Rutronik GmbH
Avtorja: Stefan Hartmann, Jochen Neller
2019_279_29
Če električno ali hibridno vozilo stoji v poletni vročini ali se polni na hitri polnilnici, obstaja nevarnost trajnega poškodovanja baterije zaradi pregrevanja, čezmernega polnjenja ali globokega praznjenja. Zaradi tega je nujno neprekinjeno merjenje parametrov baterije v realnem času pri vseh pogojih delovanja. Še posebej pomembna je pri tem nizka poraba energije. Pri tem pomagajo enote za uro v realnem času.
BMS: enote za uro v realnem času
Ure v realnem času ob predpisanih časovnih intervalih prebudijo mikrokrmilnik iz načina izklopa, da lahko sistem za upravljanje baterije (angl. »Battery Management System« – BMS) redno meri napetost in temperaturo celic ter celotne baterije in ovrednoti podatke.
Integrirana ali diskretna rešitev?
To je izvedljivo z enotami za uro v realnem času (enotami RTC) ali z mikrokrmilniki z vgrajeno funkcijo za uro v realnem času in zunanjim kristalom. V prid enot z vgrajenim kristalom govorijo številni argumenti. To so predvsem višja zanesljivost, večja točnost in manjša poraba energije skupaj s preprostejšo zasnovo. Slednje je še posebej pomembno, če pri izpadu glavnega napajanja napajalno napetost ohranja alternativni vir energije.
Če pogledamo zasnovo, je pogosto podcenjena kompleksnost načrtovanja oscilatorja, zlasti za ure. To ne pomeni le, da ne dosežemo želene točnosti, ampak prihaja tudi do pogostejših izpadov, največkrat zaradi slabe zanesljivosti pri zagonu. Pogosto se namreč upoštevajo samo začetne tolerance kristala, torej največje odstopanje pri sobni temperaturi. To pogosto povzroča težave, saj imajo kristali v kiloherčnem območju frekvenčno karakteristiko z navzdol odprto parabolo.
To pomeni: Vsaka sprememba temperature povzroči zamujanje ure. Ta učinek je mogoče bistveno zmanjšati z vgrajeno temperaturno kompenzacijo, ki ne le kompenzira parabolične temperaturne karakteristike, ampak tudi začetno toleranco in s tem bistveno izboljša točnost.
Pri uporabi enote RTC z integriranim kristalom prevzame načrtovanje oscilatorja dobavitelj, ki polprevodnik in kristal vgradi v hermetično zaprto ohišje. Enote RTC so na voljo v različnih izvedbah in z različnimi posebnimi funkcijami, kot sta vgrajeni pomnilnik EEPROM ali temperaturno tipalo.
Tako vgrajeno temperaturno kompenzacijo imajo na primer enote RTC Epson serije RA8900CE. Z njo lahko v razponu obratovalne temperature od –40 do 85 °C dosežejo točnost +/– 3,4 ppm. Enote sestavlja polprevodnik z vmesnikom I2C in kristal v ohišju velikosti 3,2 x 2,5 mm. Za uporabo v električnih ali hibridnih vozilih so specificirani po standardu AEC-Q200. Poleg tega imajo vezje za samodejni preklop napajanja na alternativni vir napetosti (npr. superkondenzator) v primeru izpada glavnega napajanja. Za enote serije RA8900CE je v načinu pomožnega napajanja dovolj že tipično 700 nA pri napajalni napetosti 3 V.
Če potrebujete visoko točnost v razširjenem temperaturnem območju, priporočamo serijo Epson RA8804CE. Ta deluje v območju od 85 do 105 °C s točnostjo +/– 8 ppm, v območju od –40 do 85 °C pa s točnostjo +/– 3,4 ppm. Enote so specificirane po standardu AEC-Q100 in tipično porabijo le 350 nA pri napajalni napetosti 3 V ter izključenih vhodnih/izhodnih priključkih. Imajo tudi vhod za dogodke, s katerim je mogoče zunanje dogodke opremiti s časovno oznako.
Obe seriji tako izpolnjujeta vedno pogostejše zahteve po vedno večji točnosti v širokem temperaturnem območju pri manjših velikostih ohišja.
| Element | RA8804CE(XA) | RA8900CE(UA) | |
| Frekvenca | 32,768 kHz | 32,768 kHz | |
| Integrirano vezje | EPSON | EPSON | |
| Območje delovne temperature | od –40 do 105 ℃ | od –40 do 85 ℃ | |
| ftol | v območju od –40 do 85 ℃ | ± 3,4 ppm | ± 3,4 ppm |
| v območju od 85 do 105 ℃ | ± 8 ppm | ||
| Poraba toka (tipično)
0,35 μA pri VDD = 3 V |
0,4 μA pri VDD = 5 V | 0,72 μA pri VDD = 5 V | |
| 0,7 μA pri VDD = 3 V | |||
Tabela: Najpomembnejše značilnosti serij Epson:
Integracija v sistem BMS
Da je mogoče enote RTC čim lažje integrirati v sistem BMS, imata obe seriji t. i. časovnik s fiksnim ciklom (angl. »Fixed Cycle Timer«). Ta s predpisanim ritmom ponavlja impulz za prekinitev, ki lahko sproži nadzorno funkcijo v mikrokrmilniku. Časovnik se po prvem programiranju vsakič znova samodejno konfigurira, da začne novo meritev časa, tako da je potreba po komunikaciji z mikrokrmilnikom minimalna. To zmanjša tudi porabo energije v sistemu.
Posebej za sisteme BMS v avtomobilih so v podjetju Epson razvili celo serijo enot za uro v realnem času z vgrajenim kristalom. Temeljijo na procesni tehnologiji QMEMS. Tehnologija QMEMS uporablja za obdelavo kremenovih rezin fotolitografske procese, kar zagotavlja boljše lastnosti še posebej pri majhnih velikostih. To predvsem zmanjša notranjo izgubno moč in s tem porabo energije. Zaradi učinkovitih načinov izdelave so enote za uro v realnem času z vgrajenim kristalom tudi cenovno zelo ugodne, dodatni prednosti pa sta še nizka poraba energije in majhen fazni šum. Ker podjetje samo izdeluje tako kristal kot tudi polprevodniški del, so komponente medsebojno optimalno usklajene in je zagotovljena njihova razpoložljivost.
