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AUTOMOTIVE 33 - ELETTRONICA OGGI 473 - OTTOBRE 2018 che il bilanciamento del pacco di batterie è un’ope- razione essenziale in quanto assicura che il livello di carica rimanga all’interno dell’intervallo dello stato di carico raccomandato. La temperatura della batte- ria, inoltre, deve essere tenuta sotto stretto controllo. Tutto ciò aiuta a garantire un funzionamento sicuro, efficiente e prolungato del veicolo, contribuendo ad aumentare sia la durata della batteria sia l’autono- mia del veicolo stesso. A questo punto è utile individuare una modalità ef- ficace ed efficiente che permetta di controllare at- tentamente questi pacchi di batterie. In un contesto di questo tipo, un sistema per la gestione della bat- teria (BMS – Battery Management System) può fare una notevole differenza. Un BMS può monitorare tutti questi parametri e fornire una diagnostica in tem- po reale per assicurare un funzionamento corretto dell’hardware del BMS e delle batterie. Nel presente articolo saranno esaminate le caratteristiche chiave da prendere in considerazione per la scelta di un si- stema BMS efficace in grado di supportare in modo adeguato le applicazioni in campo automobilistico. Sistema di gestione della batteria: caratteristiche fondamentali Un sistema BMS destinato all’uso su un veicolo deve soddisfare criteri molto stringenti, poiché le mac- chine sono considerate ambienti gravosi e a volte imprevedibili. Soprattutto, esso deve operare con un elevato grado di accuratezza in un ambiente dove le operazioni di carica e scarica si succedono con rapidità. Il sistema deve inoltre interfacciarsi con nu- merosi altri sistemi presenti all’interno di un veicolo. È necessario misurare le caratteristiche della bat- teria, comprese tensione, temperatura e corrente di carica e di scarica, le quali in ultima analisi forniran- no misure accurate della capacità. Tra le principali funzioni di un sistema BMS si possono annoverare le seguenti: Determinare lo stato di carica e lo stato di salute (SOH – State of Health) del pacco di batterie per fornire previsioni accurate circa l’autonomia del veicolo e l’aspettativa di vita. Prevenire condizioni che possono provocare dan- ni alla batteria e l’insorgere di problemi legati alla sicurezza del veicolo e dei suoi occupanti come ad esempio: - Sovratensione, o carica eseguita con una corren- te d’intensità eccessiva, che può indurre fenome- ni di fuga termica (thermal runaway). - Sotto-tensione. Un singolo fenomeno di sotto-sca- rica (over-discharge – ovvero la condizione in cui la batteria è eccessivamente scarica) non causa guasti catastrofici, ma darà inizio a un processo di dissolvimento del conduttore dell’anodo. Ripe- tuti fenomeni di sotto-scarica porteranno all’in- sorgere di fenomeni di placcatura di litio (dalla cella di ricarica) e di una potenziale fuga termica. - Sovra-temperatura, che influisce sul materiale elettrolita della cella riducendo lo stato di carica. Una tale condizione può contribuire alla forma- zione di una pellicola superficiale, la cosiddetta interfase elettrochimica solida (SEI – Solid Elec- trolyte Interphase), più spessa con conseguente aumento sia della resistività (che risulta non uni- forme) sia delle perdite di potenza. - Sotto-temperatura causata dalla deposizione del litio, che si traduce in una perdita di capacità. - Sovra-corrente, che è un riscaldamento interno imputabile all’impedenza interna non uniforme e a una possibile fuga termica. Una condizione di questo tipo può contribuire a incrementare gli strati dell’interfase SEI nella batteria e di conse- guenza la resistività. Un sistema BMS è solitamente composto da due mo- duli principali: un controllore per il monitoraggio delle celle (CMC – Cell Monitoring Controller) e un controllore per il monitoraggio della batteria (BMC – Battery Monitoring Controller). I dati relativi alla tensione e alla batteria vengono riportati dall’CMC al BCM. La comunicazione dei dati riepilogativi alla centralina elettronica (ECU – Electronic Control Unit) viene effettuata dal BMC attraverso un bus CAN. L’u- bicazione dei due controllori (CMC e BMC) dipende dalla particolare applicazione considerata e dal fatto che il sistema sia di tipo distribuito oppure centra- lizzato. Un sistema di tipo distribuito assicura alcuni vantaggi tra cui la riduzione o l’eliminazione dei ca- blaggi delle celle, un’elevata accuratezza, la dispo- nibilità di una piattaforma comune per lo sviluppo di sistemi per veicoli ibridi, ibridi di tipo plug-in ed elettrici, oltre alla robustezza tipica dei sistemi che supportano la modalità di “hot plug”. Un sistema centralizzato, dal canto suo, ha requisiti meno severi in termini di interfacce di comunicazione in quanto non sono previsti cavi di comunicazione, permette di ottimizzare il campionamento della temperatura attraverso il BMC e garantisce potenziali benefici in termini di ottimizzazione dei costi e delle problema- tiche termiche. Per contro, un approccio di tipo cen- tralizzato è caratterizzato da una minore accuratezza in fase di bilanciamento, non è scalabile e può creare alcune difficoltà durante l’istradamento dei cablaggi attraverso il pacco di batterie. Scelte architetturali: qual è la migliore? Sono diversi i tipi di architettura di un sistema BMS da analizzare. Basata su una configurazione a stella, un’architettura CAN (Controller Area Network) iso- lata rappresenta un’opzione affidabile. Nel caso si verifichi un’interruzione in un cavo di comunicazio- ne in un’architettura di questo tipo, questo fenome-