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- ELETTRONICA OGGI 448 - SETTEMBRE 2015
nitoraggio completo delle singole celle delle batterie,
che richiede elevate prestazioni dalle funzioni analogi-
che. La precisione delle letture delle celle deve essere
dell’ordine dei millivolt e dei milliampere, e le misure
di tensione e corrente devono essere sincronizzate nel
tempo ai fini del calcolo della potenza. Il BMS deve an-
che determinare la validità di ciascuna misura poiché
deve massimizzare l’integrità dei dati, al tempo stesso
identificando errori o letture dubbie; senza ignorare
letture insolite che potrebbero indicare un potenziale
problema. L’architettura modulare di un BMS aumenta
la robustezza, la scalabilità e l’affidabilità. La modularità
facilita inoltre l’uso dell’isolamento laddove necessa-
rio nei collegamenti dei dati tra le sezioni secondarie
per ridurre al minimo l’impatto del rumore elettrico e
migliorare la sicurezza. Inoltre, formati avanzati di codi-
fica dei dati, compresi la rilevazione di errori median-
te CRC (controllo a ridondanza ciclica) e protocolli di
riscontro dei collegamenti assicurano l’integrità dei
dati stessi, per cui la funzione di gestione del sistema
ha un altissimo grado di affidabilità sull’identità dei dati
trasmessi e di quelli ricevuti. Un BMS esemplificativo
che incorpora questi principi è il sistema di gestione
delle batterie scalabile e personalizzabile sviluppato
da Nuvation Engineering (Waterloo, Ontario, Canada e
Sunnyvale, California). Il Nuvation sta dimostrando ca-
ratteristiche progettuali superiori in sistemi d’immagaz-
zinamento dell’energia collegati alla rete di alimentazio-
ne e in apparecchiature di backup, dove l’affidabilità e
la robustezza sono cruciali. Il vantaggio fondamentale
di questo BMS è la topologia plurilivello, gerarchica (Fig.
2) con tre sistemi secondari, ciascuno dotato di funzioni
uniche, come illustrato nella figura 3:
1. L’interfaccia con le celle offre monitoraggio e gestio-
ne affidabili delle celle di ciascuna batteria di un set; il
sistema utilizza il numero di interfacce necessario se-
condo il numero di set. Le interfacce possono essere
collegate in serie all’aumentare del numero di celle e
quindi della tensione di un determinato set.
2. L’interfaccia con le celle è collegata a un singolo con-
troller del set che monitora e gestisce più unità di inter-
faccia con le celle; se necessario, è possibile collegare
fra di loro più controller per supportare gruppi di gran-
di dimensioni, con molti set in parallelo.
3. L’interfaccia di alimentazione collega i controller dei
set alle linee ad alta tensione/corrente ed è l’interfac-
cia con l’inverter/il circuito di carica. Isola fisicamente
ed elettricamente i componenti ad alta tensione e alta
corrente del set dagli altri moduli; inoltre alimenta il
BMS direttamente dal set di batterie, eliminando così la
necessità di alimentatori esterni per il funzionamento
del BMS. L’architettura modulare e gerarchica del BMS
Nuvation consente di raggiungere tensioni del pacco
di batterie sino a 1250VCC, utilizzando moduli di inter-
faccia con le celle ciascuno dei quali contiene fino a 16
celle ed è collegabile con più moduli analoghi – sino a
48 – per realizzare un set, e gruppi di batterie consisten-
ti di più set in parallelo. Dal punto di vista dell’utente,
l’intera schiera è gestita come un’unità singola.
Un progetto solido inoltre inizia da basi solide
Fattori quali l’architettura modulare, la topologia ge-
rarchica e il design error-aware sono essenziali per
l’integrità e l’espandibilità del Nuvation BMS, ma non
sufficienti; un’implementazione efficace richiede bloc-
chi funzionali dalle prestazioni elevate. Ecco perché il
circuito integrato di monitoraggio batteria multicella
LTC6804 di Linear Technology Corp. (Fig. 4) svolge un
ruolo cruciale nell’implementazione del Nuvation BMS.
È stato studiato espressamente per rispondere alle esi-
genze di BMS con configurazione a multicella, assicu-
rando misure precise su più celle – fino a 12 – collegate
in serie. I suoi ingressi di misura non sono riferiti a mas-
sa, il che semplifica notevolmente le misure su tali cel-
le, ed è possibile collegare tra di loro più LTC6804 per
l’uso con array che producono tensioni più alte (con il
supporto inoltre di un’ampia gamma di composizioni
chimiche delle celle). LTC6804 assicura un errore mas-
simo dello 0,03% con risoluzione di 16 bit e in soli 290
linear technology
dei dati e la precisione
delle celle
Fig. 1 – I sistemi di alimentazione di backup basati su
batterie sono adatti per dispositivi fissi e mobili che
richiedono da migliaia di watt a centinaia di kW e pos-
sono erogare potenza affidabile ed efficace in un’am-
pia gamma di applicazioni