Miért és hogyan használjunk akkumulátorfigyelő IC-ket a rétegzett cellákhoz?

Az akkumulátorokat egyre gyakrabban használják nagyobb feszültség és nagyobb teljesítmény biztosítására olyan felhasználási területeken, mint a villanyjárművek (EV) és a hibrid villanyjárművek (HEV), a villamos kéziszerszámok, a gyepápoló berendezések és a szünetmentes áramforrások. Bár az köztudott, hogy a hatékony, megbízható és biztonságos működéshez minden vegyi anyag körültekintő felügyeletet és kezelést követel meg, az ilyen eszközök teljesítményigényének kielégítéséhez szükséges, több tíz vagy még több cellából álló sorba kapcsolt rétegek nagyobb figyelmet igényelnek a tervezőktől, különösen ha az akkumulátoronkénti cellák száma növekszik.

Egyetlen cella vagy egy néhány cellából álló kis akkumulátor felügyelete és mérése nem jelent nagy kihívást, és sokkal egyszerűbb, mint ugyanezt több sorba kötött cellából álló cellasor esetében elvégezni. A többcellás réteges akkumulátorok tervezőinek olyan problémákkal is kell foglalkozniuk, mint a mérések elvégzése a nagy közös módusú feszültség ellenére, a veszélyes feszültségek jelenléte, egy cella meghibásodásának következményei, sok cellán keresztül történő multiplexelés, a nem egyforma cellák, a cellák kiegyensúlyozása, valamint az akkumulátor-cellarétegek hőmérséklet-különbségei, hogy csak néhányat említsünk. Ezekhez fejlett akkumulátorfigyelő IC-kre (BMIC) és akkumulátorfigyelő rendszerekre (BMS) van szükség a paraméterek méréséhez és a szabályozások elvégzéséhez, valamint némi mérnöki szaktudásra a helyes használatukhoz.

Ez a cikk az akkumulátorfigyelés alapjait és kihívásait tárgyalja általában, és külön kitér a többcellás akkumulátorok esetére. Ezután bemutatja és ismerteti, hogyan kell használni az Analog Devices, a Renesas Electronics Corp. és a Texas Instruments BMIC-it, amelyeket kifejezetten a sorba kapcsolt cellák figyelése jelentette egyedi problémák megoldására terveztek.

A sorba kötött akkumulátorok kivételes kihívást jelentenek

A jellegzetes akkumulátorfigyelés magában foglalja az akkumulátorba be- és onnan kifolyó áram mérését (energiamérés), a kapocsfeszültség figyelését, az akkumulátor kapacitásának felmérését, a cellahőmérséklet figyelését, valamint a töltési-kisütési ciklusok felügyeletét az akkumulátor teljes élettartama alatt az energiatárolás optimalizálása és az ilyen ciklusok számának maximalizálása érdekében. A széles körben használt BMIC-k vagy akkumulátorfigyelő rendszerek (BMS-ek) kis, mindössze egy vagy két cellából álló, egy számjegyű feszültségű akkumulátorokhoz kínálják ezeket a funkciókat. A BMIC és a BMS adatgyűjtő bemenő oldali egységként működik, és adatait egy cellafigyelő vezérlőegységnek (CMC) jelenti. Összetettebb rendszerekben a CMC egy magasabb rendű funkcióhoz, az úgynevezett akkumulátorfigyelő vezérlőegységhez (BMC) csatlakozik.

E cikk szóhasználatában a „cella” egy önálló energiatároló egység, míg az „akkumulátor” a teljes tápegység, amely több cellából áll soros/párhuzamos kötésű kombinációban. Míg egy önálló cella csak néhány voltot termel, egy akkumulátor tucatnyi vagy még több cellából állhat, és több tíz voltot szolgáltathat, az akkumulátorok kombinációi pedig még ennél is nagyobb feszültséget adnak le.

A hatékony felügyelet érdekében a kritikus cellaparaméterek, amelyeket mérni kell, a kapocsfeszültség, a töltő- és kisütési áram és a hőmérséklet. A korszerű akkumulátorok mérésénél megkövetelt pontosság meglehetősen nagy: minden egyes cella értékeit néhány mV és mA pontossággal, valamint körülbelül 1 °C pontossággal kell mérni. Az ilyen szoros cellafigyelés okai a következők:

• Az akkumulátor töltöttségi állapotának (SOC) és általános állapotának (SOH) meghatározása annak érdekében, hogy pontos előrejelzéseket lehessen adni az akkumulátor fennmaradó kapacitásáról (üzemidő) és várható általános élettartamáról.
• A cellakiegyenlítés végrehajtásához szükséges adatok biztosítása. Ez a funkció kiegyenlíti a feltöltött cellák feszültségét egymáshoz képest, belső különbségeik, valamint a különböző helyek, hőmérsékletek és öregedés ellenére. A cellakiegyenlítés elmulasztása a legjobb esetben az akkumulátor teljesítményének csökkenését, legrosszabb esetben a cellák meghibásodását eredményezi. A kiegyensúlyozás történhet passzív vagy aktív technikákkal. Az utóbbi valamivel jobb eredményeket ad, de költségesebb és összetettebb.
• Számos olyan körülmény megelőzése, amelyek károsíthatják az akkumulátort, és ezen keresztül a felhasználó (például a jármű és a benne ülők) biztonságát veszélyeztethetik. Ezek közé tartoznak az olyan nemkívánatos lehetőségek, mint például az alábbiak:
• Túlfeszültség vagy túl nagy áramerősséggel végzett töltés, ami hőmegfutáshoz vezethet.
• Feszültségesés: egyetlen túlzott mértékű kisütés nem okoz katasztrofális meghibásodást, de elkezdheti feloldani az anódvezetéket. Az ezt követő ismételt túlzott mértékű kisütési ciklusok a lítium lerakódásához vezethetnek az újratöltődő cellában, valamint fennáll az ismételt hőmegfutás lehetősége.
• A túlmelegedés hatással van a cella elektrolitjának anyagára, csökkentve a töltöttséget. Ennek hatására megvastagodhat a szilárd-elektrolit köztes réteg (SEI) is, ami megnövekedett és nem egyenletes ellenállást és energiaveszteséget eredményez.
• A túl alacsony hőmérséklet is problémát jelent, mert lítiumlerakódást idézhet elő, ami szintén kapacitásvesztést eredményez.
• A túláram és az ennek eredményeképpen az egyenetlen belső impedancia miatt fellépő belső felmelegedés és esetleges hőmegfutás. Ez vastagíthatja az akkumulátorban a szilárd-elektrolit köztes rétegeket (SEI), és növelheti az ellenállást.

Van itt egy rejtély, mert próbapadon vagy más jóindulatú környezetben például meglehetősen egyszerű pontosan megmérni az egyes cellák feszültségét. A tervezőnek csak egy földeletlen vagy akkumulátorral működő digitális feszültségmérőt (DVM) kell csatlakoztatnia a kívánt cellához (1. ábra).

1. ábra: A sorba kötött cellák bármelyikének egyszerűen lehet megmérni a feszültségét, csak egy földeletlen digitális feszültségmérőre van hozzá szükség (kép: Bill Schweber)

Egy villamos és környezeti szempontból barátságtalan helyzetben, például egy villanygépjárműben (EV) vagy hibrid villanygépjárműben (HEV) azonban több okból is sokkal nehezebb ezt megbízhatóan és biztonságosan megtenni. Ez egyértelművé válik egy villanygépjármű jellegzetes, 6720 Li+ cellából álló, nyolc vezérlőmodul által felügyelt akkumulátorának példáját megvizsgálva (2. ábra).

2. ábra: A való életben az akkumulátor sorba és párhuzamosan kapcsolt cellák alkotta modulok tömbjeiből áll, és jelentős mennyiségű energiát tárol. Ezek a tényezők nagyban megnehezítik a cellafeszültségek mérésének feladatát (kép: Analog Devices)

Minden egyes cella kapacitása 3,54 Ah, ami 100 kWh teljes névleges energiatárolást eredményez (3,54 Ah × 4,2 V × 6720 cella). A 96 sorba kapcsolt modul mindegyike 70 párhuzamosan kapcsolt cellából áll, így az akkumulátor feszültsége 403,2 V (96 sor × 4,2 V), kapacitása 248 Ah (100 kWh/403,2 V vagy 3,54 Ah × 70 oszlop).

A kérdések többek közt az alábbiak:

• A kis, egy számjegyű feszültségek mérésekor kihívást jelent a szükséges felbontás és pontosság biztosítása, hogy a nagy közös módusú feszültség (CMV) jelenléte miatt, amely túlterhelheti a mérőrendszert vagy befolyásolhatja a leolvasás érvényességét, értelmezhető pontosságot kapjunk a néhány millivoltos tartományban. A közös módusú feszültség az összes sorba kapcsolt cella feszültségének összege egészen a mérendő celláig a rendszer közös pontjához (más néven „test”, bár ez téves elnevezés) viszonyítva. Megjegyzendő, hogy egy villanyjárműben akár 96 vagy 128 akkumulátorcella is sorba lehet kötve, ami több száz voltos közös módusú feszültséget eredményez.
• A nagy közös módusú feszültség miatt a cellákat galvanikusan el kell választani a rendszer többi részétől mind a villamos áramkörök épsége, mind a felhasználó és rendszer biztonsága érdekében, mivel egyiket sem szabad kitenni a teljes közös módusú feszültségnek.
• A villamos zaj és a túlfeszültségek könnyen hibás mérést eredményezhetnek a millivoltos tartományban.
• A több cellát szinte egyidejűleg, néhány ezredmásodpercen belül kell mérni, hogy pontos és átfogó képet kapjunk a cellák és az akkumulátor állapotáról. Ellenkező esetben a cellamérések közötti időeltolódás félrevezető következtetéseket és azokból következő téves intézkedéseket eredményezhet.
• A cellák nagy száma azt jelenti, hogy a cellák és az adatgyűjtő alrendszer többi része között valamilyen multiplexelési megoldásra van szükség, különben megfizethetetlenül nagy lesz az összekötő vezetékek mérete, tömege és költsége.

Végül vannak a biztonsággal, a redundanciával és a hibajelentéssel kapcsolatos jelentős és kötelező szempontok is, amelyeknek meg kell felelni. A szabványok iparáganként eltérőek. Az ipari szerszámok és villamos kéziszerszámok nagyon különböznek az autóktól, és az utóbbiakra vonatkozó szabványok a legszigorúbbak. Az olyan kritikus fontosságú járműipari rendszerekben, mint például az akkumulátorfigyeléshez kapcsolódó rendszerek, a működőképesség megszűnése nem idézhet elő veszélyes helyzeteket. A rendszeren belüli meghibásodás esetén a „biztonságos” állapot megköveteli az elektronika kikapcsolását, és a jármű vezetőjét is figyelmeztetni kell egy műszerfalon lévő lámpával vagy más jelzőfénnyel.

Egyes rendszerek esetében azonban a meghibásodás vagy a működés megszűnése veszélyes események lehetőségét eredményezheti, és ezeket a rendszereket nem lehet egyszerűen kikapcsolni, ezért a biztonsági előírások tartalmazhatnak egy meghatározott „biztonsággal kapcsolatos rendelkezésre állási” követelményt. Ilyen esetekben a veszélyes események elkerülése érdekében szükség lehet a rendszer bizonyos típusú hibáinak elviselésére.

Az ilyen biztonsággal kapcsolatos rendelkezésre állás – a meghatározott hibaállapotok ellenére – megköveteli az alapvető funkciók egy adott ideig történő biztosítását vagy egy meghatározott „kilépési” útvonal végrehajtásának lehetővé tételét, és a biztonsági rendszernek ezen idő alatt el kell viselnie a hibát. Ez a hibatűrés lehetővé teszi, hogy a rendszer az elfogadható biztonsági szint fenntartásával még egy ideig tovább működjön. A biztonsággal kapcsolatos rendelkezésre állási követelményekkel kapcsolatban az ISO 26262 „Üzembiztonság a közúti járművek számára” című szabvány kulcsfontosságú szakaszai nyújtanak útmutatást a rendszerfejlesztők számára.

Megjelennek a megoldásokat kínáló IC-k

A gyártók olyan BMS IC-ket fejlesztettek ki, amelyeket úgy terveztek, hogy a nagy közös módusú feszültség és a barátságtalan villamos környezet ellenére is megoldják azt a problémát, amelyet a sorba kötött cellák egy-egy külön cellája értékeinek pontos mérése jelent. Ezek az IC-k (integrált áramkörök) nemcsak az alapvető méréseket teszik lehetővé, hanem a multiplexelés, a leválasztás és az időeltolódás műszaki problémáit is megoldják. Megfelelnek a vonatkozó biztonsági szabványoknak, és szükség esetén ASIL-D jóváhagyással is rendelkeznek, amely a legmagasabb és legszigorúbb szint.

A gépjárművek biztonságjósági szintje (ASIL, Automotive Safety Integrity Level) az ISO 26262 – Működésbiztonság a közúti járművek számára című szabványban meghatározott kockázatbesorolási minősítés. Ez az IEC 61508 szabványban meghatározott biztonságjósági szint (SIL, Safety Integrity Level) autóiparra alkalmazott változata.

Bár ezeknek a BMS-eszközöknek a funkciói nagy vonalakban hasonlóak, az eszközök bizonyos mértékig mégis különböznek egymástól a szerkezeti felépítésük, az általuk felügyelt cellák száma, a mintavételezési sebesség, a felbontás, az egyedi jellemzők és az összekapcsolási mód tekintetében:

•Az elkülönített CAN-architektúra csillagpontos elrendezésen alapul és hibatűrő, mert az elkülönített CAN-architektúrában a kommunikációs vezeték szakadása csak egy IC működését zavarja meg, de az akkumulátor többi része biztonságban marad. A CAN-architektúra azonban minden egyes IC-hez külön mikroprocesszort és CAN hálózatot igényel, ami költségesebbé teszi ezt a megoldást, ráadásul viszonylag kis kommunikációs sebességet biztosít.

•A lánckapcsolású architektúra általában költségtakarékosabb, mert az univerzális aszinkron adó-vevőre (UART) épülő lánckapcsolás megbízható és gyors kommunikációt biztosít a CAN bonyolultsága nélkül. Ez az architektúra leggyakrabban kapacitív leválasztást használ, de képes támogatni a transzformátoros leválasztást is. A lánckapcsolásban azonban egy vezetékszakadás megszakíthatja a teljes kommunikációt, ezért néhány ilyen lánckapcsolás rendszer „áthidaló megoldásokat” kínál, és vezetékszakadás esetén is támogat bizonyos műveleteket.

Néhány jellegzetes BMS IC:

• MAX17843 – az Analog Devices által kínált BMS: A MAX17843 egy programozható, 12 csatornás akkumulátorfigyelő adatgyűjtő egység kiterjedt biztonsági funkciókkal (3. ábra). Optimalizálva van az autóipari rendszerek akkumulátoraihoz, a hibrid villanyjárművek (HEV) akkumulátoraihoz, a villanyjárművekhez (EV) és minden olyan rendszerhez, amely réteges másodlagos fémakkumulátorok sorba kapcsolt hosszú láncát tartalmazza, egészen 48 V-ig.

3. ábra: A MAX17843 jelű 12 csatornás akkumulátorfigyelő adatgyűjtő egység több biztonsági funkciót is tartalmaz, így alkalmas az autóipari felhasználási területekre, és megfelel a vonatkozó előírásoknak (kép: Analog Devices)

Az MAX17843 tartalmaz egy nagy sebességű különbségi UART sínt a hatékony lánckapcsolásos soros kommunikációhoz, ennélfogva akár 32 IC-t is támogat egyetlen láncba kötve (4. ábra). Az UART kapacitív leválasztást használ, ami nemcsak az anyagköltséget csökkenti, hanem javítja a kiesési valószínűséget (FIT, failure in time) is.

4. ábra: A 12 csatornás MAX17843 kapacitív galvanikus leválasztást használ lánckapcsolásos UART kialakításban, és egy láncban legfeljebb 32 eszköz használatát teszi lehetővé (kép: Analog Devices)

Az analóg bemeneti oldal egy 12 csatornás feszültségmérési adatgyűjtő rendszert ötvöz egy nagyfeszültségű kapcsolóblokkos bemenettel. Az egyes cellákon végzett minden mérés különbségi alapon történik. A teljes skálájú mérési tartomány 0 és 5,0 V, a használható tartomány 0,2 V és 4,8 V között van. A cellafeszültségek értékének digitalizálására nagy sebességű sorozatos közelítéses (SAR) analóg-digitális átalakítót (ADC) használ az eszköz 14 bites felbontással és túlmintavételezéssel. Mind a tizenkét cellát 142 μs alatt lehet megmérni.

Az MAX17843 kettős mintavételezéses módszert használ a cellamérések eredményeinek összegyűjtésére és hibajavítására, ami kiváló pontosságot biztosít az üzemi hőmérséklet-tartományban. A különbségi cellafeszültség-mérés pontossága +25 °C-on és 3,6 V feszültség esetén ±2 mV. Az Analog Devices az IC-vel való tervezés megkönnyítése érdekében a MAX17843EVKIT# fejlesztőkészletet kínálja, amely egy számítógépes grafikus felhasználói felületről (GUI) telepíthető és állítható be, és az értékelést is azon lehet végezni.

• ISL78714ANZ-T – a Renesas terméke: A lítiumionos ISL78714 BMS IC akár 14 sorba kapcsolt cellát is képes felügyelni, valamint pontos cellafeszültség- és hőmérséklet-figyelést, cellakiegyenlítést és széles körű rendszerdiagnosztikát is kínál. Egy jellegzetes összeállításban a fő ISL78714 egy soros perifériaillesztő (SPI) porton keresztül kommunikál a fő mikrovezérlő egységgel és még legfeljebb 29 további, egy saját fejlesztésű hatékony kétvezetékes lánckapcsolással egymáshoz kapcsolt ISL78714 eszközzel (5. ábra). Ez a kommunikációs rendszer rendkívül rugalmas, és használhat kondenzátoros vagy transzformátoros leválasztást, illetve a kettő kombinációját is, és akár 1 Mb/s átviteli sebességet is elérhet.

5. ábra: Az ISL78714 SPI porton át kapcsol össze több eszközt kapacitív vagy transzformátoros leválasztást használó kétvezetékes lánckapcsolással (kép: Renesas Electronics Corp.)

A kezdeti feszültségmérési pontosság ±2 mV 14 bites felbontással az 1,65 V – 4,28 V tartományban, 20 °C és 85 °C között. Lapra szerelés után az eszköz pontossága ±2,5 mV a cella ±5,0 V-os bemeneti tartományában (a negatív feszültségtartományra gyakran van szükség a sínekhez).

Ez a BMS három cellakiegyenlítési módot tesz lehetővé, amelyek: kézi kiegyenlítési mód, időzített kiegyenlítési mód és automatikus kiegyenlítési mód. Az automatikus kiegyenlítési mód leállítja a kiegyenlítést, ha mindegyik cella töltöttsége csökkent egy a fő IC által meghatározott értékkel. Az összes kulcsfunkció beépített rendszerdiagnosztikája között van egy felügyeletidőzítős (watchdog) leállítóeszköz is arra az esetre, ha a kommunikáció megszakad.

• BQ76PL455APFCR (és BQ79616PAPRQ1) – a Texas Instruments terméke: A BQ76PL455 egy integrált áramkörös, 16 cella figyelésére alkalmas akkumulátorfigyelő és -védő eszköz, amelyet nagy megbízhatóságú, nagyfeszültségű ipari felhasználási területekre terveztek. Az integrált áramkörös, nagy sebességű, különbségi méréseket végző, kondenzátoros leválasztású egység akár tizenhat BQ76PL455 eszközt is támogat, amelyek egyetlen nagy sebességű UART-csatlakozón keresztül, csavart érpáros kábelezéssel láncba kapcsolva, akár 1 Mb/s adatátviteli sebességgel kommunikálnak a fő IC-vel (6. ábra).

6. ábra: A 16 cella figyelésére alkalmas BQ76PL455 akkumulátorfigyelő IC az ipari felhasználási területeket célozza meg, és kapacitív leválasztással akár 16 eszköz összekapcsolására is alkalmas, csavart érpáros kábelezéssel, amely akár 1 Mb/s sebességű kommunikációt is lehetővé tesz lánckapcsolásos elrendezésben (kép: Texas Instruments)

A 14 bites analóg-digitális átalakító (ADC) belső referenciaértéket használ, és az összes cella kimeneti értékét 2,4 ezredmásodperc (ms) alatt alakítja át. A BQ76PL455 számos különböző hibaállapotot figyel és érzékel, köztük túlfeszültséget, feszültségesést, túlmelegedést és kommunikációs hibákat. Támogatja a passzív és az aktív cellakiegyenlítést is, előbbit külső n-FET-ekkel, utóbbit külső kapcsolómátrixos kapumeghajtókon keresztül teszi lehetővé.

Ez a BMS könnyedén képes kezelni a maximális 16-nál kevesebb összekapcsolt cellát. Az egyetlen korlátozás az, hogy a bemeneteket növekvő sorrendben kell használni, és az összes nem használt bemenetet a legmagasabb használt VSENSE_ bemenethez kell csatlakoztatni. Például egy 13 cellás kialakításban a VSENSE14, VSENSE15 és VSENSE16 bemenet nincs használatban (7. ábra).

7. ábra: A BQ76PL455 16-nál kevesebb cellával is használható, ilyen esetben a nem használt cellabemeneteknek a láncban legmagasabbaknak (legnagyobb számúaknak) kell lenniük (kép: Texas Instruments)

Más IC-k, mint például a Texas Instruments BQ79616PAPRQ1, támogatják a gyűrűs összeállítást és a kétirányú kommunikációt is, lehetővé téve a rendszer számára, hogy továbbra is figyelje az akkumulátor állapotát és biztonságát (8. ábra).

8. ábra: A BQ79616PAPRQ1 támogatja a kétirányú gyűrűs topológiát, amely vezetékszakadás vagy a csomópont meghibásodása esetén is biztosítja az összeköttetési útvonalat (kép: Texas Instruments)

Ha ebben az összeállításban két akkumulátorfigyelő ASIC (felhasználásspecifikus integrált áramkör) között hiba, szakadás vagy zárlat van, a vezérlőprocesszor képes lesz folytatni a kommunikációt az összes akkumulátorfigyelő ASIC-vel, előre-hátra váltva az üzenetváltás irányát. Így ha a normál kommunikáció meghibásodik, a rendszer a gyűrűs topológia kommunikációs funkciójának hibatűrő képessége segítségével fenntarthatja a rendelkezésre állást, mégpedig úgy, hogy az akkumulátormoduloktól származó feszültség- és hőmérsékletadatok nem vesznek el. A BQ79616PAPRQ1 eszközzel kísérletezni kívánó tervezők számára a Texas Instruments a BQ79616EVM fejlesztőkártyát kínálja.

• LTC6813-1 – az Analog Devices, Inc. terméke: Az LTC6813-1 egy autóipari minősítésű, többcellás réteges akkumulátorokhoz való akkumulátorfigyelő, amely akár 18 sorba kapcsolt akkumulátorcellát is képes mérni, és programozható zajszűrővel ellátott 16 bites delta-szigma analóg-digitális átalakítójának (ADC) köszönhetően a teljes mérési hiba kevesebb mint 2,2 mV (9. ábra). Megjegyzendő, hogy ez több cella, mint amennyit néhány más IC közvetlenül támogatni képes. Mind a 18 cella 290 μs alatt mérhető meg, és a nagyobb zajcsökkentés érdekében kisebb adatgyűjtési sebesség is választható.

9. ábra: Az LTC6813-1 támogatja a legtöbb cellát (18), és 16 bites analóg-digitális átalakítót (ADC) használ a 2,2 mV pontosság és a nagy sebességű cella-mintavételezés eléréséhez (kép: Analog Devices, Inc.)

Több LTC6813-1 eszköz sorba kapcsolható, így lehetővé válik a cellamodulok hosszú, nagyfeszültségű sorának egyidejű cellafigyelése. Az LTC6813-1 kétféle soros portot támogat: egy szabványos négyvezetékes SPI-t és egy kétvezetékes leválasztott csatlakozót (isoSPI). A nem leválasztott négyvezetékes port rövidebb távolságú kapcsolatokhoz és néhány nem autóipari felhasználási területre alkalmas (10. ábra).

10. ábra: Az LTC6813-1 támogatja a szabványos négyvezetékes SPI-összeköttetést a rövidebb távolságú kapcsolatokhoz és néhány nem autóipari felhasználási területhez (kép: Analog Devices, Inc.)

Az 1 Mb/s átviteli sebességű leválasztott soros kommunikációs port egyetlen sodrott érpárt használ akár 100 m távolságra, az elektromágneses zavarokra (EMI) való kis érzékenységgel és kis elektromágneses kisugárzással, mivel az eszközt alacsony csomaghibaarányra tervezték, még abban az esetben is, ha a kábelezés nagy rádiófrekvenciás tereknek van kitéve. Ez a kétirányú lánckapcsolás biztosítja a kommunikáció fennmaradását még hiba esetén is, például ha a kommunikációs útvonalon elszakad egy vezeték.

A kétvezetékes változatban a leválasztás egy külső transzformátoron keresztül valósul meg, a szabványos SPI-jelek pedig különbségi impulzusokká vannak kódolva. Az átviteli impulzus erősségét és a vevő küszöbszintjét két külső ellenállás, az R_B1 és az R_B2 állítja be (11. ábra). Az ellenállások értékét a tervezőnek úgy kell megválasztania, hogy lehetővé tegyék a teljesítményleadás és a zajvédelem közötti kompromisszumot.

11. ábra: Az LTC6813-1 egy kétvezetékes, 1 Mb/s átviteli sebességű, transzformátorral leválasztott soros kommunikációs portot is kínál egyetlen sodrott érpárral, akár 100 m-es távolságra, kis elektromágneses zavarokra (EMI) való érzékenységgel és kis elektromágneses kisugárzással (kép: Analog Devices, Inc.)

Az LTC6813-1 áramellátása történhet közvetlenül az általa felügyelt réteges akkumulátorról vagy egy különálló, leválasztott tápegységről. A rendszer minden egyes cellához passzív kiegyenlítést, valamint impulzusszélesség-modulációval (PWM) megvalósított egyéni üzemiciklus-szabályozást is lehetővé tesz.

Összegzés

Egyetlen cella vagy egy néhány cellából álló kis akkumulátor feszültségének, áramának és hőmérsékletének pontos mérése műszakilag nem jelent nagy kihívást. Ugyanezen paraméterek pontos mérése kihívást jelent viszont a sorba kötött egyes cellák esetében – ráadásul mindezt barátságtalan autóipari és ipari körülmények között, a cellák közti elhanyagolható időeltolódással – a cellák nagy száma, a nagy közös módusú feszültség, a villamos zaj, a jogszabályi előírások és egyéb problémák miatt.

Mint bemutattuk, a tervezők használhatnak kifejezetten ilyen felhasználási területre tervezett IC-ket is. Ezek az IC-k támogatják a galvanikus leválasztást, a pontosságot és a rövid mintavételezési időt, hogy ezzel is segítsék megoldani a felmerülő problémákat. Ennek eredményeképpen pontos, hasznosítható eredményeket szolgáltatnak, amelyek lehetővé teszik a kritikus, magas szintű akkumulátorfelügyeleti döntések meghozatalát.