Scatola di giunzione intelligente con sincronizzazione di tensione e corrente nei veicoli elettrici

Scatola di giunzione intelligente con sincronizzazione di tensione e corrente nei veicoli elettrici

Man mano che i veicoli elettrici (EV) diventano più popolari, la sfida per i produttori di automobili è eliminare l'ansia da autonomia dei conducenti rendendo l'auto più conveniente.Ciò si traduce nel rendere i pacchi batteria più economici con densità di energia più elevate.Ogni singolo wattora immagazzinato e recuperato dalle celle è fondamentale per estendere il campo pratica.

Avere misurazioni accurate di tensione, temperatura e corrente è fondamentale per ottenere la massima stima dello stato di carica o di salute di ogni cella del sistema.

La funzione principale di un sistema di gestione della batteria (BMS) è monitorare le tensioni delle celle, le tensioni del pacco e la corrente del pacco.La Figura 1a mostra un pacco batteria nella casella verde con più celle impilate.L'unità di supervisione della cella comprende i monitor della cella che controllano la tensione e la temperatura delle celle.
Vantaggi del BJB intelligente:

Elimina fili e cablaggi.
Migliora le misurazioni di tensione e corrente con un rumore inferiore.
Semplifica lo sviluppo hardware e software.Poiché i monitor pack e cell monitor di Texas Instruments (TI) provengono dalla stessa famiglia di dispositivi, la loro architettura e le mappe di registro sono tutte molto simili.
Consente ai produttori di sistemi di sincronizzare le misurazioni della tensione e della corrente del pacco.Piccoli ritardi di sincronizzazione migliorano le stime dello stato di carica.
Misurazione di tensione, temperatura e corrente
Tensione: la tensione viene misurata utilizzando stringhe di resistori suddivise.Queste misurazioni controllano se gli interruttori elettronici sono aperti o chiusi.
Temperatura: le misurazioni della temperatura monitorano la temperatura del resistore di shunt in modo che l'MCU possa applicare la compensazione, nonché la temperatura dei contattori per assicurarsi che non siano sollecitati
Corrente: le misure di corrente si basano su:
Una resistenza di shunt.Poiché le correnti in un veicolo elettrico possono arrivare fino a migliaia di ampere, questi resistori shunt sono estremamente piccoli, nell'intervallo da 25 µOhm a 50 µOhm.
Un sensore ad effetto hall.La sua gamma dinamica è in genere limitata, quindi a volte nel sistema sono presenti più sensori per misurare l'intera gamma.I sensori ad effetto Hall sono intrinsecamente suscettibili alle interferenze elettromagnetiche.Tuttavia, è possibile posizionare questi sensori in qualsiasi punto del sistema e forniscono intrinsecamente una misurazione isolata.
Sincronizzazione di tensione e corrente

La sincronizzazione di tensione e corrente è il ritardo che esiste per campionare la tensione e la corrente tra il monitor del pacco e il monitor della cella.Queste misurazioni vengono utilizzate principalmente per calcolare lo stato di carica e lo stato di salute attraverso la spettroscopia di elettroimpedenza.Il calcolo dell'impedenza della cella misurando la tensione, la corrente e la potenza attraverso la cella consente al BMS di monitorare la potenza istantanea dell'auto.

La tensione della cella, la tensione del pacco e la corrente del pacco devono essere sincronizzate nel tempo per fornire le stime di potenza e impedenza più accurate.Il prelievo di campioni entro un determinato intervallo di tempo è chiamato intervallo di sincronizzazione.Minore è l'intervallo di sincronizzazione, più accurata sarà la stima della potenza o dell'impedenza.L'errore dei dati non sincronizzati è proporzionale.Più accurata è la stima dello stato di carica, più chilometri ottengono i conducenti.

Requisiti di sincronizzazione

I BMS di nuova generazione richiederanno misurazioni sincronizzate di tensione e corrente in meno di 1 ms, ma ci sono delle sfide nel soddisfare questo requisito:

Tutti i monitor cellulari e i monitor pack hanno diverse sorgenti di clock;pertanto, i campioni acquisiti non sono intrinsecamente sincronizzati.
Ogni monitor cellulare può misurare da sei a 18 cellule;i dati di ogni cella sono lunghi 16 bit.Ci sono molti dati che devono essere trasmessi su un'interfaccia daisy-chain, che potrebbe consumare il budget di temporizzazione consentito per la sincronizzazione di tensione e corrente.
Qualsiasi filtro come un filtro di tensione o un filtro di corrente influenza il percorso del segnale, contribuendo ai ritardi di sincronizzazione di tensione e corrente.
I monitor batteria BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 e BQ79612-Q1 di TI possono mantenere una relazione temporale inviando un comando di avvio ADC al monitor cella e al monitor pacco.Questi monitor batteria TI supportano anche il campionamento ADC ritardato per compensare il ritardo di propagazione durante la trasmissione del comando di avvio ADC lungo l'interfaccia a margherita.

Conclusione

I massicci sforzi di elettrificazione in atto nell'industria automobilistica stanno guidando la necessità di ridurre la complessità dei BMS aggiungendo l'elettronica nella scatola di giunzione, migliorando al contempo la sicurezza del sistema.Un monitor del pacco può misurare localmente le tensioni prima e dopo i relè, la corrente attraverso il pacco batteria.I miglioramenti della precisione nelle misurazioni di tensione e corrente risulteranno direttamente in un utilizzo ottimale di una batteria.

Un'efficace sincronizzazione di tensione e corrente consente calcoli precisi dello stato di salute, dello stato di carica e dell'impedenza elettrica che si tradurranno in un utilizzo ottimale della batteria per prolungarne la durata, oltre ad aumentare i percorsi di guida.