Έξυπνο κουτί διακλάδωσης με συγχρονισμό τάσης και ρεύματος σε EV

Έξυπνο κουτί διακλάδωσης με συγχρονισμό τάσης και ρεύματος σε EV

Καθώς τα ηλεκτρικά οχήματα (EV) γίνονται όλο και πιο δημοφιλή, η πρόκληση για τους κατασκευαστές αυτοκινήτων είναι να αφαιρέσουν το «άγχος αυτονομίας» των οδηγών, ενώ παράλληλα κάνουν το αυτοκίνητο πιο προσιτό.Αυτό μεταφράζεται στο να κάνει τα πακέτα μπαταριών χαμηλότερο κόστος με υψηλότερη ενεργειακή πυκνότητα.Κάθε βατώρα που αποθηκεύεται και ανακτάται από τις κυψέλες είναι κρίσιμης σημασίας για την επέκταση της αυτονομίας οδήγησης.

Η ύπαρξη ακριβών μετρήσεων τάσης, θερμοκρασίας και ρεύματος είναι υψίστης σημασίας για την επίτευξη της υψηλότερης εκτίμησης της κατάστασης φόρτισης ή της κατάστασης υγείας κάθε στοιχείου στο σύστημα.

Η κύρια λειτουργία ενός συστήματος διαχείρισης μπαταριών (BMS) είναι να παρακολουθεί τις τάσεις της κυψέλης, τις τάσεις συσκευασίας και το ρεύμα συσκευασίας.Το σχήμα 1α δείχνει μια μπαταρία στο πράσινο πλαίσιο με πολλαπλά κελιά στοιβαγμένα.Η μονάδα επόπτη κυψέλης περιλαμβάνει τις οθόνες κυψέλης που ελέγχουν την τάση και τη θερμοκρασία των κυψελών.
Πλεονεκτήματα του έξυπνου BJB:

Εξαλείφει τα καλώδια και τις πλεξούδες καλωδίων.
Βελτιώνει τις μετρήσεις τάσης και ρεύματος με χαμηλότερο θόρυβο.
Απλοποιεί την ανάπτυξη υλικού και λογισμικού.Επειδή οι οθόνες του πακέτου Texas Instruments (TI) και οι οθόνες κυψέλης προέρχονται από την ίδια οικογένεια συσκευών, η αρχιτεκτονική και οι χάρτες καταχώρισης τους είναι όλοι πολύ παρόμοιοι.
Επιτρέπει στους κατασκευαστές συστημάτων να συγχρονίζουν τις μετρήσεις τάσης και ρεύματος πακέτου.Οι μικρές καθυστερήσεις συγχρονισμού ενισχύουν τις εκτιμήσεις κατάστασης φόρτισης.
Μέτρηση τάσης, θερμοκρασίας και ρεύματος
Τάση: Η τάση μετριέται χρησιμοποιώντας διαιρεμένες σειρές αντιστάσεων.Αυτές οι μετρήσεις ελέγχουν εάν οι ηλεκτρονικοί διακόπτες είναι ανοιχτοί ή κλειστοί.
Θερμοκρασία: Οι μετρήσεις θερμοκρασίας παρακολουθούν τη θερμοκρασία της αντίστασης διακλάδωσης έτσι ώστε η MCU να μπορεί να εφαρμόσει αντιστάθμιση, καθώς και τη θερμοκρασία των επαφών για να βεβαιωθεί ότι δεν καταπονούνται
Ρεύμα: Οι τρέχουσες μετρήσεις βασίζονται σε:
Μια αντίσταση διακλάδωσης.Επειδή τα ρεύματα σε ένα EV μπορούν να ανέλθουν σε χιλιάδες αμπέρ, αυτές οι αντιστάσεις διακλάδωσης είναι εξαιρετικά μικρές – στην περιοχή από 25 µOhms έως 50 µOhms.
Ένας αισθητήρας εφέ αίθουσας.Το δυναμικό εύρος του είναι συνήθως περιορισμένο, επομένως, μερικές φορές υπάρχουν πολλοί αισθητήρες στο σύστημα για τη μέτρηση ολόκληρου του εύρους.Οι αισθητήρες φαινομένου Hall είναι εγγενώς ευαίσθητοι σε ηλεκτρομαγνητικές παρεμβολές.Ωστόσο, μπορείτε να τοποθετήσετε αυτούς τους αισθητήρες οπουδήποτε στο σύστημα και παρέχουν εγγενώς μια μεμονωμένη μέτρηση.
Συγχρονισμός τάσης και ρεύματος

Ο συγχρονισμός τάσης και ρεύματος είναι η χρονική καθυστέρηση που υπάρχει για τη δειγματοληψία της τάσης και του ρεύματος μεταξύ της οθόνης πακέτων και της οθόνης κυψέλης.Αυτές οι μετρήσεις χρησιμοποιούνται κυρίως για τον υπολογισμό της κατάστασης φόρτισης και της κατάστασης της υγείας μέσω φασματοσκοπίας ηλεκτρο-σύνθετης αντίστασης.Ο υπολογισμός της σύνθετης αντίστασης του στοιχείου μετρώντας την τάση, το ρεύμα και την ισχύ σε όλη την κυψέλη επιτρέπει στο BMS να παρακολουθεί τη στιγμιαία ισχύ του αυτοκινήτου.

Η τάση του στοιχείου, η τάση του πακέτου και το ρεύμα του πακέτου πρέπει να συγχρονιστούν χρονικά για να παρέχουν τις πιο ακριβείς εκτιμήσεις ισχύος και σύνθετης αντίστασης.Η λήψη δειγμάτων μέσα σε ένα συγκεκριμένο χρονικό διάστημα ονομάζεται διάστημα συγχρονισμού.Όσο μικρότερο είναι το διάστημα συγχρονισμού, τόσο πιο ακριβής είναι η εκτίμηση ισχύος ή η εκτίμηση της σύνθετης αντίστασης.Το σφάλμα των μη συγχρονισμένων δεδομένων είναι ανάλογο.Όσο πιο ακριβής είναι η εκτίμηση της κατάστασης φόρτισης, τόσο περισσότερα χιλιόμετρα λαμβάνουν οι οδηγοί.

Απαιτήσεις συγχρονισμού

Τα BMS επόμενης γενιάς θα απαιτούν συγχρονισμένες μετρήσεις τάσης και ρεύματος σε λιγότερο από 1 ms, αλλά υπάρχουν οι προκλήσεις για την ικανοποίηση αυτής της απαίτησης:

Όλες οι οθόνες κυψέλης και οι οθόνες πακέτων έχουν διαφορετικές πηγές ρολογιού.Επομένως, τα δείγματα που λαμβάνονται δεν είναι εγγενώς συγχρονισμένα.
Κάθε οθόνη κυψέλης μπορούσε να μετρήσει από έξι έως 18 κελιά.Τα δεδομένα κάθε κελιού έχουν μήκος 16 bit.Υπάρχουν πολλά δεδομένα που χρειάζονται μετάδοση μέσω μιας διεπαφής αλυσίδας μαργαρίτας, η οποία θα μπορούσε να καταναλώσει τον προϋπολογισμό χρονισμού που επιτρέπεται για συγχρονισμό τάσης και ρεύματος.
Οποιοδήποτε φίλτρο, όπως ένα φίλτρο τάσης ή ένα φίλτρο ρεύματος, επηρεάζει τη διαδρομή του σήματος, συμβάλλοντας σε καθυστερήσεις συγχρονισμού τάσης και ρεύματος.
Οι οθόνες μπαταριών BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 και BQ79612-Q1 της TI μπορούν να διατηρήσουν μια χρονική σχέση εκδίδοντας μια εντολή εκκίνησης ADC στην οθόνη κυψέλης και στην οθόνη του πακέτου.Αυτές οι οθόνες μπαταριών TI υποστηρίζουν επίσης καθυστερημένη δειγματοληψία ADC για αντιστάθμιση της καθυστέρησης διάδοσης κατά τη μετάδοση της εντολής έναρξης ADC στη διεπαφή αλυσίδας μαργαρίτας.

συμπέρασμα

Οι τεράστιες προσπάθειες ηλεκτροδότησης που γίνονται στην αυτοκινητοβιομηχανία οδηγούν την ανάγκη να μειωθεί η πολυπλοκότητα των BMS με την προσθήκη ηλεκτρονικών στο κουτί διακλάδωσης, ενώ παράλληλα ενισχύεται η ασφάλεια του συστήματος.Ένα μόνιτορ πακέτου μπορεί να μετρήσει τοπικά τις τάσεις πριν και μετά τα ρελέ, το ρεύμα μέσω της μπαταρίας.Οι βελτιώσεις ακρίβειας στις μετρήσεις τάσης και ρεύματος θα οδηγήσουν άμεσα στη βέλτιστη χρήση μιας μπαταρίας.

Ο αποτελεσματικός συγχρονισμός τάσης και ρεύματος επιτρέπει ακριβείς υπολογισμούς φασματοσκοπίας κατάστασης υγείας, κατάστασης φόρτισης και ηλεκτρικής σύνθετης αντίστασης που θα έχουν ως αποτέλεσμα τη βέλτιστη χρήση της μπαταρίας για την παράταση της διάρκειας ζωής της, καθώς και την αύξηση της εμβέλειας οδήγησης.