EO_448

- ELETTRONICA OGGI 448 - SETTEMBRE 2015

COVERSTORY

s esegue le misure su tutte e 12 le celle del set. Misure

di corrente e tensione con un tale livello di sincronismo

sono cruciali per offrire un’analisi significativa dei pa-

rametri di alimentazione. Naturalmente, le prestazioni

conseguite su di un prototipo al banco non sono identi-

che a quelle ottenibili in un BMS reale, in condizioni elet-

tricamente e ambientalmente avverse. L’architettura del

convertitore analogico/digitale (A/D) di LTC6804 è pen-

sata per resistere a tali effetti dannosi e ridurli al minimo,

impiegando filtri progettati specificamente per blocca-

re il rumore degli inverter di potenza. L’interfaccia dati

utilizza un bus SPI isolato a singolo doppino intrecciato,

impiegabile a velocità sino a 1MB e distanze sino a 100

metri. Per migliorare ancora di più l’integrità del sistema,

il circuito integrato include una serie di test continui dei

sistemi secondari. Un’ulteriore indicazione della sua af-

fidabilità e robustezza è il fatto che LTC6804 soddisfa la

rigorosa norma AEC-Q100 relativa alla qualità nel setto-

re automotive. Questo circuito integrato ottiene tali risul-

tati grazie a un progetto mirato a una specifica applica-

zione – ai problemi e agli ambienti di un BMS – compresi

gli esclusivi obiettivi a livello di sistema dell’applicazione

e i numerosi corrispondenti problemi.

Tre problemi principali risolti

LTC6804 fa fronte a tre problemi principali che influi-

scono sulle prestazioni del sistema, sulla precisione del-

la conversione, sul bilanciamento delle celle e su vari

aspetti di connettività/integrità dei dati:

Precisione della conversione:

a causa delle esigenze

di precisione a breve e lungo termine dell’applicazione

BMS, si utilizza un riferimento di tensione principale sta-

bile, a bassa deriva (20 ppm/

√

kh), basso coefficiente di

temperatura (3 ppm/°C) e bassa isteresi (20 ppm) oltre

a un’eccellente stabilità a lungo termine. Questa preci-

sione e stabilità è cruciale poiché costituisce la base

per tutte le successive misure delle celle della batteria e

questi errori hanno un effetto cumulativo sull’affidabili-

tà dei dati acquisiti, sull’uniformità dell’algoritmo e sulle

prestazioni del sistema.

Sebbene un riferimento di alta precisione sia una carat-

teristica necessaria per garantire prestazioni superiori,

di per sé non è sufficiente. L’architettura e il funziona-

mento del convertitore A/D devono soddisfare specifi-

che di un ambiente elettricamente rumoroso.

Per ridurre il rumore del sistema prima che possa influ-

ire sulle prestazioni del BMS, il convertitore di LTC6804

impiega una topologia delta-sigma, che riduce l’effetto

dell’interferenza elettromagnetica e di altri rumori tran-

sitori poiché utilizza molti campioni per la conversione,

con una funzione filtro di calcolo del valore medio.

Bilanciamento delle celle:

la necessità di bilanciare

le celle è una conseguenza inevitabile in qualsiasi siste-

ma che utilizzi grandi gruppi di batterie consistenti di set

di celle o moduli. Sebbene la maggior parte delle celle

al litio siano ben adattate fra di loro inizialmente, la loro

capacità diminuisce di pari passo con l’invecchiamento,

che può essere diverso da una cella all’altra a causa di

vari fattori, come i gradienti esistenti nella temperatura

del gruppo. Aggrava questo processo il fatto che se una

cella può funzionare oltre i limiti dello stato di carica, in-

vecchia prematuramente e la sua capacità diminuisce

ancora di più.

Queste differenze di capacità, in combinazione con pic-

cole differenze tra le correnti di carico e di autoscarica,

causano uno sbilanciamento delle celle.

Per rimediare al problema dello sbilanciamento delle

celle, LTC6804 supporta direttamente il bilanciamento

passivo (con un timer impostabile dall’utente), che rap-

presenta unmetodo semplice ed economico per norma-

lizzare lo stato di carica di tutte le celle durante il ciclo

di carica della batteria. Rimuovendo carica dalle celle a

capacità inferiore, il bilanciamento passivo fa sì che tali

celle non vengano sovraccaricate. LTC6804 è utilizzabile

anche per regolare il bilanciamento attivo, una tecnica

più complessa che trasferisce la carica fra le celle nel

corso del ciclo di carica o di scarica.

Aspetti di connettività/integrità dei dati:

la modula-

rità del sistema a gruppo di batterie aumenta la scalabi-

lità, la facilità di manutenzione e la flessibilità del fattore

Fig. 2 – Il sistema di gestione batterie di Nuvation Engineering è l’inter-

faccia tra la rete di alimentazione AC e una schiera di celle di batterie;

offre sia sofisticate funzioni di monitoraggio della carica/scarica delle

batterie che la funzione inverter DC/AC

Fig. 3 – I tre princi-

pali sistemi secon-

dari del Nuvation

BMS – interfaccia

con le celle, con-

troller del set e

interfaccia di ali-

mentazione – con-

corrono a formare

un sistema modu-

lare, gerarchico che

assicura scalabilità,

robustezza e affida-

bilità in un’ampia

gamma di livelli di

potenza