Интелигентна разклонителна кутия със синхронизация на напрежението и тока в EV

Интелигентна разклонителна кутия със синхронизация на напрежението и тока в EV

Тъй като електрическите превозни средства (EVs) стават все по-популярни, предизвикателството пред производителите на автомобили е да премахнат „тревожността за обхвата“ на водачите, като същевременно направят автомобила по-достъпен.Това означава по-ниска цена на батериите с по-висока енергийна плътност.Всеки един ватчас, съхранен и извлечен от клетките, е от решаващо значение за разширяване на обхвата на шофиране.

Наличието на точни измервания на напрежението, температурата и тока е от първостепенно значение за постигане на най-висока оценка на състоянието на заряда или здравословното състояние на всяка клетка в системата.

Основната функция на системата за управление на батерията (BMS) е да наблюдава напреженията на клетките, напреженията на пакета и тока на пакета.Фигура 1а показва комплект батерии в зелената кутия с множество подредени клетки.Блокът за надзор на клетките включва клетъчните монитори, проверяващи напрежението и температурата на клетките.
Предимства на интелигентния BJB:

Елиминира проводниците и кабелните снопове.
Подобрява измерванията на напрежението и тока с по-нисък шум.
Опростява разработката на хардуер и софтуер.Тъй като мониторите на Texas Instruments (TI) и клетъчните монитори идват от едно и също семейство устройства, тяхната архитектура и регистрационни карти са много сходни.
Позволява на производителите на системи да синхронизират измерванията на напрежението и тока на пакета.Малките закъснения на синхронизация подобряват оценките за състоянието на заряда.
Измерване на напрежение, температура и ток
Напрежение: Напрежението се измерва с помощта на разделени надолу резисторни низове.Тези измервания проверяват дали електронните ключове са отворени или затворени.
Температура: Измерванията на температурата следят температурата на шунтиращия резистор, така че MCU да може да приложи компенсация, както и температурата на контакторите, за да се увери, че не са натоварени
Ток: Текущите измервания се базират на:
Шунтиращ резистор.Тъй като токовете в EV могат да достигнат до хиляди ампера, тези шунтови резистори са изключително малки – в диапазона от 25 µOhms до 50 µOhms.
Сензор с ефект на Хол.Неговият динамичен обхват обикновено е ограничен, поради което понякога в системата има множество сензори за измерване на целия диапазон.Сензорите с ефект на Хол са по своята същност податливи на електромагнитни смущения.Можете обаче да поставите тези сензори навсякъде в системата и те по своята същност осигуряват изолирано измерване.
Синхронизация на напрежението и тока

Синхронизирането на напрежението и тока е закъснението във времето, което съществува за вземане на проби от напрежението и тока между монитора на пакета и монитора на клетката.Тези измервания се използват главно за изчисляване на състоянието на заряд и здравословното състояние чрез електроимпедансна спектроскопия.Изчисляването на импеданса на клетката чрез измерване на напрежението, тока и мощността в клетката позволява на BMS да следи моментната мощност на автомобила.

Напрежението на клетката, напрежението на пакета и токът на пакета трябва да бъдат синхронизирани по време, за да осигурят най-точните оценки на мощността и импеданса.Вземането на проби в рамките на определен интервал от време се нарича интервал на синхронизация.Колкото по-малък е интервалът на синхронизация, толкова по-точна е оценката на мощността или оценката на импеданса.Грешката на несинхронизираните данни е пропорционална.Колкото по-точна е оценката за състоянието на зареждането, толкова повече пробег получават шофьорите.

Изисквания за синхронизация

BMS от следващо поколение ще изискват синхронизирани измервания на напрежението и тока за по-малко от 1 ms, но има предизвикателства при изпълнението на това изискване:

Всички клетъчни монитори и пакетни монитори имат различни източници на часовник;следователно, получените проби не са по своята същност синхронизирани.
Всеки клетъчен монитор може да измерва от шест до 18 клетки;данните на всяка клетка са дълги 16 бита.Има много данни, които се нуждаят от предаване през последователен интерфейс, което може да изразходва бюджета за време, разрешен за синхронизация на напрежението и тока.
Всеки филтър като филтър за напрежение или филтър за ток влияе върху пътя на сигнала, допринасяйки за забавяне на синхронизацията на напрежението и тока.
Мониторите на батерията BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 и BQ79612-Q1 на TI могат да поддържат времева връзка чрез издаване на команда за стартиране на ADC към монитора на клетките и монитора на пакета.Тези TI монитори за батерии също поддържат отложено семплиране на ADC, за да компенсират забавянето на разпространението при предаване на командата за стартиране на ADC надолу по интерфейса на веригата.

Заключение

Огромните усилия за електрификация, които се случват в автомобилната индустрия, водят до необходимостта от намаляване на сложността на BMS чрез добавяне на електроника в разклонителната кутия, като същевременно се повишава безопасността на системата.Мониторът на пакета може локално да измерва напреженията преди и след релетата, тока през батерията.Подобренията в точността на измерванията на напрежението и тока директно ще доведат до оптимално използване на батерията.

Ефективната синхронизация на напрежението и тока позволява прецизни изчисления на състоянието на здравето, състоянието на заряд и спектроскопията на електрическия импеданс, които ще доведат до оптимално използване на батерията за удължаване на живота й, както и увеличаване на обхвата на шофиране.