Inteligentna skrzynka przyłączeniowa z synchronizacją napięcia i prądu w pojazdach EV

Inteligentna skrzynka przyłączeniowa z synchronizacją napięcia i prądu w pojazdach EV

W miarę jak pojazdy elektryczne (EV) stają się coraz bardziej popularne, wyzwaniem dla producentów samochodów jest wyeliminowanie „niepokoju związanego z zasięgiem”, a jednocześnie uczynienie samochodu bardziej przystępnym cenowo.Przekłada się to na obniżenie kosztów akumulatorów przy wyższych gęstościach energii.Każda pojedyncza watogodzina zmagazynowana i pobrana z ogniw ma kluczowe znaczenie dla zwiększenia zasięgu jazdy.

Posiadanie dokładnych pomiarów napięcia, temperatury i prądu ma kluczowe znaczenie dla uzyskania najwyższej oceny stanu naładowania lub stanu zdrowia każdego ogniwa w systemie.

Główną funkcją systemu zarządzania baterią (BMS) jest monitorowanie napięć ogniw, napięć pakietów i prądu pakietów.Rysunek 1a przedstawia pakiet baterii w zielonym pudełku z wieloma ogniwami ułożonymi w stos.Jednostka nadzorująca ogniwa zawiera monitory ogniw sprawdzające napięcie i temperaturę ogniw.
Korzyści z inteligentnego BJB:

Eliminuje przewody i wiązki kablowe.
Poprawia pomiary napięcia i prądu przy niższym poziomie szumów.
Upraszcza tworzenie sprzętu i oprogramowania.Ponieważ monitory Pack i monitory komórkowe Texas Instruments (TI) pochodzą z tej samej rodziny urządzeń, ich architektura i mapy rejestrów są bardzo podobne.
Umożliwia producentom systemów synchronizację pomiarów napięcia i prądu pakietów.Małe opóźnienia synchronizacji zwiększają szacowanie stanu naładowania.
Pomiar napięcia, temperatury i prądu
Napięcie: Napięcie jest mierzone za pomocą podzielonych ciągów rezystorów.Pomiary te sprawdzają, czy przełączniki elektroniczne są otwarte czy zamknięte.
Temperatura: Pomiary temperatury monitorują temperaturę rezystora bocznikowego, aby MCU mógł zastosować kompensację, a także temperaturę styczników, aby upewnić się, że nie są obciążone
Prąd: Bieżące pomiary oparte są na:
Rezystor bocznikowy.Ponieważ prądy w EV mogą sięgać tysięcy amperów, te bocznikowe rezystory są niezwykle małe – w zakresie od 25 µOhm do 50 µOhm.
Czujnik Halla.Jego zakres dynamiczny jest zwykle ograniczony, dlatego czasami w systemie znajduje się wiele czujników do pomiaru całego zakresu.Czujniki z efektem Halla są z natury podatne na zakłócenia elektromagnetyczne.Możesz jednak umieścić te czujniki w dowolnym miejscu w systemie i z natury zapewniają one izolowany pomiar.
Synchronizacja napięcia i prądu

Synchronizacja napięcia i prądu to opóźnienie czasowe, które istnieje w celu próbkowania napięcia i prądu między monitorem pakietu a monitorem ogniwa.Pomiary te są wykorzystywane głównie do obliczania stanu naładowania i stanu zdrowia za pomocą spektroskopii elektroimpedancyjnej.Obliczenie impedancji ogniwa poprzez pomiar napięcia, prądu i mocy w ogniwie umożliwia BMS monitorowanie chwilowej mocy samochodu.

Napięcie ogniwa, napięcie pakietu i prąd pakietu muszą być zsynchronizowane w czasie, aby zapewnić jak najdokładniejsze oszacowanie mocy i impedancji.Pobieranie próbek w określonym przedziale czasu nazywane jest interwałem synchronizacji.Im mniejszy odstęp synchronizacji, tym dokładniejsze oszacowanie mocy lub oszacowanie impedancji.Błąd niezsynchronizowanych danych jest proporcjonalny.Im dokładniejsze oszacowanie stanu naładowania, tym więcej kilometrów uzyskają kierowcy.

Wymagania dotyczące synchronizacji

Systemy BMS nowej generacji będą wymagały zsynchronizowanych pomiarów napięcia i prądu w czasie krótszym niż 1 ms, ale spełnienie tego wymogu wiąże się z wyzwaniami:

Wszystkie monitory komórek i monitory paczek mają różne źródła zegara;w związku z tym pobrane próbki nie są z natury zsynchronizowane.
Każdy monitor komórek może mierzyć od sześciu do 18 komórek;dane każdej komórki mają długość 16 bitów.Istnieje wiele danych, które wymagają przesłania przez interfejs łańcuchowy, co może pochłonąć budżet czasowy przeznaczony na synchronizację napięcia i prądu.
Dowolny filtr, taki jak filtr napięciowy lub filtr prądowy, wpływa na ścieżkę sygnału, przyczyniając się do opóźnień synchronizacji napięcia i prądu.
Monitory akumulatorów BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 i BQ79612-Q1 firmy TI mogą utrzymywać zależność czasową, wydając polecenie uruchomienia ADC do monitora ogniwa i monitora pakietu.Te monitory baterii TI obsługują również opóźnione próbkowanie ADC, aby skompensować opóźnienie propagacji podczas przesyłania polecenia startu ADC w dół interfejsu szeregowego.

Wniosek

Ogromne wysiłki na rzecz elektryfikacji, jakie mają miejsce w przemyśle motoryzacyjnym, napędzają potrzebę zmniejszenia złożoności systemów BMS poprzez dodanie elektroniki w skrzynce przyłączeniowej, przy jednoczesnym zwiększeniu bezpieczeństwa systemu.Monitor pakietu może lokalnie mierzyć napięcia przed i za przekaźnikami, prąd płynący przez pakiet akumulatorów.Poprawa dokładności pomiarów napięcia i prądu bezpośrednio przełoży się na optymalne wykorzystanie baterii.

Skuteczna synchronizacja napięcia i prądu umożliwia precyzyjne obliczenia stanu zdrowia, stanu naładowania i spektroskopii impedancji elektrycznej, które pozwolą na optymalne wykorzystanie akumulatora w celu wydłużenia jego żywotności, a także zwiększenie zasięgu jazdy.