Ladda ner artikeln på 500 kbyte här (länk, pdf). Fler tekniska rapporter finns på etn.se/expert

I ett fordon krävs ett stort antal battericeller konfigurerade i en lång serie för att generera 1 kV eller mer. Elektroniken i batteriet måste fungera vid den mycket höga spänningen, och samtidigt differentiellt mäta och styra varje cell. Den måste även kunna skicka informationen från varje cell i en batteristack till en centralenhet där informationen sedan bearbetas. 

Till detta kommer att högeffektstillämpningar i fordon utgör en utmanande miljö, här blandas exempelvis kraftiga elektriska störningar med stora variationer i temperaturområdet. Elektroniken som hanterar batteriet förväntas maximera arbetsområdet, livslängden, säkerheten och tillförlitligheten, samtidigt som kostnaden, storleken och vikten minimeras. 

Analog Devices kretsar för övervakning av battericeller har successivt förbättrats och idag har batteripaketen i fordon hög prestanda och tillförlitlighet, samt lång livslängd. Det senaste från företaget är trådlösa batterihanteringssystem, som ytterligare förbättrar säkerheten och tillförlitligheten hos hela batterisystemet.

Batterier är ofta uppdelade i paket, fördelade där det finns tillgänglig plats i fordonet. En modul består typiskt av 10 till 24 celler som kan vara ihopsatta i olika konfigurationer för att passa flera olika fordonsplattformar. En modulär konstruktion som denna förenklar underhålls- och garantifrågorna och kan utnyttjas som bas för mycket stora batteristackar. Det gör att batteriet kan fördelas över större områden, för att på så sätt utnyttja utrymmet mer effektivt. 

Det krävs ett robust kommunikationssystem för att stödja en distribuerad, modulär topologi i en omgivning med stora elektromagnetiska störningar (EMI), såsom hos ett el- eller hybridfordon. Isolerad CAN-buss och Analog Devices isoSPI är två beprövade lösningar som passar väl för detta. Ytterligare ett alternativ är ett trådlöst batterihanteringssystem som ansluter varje modul via en trådlös uppkoppling ­istället för en CAN-busskabel eller en tvinnad isoSPI-parkabel.

Analog Devices har visat upp industrins första konceptbil med ett trådlöst batterihanteringssystem. Konceptbilen för trådlös batterihantering kombinerar LTC6811, som är Analog Devices senaste övervakningskrets för flercellsbaserade batteristackar, med trådlösa masknätbaserade SmartMesh-produkter i en BMW i3. Demonstrationen av en bil med ett helt trådlöst batterihanteringssystem representerar ett viktigt genombrott som erbjuder möjlighet till förbättrad tillförlitlighet, lägre kostnad och mindre komplicerad ledningsdragning för stora flercellsbaserade batteristackar för el- och hybridfordon.

Fordonstillverkare måste se till att förare känner att el- och hybridfordon är både säkra och tillförlitliga. Analog Devices ser nu bortom batteriövervakningskretsens säkerhet och tillförlitlighet för att lösa potentiella mekaniska fel med anslutningar, kablar och kablage i starkt vibrerande fordonsmiljöer. Hittills har metallen och stora elektromagnetiska störningar i fordonen ansetts vara en för tuff miljö för att trådlösa system ska vara tillförlitliga. 

SmartMesh-nät erbjuder dock ett verkligt redundant uppkopplat system, då det använder både väg- och frekvensalternativ för att routa trådlösa meddelanden runt hinder och för att undvika problem med störningar. Inbyggda trådlösa SmartMesh-nät ger över 99,999 procents tillförlitlig dataöverföring i tuffa miljöer, såsom övervakning av eller i exempelvis spårvagnar, gruvor eller processindustrin. Genom att ge samma tillförlitlighet som trådkoppling och ändå utesluta mekaniska anslutningsfel visar konceptbilen på den trådlösa teknikens förmåga att göra hela systemet mycket mer tillförlitligt och förenkla utformningen av batterihanteringssystem för fordon. 

Ett batterihanteringssystem med ett SmartMesh-nät ger möjlighet till ny funktionalitet, som för närvarande inte är tillgänglig i trådbundna system. Det trådlösa masknätverket möjliggör flexibel placering av batterimoduler, och sensorer kan installeras där det tidigare varit olämpligt att ha kablar monterade. 

Ytterligare data som är relaterad till noggrannheten för beräkningar av batteriets laddningstillstånd, som exempelvis ström och temperatur, kan enkelt samlas in av batterihanteringssystemet genom tillägg av sensorer som är SmartMesh-aktiverade. SmartMesh tidssynkroniserar automatiskt varje nod inom några få mikrosekunder, och tidsbestämmer noggrant mätningar vid varje nod. Förmågan att tidskorrelera mätningar från olika ställen i ett fordon är ett viktigt redskap för mer noggrann beräkning av batteriets laddningstillstånd och hälsotillstånd. 

En SmartMesh-nod med lokal bearbetning vid varje modul förbättrar den normala batterihanteringsfunktionen och möjliggör även smarta batterimoduler, där diagnostik och kommunikation kan vara tillgängliga för förbättrad montering och service.

SmartMEsh-nät
SmartMesh-produkter är kretsar och certifierade PCB-moduler med komplett programvara för masknät, som gör att sensorer kan kommunicera i tuffa industriella IoT-miljöer. Produkterna är beprövade i fält, med över 50 000 kundnät i bruk i 120 länder. 
Egenskaper:
• Datatillförlitlighet på mer än 99,999 procent i ­Industri 4.0-tillämpningar
• Tidssynkroniserad, ­kanalhoppande mask­teknik lindrar automatiskt felen med hjälp av självdiagnostik
• Robust säkerhet inkluderar NIST-certifierad AES128-kryptering