Nordic מוסיפה ל־nPM1300 ול־nPM1304 מדידה של הזדקנות הסוללה

מוצר קטן שפועל מסוללה צריך הרבה יותר מסוללה ומיקרו־בקר. צריך לטעון את התא בלי לפגוע בו, להפיק ממנו מתחים יציבים, לכבות חלקים שאינם בשימוש, לעבור למצב שינה ולהתריע לפני שהמתח יורד נמוך מדי. אפשר לבנות כל אחד מהתפקידים האלה בעזרת רכיב נפרד, אבל אז הלוח גדל, רשימת הרכיבים מתארכת והתכנון נעשה מסובך יותר.

nPM1300 ו־nPM1304 הם רכיבי ניהול הספק, או PMIC, של Nordic למוצרים עם סוללה נטענת. הם יושבים בין הסוללה או חיבור ה־USB לבין שאר המערכת ומרכזים ברכיב אחד את המטען, מייצבי המתח, מתגי ההספק, מצבי השינה ומדידות הסוללה. nPM1300 מתאים למוצרים שצריכים זרם טעינה של עד 800 מיליאמפר, ואילו nPM1304 מיועד לסוללות קטנות יותר ויורד עד זרם טעינה של 4 מיליאמפר. אלה רכיבים שמתאימים למשל לאוזניות, טבעות חכמות, שלטים, חיישנים אלחוטיים וגששים.

זה ההבדל בין סוללה שנמצאת כרגע על 80% טעינה לבין סוללה שבטעינה מלאה כבר מסוגלת להחזיק רק 80% מהקיבולת שהייתה אמורה לספק כשהייתה חדשה. הנתון הראשון אומר מתי צריך לחבר מטען; הנתון השני אומר מתי הסוללה עצמה מתקרבת לסוף חייה השימושיים.

במוצר בודד זה בעיקר מידע נחמד למשתמש. בצי של אלפי גששים, חיישנים או מכשירים רפואיים זה כבר כלי תחזוקה. אפשר לזהות קבוצת מוצרים שבה הסוללות מזדקנות מהר מהצפוי, לתכנן החלפה לפני שהמכשיר מתחיל להיכבות ולבדוק אם שינוי בחומרה או בתהליך הטעינה באמת שיפר את אורך החיים.

החלק המעניין פה הוא ש־Nordic לא הוסיפה שבב Fuel Gauge נוסף. רכיבי ה־PMIC שלה כבר מודדים את מתח הסוללה, הזרם והטמפרטורה. המיקרו־בקר מריץ אלגוריתם שמשווה את המדידות האלה למודל שנוצר מראש עבור הסוללה שנבחרה למוצר. בגרסה החדשה המודל ממשיך להתעדכן לפי ההתנהגות של הסוללה בשטח וכך מנסה להעריך את אובדן הקיבולת לאורך זמן.

זה שונה ממדידת מתח פשוטה, שמתקשה לדעת כמה אנרגיה נשארה כאשר הטמפרטורה והעומס משתנים. זה גם שונה מפתרון המבוסס על Coulomb Counter שסופר ברציפות את הזרם שנכנס ויוצא מהסוללה. Nordic מנסה לקבל תוצאה דומה בעזרת המדידות שכבר קיימות ב־PMIC והעיבוד במיקרו־בקר, בלי להוסיף רכיב שכל תפקידו הוא מדידת הסוללה.

החישוב אינו מיידי. מדד הבריאות מתעדכן בעיקר במהלך טעינה, כשהאלגוריתם יכול להשוות בין כמות האנרגיה שנכנסה לבין הקיבולת שהסוללה הצליחה לקבל. Nordic ממליצה להמתין לכחמישה מחזורי טעינה מתאימים לפני שסומכים על התוצאה. אפשר להגדיר את הקיבולת המינימלית של התא, אילו טעינות חלקיות ייכנסו לחישוב ומתי לזהות שסוללה ישנה הוחלפה בחדשה.

המחיר האמיתי נמצא באינטגרציה. צריך לבנות מודל שמתאים לסוללה הספציפית ולבדוק אותו בעומסים, בטמפרטורות ובזרמי הטעינה של המוצר. אם המיקרו־בקר נכבה לגמרי, התוכנה צריכה לשמור את מצב האלגוריתם בזיכרון לא נדיף; אחרת היסטוריית ההזדקנות הולכת לאיבוד. גם האינטגרציה עם מיקרו־בקר שאינו של Nordic דורשת עבודה ידנית ולא כל ארכיטקטורה נתמכת.

למי שכבר תכנן מוצר סביב nPM1300 או nPM1304, זו תוספת שימושית מאוד שכמעט אינה דורשת שינוי בחומרה. אבל לא הייתי מחליף PMIC רק בגללה לפני שרואים תוצאות על הסוללה האמיתית. Nordic מגדירה את הפתרון כמוכן לאינטגרציה בייצור, והוא כלול ב־nRF Connect SDK 3.4.0 הסופי — גרסת ה־LTS הראשונה של החברה, עם התחייבות לעדכוני תיקונים ואבטחה במשך חמש שנים. זה מוריד סיכון תוכנתי, אבל אינו מחליף ניסוי הזדקנות מסודר בתא, במטען ובעומס של המוצר האמיתי.