Intelligent koblingsboks med spennings- og strømsynkronisering i elbiler

Intelligent koblingsboks med spennings- og strømsynkronisering i elbiler

Etter hvert som elektriske kjøretøyer (EV-er) blir mer populære, er utfordringen for bilprodusentene å fjerne sjåførenes «rekkeviddeangst» og samtidig gjøre bilen rimeligere.Dette betyr at batteripakkene blir billigere med høyere energitettheter.Hver eneste wattime som lagres og hentes fra cellene er avgjørende for å utvide kjørerekkevidden.

Å ha nøyaktige målinger av spenning, temperatur og strøm er avgjørende for å oppnå den høyeste estimeringen av ladetilstanden eller helsetilstanden til hver celle i systemet.

Hovedfunksjonen til et batteristyringssystem (BMS) er å overvåke cellespenninger, pakkespenninger og pakkestrøm.Figur 1a viser en batteripakke i den grønne boksen med flere celler stablet.Celleovervåkingsenheten inkluderer cellemonitorer som kontrollerer spenningen og temperaturen til cellene.
Fordeler med intelligent BJB:

Eliminerer ledninger og ledningsnett.
Forbedrer spennings- og strømmålinger med lavere støy.
Forenkler maskinvare- og programvareutvikling.Fordi Texas Instruments (TI) pakkemonitor og cellemonitorer kommer fra samme familie av enheter, er deres arkitektur og registerkart veldig like.
Gjør det mulig for systemprodusenter å synkronisere pakkespennings- og strømmålinger.Små synkroniseringsforsinkelser forbedrer ladetilstandsestimatene.
Spennings-, temperatur- og strømmåling
Spenning: Spenningen måles ved hjelp av neddelte motstandsstrenger.Disse målingene kontrollerer om de elektroniske bryterne er åpne eller lukkede.
Temperatur: Temperaturmålingene overvåker temperaturen på shuntmotstanden slik at MCU kan bruke kompensasjon, samt temperaturen på kontaktorene for å sikre at de ikke blir belastet
Strøm: De nåværende målingene er basert på:
En shuntmotstand.Fordi strømmene i en EV kan gå opp til tusenvis av ampere, er disse shuntmotstandene ekstremt små – i området 25 µOhms til 50 µOhms.
En hall-effekt sensor.Det dynamiske området er vanligvis begrenset, og noen ganger er det derfor flere sensorer i systemet for å måle hele området.Hall-effektsensorer er iboende mottakelige for elektromagnetisk interferens.Du kan imidlertid plassere disse sensorene hvor som helst i systemet, og de gir i seg selv en isolert måling.
Spennings- og strømsynkronisering

Spennings- og strømsynkronisering er tidsforsinkelsen som eksisterer for å prøve spenningen og strømmen mellom pakkemonitoren og cellemonitoren.Disse målingene brukes hovedsakelig for å beregne ladetilstand og helsetilstand gjennom elektroimpedansspektroskopi.Ved å beregne impedansen til cellen ved å måle spenningen, strømmen og effekten over cellen, kan BMS overvåke bilens øyeblikkelige kraft.

Cellespenningen, pakkespenningen og pakkestrømmen må være tidssynkronisert for å gi de mest nøyaktige effekt- og impedansestimeringene.Å ta prøver innenfor et visst tidsintervall kalles synkroniseringsintervallet.Jo mindre synkroniseringsintervall, desto mer nøyaktig er effektestimatet eller impedansestimatet.Feilen til ikke-synkroniserte data er proporsjonal.Jo mer nøyaktig kostnadsberegningen er, jo mer kjørelengde får sjåførene.

Synkroniseringskrav

Neste generasjons BMS-er vil kreve synkroniserte spennings- og strømmålinger på mindre enn 1 ms, men det er utfordringer med å oppfylle dette kravet:

Alle cellemonitorer og pakkemonitorer har forskjellige klokkekilder;derfor er prøvene som er innhentet ikke iboende synkroniserte.
Hver cellemonitor kunne måle fra seks til 18 celler;hver celles data er 16 biter lange.Det er mye data som må overføres over et seriekoblingsgrensesnitt, som kan forbruke tidsbudsjettet som er tillatt for spennings- og strømsynkronisering.
Ethvert filter som et spenningsfilter eller et strømfilter påvirker signalveien, og bidrar til spennings- og strømsynkroniseringsforsinkelser.
TIs BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 og BQ79612-Q1 batterimonitorer kan opprettholde et tidsforhold ved å gi en ADC-startkommando til cellemonitoren og pakkemonitoren.Disse TI-batterimonitorene støtter også forsinket ADC-sampling for å kompensere for utbredelsesforsinkelsen ved overføring av ADC-startkommandoen nedover kjedegrensesnittet.

Konklusjon

Den massive elektrifiseringsinnsatsen som skjer i bilindustrien driver behovet for å redusere kompleksiteten til BMS-er ved å legge til elektronikk i koblingsboksen, samtidig som systemsikkerheten forbedres.En pakkemonitor kan lokalt måle spenningene før og etter reléene, strømmen gjennom batteripakken.Nøyaktighetsforbedringene i spennings- og strømmålinger vil direkte resultere i optimal utnyttelse av et batteri.

Effektiv spennings- og strømsynkronisering muliggjør nøyaktige helsetilstand, ladetilstand og elektrisk impedansspektroskopiberegninger som vil resultere i optimal utnyttelse av batteriet for å forlenge levetiden, samt øke kjørerekkevidden.