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POWER 8 - giugno 2015
XXII
Power
un valore pari a quello della massima ten-
sione di alimentazione del carica-batteria.
Il livello di tensione del pin CHMON è at-
tivato, segnalando in tal modo al sistema
BMS la presenza del carica-batteria. Per
determinare se vi sia un collegamento al
carico si inietta una corrente nel carico
stesso per verificarne la presenza. Se la
tensione sul pin non aumenta in maniera
significativa quando la corrente è inietta-
ta, l’uscita accerta la presenza del carico.
A questo punto il driver del FET (DFET)
viene attivato. Lo schema di collegamento
riportato in figura 2(b) consente al pacco
batteria di operare durante la carica.
I circuiti di pilotaggio dei FET (FET dri-
ver) possono collegarsi in configurazione
“high side” o “low side” al pacco batteria.
Un collegamento del primo tipo richiede
un driver per la pompa di carica per atti-
vare i FET NMOS. L’utilizzo di un driver
“high side” garantisce un riferimento a
massa affidabile per il resto del circuito.
Connessioni del driver del FET in moda-
lità “low side” sono realizzate in alcune
soluzione integrate allo scopo di ridurre i
costi (in questo caso infatti non è necessaria la presenza di
una pompa di carica). Un collegamento di tipo “low side”,
inoltre, non prevede l’uso di componenti ad alta tensio-
ne, che occupano un’ampia superficie a bordo del chip. Se
si utilizzano i FET di interdizione in configurazione “low
side” il collegamento a massa del pacco batteria risulta di
tipo floating, per cui risulta più sensibile al rumore inietta-
to nel corso della misura; ciò può penalizzare il comporta-
mento di alcuni circuiti integrati.
Indicatore di livello/misure di corrente
L’indicatore di livello tiene sotto controllo la carica in
entrata e in uscita dal pacco batteria. La carica è data dal
prodotto tra corrente e tempo. Nella progettazione di un
indicatore di livello della carica è possibile utilizzare parec-
chie tecniche. Uno dei metodi adottati per la misura della
corrente prevede l’impiego di un amplificatore per il ri-
levamento della corrente e di una MCU con convertitore
A/D a bassa risoluzione integrato. L’amplificatore per il
rilevamento della corrente ha, come dice il nome stesso, il
compito di amplificare il segnale, consentendo di eseguire
misure caratterizzate da una maggiore risoluzione. L’ado-
zione di una metodologia di progetto di questo tipo pe-
nalizza il range dinamico. Altre tecniche prevedono l’uso
di un convertitore A/D ad alta risoluzione oppure di un
integrato dedicato (e costoso) per l’indicazione del livello
di carica. Per una progettazione ottimale dell’indicatore di
livello è necessario analizzare il consumo di corrente (sulla
base del comportamento del carico) in funzione del tem-
po.
La soluzione più efficiente in termini sia di costi sia di pre-
cisione prevede la misura della tensione ai capi di un resi-
store di rilevamento, utilizzando un convertitore A/D con
risoluzione a 16 bit (o superiore) caratterizzato da basso
offset ed elevato range di modo comune. Se la batteria è
collegata a un carico irregolare, come ad esempio un vei-
colo elettrico, un convertitore A/D potrebbe non rilevare
spike di corrente di forte intensità e ad alta frequenza che
arrivano al carico. In questo caso, una soluzione più effi-
ciente è rappresentata da un convertitore A/D di tipo SAR
con un front end per amplificatore di rilevamento di cor-
rente. Ciascun errore di offset influenza l’errore comples-
sivo relativo alla quantità di carica della batteria. Gli errori
di misura al variare del tempo provocano significativi errori
nella valutazione dello stato della carica del pacco batteria.
Per la misura della carica è sufficiente un offset di misura di
50 uV (o inferiore) con risoluzione di 16 bit.
Tensione della cella e ottimizzazione della durata
della batteria
Il monitoraggio della tensione di ogni singola cella presen-
te in un pacco batteria è essenziale per determinare la bon-
Fig. 1 – Schema a blocchi semplificato di un sistema BMS (Battery
Management System)