Progettazione e realizzazione di un sistema di protezione batteria intelligente e innovativo definito Smart Battery Switch

The Smart Battery Switch is a fully electronic battery protection system with integrated logic. It has been designed to be used in battery powered applications, with a voltage range from 8V to 72V, compatible with lithium battery packs from 4S to 16S. The maximum current rating is 300A with spikes up to 500A. The current blocking function, realized by the mechanical switch in a standard contactor, here is implemented through two n-Mosfet transistors in common drain configuration. In order to achieve the current requirement, five of this Mosfet couples have been placed in parallel and the PCB has been designed to allow the thermal dissipation. The logic functions are realized by an integrated microcontroller. This microcontroller allows to read current and temperature signals, from integrated current and temperature sensors, and to use them in order to control the gate driver to implement over-current and over temperature protections by software. The microcontroller is also used to implement a CAN BUS communication though an isolated CAN BUS transceiver. Hardware short circuit and over-temperature protections are also included, these guarantee a faster response and a higher level of security than the software protections. The Smart Battery Switch has also been made waterproof employing IPX7 output connectors and incorporating it in an epoxy resin specifically developed for electronic circuits in order to have high thermal conduction.

Lo Smart Battery Switch costituisce un sistema di protezione batteria completamente elettronico con logica integrata. È stato realizzato per essere usato in applicazioni alimentate a batteria con tensioni da 8V a 72V, compatibile con pacchi batteria al litio da 4S a 16S, e con correnti nominali fino a 300A e picchi fino a 500A. Il bloccaggio della corrente, realizzato dall’interruttore meccanico in un contattore tradizionale, è stato implementato tramite due n-Mosfet in configurazione common drain. Per soddisfare le specifiche in corrente, cinque di queste coppie di Mosfet sono state poste in parallelo e la PCB è stata progettata per favorire la dissipazione del calore. Le funzioni logiche sono realizzate da un microcontrollore integrato. Il microcontrollore permette la lettura dei segnali di corrente e temperatura, provenienti dai sensori di corrente e temperatura integrati. Questi segnali sono utilizzati in modo da controllare il gate driver per implementare protezioni software da sovra corrente e temperatura. Il microcontrollore è utilizzato anche per realizzare la comunicazione CAN BUS attraverso un transceiver CAN BUS isolato. Sono state incluse anche protezioni hardware da corto circuito e da sovra temperatura, garantiscono una risposta più rapida rispetto alle protezioni software e un ulteriore livello di sicurezza. Lo Smart Battery Switch è stato inoltre reso waterproof utilizzando connettori d’uscita IPX7 ed inglobandolo in una resina epossidica specificatamente progettata per essere utilizzata con circuiti elettronici e per garantire la dissipazione del calore.