Sistema di gestione della batteria difettoso in un richiamo delle batterie di EV per un costo di 900 milioni di dollari

A causa di un difetto al sistemi di gestione batteria (BMS), di recente sono stati richiamati 82.000 veicoli elettrici (EV) Kona per la sostituzione dei gruppi batteria agli ioni di litio (Li-ion) che potevano dare origine a un incendio (Figura 1). Questo evento porta a fare diverse riflessioni. Il richiamo, costato quasi un miliardo di dollari, è uno dei più importanti di sempre.

Figura 1: Hyundai Motor Co. sta sostituendo le batterie in circa 82.000 EV Kona e in altri due EV venduti in tutto il mondo, a causa di potenziali rischi di incendio. (Immagine per gentile concessione di Hyundai Motor Co.)

Non si trattava solo di un problema di batterie. Secondo un rapporto apparso sul Korea Herald, "I test del laboratorio statale Korea Automobile Testing & Research Institute (KATRI) hanno dimostrato che non sono stati né il separatore della batteria né le celle disallineate a causare l'incendio nei veicoli. È emerso che il sistema di gestione della batteria Hyundai non era stato applicato in modo appropriato nel sistema di ricarica rapida".

Il rapporto dichiarava inoltre che: "Il [Ministero del Territorio, delle Infrastrutture e dei Trasporti] ha riscontrato che alcune celle di batterie difettose prodotte nello stabilimento di LG a Nanjing dal luglio 2017 al 2019 comportano potenziali rischi di incendio" e che, in un richiamo precedente, "Hyundai aveva aggiornato il BMS per limitare al 90% la carica massima", ma il richiamo era stato sollecitato dopo che aveva preso fuoco un veicolo che aveva ricevuto l'aggiornamento software.

Le batterie agli ioni di litio sono utilizzate in diverse applicazioni, tra cui robot mobili, biciclette elettriche (e-bike), droni, utensili elettrici, dispositivi medici portatili e altri ancora, non solo nei veicoli elettrici. Il richiamo di Hyundai evidenzia quanto sia decisivo poter avere progetti BMS efficienti e batterie agli ioni di litio di alta qualità.

Fortunatamente, i progettisti hanno più scelte per progettare i sistemi BMS, tra cui schede di valutazione e progetti di riferimento per accelerare il processo. Diamo uno sguardo a diverse soluzioni BMS disponibili per EV e grandi robot mobili di Texas Instruments, per biciclette elettriche e piccoli robot mobili di Maxim Integrated e droni, rover, utensili elettrici e dispositivi medici portatili di NXP Semiconductors.

BMS per un massimo di 560 celle

BQ79616-Q1 di Texas Instruments è un dispositivo qualificato QEC-Q100 e conforme ad ASIL-D che permette il bilanciamento autonomo delle celle e il monitoraggio della temperatura interna. In caso di sovratemperatura, supporta la pausa e la ripresa automatica del bilanciamento. BQ79616-Q1 fornisce misurazioni di alta precisione della tensione delle celle in meno di 200 microsecondi per un numero di celle fra sei e sedici.

Per accelerare lo sviluppo di applicazioni BMS, Texas Instruments offre la scheda di valutazione BQ79616EVM-021 (Figura 2). Per supportare i gruppi batteria agli ioni di litio per veicoli elettrici con un massimo di 560 celle, è possibile collegare fino a 35 dispositivi BQ79616-Q1.

Figura 2: Ogni BQ79616EVM può gestire fino a 16 celle agli ioni di litio ed è possibile impilare fino a 35 moduli BQ79616EVM. (Immagine per gentile concessione di Texas Instruments)

Biciclette elettriche e piccoli robot mobili

Per i progettisti di biciclette elettriche, piccoli robot mobili e utensili elettrici, Maxim Integrated offre DS2788E+ per monitorare corrente, tensione, velocità di scarica e temperatura (Figura 3). Stima anche la capacità disponibile per le batterie agli ioni di litio e litio-polimero. Una EEPROM su chip memorizza le caratteristiche delle celle e i parametri dell'applicazione. La stima della capacità è riportata come percentuale della carica completa in milliampere/ore. Per semplificare la visualizzazione dello stato di carica, DS2788E+ include driver per display a LED. Per accelerare l'avvio dei progetti, Maxim offre la scheda di valutazione per la gestione del consumo energetico con indicatore di carica DS2788 DS2788EVKIT+.

Figura 3: Per semplificare la visualizzazione dello stato di carica dei gruppi batteria al litio, DS2788 include driver per display a LED. (Immagine per gentile concessione di Maxim Integrated)

BMS per 3-6 celle

Per i progettisti di droni, rover, scooter, utensili elettrici e dispositivi medici portatili che utilizzano da 3 a 6 celle, NXP offre il progetto di riferimento BMS RDDRONE-BMS772 (Figura 4), basato su MC33772B, un controller delle celle delle batterie agli ioni di litio a 6 canali. Il controller esegue la conversione analogico/digitale sulle tensioni e correnti differenziali delle celle per fornire il conteggio dei Coulomb di carica della batteria e le misure della sua temperatura. Quando viene utilizzato nei droni, il progetto di riferimento può comunicare con una FMU (Flight Management Unit) attraverso UAVCAN e/o un SMBus.

Figura 4: Il progetto di riferimento RDDRONE-BMS772 può comunicare con una FMU attraverso UAVCAN e/o un SMBus. (Immagine per gentile concessione di NXP)

Il progetto di riferimento RDDRONE-BMS772 offre:

• Supporto per gruppi batteria da 3 a 6 celle con tensioni da 6,0 a 26 V
• Precisione di ±5,0 mV quando si misurano le tensioni del gruppo e delle celle
• Bilanciamento attivo delle celle mentre il gruppo è in carica
• Supporta l'autenticazione della batteria
• Supporto per comunicazione CAN, I²C e NFC
• Include una modalità di sospensione profonda a bassa corrente di dispersione (per lo stoccaggio e il trasporto)

Conclusione

Quando nei richiami di massa di auto EV si accenna alle batterie, molti sono pronti a presumere che siano loro le responsabili, a causa delle sostanze chimiche e delle strutture coinvolte nella loro produzione. Ma, come sottolinea questo caso particolare, si tratta di conclusioni troppo semplicistiche. È fondamentale tener conto dell'importanza del rapporto sinergico tra la batteria e il BMS. Oltre a batterie agli ioni di litio di alta qualità, i progettisti devono essere molto attenti alle loro scelte di progettazione del BMS e approfittare delle schede di valutazione e dei progetti di riferimento disponibili per testare e verificare tali scelte.