מדוע וכיצד להשתמש במעגלים-משולבים (IC‏) לניהול סוללות עבור מערך תאי סוללה

סוללות נטענות משמשות יותר ויותר כדי לספק מתחים גבוהים יותר ויותר הספק ביישומים כגון רכבים חשמליים (EVs) וכלי רכב היברידיים-חשמליים (HEVs), כלי עבודה חשמליים, ציוד גינון וספקי-כוח אל-פסק (UPS‏). אמנם ידוע היטב כי כימיה מכל סוג שהוא זקוקה לניטור וניהול קפדניים כדי להבטיח פעולה יעילה, אמינה ובטוחה, אך מערכי תאי סוללה מחוברים בטור של עשרות רבות של תאים או יותר הנדרשים כדי לעמוד בדרישות הספקת-הכוח של התקנים אלו דורשים תשומת לב רבה יותר מהמתכננים, במיוחד כשמספר התאים בכל סוללה גדל.

ניטור ומדידה של תא בודד או של מערך סוללות קטן עם מספר תאים בלבד הוא אתגר צנוע, והוא הרבה יותר פשוט מאשר לעשות את אותו הדבר עבור תאים במחרוזת טורית רבת-תאים. המתכננים של מימושים של מערכי סוללות רבי-תאים צריכים לשקול בעיות כמו ביצוע מדידות למרות מתח אופן-משותף גבוה, נוכחות של מתחים מסוכנים, השלכות של כשל תא בודד, ריבוב על פני מספר גדול של תאים, אי-תיאום ואיזון, והפרשי טמפרטורות על פני מערך הסוללות, אם לציין רק כמה. אלה דורשים מעגלים-משולבים (IC‏) מתקדמים לניהול סוללות (BMICs) ומערכות ניהול סוללות (BMS) לביצוע מדידה ובקרה פרמטרית, וידע הנדסי מסוים על מנת להשתמש בהם בצורה נכונה.

מאמר זה דן ביסודות ובאתגרים של ניהול סוללות בכלל, ובסוללות רבות-תאים בפרט. לאחר מכן הוא מציג ומראה כיצד ליישם BMICs של Analog Devices‏, Renesas Electronics Corp‏ ו- Texas Instruments שתוכננו במיוחד עבור הבעיות הייחודיות של ניהול מחרוזות תאים המחוברים בטור.

מחרוזות סוללות המחוברות בטור מציבות אתגרים ייחודיים

ניטור סוללה טיפוסי כולל מדידת זרימת הזרם אל תוך הסוללה והחוצה ממנה (מדידת סוללות), ניטור מתח ההדק, הערכת קיבולת הסוללה, ניטור טמפרטורות התאים וניהול מחזורי טעינה/פריקה כדי למטב את אחסון האנרגיה ולמקסם את מספר המחזורים של הסוללה לכל אורך החיים. רכיבי BMIC או BMS שבשימוש נרחב מספקים את הפונקציות הללו עבור מערכי סוללות קטנים הכוללים תא אחד או שניים בלבד עם מתח חד-ספרתי. רכיבי BMIC או BMS פועלים כקצה קדמי לאיסוף נתונים, כאשר הנתונים שלו מדווחים לבקר ניהול התאים (CMC); במערכות מורכבות יותר, ה- CMC מתחבר לפונקציה מסדר גבוה יותר הנקראת בקר ניהול הסוללה (BMC‏).

במאמר זה, "תא" הוא יחידת אחסון אנרגיה בודדת, בעוד ש"סוללה" היא מערך סוללות שלם, הכולל מספר תאים בחיבור טורי/מקביל. בעוד שתא בודד מייצר רק מעט וולטים, מערך סוללות יכול להיבנות מעשרות תאים או יותר ולספק עשרות רבות של וולטים, כאשר צירופים של מספר מערכי סוללות מגיעים למתח גבוה עוד יותר.

עבור ניהול יעיל, הפרמטרים הקריטיים של התא שיש למדוד הם מתח ההדק, זרם הטעינה/פריקה והטמפרטורה. ביצועי המדידה הנדרשים עבור מערכי סוללות מודרניים הם גבוהים למדי: כל תא חייב להימדד בתחום של כמה מילי-וולט (mV) ומילי-אמפר (mA), ובערך עד 1 מעלה צלזיוס (°C). הסיבות לניטור תאים הדוק זה כוללות:

• קביעת סטטוס הטעינה (SOC) וסטטוס הבריאות (SOH‏) של מערך הסוללות על מנת לספק תחזיות מדויקות של קיבולת הסוללה הנותרת (משך הפעולה) ותוחלת החיים הכוללת.
• אספקת הנתונים הדרושים למימוש איזון התאים, המשווה את המתח של תאים טעונים זה לזה, למרות ההבדלים הפנימיים ביניהם, כמו גם מיקומים, טמפרטורות והזדקנות שונים. אי-ביצוע איזון תאים מביא להפחתה בביצועי מערך הסוללות במקרה הטוב, ולכשל בתא במקרה הרע. את האיזון ניתן לבצע באמצעות טכניקות פסיביות או אקטיביות; האחרונה מספקת תוצאות טובות יותר במקצת, אך היא יקרה ומורכבת יותר.
• מניעת מצבים רבים העלולים לפגוע בסוללה ולהוביל לחששות בטיחות עבור המשתמש (כגון הרכב והנוסעים). אלה כוללים תרחישים לא-רצויים כגון:
• מתח-יתר או טעינה בזרמים חריגים, העלולים להוביל לבריחה תרמית.
• תת-מתח: פריקת-יתר בודדת לא תגרום לכשל קטסטרופלי, אבל היא עלולה להתחיל לפרק את מוליך האנודה. מחזורי פריקת-יתר חוזרים ונשנים שלאחר מכן עלולים להוביל לציפוי ליתיום בתא הטעינה, ושוב, לבריחה תרמית אפשרית.
• טמפרטורת-יתר משפיעה על חומר אלקטרוליט התא ומפחיתה את ה- SOC; זה יכול גם להגביר את היווצרות משקע אלקטרוליט-מוצק (SEI), וכתוצאה מכך התנגדות מוגברת ולא-אחידה והפסדי הספק.
• תת-טמפרטורה היא גם בעיה שכן היא עלולה לגרום לשיקוע של ליתיום, מה שגורם גם להפסדי קיבולת.
• זרם-יתר, וחימום פנימי כתוצאה מכך עקב אימפדנס פנימי לא-אחיד ובסופו של דבר בריחה תרמית; זה יכול להגדיל את שכבות ה- SEI בסוללה ולהגדיל את ההתנגדות.

יש כאן אתגר שכן, למשל, זה די פשוט למדוד במדויק את המתח של תא בודד בעמדת הבדיקה או במערך לא-מסוכן אחר. המתכנן צריך רק לחבר מד מתח דיגיטלי (DVM) צף (לא-מוארק) או מופעל באמצעות סוללה על פני התא המעניין (איור 1).

איור 1: מדידת המתח על פני כל תא בודד של מחרוזת טורית היא פשוטה בעיקרון, ודורשת רק מד מתח דיגיטלי צף. (מקור התמונה: Bill Schweber)

עם זאת, מסיבות רבות הרבה יותר קשה לעשות זאת בביטחון ובבטיחות בתנאים קשים מבחינה חשמלית וסביבתית כמו ב- EV או HEV. זה מובהר על ידי דוגמה מייצגת של מערך הספקת-כוח EV הכולל 6,720 תאי +Li, המנוהלים על ידי שמונה מודולי בקרה (איור 2).

איור 2‏: מערך סוללות מעשי הוא מערך של תאים מחוברים בטור ובמקביל בתוך המודולים, עם כמות משמעותית של אנרגיה מאוחסנת; אלו גורמים שמסבכים מאוד את משימת מדידת מתחי התאים. (מקור תמונה: Analog Devices)

לכל תא יש קיבולת של 3.54 אמפר-שעה (Ah), וכתוצאה מכך אחסון אנרגיה נומינלי כולל של 100 קילוואט-שעה (kWh‏) (Ah‏ 3.54‏ x‏ 4.2 וולט x‏ 6,720 תאים). כל אחת מ- 96 השורות המחוברות בטור מורכבת מ- 70 תאים במקביל, עבור מתח סוללה של 403.2 וולט (96 שורות × 4.2 וולט), עם קיבולת של Ah‏ 248‏ (kWh‏ 100‏ / 403.2 וולט, או Ah‏ 3.54‏ ×‏ 70 עמודות).

בין הסוגיות יש:

• זהו אתגר לספק את הרזולוציה והדיוק הדרושים בעת מדידת מתח חד-ספרתי נמוך כדי לקבל דיוק משמעותי במספר מילי-וולט, עקב הנוכחות של מתח אופן-משותף גבוה (CMV‏) היכול להעמיס יתר על המידה את מערכת המדידה או להשפיע על תקפות הקריאה. CMV זה הוא סכום המתחים של כל התאים המחוברים בטור, עד לזה הנמדד, ביחס לייחוס המערכת (המכונה גם "הארקה" אם כי זהו שם מטעה). שימו לב שב- EV יכולים להיות עד 96 או אפילו 128 תאי סוללה בטור, מה שמניב CMV של מאות וולטים.
• בשל ה- CMV הגבוה, יש צורך לבודד באופן גלווני את התאים משאר המערכת הן עבור התקינות החשמלית והן עבור בטיחות המשתמש/מערכת, מכיוון שאסור שאף אחד מהם יחשף ל- CMV המלא.
• רעשים חשמליים ונחשולים יכולים בקלות לגרום לקריאה שגויה של תחום המילי-וולט.
• את התאים הרבים יש למדוד כמעט בו-זמנית בתוך מילי-שניות ספורות כדי ליצור תמונה כוללת מדויקת של התאים ושל סטטוס מערך הסוללות. אחרת, הבדל הזמן בין מדידות התאים עלול לגרום למסקנות מטעות ולפעולות לא מתאימות כתוצאה מכך.
• המספר הגדול של התאים אומר שדרוש איזשהו סידור ריבוב בין התאים לבין יתר תת-המערכות לאיסוף נתונים, אחרת הגודל, המשקל והעלות של חיווטי החיבורים הופכים ללא-מעשיים.

לבסוף, ישנם שיקולים משמעותיים ומחייבים הקשורים לבטיחות, יתירות ודיווח שגיאות שיש לעמוד בהם. התקנים הם שונים מתעשייה לתעשייה; כלים תעשייתיים וחשמליים שונים מאוד ממכוניות, ואלה האחרונים הם המחמירים ביותר. במערכות רכב קריטיות למשימה כמו אלו הקשורות לניהול סוללות, אסור שאיבוד פונקציונליות יוביל למצב מסוכן. במקרה של תקלה במערכת, המצב ה"בטוח" מחייב כיבוי האלקטרוניקה ויש להתריע לנהג הרכב באמצעות נורית בלוח המחוונים או בחיווי אחר.

עם זאת, עבור מערכות מסוימות, תקלה או איבוד פונקציונליות עלולים להוביל לאירוע מסוכן ולא ניתן פשוט לכבות אותם, ולכן יעדי הבטיחות עשויים לכלול דרישה מוגדרת של "זמינות הקשורה לבטיחות". במקרים כאלה, ייתכן שיידרש טולרנס עבור סוגים מסוימים של תקלות במערכת כדי למנוע אירועים מסוכנים.

זמינות כזו הקשורה לבטיחות מחייבת הקניית פונקציונליות בסיסית או נתיב "יציאה" מוגדר לפרק זמן מוגדר - למרות תנאי התקלה שהוגדרו - ומערכת הבטיחות חייבת לסבול תקלה במשך פרק זמן זה. טולרנס-תקלה זה מאפשר למערכת להמשיך לתפקד זמן רב יותר עם רמת בטיחות סבירה. סעיפי מפתח של ISO 26262 "בטיחות פונקציונלית עבור רכבי כביש" מספקים הנחיות למפתחי מערכות לגבי דרישות זמינות הקשורות לבטיחות.

מעגלים-משולבים (IC‏) הם אלו המספקים פתרונות

הספקים פיתחו BMS ICs שנועדו לפתור את הבעיה של קריאת תא בודד במחרוזת טורית עם דיוק - למרות CMV גבוה והסביבה החשמלית הקשה. ICs אלה מספקים לא רק את הקריאות הבסיסיות, אלא גם מטפלים בבעיות הטכניות של ריבוב, בידוד וסטיית תזמון. הם עומדים בתקני הבטיחות הרלוונטיים ובמידת הצורך מדורגים להרשאת ASIL-D עבור יישומי רכב, שזו הרמה הגבוהה והמחמירה ביותר.

רמת שלמות הבטיחות בכלי-רכב (ASIL) היא שיטת סיווג סיכונים המוגדרת בתקן ISO 26262 - בטיחות פונקציונלית עבור רכבי כביש. זוהי התאמה של תקן רמת שלמות הבטיחות (SIL) המשמש ב- IEC 61508 עבור תעשיית הרכב.

למרות שפונקציות "המברשת-הרחבה" של התקני BMS אלה הן דומות, הן שונות במידה מסוימת בארכיטקטורה, במספר התאים שבהם הם יכולים לטפל, במהירות הסריקה, ברזולוציה, בתכונות ייחודיות ובגישת החיבור:

• ארכיטקטורת CAN מבודדת מבוססת על תצורת כוכב והיא חסונה, שכן נתק בקו התקשורת בארכיטקטורת CAN מבודדת משבש רק IC אחד, בעוד שיתר מערך הסוללות נותר בטוח. עם זאת, ארכיטקטורת CAN דורשת מיקרו-מעבד ו- CAN עבור כל IC, ההופכים גישה זו ליקרה יותר, עם מהירויות תקשורת איטיות יחסית.

• ארכיטקטורת Daisy Chain‏ היא בדרך כלל חסכונית יותר, שכן Daisy Chain‏ המבוסס על מקלט/משדר אסינכרוני אוניברסלי (UART‏) יכול לספק תקשורת אמינה ומהירה ללא המורכבות של CAN. ברוב המקרים הוא משתמש בבידוד קיבולי, אך עשוי לתמוך גם בבידוד מבוסס שנאי. עם זאת, ניתוק קו בארכיטקטורת Daisy-Chain עלול לשבש את התקשורת, ולכן כמה מערכות Daisy-Chain כאלה מציעות "פתרונות עוקפים" ותומכות בפעולה כלשהי במהלך ניתוק הקו.

בין ה- BMS ICs הייצוגיים:

•ה- BMS‏ MAX17843‏ מבית Analog Devices‏ : ה- MAX17843 הוא ממשק 12-ערוצים ניתן-לתכנות עבור ניטור סוללות עם מאפייני בטיחות נרחבים (איור 3). הוא ממוטב לשימוש עם סוללות למערכות כלי-רכב, מערכי סוללות HEV, רכבים חשמליים, וכל מערכת עם מחרוזות טוריות ארוכות של סוללות מתכת משניות עד 48 וולט.

איור 3‏: ממשק איסוף נתונים עם 12 ערוצים MAX17843 עבור ניטור סוללות משלב מספר מאפייני בטיחות, ההופכים אותו למתאים עבור יישומים בכלי-רכב ועם מחויבויות רגולטוריות. (מקור תמונה: Analog Devices)

ה- MAX17843 משלב אפיק UART דיפרנציאלי במהירות גבוהה עבור תקשורת טורית Daisy-Chain חסונה, ותומך בעד 32 ICs המחוברים בשרשרת Daisy-Chain יחידה (איור 4). ה- UART משתמש בבידוד קיבולי אשר לא רק מפחית את עלות מפרט החומרים (BOM), אלא גם משפר את שיעורי התקלות לאורך הזמן (FIT).

איור 4‏: ה- MAX17843 עם 12 ערוצים משתמש בבידוד גלווני בתצורת UART‏ Daisy-Chain שלו ותומך בעד 32 התקנים בשרשרת יחידה. (מקור תמונה: Analog Devices)

קצה-קדמי אנלוגי משלב מערכת איסוף נתוני מדידת מתחים עם 12 ערוצים וכניסת רכזת מתגים למתח גבוה. כל המדידות נעשות באופן דיפרנציאלי על פני כל תא. תחום המדידה המלא הוא בין 0 ל- 5.0 וולט, עם תחום בר-שימוש של 0.2 עד 4.8 וולט. ממיר אנלוגי-דיגיטלי (ADC) במהירות גבוהה עם קירוב-עוקב (Successive Approximation)‏ (SAR) משמש לדיגיטציה של מתחי התאים ברזולוציה של Bit‏-14‏ עם דגימת-יתר. את כל שנים-עשר התאים ניתן למדוד בפחות מ- 142 מיקרו-שניות (μs).

ה- MAX17843 משתמש בגישה של שתי סריקות עבור איסוף מדידות התאים ותיקון השגיאות, המניב דיוק מצוין בתחום טמפרטורת הפעולה. הדיוק של המדידה הדיפרנציאלית של מתח התא מוגדר כ- ±2 מילי-וולט (mV) ב- 25°C+ ו- 3.6 וולט. כדי להקל על התכנון עם IC זה, Analog Devices מציעה את ערכת ההערכה #MAX17843EVKIT עם ממשק משתמש גרפי (GUI) מבוסס PC עבור ההגדרה, תצורה והערכה.

•ISL78714ANZ-T מבית Renesas‏: ה- ISL78714 Li-ion BMS IC מפקח על עד 14 תאים המחוברים בטור ומספק ניטור מתח וטמפרטורה מדויקים של התאים, איזון התאים ודיאגנוסטיקת מערכת נרחבת. בתצורה טיפוסית, ISL78714 מאסטר מתקשר למיקרו-בקר המארח באמצעות יציאת ממשק היקפי טורי (SPI), ועד ל- 29 התקני ISL78714 נוספים המחוברים יחדיו באמצעות Daisy Chain‏ דו-חוטי חסון וקנייני (איור 5). מערכת תקשורת זו היא גמישה ביותר ויכולה להשתמש בבידוד קבלים, בידוד שנאים, או שילוב של שניהם עד 1 מגה-ביט לשנייה (Mbit/s).

איור 5: ה- ISL78714 משתמש ביציאת SPI כדי לקשר בין התקנים רבים ב- Daisy Chain‏ דו-חוטי היכול להשתמש בבידוד קיבולי או מבוסס-שנאי. (מקור התמונה: .Renesas Electronics Corp‏)

דיוק מדידת מתח ראשונית הוא mV‏ 2‏± ברזולוציה של Bit‏-14‏ בתחום של 1.65 עד 4.28 וולט מ- 20°C עד +85°C; דיוק התקן מכלל אחרי הלוח הוא mV‏ 2.5‏± הדוק על פני תחום כניסות התא של ±5.0 וולט (לעיתים קרובות יש צורך בתחום מתחים שלילי עבור פסי האפיק).

BMS זה כולל שלושה אופני איזון תאים: אופן איזון ידני, אופן איזון מתוזמן ואופן איזון אוטומטי. אופן איזון אוטומטי מסיים את האיזון לאחר שהוסרה כמות טעינה מוגדרת-מארח מכל תא. בין דיאגנוסטיקת המערכת המשולבת עבור כל הפונקציות העיקריות יש כיבוי Watchdog‏ של ההתקן אם התקשורת מתנתקת.

•BQ76PL455APFCR (ו- BQ79616PAPRQ1‏) מבית Texas Instruments: ה- bq76PL455A הוא התקן ניטור והגנת סוללות 16-תאים משולב המתוכנן עבור יישומים תעשייתיים במתח גבוה עם אמינות גבוהה. הממשק הדיפרנציאלי מבודד-קבל במהירות גבוהה המשולב תומך בעד שישה עשר התקני bq76PL455A, המתקשרים עם המארח באמצעות ממשק UART יחיד באמצעות Daisy-Chain עם זוג מפותל במהירות גבוהה של עד Mbit/s‏ 1 (איור 6).

איור 6‏: ה- IC ניהול סוללות 16-תאים bq76PL455A מיועד עבור יישומים תעשייתיים, ומשתמש בבידוד קיבולי כדי לתקשר עם עד 16 התקנים באמצעות Daisy-Chain עם כבלי זוג מפותל במהירות של Mbits/s‏ 1. (מקור תמונה: Texas Instruments)

ממיר ADC‏ Bit‏-14‏ משתמש בייחוס פנימי עם כל יציאות התאים המומרות בתוך 2.4 מילי-שניות (ms‏). ה- bq76PL455A מנטר ומגלה מספר מצבי תקלה שונים, כולל מתח-יתר, תת-מתח, טמפרטורת-יתר ותקלות תקשורת. הוא תומך באיזון תאים פסיבי עם n-FETs חיצוניים, כמו גם איזון אקטיבי באמצעות דוחפי שער חיצוניים במטריצת מיתוג.

BMS זה מטפל בקלות במחרוזות עם פחות מהמקסימום של 16 תאים. ההגבלה היחידה כאשר עושים זאת היא שיש להשתמש בכניסות בסדר עולה, כאשר כל הכניסות שאינן בשימוש מחוברות ביחד עם הכניסה לכניסת _VSENSE עם השימוש הרב ביותר. לדוגמה, בתכן של 13 תאים, לא נעשה שימוש בכניסות VSENSE15, VSENSE14 ו- VSENSE16 (איור 7).

איור 7: ניתן להשתמש ב- bq76PL455A עם פחות מ- 16 תאים; במקרים אלה כניסות התאים שאינן בשימוש חייבות להיות הגבוהות ביותר בשרשרת. (מקור תמונה: Texas Instruments)

ICs אחרים, כגון Texas Instruments bq79616PAPRQ1, כוללים תמיכה בתצורת טבעת ותקשורת דו-כיוונית, המאפשרת למערכת להמשיך ולנטר את סטטוס הבריאות והבטיחות של מערך הסוללות (איור 8).

איור 8: ה- bq79616PAPRQ1 תומך בטופולוגיית טבעת דו-כיוונית עבור נתיב חיבוריות נוסף במקרה של נתק חוט או כשל צומת. (מקור תמונה: Texas Instruments)

אם יש תקלה, נתק או קצר בין שניים מה- ASIC לניטור סוללות בתצורה זו, מעבד הבקרה יוכל להמשיך לתקשר עם כל ה- -ASICs בניטור הסוללות על-ידי החלפת כיוון העברת ההודעות אחורה וקדימה. כך, אם תקשורת רגילה נתקלת בתקלה, המערכת יכולה לשמור על זמינות באמצעות טולרנס התקלה של מאפיין תקשורת הטבעת, ולעשות זאת ללא איבוד נתוני המתח והטמפרטורה ממודולי הסוללות. עבור מתכננים המעוניינים להתנסות עם ה- bq79616PAPRQ1‏, Texas Instruments מספקת את לוח ההערכה BQ79616EVM.

•LTC6813-1‏ מבית .Analog Devices, Inc: ה- LTC6813-1 הוא מנטר מערכי סוללות רבות-תאים מורשה לכלי-רכב המודד עד 18 תאי סוללה המחוברים בטור, עם שגיאת מדידה כוללת של פחות מ- mV‏ 2.2 באמצעות ממיר ADC דלתא-סיגמא Bit‏-16‏ עם מסנן רעש ניתן-לתכנות (איור 9). שימו לב שזהו מספר גבוה יותר של תאים ממה שחלק מה- ICs האחרים יכולים לתמוך ישירות. את כל 18 התאים ניתן למדוד בפחות מ- 290 מיקרו-שניות (μs), וניתן לבחור קצבי איסוף נתונים נמוכים יותר לטובת הפחתת רעש גבוהה יותר.

איור 9‏: ה- LTC6813-1 תומך במספר התאים הגבוה ביותר (18) ומשתמש בממיר ADC‏ Bit‏-16‏ כדי להשיג דיוק של mV‏ 2.2 וסריקת תאים במהירות גבוהה. (מקור התמונה: Analog Devices)

ניתן לחבר מספר התקני LTC6813-1 בטור, ובכך לאפשר ניטור תאים בו-זמני של מחרוזות ארוכות של סוללות מתח גבוה. ה- LTC6813-1 תומך בשני סוגים של יציאות טוריות: SPI סטנדרטי עם ארבעה-חוטים וממשק מבודד עם שני-חוטים (isoSPI‏). יציאת ארבעה-חוטים הלא-מבודדת מתאימה עבור קישורים במרחק קצר יותר ועבור יישומים מסוימים שאינם בכלי-רכב (איור 10).

איור 10: ה- LTC6813-1 תומך בחיבור SPI סטנדרטי עם ארבעה-חוטים עבור קישורים למרחק קצר יותר ועבור יישומים מסוימים שאינם בכלי-רכב. (מקור התמונה: Analog Devices)

יציאת התקשורת הטורית המבודדת של Mbit/s‏ 1 משתמשת בזוג מפותל יחיד למרחקים של עד 100 מטר עם רגישות ופליטות נמוכות של הפרעות אלקטרומגנטיות (EMI), שכן הממשק מיועד עבור שיעורי שגיאות מנות נמוכים גם כאשר הכבלים חשופים לשדות RF גבוה. יכולת הדו-כיוונית של Daisy-Chain זה מבטיחה תקינות תקשורת גם במקרה של תקלה, כגון חוט מנותק לאורך נתיב התקשורת.

בתצורה הדו-חוטית שלו, הבידוד מושג באמצעות שנאי חיצוני, עם אותות SPI סטנדרטיים המקודדים לפולסים דיפרנציאליים. עוצמת פולסי השידור ורמת הסף של המקלט מוגדרים על ידי שני נגדים חיצוניים, _B1‏R ו- _B2‏R (איור 11). ערכי הנגדים נבחרים על ידי המתכנן כדי לאפשר פשרה בין פיזור ההספק לבין החסינות לרעש.

איור 11‏: ה- LTC6813-1 מציע יציאת תקשורת טורית מבודדת-שנאי Mbit/s‏ 1 עם שני-חוטים באמצעות זוג מפותל יחיד עבור מרחקים של עד 100 מטר, עם פגיעות ופליטות EMI נמוכות. (מקור התמונה: Analog Devices)

את ה-LTC6813-1 ניתן להזין ישירות ממערך הסוללות אותו היא מנטרת או מהספקת-כוח מבודדת נפרדת. הוא כולל גם איזון פסיבי עבור כל תא, ביחד עם בקרת יחס-מחזור אינדיבידואלית באמצעות אפנון רוחב פולס (PWM).

סיכום

מדידה מדויקת של המתח, הזרם והטמפרטורה של תא בודד או מערך סוללות קטן עם מעט תאים היא אתגר טכני צנוע. עם זאת, מדידה מדויקת של אותם פרמטרים על תאים בודדים בתוך מחרוזת טורית - ולעשות זאת במערכים תעשייתיים ובכלי-רכב עם סטיית זמן זניחה בין תא לתא - מהווה אתגר גדול בגלל מספר התאים הגדול, CMV גבוה, רעש חשמלי, מחויבויות רגולטוריות ונושאים אחרים.

כפי שהוצג, המתכננים יכולים לפנות ל- ICs שתוכננו במיוחד עבור יישומים אלה. הם תומכים בבידוד הגלווני, בדיוק ובזמן הסריקה המהיר הנדרשים כדי לטפל בבעיות. כתוצאה מכך הם מספקים תוצאות מדויקות המאפשרות פעולה והחלטות קריטיות ברמה גבוהה עבור ניהול סוללות.