Cutie de joncțiune inteligentă cu sincronizare de tensiune și curent în vehiculele electrice

Cutie de joncțiune inteligentă cu sincronizare de tensiune și curent în vehiculele electrice

Pe măsură ce vehiculele electrice (EV) devin din ce în ce mai populare, provocarea pentru producătorii de automobile este de a elimina „anxietatea de autonomie” a șoferilor, făcând în același timp mașina mai accesibilă.Acest lucru se traduce prin reducerea costurilor bateriilor cu densități mai mari de energie.Fiecare wat-oră stocat și extras din celule este esențial pentru extinderea autonomiei.

A avea măsurători precise ale tensiunii, temperaturii și curentului este esențială pentru a obține cea mai înaltă estimare a stării de încărcare sau a stării de sănătate a fiecărei celule din sistem.

Funcția principală a unui sistem de management al bateriei (BMS) este de a monitoriza tensiunile celulelor, tensiunile pachetului și curentul pachetului.Figura 1a prezintă un pachet de baterii în caseta verde cu mai multe celule stivuite.Unitatea de supraveghere a celulei include monitoare de celule care verifică tensiunea și temperatura celulelor.
Beneficiile BJB inteligente:

Elimină firele și cablajele.
Îmbunătățește măsurătorile de tensiune și curent cu un zgomot mai mic.
Simplifica dezvoltarea hardware si software.Deoarece monitoarele de pachete Texas Instruments (TI) și monitoarele de celule provin din aceeași familie de dispozitive, arhitectura lor și hărțile de registru sunt toate foarte asemănătoare.
Permite producătorilor de sisteme să sincronizeze măsurătorile de tensiune și curent ale pachetului.Întârzierile mici de sincronizare îmbunătățesc estimările stării de încărcare.
Măsurarea tensiunii, temperaturii și curentului
Tensiune: Tensiunea este măsurată folosind șiruri de rezistențe împărțite.Aceste măsurători verifică dacă comutatoarele electronice sunt deschise sau închise.
Temperatura: Măsurătorile de temperatură monitorizează temperatura rezistorului de șunt, astfel încât MCU să poată aplica compensare, precum și temperatura contactoarelor pentru a se asigura că aceștia nu sunt solicitați.
Curent: Măsurătorile curente se bazează pe:
Un rezistor shunt.Deoarece curenții dintr-un EV pot ajunge până la mii de amperi, aceste rezistențe de șunt sunt extrem de mici – în intervalul de la 25 µOhmi la 50 µOhmi.
Un senzor cu efect hall.Gama sa dinamică este de obicei limitată, astfel încât uneori există mai mulți senzori în sistem pentru măsurarea întregului interval.Senzorii cu efect Hall sunt în mod inerent sensibili la interferențe electromagnetice.Cu toate acestea, puteți plasa acești senzori oriunde în sistem și oferă în mod inerent o măsurătoare izolată.
Sincronizare tensiune și curent

Sincronizarea tensiunii și curentului este timpul de întârziere care există pentru a eșantiona tensiunea și curentul dintre monitorul pachetului și monitorul celulei.Aceste măsurători sunt utilizate în principal pentru calcularea stării de încărcare și a stării de sănătate prin spectroscopie cu electroimpedanță.Calcularea impedanței celulei prin măsurarea tensiunii, curentului și puterii pe celulă permite BMS să monitorizeze puterea instantanee a mașinii.

Tensiunea celulei, tensiunea pachetului și curentul pachetului trebuie să fie sincronizate în timp pentru a oferi cele mai precise estimări de putere și impedanță.Prelevarea de mostre într-un anumit interval de timp se numește interval de sincronizare.Cu cât intervalul de sincronizare este mai mic, cu atât estimarea puterii sau a impedanței este mai precisă.Eroarea datelor nesincronizate este proporțională.Cu cât estimarea stării de încărcare este mai precisă, cu atât șoferii obțin mai mult kilometraj.

Cerințe de sincronizare

BMS-urile de generație următoare vor necesita măsurători sincronizate de tensiune și curent în mai puțin de 1 ms, dar există provocări în îndeplinirea acestei cerințe:

Toate monitoarele pentru celule și monitoarele pentru pachete au surse de ceas diferite;prin urmare, mostrele dobândite nu sunt sincronizate în mod inerent.
Fiecare monitor de celule poate măsura de la șase până la 18 celule;datele fiecărei celule au o lungime de 16 biți.Există o mulțime de date care trebuie transmise printr-o interfață în lanț, care ar putea consuma bugetul de sincronizare permis pentru sincronizarea tensiunii și a curentului.
Orice filtru, cum ar fi un filtru de tensiune sau un filtru de curent, influențează calea semnalului, contribuind la întârzierile de sincronizare a tensiunii și curentului.
Monitoarele de baterie BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 și BQ79612-Q1 de la TI pot menține o relație de timp prin emiterea unei comenzi de pornire ADC către monitorul celulei și monitorul pachetului.Aceste monitoare de baterie TI acceptă, de asemenea, eșantionarea ADC întârziată pentru a compensa întârzierea de propagare la transmiterea comenzii de pornire a ADC în interfața daisy-chain.

Concluzie

Eforturile masive de electrificare care au loc în industria auto conduc nevoia de a reduce complexitatea BMS-urilor prin adăugarea de electronice în cutia de joncțiune, sporind în același timp siguranța sistemului.Un monitor de pachet poate măsura local tensiunile înainte și după relee, curentul prin pachetul de baterii.Îmbunătățirea preciziei măsurătorilor de tensiune și curent va duce direct la utilizarea optimă a bateriei.

Sincronizarea eficientă a tensiunii și a curentului permite calcule precise ale stării de sănătate, ale stării de încărcare și ale spectroscopiei de impedanță electrică, care vor avea ca rezultat utilizarea optimă a bateriei pentru a prelungi durata de viață a acesteia, precum și creșterea intervalelor de rulare.