Інтелектуальна розподільна коробка з синхронізацією напруги та струму в електромобілях

Інтелектуальна розподільна коробка з синхронізацією напруги та струму в електромобілях

Оскільки електромобілі (EV) стають все більш популярними, завдання для виробників автомобілів полягає в тому, щоб позбутися «тривоги про запас ходу», зробивши автомобіль більш доступним.Це призводить до зниження вартості акумуляторних батарей з більш високою щільністю енергії.Кожна ват-година, що зберігається та витягується з елементів, має вирішальне значення для розширення запасу ходу.

Наявність точних вимірювань напруги, температури та струму має першорядне значення для досягнення найвищої оцінки стану заряду або стану здоров’я кожної клітинки в системі.

Основною функцією системи керування акумулятором (BMS) є моніторинг напруги елемента, напруги та струму акумулятора.На малюнку 1а показано акумуляторну батарею в зеленій коробці з кількома елементами, які розташовані в стопці.Блок нагляду за елементами включає монітори осередку, які перевіряють напругу та температуру елементів.
Переваги інтелектуального BJB:

Усуває дроти та джгути кабелів.
Покращує вимірювання напруги та струму з меншим шумом.
Спрощує розробку апаратного та програмного забезпечення.Оскільки монітори Texas Instruments (TI) і стільникові монітори походять з одного сімейства пристроїв, їх архітектура та карти реєстрів дуже схожі.
Дозволяє виробникам систем синхронізувати вимірювання напруги та струму блоку.Невеликі затримки синхронізації покращують оцінку стану заряду.
Вимірювання напруги, температури та струму
Напруга: напруга вимірюється за допомогою розділених ланцюжків резисторів.Ці вимірювання перевіряють, розімкнуті чи закриті електронні вимикачі.
Температура: вимірювання температури контролюють температуру шунтирующего резистора, щоб MCU міг застосувати компенсацію, а також температуру контакторів, щоб переконатися, що вони не напружені.
Поточний: поточні вимірювання базуються на:
Шунтуючий резистор.Оскільки струми в електромобілях можуть досягати тисячі ампер, ці шунтируючі резистори надзвичайно малі – в діапазоні від 25 мкОм до 50 мкОм.
Датчик ефекту Холла.Його динамічний діапазон зазвичай обмежений, тому іноді в системі є кілька датчиків для вимірювання всього діапазону.Датчики Холла за своєю природою чутливі до електромагнітних перешкод.Однак ви можете розмістити ці датчики в будь-якому місці системи, і вони за своєю суттю забезпечують ізольовані вимірювання.
Синхронізація напруги та струму

Синхронізація напруги та струму – це часова затримка, яка існує для вибірки напруги та струму між монітором пакета та монітором елемента.Ці вимірювання в основному використовуються для розрахунку стану заряду та стану здоров’я за допомогою електроімпедансної спектроскопії.Розрахунок опору елемента шляхом вимірювання напруги, струму та потужності на елементі дозволяє BMS контролювати миттєву потужність автомобіля.

Напруга елемента, напруга блоку та струм блоку повинні бути синхронізовані за часом, щоб забезпечити найточніші оцінки потужності та опору.Взяття проб протягом певного інтервалу часу називається інтервалом синхронізації.Чим менший інтервал синхронізації, тим точніше оцінка потужності або імпедансу.Похибка несинхронізованих даних пропорційна.Чим точніше оцінка стану заряду, тим більше пробігу отримують водії.

Вимоги до синхронізації

BMS нового покоління вимагатимуть синхронізованих вимірювань напруги та струму менш ніж за 1 мс, але у виконанні цієї вимоги існують певні проблеми:

Усі монітори стільникових та пакетних моніторів мають різні джерела тактування;отже, отримані зразки не є синхронізованими.
Кожен монітор клітини міг вимірювати від шести до 18 клітин;Дані кожної клітинки мають довжину 16 біт.Існує багато даних, які потребують передачі через шлейфовий інтерфейс, що може спожити бюджет часу, дозволений для синхронізації напруги та струму.
Будь-який фільтр, такий як фільтр напруги або фільтр струму, впливає на шлях сигналу, сприяючи затримкам синхронізації напруги та струму.
Монітори батареї BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 і BQ79612-Q1 від TI можуть підтримувати тимчасове співвідношення, видаляючи команду запуску АЦП на монітор осередку та монітор комплекту.Ці монітори батареї TI також підтримують відкладену вибірку АЦП, щоб компенсувати затримку поширення під час передачі команди запуску АЦП по інтерфейсу послідовного ланцюга.

Висновок

Масові зусилля з електрифікації, що проводяться в автомобільній промисловості, викликають необхідність зменшити складність BMS шляхом додавання електроніки в розподільну коробку, одночасно підвищуючи безпеку системи.Монітор блоку може локально вимірювати напругу до і після реле, струм через акумуляторну батарею.Підвищення точності вимірювань напруги та струму безпосередньо призведе до оптимального використання батареї.

Ефективна синхронізація напруги та струму забезпечує точні розрахунки спектроскопії стану здоров’я, стану заряду та електричного імпедансу, що призведе до оптимального використання батареї для продовження терміну її служби, а також збільшення запасу ходу.