Intelligent kopplingsdosa med spännings- och strömsynkronisering i elbilar

Intelligent kopplingsdosa med spännings- och strömsynkronisering i elbilar

I takt med att elfordon (EV) blir mer populära är utmaningen för biltillverkarna att ta bort förarnas "räckviddsångest" samtidigt som bilen blir mer prisvärd.Detta leder till att batteripaketen blir billigare med högre energidensiteter.Varje enskild wattimme som lagras och hämtas från cellerna är avgörande för att utöka räckvidden.

Att ha noggranna mätningar av spänning, temperatur och ström är avgörande för att uppnå den högsta uppskattningen av laddningstillståndet eller hälsotillståndet för varje cell i systemet.

Huvudfunktionen för ett batterihanteringssystem (BMS) är att övervaka cellspänningar, packspänningar och packström.Figur 1a visar ett batteripaket i den gröna rutan med flera celler staplade.Cellövervakningsenheten inkluderar cellmonitorer som kontrollerar spänningen och temperaturen hos cellerna.
Fördelar med intelligent BJB:

Eliminerar ledningar och kablage.
Förbättrar spännings- och strömmätningar med lägre brus.
Förenklar hård- och mjukvaruutveckling.Eftersom Texas Instruments (TI) packmonitorer och cellmonitorer kommer från samma familj av enheter, är deras arkitektur och registerkartor alla väldigt lika.
Gör det möjligt för systemtillverkare att synkronisera packspänning och strömmätningar.Små synkroniseringsfördröjningar förbättrar uppskattningar av laddningstillståndet.
Spänning, temperatur och strömmätning
Spänning: Spänningen mäts med hjälp av neddelade motståndssträngar.Dessa mätningar kontrollerar om de elektroniska brytarna är öppna eller stängda.
Temperatur: Temperaturmätningarna övervakar temperaturen på shuntmotståndet så att MCU:n kan tillämpa kompensation, såväl som temperaturen på kontaktorerna för att säkerställa att de inte belastas
Ström: De aktuella mätningarna är baserade på:
Ett shuntmotstånd.Eftersom strömmarna i en EV kan gå upp till tusentals ampere, är dessa shuntmotstånd extremt små – i intervallet 25 µOhms till 50 µOhms.
En halleffektsensor.Dess dynamiska omfång är vanligtvis begränsat, så ibland finns det flera sensorer i systemet för att mäta hela området.Hall-effektsensorer är i sig känsliga för elektromagnetiska störningar.Du kan dock placera dessa sensorer var som helst i systemet, och de ger i sig en isolerad mätning.
Spänning och strömsynkronisering

Spännings- och strömsynkronisering är den tidsfördröjning som finns för att sampla spänningen och strömmen mellan packmonitorn och cellmonitorn.Dessa mätningar används främst för att beräkna laddningstillstånd och hälsotillstånd genom elektroimpedansspektroskopi.Genom att beräkna cellens impedans genom att mäta spänningen, strömmen och effekten över cellen kan BMS övervaka bilens momentana effekt.

Cellspänningen, packspänningen och packströmmen måste vara tidssynkroniserade för att ge de mest exakta effekt- och impedansuppskattningarna.Att ta prover inom ett visst tidsintervall kallas synkroniseringsintervallet.Ju mindre synkroniseringsintervall, desto mer exakt effektuppskattning eller impedansuppskattning.Felet för osynkroniserade data är proportionellt.Ju mer exakt laddningsuppskattningen är, desto mer körsträcka får förare.

Synkroniseringskrav

Nästa generations BMS kommer att kräva synkroniserade spännings- och strömmätningar på mindre än 1 ms, men det finns utmaningar med att uppfylla detta krav:

Alla cellmonitorer och packmonitorer har olika klockkällor;därför är de insamlade samplen inte i sig synkroniserade.
Varje cellmonitor kunde mäta från sex till 18 celler;varje cells data är 16 bitar lång.Det finns mycket data som behöver överföras över ett seriekopplingsgränssnitt, vilket kan förbruka den tidsbudget som tillåts för spännings- och strömsynkronisering.
Alla filter som ett spänningsfilter eller ett strömfilter påverkar signalvägen, vilket bidrar till spännings- och strömsynkroniseringsfördröjningar.
TI:s BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 och BQ79612-Q1 batterimonitorer kan upprätthålla ett tidsförhållande genom att utfärda ett ADC-startkommando till cellmonitorn och packmonitorn.Dessa TI-batterimonitorer stöder också fördröjd ADC-sampling för att kompensera för utbredningsfördröjningen vid sändning av ADC-startkommandot ner i seriekopplingsgränssnittet.

Slutsats

De massiva elektrifieringsarbetet som sker inom bilindustrin driver behovet av att minska komplexiteten hos BMS genom att lägga till elektronik i kopplingsboxen, samtidigt som systemsäkerheten förbättras.En paketmonitor kan lokalt mäta spänningarna före och efter reläerna, strömmen genom batteripaketet.Noggrannhetsförbättringarna i spännings- och strömmätningar kommer direkt att resultera i optimalt utnyttjande av ett batteri.

Effektiv spännings- och strömsynkronisering möjliggör exakta hälsotillstånd, laddningstillstånd och elektriska impedansspektroskopiberäkningar som kommer att resultera i optimalt utnyttjande av batteriet för att förlänga dess livslängd, samt öka körräckvidden.