Hộp nối thông minh với đồng bộ điện áp và dòng điện trong EVs

Hộp nối thông minh với đồng bộ điện áp và dòng điện trong EVs

Khi xe điện (EV) trở nên phổ biến hơn, thách thức đối với các nhà sản xuất ô tô là loại bỏ "nỗi lo về phạm vi" của người lái xe trong khi làm cho chiếc xe có giá cả phải chăng hơn.Điều này có nghĩa là làm cho các bộ pin có giá thành thấp hơn với mật độ năng lượng cao hơn.Mỗi watt-giờ được lưu trữ và truy xuất từ ​​các tế bào là rất quan trọng để mở rộng phạm vi lái xe.

Có các phép đo chính xác về điện áp, nhiệt độ và dòng điện là điều tối quan trọng để đạt được ước tính cao nhất về trạng thái sạc hoặc trạng thái sức khỏe của mọi tế bào trong hệ thống.

Chức năng chính của hệ thống quản lý pin (BMS) là theo dõi điện áp di động, điện áp đóng gói và đóng gói dòng điện.Hình 1a cho thấy một bộ pin trong hộp màu xanh lục với nhiều ô xếp chồng lên nhau.Bộ phận giám sát ô bao gồm các bộ giám sát ô kiểm tra điện áp và nhiệt độ của các ô.
Lợi ích của BJB thông minh:

Loại bỏ dây và dây cáp.
Cải thiện các phép đo điện áp và dòng điện với tiếng ồn thấp hơn.
Đơn giản hóa việc phát triển phần cứng và phần mềm.Vì thiết bị theo dõi gói Texas Instruments (TI) và màn hình di động đến từ cùng một họ thiết bị, nên kiến ​​trúc và bản đồ đăng ký của chúng đều rất giống nhau.
Cho phép các nhà sản xuất hệ thống đồng bộ hóa các phép đo điện áp và dòng điện của gói.Sự chậm trễ đồng bộ hóa nhỏ giúp tăng cường ước tính tình trạng phí.
Đo điện áp, nhiệt độ và dòng điện
Điện áp: Điện áp được đo bằng cách sử dụng các dây điện trở được chia nhỏ.Các phép đo này kiểm tra xem các công tắc điện tử đang mở hay đóng.
Nhiệt độ: Các phép đo nhiệt độ giám sát nhiệt độ của điện trở shunt để MCU có thể áp dụng bù, cũng như nhiệt độ của bộ tiếp điểm để đảm bảo rằng chúng không bị căng thẳng
Hiện tại: Các phép đo hiện tại dựa trên:
Một điện trở shunt.Vì dòng điện trong EV có thể lên đến hàng nghìn ampe, nên các điện trở shunt này cực kỳ nhỏ - trong khoảng từ 25 µOhms đến 50 µOhms.
Một cảm biến hiệu ứng hội trường.Phạm vi động của nó thường bị giới hạn, do đó, đôi khi có nhiều cảm biến trong hệ thống để đo toàn bộ phạm vi.Cảm biến hiệu ứng Hall vốn rất dễ bị nhiễu điện từ.Tuy nhiên, bạn có thể đặt các cảm biến này ở bất kỳ đâu trong hệ thống và chúng vốn cung cấp một phép đo riêng biệt.
Đồng bộ hóa điện áp và dòng điện

Đồng bộ hóa điện áp và dòng điện là khoảng thời gian trễ tồn tại để lấy mẫu điện áp và dòng điện giữa màn hình gói và màn hình di động.Các phép đo này chủ yếu được sử dụng để tính toán trạng thái điện tích và trạng thái sức khỏe thông qua quang phổ trở kháng điện.Tính toán trở kháng của ô bằng cách đo điện áp, dòng điện và công suất trên ô cho phép BMS theo dõi công suất tức thời của ô tô.

Điện áp tế bào, điện áp gói và dòng điện gói phải được đồng bộ hóa theo thời gian để cung cấp ước tính công suất và trở kháng chính xác nhất.Việc lấy mẫu trong một khoảng thời gian nhất định được gọi là khoảng thời gian đồng bộ.Khoảng thời gian đồng bộ hóa càng nhỏ, ước tính công suất hoặc ước tính trở kháng càng chính xác.Sai số của dữ liệu không đồng bộ là tỷ lệ thuận.Ước tính trạng thái phí càng chính xác, người lái xe càng nhận được nhiều dặm.

Yêu cầu đồng bộ hóa

Các BMS thế hệ tiếp theo sẽ yêu cầu các phép đo điện áp và dòng điện được đồng bộ hóa trong thời gian dưới 1 ms, nhưng có những thách thức trong việc đáp ứng yêu cầu này:

Tất cả các màn hình di động và màn hình đóng gói đều có các nguồn xung nhịp khác nhau;do đó, các mẫu thu được vốn không đồng bộ.
Mỗi màn hình ô có thể đo từ sáu đến 18 ô;dữ liệu của mỗi ô dài 16 bit.Có rất nhiều dữ liệu cần truyền qua giao diện daisy-chain, điều này có thể tiêu tốn ngân sách thời gian cho phép để đồng bộ hóa điện áp và dòng điện.
Bất kỳ bộ lọc nào như bộ lọc điện áp hoặc bộ lọc dòng điện đều ảnh hưởng đến đường dẫn tín hiệu, góp phần gây ra sự chậm trễ đồng bộ hóa điện áp và dòng điện.
Màn hình pin BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 và BQ79612-Q1 của TI có thể duy trì mối quan hệ thời gian bằng cách đưa ra lệnh bắt đầu ADC cho màn hình di động và màn hình gói.Các màn hình pin TI này cũng hỗ trợ lấy mẫu ADC bị trễ để bù cho độ trễ truyền khi truyền lệnh bắt đầu ADC xuống giao diện daisy-chain.

Sự kết luận

Những nỗ lực điện khí hóa lớn đang diễn ra trong ngành công nghiệp ô tô đang thúc đẩy nhu cầu giảm độ phức tạp của BMS bằng cách bổ sung thiết bị điện tử trong hộp nối, đồng thời tăng cường an toàn hệ thống.Một bộ theo dõi gói có thể đo cục bộ điện áp trước và sau rơ le, dòng điện qua bộ pin.Những cải tiến về độ chính xác trong các phép đo điện áp và dòng điện sẽ trực tiếp dẫn đến việc sử dụng pin một cách tối ưu.

Đồng bộ hóa điện áp và dòng điện hiệu quả cho phép tính toán phổ chính xác về trạng thái sức khỏe, trạng thái sạc và trở kháng điện, dẫn đến việc sử dụng pin tối ưu để kéo dài tuổi thọ, cũng như tăng phạm vi lái xe.