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具有电压和电流同步功能的电动汽车智能接线盒
(2024年7月13日更新)

电动汽车(EV)汽车制造商面临的挑战是消除驾驶员的里程焦虑,使汽车更经济。这意味着需要降低电池组成本,提高其能量密度。电池中储存和消耗的每瓦时能量对延长里程至关重要。

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为了更准确地估计系统中每个电池的充电状态或运行状态,准确测量电压、温度和电流是非常重要的。

电池管理系统(BMS)主要功能是监测电池电压、电池组电压和电池组电流。a绿色框架显示多个电池堆叠的电池组。电池监控单元包含多个电池监控器,以检测电池的电压和温度。

1:传统的BCentralSemiconductor代理MS架构(a);智能电池接线盒(BJB)BMS架构(b)

在图1a在中间,可以看到电池管理单元(BMU)。BMU通常包含一个微控制器(MCU),用于管理电池组中的所有功能。BJB。它是一个大尺寸接触器的继电器箱或开关箱,用于将整个电池组连接到负载逆变器、电机甚至充电器。

图1a传统显示BMS。在此配置中,接线盒内无源电子产品;只有无源接触器和保险丝。BJB所有的测量都在BMU进行。BJB通过电缆连接到模数转换器(ADC)端子。

图1b智能显示BJB。在这个概念中,接线盒有一个特殊的电池组监控器,可以测量所有的电压和电流,并通过简单的双绞线通信将信息传递给MCU。

智能BJB的优势:

· 消除线束和布线。

·提高电压和电流测量,降低噪音。

·简化硬件和软件开发。德州仪器(TI)电池组监控器和电池监控器属于同一器件系列,因此两者的结构与寄存器映射非常相似。

·支持系统制造商同步电池组电压和电流测量。轻微同步延迟可以提高充电状态的估计。

测量电压、温度和电流

图2显示的是BJB内部电池组监控器通过内部电池组监控器通过BQ79631-Q不同的高压、电流和温度由传感器测量。

2BJB内部高压测量

·电压:通过分压电阻串实现电压测量。通过这些测量,可以检查电子开关是打开还是关闭。

·温度:温度测量监测分流电阻器的温度MCU此外,还可以监测接触器的温度,以确保其不承受应力

·电流:基于电流测量:

*分流电阻器。由于电动汽车的电流可达数千安,这些分流电阻器非常小,从25微欧到50微欧。

*霍尔效应传感器。通常,它的动态范围是有限的,所以有时系统使用多个传感器来测量整个范围。霍尔效应传感器本质上很容易受到电磁干扰的影响。但这些传感器可以放置在系统的任何位置,因为它们可以提供隔离测量。

电压与电流同步

电压和电流同步是指测量电池组监控器和电池监控器之间电压和电流采样的延迟时间。这些测量主要用于通过电阻抗谱分析计算充电状态和运行状态。电池阻抗是通过测量电池的电压、电流和功率来计算的,BMS对汽车瞬时功率进行监控。

电池电压、电池组电压和电池组电流必须实现时间同步,以提供更准确的功率和阻抗估计。采样的特定时间间隔称为同步间隔。同步间隔越小,功率估计或阻抗估计越准确。未同步数据误差成比例。充电状态估计越准确,驾驶员行驶里程越长。

同步要求

新一代BMS同步电压和电流测量的延迟需要控制在1ms但满足这一要求将面临以下挑战:

·所有电池监控器和电池组监控器都有不同的时钟源;因此,采集的样品本身是不同步的。

·每个电池监控器可测量6到18个电池;每个电池的数据长度为16位。大量数据需要通过菊花链接传输,这可能会消耗电压和电流同步所需的时间预算。

·任何滤波器(如电压滤波器或电流滤波器)都会影响信号路径,导致电压和电流同步延迟。

TI的BQ79616-Q1、BQ79614-Q1和BQ79612-Q通过向电池监控器和电池组监控器发出电池监控器ADC启动命令以保持时间关系。TI电池监控器还支持延迟ADC采样补偿通过菊花链接口传输ADC由启动命令引起的传播延迟。

结语

通过在接线盒中添加电子产品,促进汽车在接线盒中添加电子产品来减少BMS复杂性,提高系统安全性。电池组监控器可以在当地测量继电器前后的电压和整个电池组的电流。提高电压和电流测量的精度可以直接促进电池的充分利用。

通过有效的电压和电流同步,可以准确计算运行状态、充电状态和电阻抗谱分析,然后充分利用电池,延长使用寿命,增加里程。

其他资源

·观看以下TI培训视频:

*智能电池接线盒用于实现电压和电流同步。

*停车模式下xEV独立管理电池组。

·查看白皮书实现汽车电气化电池管理功能安全注意事项


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