Caixa de connexió intel·ligent amb sincronització de voltatge i corrent en vehicles elèctrics

Caixa de connexió intel·ligent amb sincronització de voltatge i corrent en vehicles elèctrics

A mesura que els vehicles elèctrics (EV) es fan més populars, el repte dels fabricants d'automòbils és eliminar l'"ansietat de l'autonomia" dels conductors alhora que fan que el cotxe sigui més assequible.Això es tradueix a fer que els paquets de bateries tinguin un cost més baix amb densitats d'energia més altes.Cada watt-hora emmagatzemat i recuperat de les cèl·lules és fonamental per ampliar el rang de conducció.

Tenir mesures precises de tensió, temperatura i corrent és primordial per aconseguir la màxima estimació de l'estat de càrrega o estat de salut de cada cèl·lula del sistema.

La funció principal d'un sistema de gestió de bateries (BMS) és controlar les tensions de les cèl·lules, les tensions del paquet i el corrent del paquet.La figura 1a mostra un paquet de bateries a la caixa verda amb diverses cel·les apilades.La unitat de supervisió de cèl·lules inclou els monitors de cèl·lules que comproven el voltatge i la temperatura de les cèl·lules.
Beneficis del BJB intel·ligent:

Elimina els cables i els arnes de cablejats.
Millora les mesures de tensió i corrent amb menys soroll.
Simplifica el desenvolupament de maquinari i programari.Com que el monitor de paquets i els monitors de cèl·lules de Texas Instruments (TI) provenen de la mateixa família de dispositius, la seva arquitectura i els mapes de registre són molt similars.
Permet als fabricants de sistemes sincronitzar les mesures de voltatge i corrent del paquet.Els petits retards de sincronització milloren les estimacions de l'estat de càrrega.
Mesura de tensió, temperatura i corrent
Tensió: la tensió es mesura mitjançant cadenes de resistències dividides.Aquestes mesures comproven si els interruptors electrònics estan oberts o tancats.
Temperatura: les mesures de temperatura controlen la temperatura de la resistència de derivació perquè l'MCU pugui aplicar una compensació, així com la temperatura dels contactors per assegurar-se que no estiguin estressats.
Actual: les mesures actuals es basen en:
Una resistència de derivació.Com que els corrents en un EV poden arribar a milers d'amperes, aquestes resistències de derivació són extremadament petites, en el rang de 25 µOhms a 50 µOhms.
Un sensor d'efecte hall.El seu rang dinàmic sol ser limitat, per tant, de vegades hi ha diversos sensors al sistema per mesurar tot el rang.Els sensors d'efecte Hall són inherentment susceptibles a les interferències electromagnètiques.Tanmateix, podeu col·locar aquests sensors a qualsevol part del sistema i, de manera inherent, proporcionen una mesura aïllada.
Sincronització de tensió i corrent

La sincronització de tensió i corrent és el retard de temps que hi ha per mostrar la tensió i el corrent entre el monitor del paquet i el monitor de la cèl·lula.Aquestes mesures s'utilitzen principalment per calcular l'estat de càrrega i l'estat de salut mitjançant espectroscòpia d'electroimpedància.El càlcul de la impedància de la cèl·lula mesurant la tensió, el corrent i la potència a través de la cèl·lula permet al BMS controlar la potència instantània del cotxe.

La tensió de la cèl·lula, la tensió del paquet i el corrent del paquet s'han de sincronitzar en el temps per proporcionar les estimacions de potència i impedància més precises.La presa de mostres dins d'un interval de temps determinat s'anomena interval de sincronització.Com més petit sigui l'interval de sincronització, més precisa serà l'estimació de potència o l'estimació d'impedància.L'error de les dades no sincronitzades és proporcional.Com més precisa sigui l'estimació de l'estat de càrrega, més quilometratge obtindran els conductors.

Requisits de sincronització

Els BMS de pròxima generació requeriran mesures sincronitzades de tensió i corrent en menys d'1 ms, però hi ha els reptes per complir aquest requisit:

Tots els monitors de cèl·lules i monitors de paquet tenen diferents fonts de rellotge;per tant, les mostres adquirides no estan sincronitzades de manera inherent.
Cada monitor de cèl·lules podria mesurar de sis a 18 cèl·lules;les dades de cada cel·la tenen una longitud de 16 bits.Hi ha moltes dades que s'han de transmetre a través d'una interfície en cadena, que podria consumir el pressupost de temps permès per a la sincronització de voltatge i corrent.
Qualsevol filtre, com ara un filtre de tensió o un filtre de corrent, influeix en el camí del senyal, contribuint als retards de sincronització de voltatge i corrent.
Els monitors de bateries BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 i BQ79612-Q1 de TI poden mantenir una relació de temps emetent una ordre d'inici ADC al monitor de la cèl·lula i al monitor del paquet.Aquests monitors de bateries TI també admeten el mostreig ADC retardat per compensar el retard de propagació quan es transmet l'ordre d'inici de l'ADC per la interfície en cadena.

Conclusió

Els esforços massius d'electrificació que es produeixen a la indústria de l'automòbil estan impulsant la necessitat de reduir la complexitat dels BMS afegint electrònica a la caixa de connexió, alhora que millora la seguretat del sistema.Un monitor de paquet pot mesurar localment les tensions abans i després dels relés, el corrent a través de la bateria.Les millores de precisió en les mesures de tensió i corrent donaran lloc directament a una utilització òptima d'una bateria.

La sincronització eficaç de tensió i corrent permet càlculs precisos de l'estat de salut, l'estat de càrrega i l'espectroscòpia d'impedància elèctrica que donaran com a resultat una utilització òptima de la bateria per allargar la seva vida útil, així com augmentar l'autonomia de conducció.