Inteligentna razvodna kutija sa sinkronizacijom napona i struje u električnim vozilima

Inteligentna razvodna kutija sa sinkronizacijom napona i struje u električnim vozilima

Kako električna vozila (EV) postaju sve popularnija, izazov za proizvođače automobila je ukloniti vozačevu "brigu oko dometa", a pritom učiniti automobil pristupačnijim.To se pretvara u smanjenje troškova baterija s većom gustoćom energije.Svaki pojedini vat-sat pohranjen i izvučen iz ćelija ključan je za proširenje dometa vožnje.

Posjedovanje točnih mjerenja napona, temperature i struje ključno je za postizanje najviše procjene stanja napunjenosti ili zdravstvenog stanja svake ćelije u sustavu.

Glavna funkcija sustava za upravljanje baterijama (BMS) je praćenje napona ćelija, napona paketa i struje paketa.Slika 1a prikazuje bateriju u zelenoj kutiji s više naslaganih ćelija.Jedinica za nadzor ćelije uključuje monitore ćelija koji provjeravaju napon i temperaturu ćelija.
Prednosti inteligentnog BJB-a:

Eliminira žice i kabelske svežnjake.
Poboljšava mjerenja napona i struje uz manji šum.
Pojednostavljuje razvoj hardvera i softvera.Budući da Texas Instruments (TI) paket monitora i monitori ćelija dolaze iz iste obitelji uređaja, njihova arhitektura i mape registra su vrlo slične.
Omogućuje proizvođačima sustava sinkronizaciju mjerenja napona i struje paketa.Mala kašnjenja sinkronizacije poboljšavaju procjene stanja napunjenosti.
Mjerenje napona, temperature i struje
Napon: napon se mjeri pomoću podijeljenih nizova otpornika.Ova mjerenja provjeravaju jesu li elektronički prekidači otvoreni ili zatvoreni.
Temperatura: Mjerenja temperature prate temperaturu shunt otpornika kako bi MCU mogao primijeniti kompenzaciju, kao i temperaturu kontaktora kako bi se osiguralo da nisu pod stresom
Struja: trenutna mjerenja temelje se na:
Shunt otpornik.Budući da struje u EV-u mogu ići do tisuća ampera, ovi šant otpornici su iznimno mali – u rasponu od 25 µOhma do 50 µOhma.
Senzor Hall-efekta.Njegov dinamički raspon je obično ograničen, stoga ponekad u sustavu postoji više senzora za mjerenje cijelog raspona.Senzori s Hallovim efektom inherentno su osjetljivi na elektromagnetske smetnje.Međutim, ove senzore možete postaviti bilo gdje u sustavu i oni sami po sebi pružaju izolirano mjerenje.
Sinkronizacija napona i struje

Sinkronizacija napona i struje je vremensko kašnjenje koje postoji za uzorkovanje napona i struje između monitora paketa i monitora ćelije.Ova mjerenja se uglavnom koriste za izračun stanja napunjenosti i zdravstvenog stanja putem spektroskopije elektroimpedancije.Izračunavanje impedancije ćelije mjerenjem napona, struje i snage u ćeliji omogućuje BMS-u praćenje trenutne snage automobila.

Napon ćelije, napon paketa i struja paketa moraju biti vremenski sinkronizirani kako bi se pružile najtočnije procjene snage i impedancije.Uzimanje uzoraka unutar određenog vremenskog intervala naziva se interval sinkronizacije.Što je interval sinkronizacije manji, to je procjena snage ili impedancije točnija.Pogreška nesinkroniziranih podataka je proporcionalna.Što je točnija procjena stanja napunjenosti, vozači dobivaju više kilometara.

Zahtjevi za sinkronizaciju

BMS-ovi sljedeće generacije zahtijevat će sinkronizirana mjerenja napona i struje za manje od 1 ms, ali postoje izazovi u ispunjavanju ovog zahtjeva:

Svi monitori ćelija i monitori paketa imaju različite izvore takta;stoga, dobiveni uzorci nisu inherentno sinkronizirani.
Svaki monitor stanica mogao je mjeriti od šest do 18 stanica;podaci svake ćelije dugi su 16 bita.Postoji mnogo podataka koje je potrebno prenijeti preko sučelja u nizu, što bi moglo potrošiti vremenski proračun dopušten za sinkronizaciju napona i struje.
Svaki filtar kao što je filter napona ili filtar struje utječe na put signala, pridonoseći kašnjenju sinkronizacije napona i struje.
TI-jevi BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 i BQ79612-Q1 monitori baterija mogu održavati vremenski odnos izdavanjem naredbe za pokretanje ADC monitoru ćelije i monitoru paketa.Ovi TI monitori baterija također podržavaju odgođeno uzorkovanje ADC-a kako bi se kompenziralo kašnjenje širenja pri prijenosu naredbe za pokretanje ADC-a niz sučelje u nizu.

Zaključak

Ogromni napori na elektrifikaciji koji se događaju u automobilskoj industriji pokreću potrebu za smanjenjem složenosti BMS-a dodavanjem elektronike u razvodnu kutiju, istovremeno povećavajući sigurnost sustava.Monitor paketa može lokalno mjeriti napone prije i nakon releja, struju kroz bateriju.Poboljšanja točnosti mjerenja napona i struje izravno će rezultirati optimalnim korištenjem baterije.

Učinkovita sinkronizacija napona i struje omogućuje precizne izračune spektroskopije stanja zdravlja, stanja napunjenosti i električne impedancije, što će rezultirati optimalnim korištenjem baterije za produljenje njezinog vijeka, kao i povećanjem dometa vožnje.