Zarządzanie bateriami w ogniwach piętrowych

• Układ scalony BMS ISL78714ANZ-T firmy Renesas: układ scalony BMS ISL78714 do baterii litowo-jonowych nadzoruje maksymalnie 14 ogniw połączonych szeregowo i umożliwia dokładne monitorowanie ich napięcia i temperatury, ich równoważenie oraz rozbudowaną diagnostykę systemu. W typowej konfiguracji główny układ ISL78714 komunikuje się z mikrokontrolerem hosta przez port szeregowego interfejsu urządzeń peryferyjnych (SPI) i maksymalnie 29 dodatkowymi urządzeniami ISL78714 połączonymi ze sobą wytrzymałym, zastrzeżonym dwuprzewodowym połączeniem łańcuchowym (ilustracja 5). Opisywany system komunikacji jest bardzo elastyczny i może wykorzystywać izolację kondensatorową, izolację transformatorową lub ich kombinację przy prędkościach dochodzących do 1Mbit/s.

Ilustracja 5: Układ scalony ISL78714 wykorzystuje port SPI do łączenia wielu urządzeń w dwuprzewodowy łańcuch, który może wykorzystywać izolację pojemnościową lub transformatorową. (Źródło ilustracji: Renesas Electronics Corp.)

Początkowa dokładność pomiaru napięcia wynosi ±2mV z 14-bitową rozdzielczością w zakresie od 1,65 do 4,28V od 20°C do 85°C. Dokładność urządzenia do montażu zatablicowego wynosi ±2,5mV w zakresie wejściowym ogniwa wynoszącym ±5,0V (często potrzebny jest ujemny zakres napięcia dla szyn zbiorczych).

Omawiany system monitorowania baterii (BMS) posiada trzy tryby równoważenia ogniw: tryb ręczny, tryb czasowy i tryb automatyczny. Tryb automatycznego równoważenia kończy równoważenie po odpłynięciu określonego przez hosta ładunku z poszczególnych ogniw. W ramach zintegrowanej diagnostyki systemu dla wszystkich kluczowych funkcji działa nadzorujące urządzenie wyłączające w razie utraty komunikacji.

• Układ scalony BQ76PL455APFCR (oraz BQ79616PAPRQ1) firmy Texas Instruments: układ scalony bq76PL455A stanowi zintegrowane urządzenie do monitorowania i zabezpieczania 16-ogniwowych baterii, zaprojektowane z myślą o niezawodnych zastosowaniach przemysłowych wysokiego napięcia. Zintegrowany szybki, różnicowy interfejs z izolacją kondensatorową obsługuje maksymalnie szesnaście urządzeń bq76PL455A, komunikujących się z hostem przez pojedynczy szybki interfejs UART za pomocą połączenia łańcuchowego z wykorzystaniem skrętki dwużyłowej z szybkością do 1Mbit/s (ilustracja 6).

Ilustracja 6: Układ scalony bq76PL455A do zarządzania 16-ogniwowymi bateriami jest przeznaczony do zastosowań przemysłowych. Wykorzystuje izolację pojemnościową do łączenia maksymalnie 16 urządzeń za pomocą skrętki dwużyłowej, zapewniając prędkość do 1Mbit/s za pośrednictwem układu łańcuchowego. (Źródło ilustracji: Texas Instruments)

14-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC) wykorzystuje wewnętrzne odniesienie, a sygnały ze wszystkich jego wyjść ogniwowych są konwertowane w ciągu 2,4ms. Układ bq76PL455A monitoruje i wykrywa kilka różnych stanów usterek, w tym nadmierne napięcie, zbyt niskie napięcie, nadmierną temperaturę i usterki komunikacji. Posiada on funkcję pasywnego równoważenia ogniw za pomocą zewnętrznych tranzystorów n-FET, a także równoważenia aktywnego za pomocą zewnętrznych sterowników bramek macierzy przełączającej.

Omawiany system BMS z łatwością obsługuje łańcuchy zawierające maksymalnie 16 ogniw. Jedynym jego ograniczeniem jest to, że wejścia muszą być używane w kolejności rosnącej, a wszystkie nieużywane wejścia muszą być podłączone razem do najwyższego używanego wejścia VSENSE_. Na przykład w projekcie 13-ogniwowym wejścia VSENSE14, VSENSE15 i VSENSE16 nie są używane (ilustracja 7).

Ilustracja 7: Układ scalony bq76PL455A może być używany z mniej niż 16 ogniwami. W takich przypadkach nieużywane wejścia ogniwowe muszą być najwyższymi w łańcuchu. (Źródło ilustracji: Texas Instruments)