artículo 12.
El termistor debe estar acoplado térmicamente a la celda – sujeto al vaso de una celda, adherido a la celda interna más caliente del pack o integrado en el contacto del soporte – y aislado térmicamente del calor del propio conmutador y de la resistencia shunt del cargador; de lo contrario, el cargador se mide a sí mismo. En los packs multicelda el sensor cubre la celda geométricamente más caliente (artículo 28), y se utilizan varios NTC donde los gradientes son significativos; la fuerza del resorte mecánico y el acoplamiento termoconductor aseguran que la lectura siga a la celda y no al espacio de aire.
La ubicación se valida comparando la lectura del NTC con termopares instrumentados en las celdas durante una carga en el peor caso, confirmando que el retardo y el offset son lo bastante pequeños para que la decisión de dT/dt de 1 °C/min siga siendo precisa.
Ambas cadenas se filtran al ancho de banda del fenómeno subyacente – la tensión para el -delta-V se filtra ligeramente para preservar el pico en milivoltios mientras se rechaza el rizado de conmutación; la temperatura se filtra en una ventana deslizante antes de la diferenciación para que la pendiente refleje la recombinación en lugar del ruido. El muestreo se sincroniza lejos de los flancos PWM, y el controlador exige una confirmación de múltiples muestras (artículo 6/7). La calibración ajusta el offset del amplificador y el offset del NTC en producción, convirtiendo las tolerancias de los componentes en precisión medida.
La primera figura esquematiza las cadenas de medición de corriente y temperatura, desde la magnitud física hasta la decisión; la segunda muestra cómo el error de ubicación y el ruido degradan una señal dT/dt por lo demás limpia, lo que motiva el diseño del acondicionamiento.
La verificación inyecta corrientes y temperaturas conocidas, prueba los fallos de sensor abierto/cortocircuito, confirma el rechazo del rizado PWM y de los escalones de resistencia de contacto, y valida las decisiones -delta-V/dT/dt frente a la instrumentación de referencia en toda la temperatura. Weijiang proporciona las constantes de tiempo térmico de la celda y el comportamiento de la temperatura superficial para ayudar a ubicar y validar los NTC. El siguiente artículo pasa de la precisión de medición a la energía que cuesta – la eficiencia del cargador, el consumo en espera y la regulación de eficiencia energética.
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