جعبه اتصال هوشمند با همگام سازی ولتاژ و جریان در خودروهای برقی

جعبه اتصال هوشمند با همگام سازی ولتاژ و جریان در خودروهای برقی

همانطور که وسایل نقلیه الکتریکی (EVs) محبوب تر می شوند، چالش برای سازندگان خودرو حذف "اضطراب برد" رانندگان و در عین حال مقرون به صرفه تر کردن خودرو است.این باعث می شود بسته های باتری هزینه کمتری با چگالی انرژی بالاتر داشته باشند.هر وات ساعت ذخیره شده و بازیابی شده از سلول ها برای افزایش برد رانندگی بسیار مهم است.

داشتن اندازه گیری دقیق ولتاژ، دما و جریان برای دستیابی به بالاترین برآورد وضعیت شارژ یا سلامت هر سلول در سیستم بسیار مهم است.

عملکرد اصلی یک سیستم مدیریت باتری (BMS) نظارت بر ولتاژ سلول، ولتاژ بسته و جریان بسته است.شکل 1a یک بسته باتری را در جعبه سبز رنگ با چندین سلول روی هم نشان می دهد.واحد ناظر سلول شامل مانیتورهای سلولی است که ولتاژ و دمای سلول ها را بررسی می کنند.
مزایای BJB هوشمند:

سیم ها و دسته کابل ها را از بین می برد.
اندازه گیری ولتاژ و جریان را با نویز کمتر بهبود می بخشد.
توسعه سخت افزار و نرم افزار را ساده می کند.از آنجایی که مانیتورهای تکزاس اینسترومنت (TI) و مانیتورهای سلولی از یک خانواده دستگاه‌ها می‌آیند، معماری و نقشه‌های ثبت آن‌ها همگی بسیار مشابه هستند.
سازندگان سیستم را قادر می سازد تا اندازه گیری های ولتاژ و جریان بسته را همگام کنند.تأخیرهای همگام سازی کوچک، تخمین وضعیت شارژ را افزایش می دهند.
اندازه گیری ولتاژ، دما و جریان
ولتاژ: ولتاژ با استفاده از رشته های مقاومت تقسیم شده اندازه گیری می شود.این اندازه گیری ها باز یا بسته بودن سوئیچ های الکترونیکی را بررسی می کند.
دما: اندازه‌گیری‌های دما دمای مقاومت شنت را کنترل می‌کنند تا MCU بتواند جبرانی را اعمال کند و همچنین دمای کنتاکتورها را برای اطمینان از عدم تنش در آنها اعمال کند.
جریان: اندازه گیری های فعلی بر اساس:
یک مقاومت شنتاز آنجایی که جریان در یک EV می تواند تا هزاران آمپر برسد، این مقاومت های شنت بسیار کوچک هستند - در محدوده 25 میکرو اهم تا 50 میکرو اهم.
سنسور جلوه هالمحدوده دینامیکی آن معمولاً محدود است، بنابراین، گاهی اوقات چندین سنسور در سیستم برای اندازه گیری کل محدوده وجود دارد.سنسورهای اثر هال ذاتاً مستعد تداخل الکترومغناطیسی هستند.با این حال، می‌توانید این سنسورها را در هر نقطه از سیستم قرار دهید، و آنها ذاتاً اندازه‌گیری مجزا را ارائه می‌کنند.
همگام سازی ولتاژ و جریان

همگام سازی ولتاژ و جریان تاخیر زمانی است که برای نمونه برداری از ولتاژ و جریان بین مانیتور پک و مانیتور سلولی وجود دارد.این اندازه‌گیری‌ها عمدتاً برای محاسبه وضعیت بار و وضعیت سلامت از طریق طیف‌سنجی الکترو امپدانس استفاده می‌شوند.محاسبه امپدانس سلول با اندازه‌گیری ولتاژ، جریان و توان در سراسر سلول، BMS را قادر می‌سازد تا توان لحظه‌ای خودرو را کنترل کند.

ولتاژ سلول، ولتاژ پک و جریان بسته باید با زمان همگام شوند تا دقیق ترین برآورد توان و امپدانس را ارائه دهند.نمونه برداری در یک بازه زمانی معین را فاصله سنکرون سازی می نامند.هرچه بازه همگام سازی کمتر باشد، تخمین توان یا برآورد امپدانس دقیق تر است.خطای داده های ناهمگام متناسب است.هرچه برآورد وضعیت شارژ دقیق تر باشد، رانندگان مسافت پیموده شده بیشتری دریافت می کنند.

الزامات همگام سازی

BMS های نسل بعدی به اندازه گیری ولتاژ و جریان همزمان در کمتر از 1 میلی ثانیه نیاز دارند، اما چالش هایی برای برآوردن این نیاز وجود دارد:

همه مانیتورهای سلولی و مانیتورهای بسته دارای منابع ساعت متفاوتی هستند.بنابراین، نمونه های به دست آمده ذاتاً هماهنگ نیستند.
هر مانیتور سلولی می تواند از 6 تا 18 سلول را اندازه گیری کند.داده های هر سلول 16 بیت است.داده های زیادی وجود دارد که نیاز به انتقال از طریق یک رابط زنجیره ای دارند که می تواند بودجه زمان بندی مجاز برای هماهنگ سازی ولتاژ و جریان را مصرف کند.
هر فیلتری مانند فیلتر ولتاژ یا فیلتر جریان بر مسیر سیگنال تأثیر می گذارد و به تأخیر همگام سازی ولتاژ و جریان کمک می کند.
مانیتورهای باتری BQ79616-Q1، BQ79614-Q1 و BQ79612-Q1 TI می توانند با صدور فرمان شروع ADC به مانیتور سلولی و مانیتور بسته، یک رابطه زمانی را حفظ کنند.این مانیتورهای باتری TI همچنین از نمونه برداری ADC با تأخیر برای جبران تأخیر انتشار هنگام ارسال فرمان شروع ADC در رابط زنجیره ای دیزی پشتیبانی می کنند.

نتیجه

تلاش‌های عظیم الکتریکی‌سازی که در صنعت خودرو اتفاق می‌افتد، نیاز به کاهش پیچیدگی BMS را با افزودن الکترونیک در جعبه اتصال و در عین حال افزایش ایمنی سیستم را تحریک می‌کند.یک مانیتور پک می تواند به صورت محلی ولتاژهای قبل و بعد از رله ها، جریان عبوری از بسته باتری را اندازه گیری کند.بهبود دقت در اندازه گیری ولتاژ و جریان مستقیماً منجر به استفاده بهینه از باتری می شود.

همگام سازی موثر ولتاژ و جریان، محاسبات دقیق طیف سنجی وضعیت سلامت، وضعیت شارژ و امپدانس الکتریکی را امکان پذیر می کند که منجر به استفاده بهینه از باتری برای افزایش عمر آن و همچنین افزایش برد رانندگی می شود.