Šofér má pod kontrolou vůz. Stovky baterií zase řídí Renesas

Důsledná péče o automobil se vyplatí nejen z vnějšku, ale také pod kapotou. Jakmile však jednou pronikneme až na systémovou úroveň, bude již na místě podělit se o úkoly se spolehlivou elektronikou. A to i v případě, že se přitom oprostíme od závislosti na „černém zlatě“ a energii začneme těžit z baterií. Mnoha baterií.

14 článků, ale také bitů

Zatímco chemické články mohou za očekáváním uživatelů stále pokulhávat, integrované obvody navržené pro jejich řízení si povedou o poznání lépe. Funkce jsou naprosto stěžejní a zahrnují například přesné sledování teploty či napětí jednotlivých článků, nezbytné ruční, automatické nebo časové vyvažování a také rozsáhlou diagnostiku.

Podobně jako u přesných struktur ISL78714 pro řízení baterií ve čtvrté generaci, které společnost Renesas Electronics představila v srpnu. Smyslem je již v základu ochránit Li-ion sestavy vybavené až 14 sériově spojenými články a prodloužit přitom dojezd nejrůznějších vozidel poháněných elektřinou. Sluší se tak zmínit zkratky, jako jsou HEV, MHEV, PHEV či BEV.

Obr. 1 Obvody ISL78714 zahrnují všechny funkce, které od klíčové součásti systému řízení baterií očekáváte – přesné sledování napětí i teploty, vyvažování článků a také potřebnou diagnostiku

Systém se musí vyrovnat nejen se specifickými teplotními nástrahami od –40 °C až do +105 °C, ale zklamat nesmí, ani pokud jde o hodnověrnost výsledků.

Aby mohli vývojáři na základě absolutních napěťových úrovní činit správná rozhodnutí, výrobce jim zaručuje výchozí přesnost ±2 mV. Prvky ISL78714 pro tyto účely hostí precizní 14bitový A/D převodník a související obvody pro sběr dat. Podpoří přitom celkem šest vstupů pro monitorování vnější teploty a pamatují také na detekci selhání či diagnostiku veškerých klíčových interních funkcí. Dosahovat lze přitom úrovně ASIL D.

Rozumí stovkám baterií

Obvody ISL78714 mají za úkol baterie nejen sledovat, ale o přepětí, podpětí, teplotě, přerušeném vodiči nebo dalších (poruchových) stavech rovněž obratem informovat.

V případě 112 článků to zvládají do 10 ms, a pokud se omezíme pouze na 70 dílčích akumulátorů, polepšíme si až na 6,5 ms. Jednotlivé součástky lze totiž dále jednoduše spojovat. S využitím funkcí daisy chainu proto vytváříme rozsáhlé sestavy čítající klidně tři desítky obvodů, které tak ve výsledku obsluhují až 420 článků.

Obr. 2 V typickém zapojení komunikuje ISL78714 na pozici Masteru s host mikrokontrolérem přes SPI, zatímco dalších až 29 obvodů propojíme přes robustní dvoudrátové rozhraní

Chráněná architektura z obr. 2 přitom staví na krouceném páru s podporou levného, kapacitního či indukčního oddělení, příp. též kombinaci obojího, zatímco nabídne rychlosti až do 1 Mbps. Na základě watchdog timeru pak při výpadku komunikace s hlavním mikrokontrolérem ještě dochází k automatickému odpojování. Struktury pro řízení Li-ion baterií jsou sériově vyráběny v pouzdrech typu TQFP se 64 vývody a jejich možnosti dále umocňuje hned několik vývojových nástrojů.

Obr. 3 Blokový diagram referenčního návrhu s pěti monitorovacími prvky pro 70 baterií

robenek@dps-az.cz