Zarządzanie bateriami w ogniwach piętrowych

Inne układy scalone, takie jak bq79616PAPRQ1 firmy Texas Instruments, obsługują konfigurację pierścieniową i dwukierunkową komunikację, umożliwiając systemowi dalsze monitorowanie stanu technicznego i bezpieczeństwa pakietu baterii (ilustracja 8).

Ilustracja 8: Układ scalony bq79616PAPRQ1 obsługuje dwukierunkową topologię pierścieniową, zapewniającą dodatkową ścieżkę łączności w przypadku przerwania przewodu lub awarii węzła. (Źródło ilustracji: Texas Instruments)

W przypadku awarii, przerwy lub zwarcia między dwoma układami ASIC monitorującymi baterię w tej konfiguracji, procesor sterujący będzie mógł kontynuować komunikację ze wszystkimi układami ASIC monitorującymi baterię, przełączając kierunek przesyłania komunikatów do tyłu i do przodu. Tak więc, jeśli w czasie normalnej komunikacji dojdzie do awarii, system może utrzymać dostępność, wykorzystując tolerancję funkcji komunikacji pierścieniowej na usterki, bez utraty informacji o napięciu i temperaturze z modułów bateryjnych. Dla projektantów, którzy chcą eksperymentować z układem bq79616PAPRQ1 firma Texas Instruments przewidziała płytkę ewaluacyjną BQ79616EVM.

• Układ scalony LTC6813-1 firmy Analog Devices, Inc.: LTC6813-1 to wieloogniwowy monitor baterii do zastosowań motoryzacyjnych, który dokonuje pomiarów maksymalnie 18 połączonych szeregowo ogniw, z całkowitym błędem pomiaru mniejszym niż 2,2mV przy użyciu 16-bitowego przetwornika analogowo-cyfrowego (ADC) delta-sigma z programowalnym filtrem zakłóceń (ilustracja 9). Należy zauważyć, że jest to większa liczba ogniw niż mogą obsługiwać niektóre inne układy scalone. Pomiaru wszystkich 18 ogniw można dokonać w czasie poniżej 290μs, a w celu uzyskania większej redukcji zakłóceń można skorzystać z niższych szybkości akwizycji danych.

Ilustracja 9: Układ LTC6813-1 obsługuje największą liczbę ogniw (18) i wykorzystuje 16-bitowy przetwornik analogowo-cyfrowy (ADC), pozwala osiągnąć dokładność 2,2mV i szybkie skanowanie ogniw. (Źródło ilustracji: Analog Devices, Inc.)

Istnieje możliwość szeregowego połączenia urządzeń LTC6813-1, co pozwala na jednoczesne monitorowanie ogniw w długich, wysokonapięciowych łańcuchach bateryjnych. Układ scalony LTC6813-1 obsługuje dwa typy portów szeregowych: standardowy czteroprzewodowy interfejs SPI oraz 2-przewodowy izolowany interfejs (isoSPI). Nieizolowany port czteroprzewodowy jest odpowiedni dla połączeń na krótsze odległości i niektórych zastosowań innych niż motoryzacyjne (ilustracja 10).

Ilustracja 10: Układ scalony LTC6813-1 obsługuje standardowe czteroprzewodowe połączenie SPI dla połączeń na krótsze odległości i niektórych zastosowań innych niż motoryzacyjne. (Źródło ilustracji: Analog Devices, Inc.)

Izolowany port komunikacji szeregowej 1Mbit/s wykorzystuje skrętkę dwużyłową dla odległości do 100m, zapewniając niską podatność na zakłócenia elektromagnetyczne i niski poziom ich emisji, ponieważ interfejs jest zaprojektowany z myślą o niskim współczynniku błędów pakietów, nawet gdy okablowanie jest poddane działaniu silnych pól o częstotliwościach radiowych (RF). Dwukierunkowość tego połączenia łańcuchowego zapewnia integralność komunikacji nawet w przypadku awarii, takiej jak przerwany przewód na ścieżce komunikacyjnej.

W trybie konfiguracji dwuprzewodowej izolację uzyskuje się za pomocą zewnętrznego transformatora, ze standardowymi sygnałami SPI zakodowanymi jako impulsy różnicowe. Siła impulsu transmisyjnego i poziom progowy odbiornika są ustalane przez dwa rezystory zewnętrzne, RB1 i RB2 (ilustracja 11). Wartości rezystorów są dobierane przez projektanta, aby umożliwić określenie kompromisu między stratami mocy a odpornością na zakłócenia.

Ilustracja 11: Układ scalony LTC6813-1 oferuje również 2-przewodowy, izolowany transformatorowo port komunikacji szeregowej o prędkości 1Mbit/s z wykorzystaniem skrętki dwużyłowej do odległości do 100m, z niską podatnością na zakłócenia elektromagnetyczne i emisje. (Źródło ilustracji: Analog Devices, Inc.)

Układ LTC6813-1 może być zasilany bezpośrednio z monitorowanego stosu baterii lub z oddzielnego źródła izolowanego. Posiada również funkcję pasywnego równoważenia wszystkich ogniw oraz indywidualnej kontroli cyklu pracy za pomocą modulacji szerokości impulsu (PWM).

Podsumowanie

Dokładny pomiar napięcia, prądu i temperatury pojedynczego ogniwa lub małego pakietu baterii z zaledwie kilkoma ogniwami nie stanowi dużego wyzwania technicznego. Jednak dokładny pomiar tych samych parametrów na poszczególnych ogniwach w szeregowym łańcuchu ogniw - dodatkowo w trudnych warunkach motoryzacyjnych i przemysłowych przy znikomym przesunięciu czasowym między ogniwami - jest wyzwaniem ze względu na dużą liczbę ogniw, wysokie napięcie sygnału wspólnego (CMV), zakłócenia elektryczne, normy regulacyjne i inne kwestie.

Projektanci mogą sięgnąć po układy scalone zaprojektowane specjalnie do tych zastosowań. W celu rozwiązania wspomnianych problemów stosuje się izolację galwaniczną, precyzję i krótki czas skanowania. W rezultacie uzyskuje się dokładne, przydatne wyniki, które umożliwiają podejmowanie krytycznych decyzji dotyczących zarządzania bateriami na wysokim poziomie.

Autor: Bill Schweber

Kontakt w Polsce

Arkadiusz Rataj

Sales Manager Central Eastern Europe & Turkey

Digi-Key Electronics Germany

0048 696 307 330

arkadiusz.rataj@digikey.com

poland.support@digikey.pl