EV'lerde voltaj ve akım senkronizasyonlu akıllı bağlantı kutusu

EV'lerde voltaj ve akım senkronizasyonlu akıllı bağlantı kutusu

Elektrikli araçlar (EV'ler) daha popüler hale geldikçe, otomobil üreticilerinin önündeki zorluk, otomobili daha uygun fiyatlı hale getirirken sürücülerin “menzil kaygısını” ortadan kaldırmaktır.Bu, pil paketlerinin daha yüksek enerji yoğunluklarıyla daha düşük maliyetli hale getirilmesi anlamına gelir.Depolanan ve hücrelerden alınan her bir watt-saat sürüş aralığını genişletmek için kritik öneme sahiptir.

Doğru voltaj, sıcaklık ve akım ölçümlerine sahip olmak, sistemdeki her hücrenin şarj durumu veya sağlık durumu hakkında en yüksek tahmine ulaşmak için çok önemlidir.

Bir pil yönetim sisteminin (BMS) ana işlevi, hücre voltajlarını, paket voltajlarını ve paket akımını izlemektir.Şekil 1a, yeşil kutudaki birden fazla hücrenin istiflenmiş olduğu bir pil takımını göstermektedir.Hücre denetleyici birimi, hücrelerin voltajını ve sıcaklığını kontrol eden hücre monitörlerini içerir.
Akıllı BJB'nin faydaları:

Telleri ve kablo demetlerini ortadan kaldırır.
Daha düşük gürültü ile voltaj ve akım ölçümlerini iyileştirir.
Donanım ve yazılım geliştirmeyi basitleştirir.Texas Instruments (TI) paket monitörü ve hücre monitörleri aynı cihaz ailesinden geldiğinden, mimarileri ve kayıt haritalarının tümü birbirine çok benzer.
Sistem üreticilerinin paket voltajı ve akım ölçümlerini senkronize etmelerini sağlar.Küçük senkronizasyon gecikmeleri, şarj durumu tahminlerini geliştirir.
Gerilim, sıcaklık ve akım ölçümü
Voltaj: Voltaj, bölünmüş direnç dizileri kullanılarak ölçülür.Bu ölçümler, elektronik anahtarların açık veya kapalı olup olmadığını kontrol eder.
Sıcaklık: Sıcaklık ölçümleri, MCU'nun kompanzasyon uygulayabilmesi için şönt direncinin sıcaklığını ve ayrıca gerilim altında olmadıklarından emin olmak için kontaktörlerin sıcaklığını izler.
Akım: Akım ölçümleri aşağıdakilere dayanmaktadır:
Bir şönt direnci.Bir EV'deki akımlar binlerce ampere kadar çıkabildiğinden, bu şönt dirençler son derece küçüktür - 25 µOhm ile 50 µOhm aralığında.
Bir salon etkisi sensörü.Dinamik aralığı tipik olarak sınırlıdır, bu nedenle sistemde bazen tüm aralığı ölçmek için birden fazla sensör bulunur.Hall etkisi sensörleri, doğası gereği elektromanyetik parazite karşı hassastır.Ancak bu sensörleri sistemin herhangi bir yerine yerleştirebilirsiniz ve doğal olarak izole bir ölçüm sağlarlar.
Gerilim ve akım senkronizasyonu

Voltaj ve akım senkronizasyonu, paket monitörü ve hücre monitörü arasındaki voltaj ve akımı örneklemek için var olan zaman gecikmesidir.Bu ölçümler esas olarak elektro-empedans spektroskopisi yoluyla şarj durumu ve sağlık durumunu hesaplamak için kullanılır.Hücredeki voltajı, akımı ve gücü ölçerek hücrenin empedansını hesaplamak, BMS'nin arabanın anlık gücünü izlemesini sağlar.

En doğru güç ve empedans tahminlerini sağlamak için hücre voltajı, paket voltajı ve paket akımı zamanla senkronize edilmelidir.Belirli bir zaman aralığında numune alınmasına senkronizasyon aralığı denir.Senkronizasyon aralığı ne kadar küçükse, güç tahmini veya empedans tahmini o kadar doğru olur.Senkronize olmayan verilerin hatası orantılıdır.Şarj durumu tahmini ne kadar doğru olursa, sürücüler o kadar fazla kilometre elde eder.

Senkronizasyon gereksinimleri

Yeni nesil BMS'ler, 1 ms'den daha kısa sürede senkronize voltaj ve akım ölçümleri gerektirecektir, ancak bu gereksinimi karşılamanın zorlukları vardır:

Tüm hücre monitörleri ve paket monitörleri farklı saat kaynaklarına sahiptir;bu nedenle, alınan örnekler doğal olarak senkronize edilmez.
Her hücre monitörü altı ila 18 hücreyi ölçebilir;her hücrenin verisi 16 bit uzunluğundadır.Gerilim ve akım senkronizasyonu için izin verilen zamanlama bütçesini tüketebilecek bir papatya zinciri arayüzü üzerinden iletilmesi gereken çok fazla veri var.
Voltaj filtresi veya akım filtresi gibi herhangi bir filtre, sinyal yolunu etkileyerek voltaj ve akım senkronizasyon gecikmelerine katkıda bulunur.
TI'nin BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 ve BQ79612-Q1 akü monitörleri, hücre monitörüne ve paket monitörüne bir ADC başlatma komutu vererek bir zaman ilişkisini koruyabilir.Bu TI pil monitörleri, ADC başlatma komutunu papatya zinciri arabiriminden aşağı iletirken yayılma gecikmesini telafi etmek için gecikmeli ADC örneklemesini de destekler.

Çözüm

Otomotiv endüstrisinde gerçekleşen devasa elektrifikasyon çabaları, sistem güvenliğini artırırken bağlantı kutusuna elektronik ekleyerek BMS'lerin karmaşıklığını azaltma ihtiyacını artırıyor.Bir paket monitörü, rölelerden önceki ve sonraki voltajları, pil takımından geçen akımı yerel olarak ölçebilir.Gerilim ve akım ölçümlerindeki doğruluk iyileştirmeleri, doğrudan bir pilin optimum şekilde kullanılmasıyla sonuçlanacaktır.

Etkili voltaj ve akım senkronizasyonu, pilin ömrünü uzatmak için optimum şekilde kullanılmasına ve ayrıca sürüş menzillerinin artmasına neden olacak hassas sağlık durumu, şarj durumu ve elektrik empedans spektroskopisi hesaplamalarına olanak tanır.