Caixa de junção inteligente com sincronização de tensão e corrente em EVs

Caixa de junção inteligente com sincronização de tensão e corrente em EVs

À medida que os veículos elétricos (VEs) se tornam mais populares, o desafio para os fabricantes de automóveis é eliminar a “ansiedade de autonomia” dos motoristas e tornar o carro mais acessível.Isso se traduz em tornar as baterias mais baratas com densidades de energia mais altas.Cada watt-hora armazenado e recuperado das células é fundamental para estender a autonomia.

Ter medições precisas de tensão, temperatura e corrente é fundamental para obter a estimativa mais alta do estado de carga ou estado de saúde de cada célula do sistema.

A principal função de um sistema de gerenciamento de bateria (BMS) é monitorar as tensões das células, as tensões do pacote e a corrente do pacote.A Figura 1a mostra uma bateria na caixa verde com várias células empilhadas.A unidade supervisora ​​de células inclui os monitores de células que verificam a tensão e a temperatura das células.
Benefícios do BJB inteligente:

Elimina fios e cablagens.
Melhora as medições de tensão e corrente com menor ruído.
Simplifica o desenvolvimento de hardware e software.Como o monitor de pacote e os monitores de célula da Texas Instruments (TI) vêm da mesma família de dispositivos, sua arquitetura e mapas de registro são todos muito semelhantes.
Permite que os fabricantes de sistemas sincronizem as medições de tensão e corrente do pacote.Pequenos atrasos de sincronização melhoram as estimativas do estado de carga.
Medição de tensão, temperatura e corrente
Tensão: A tensão é medida usando cadeias de resistores divididas.Essas medições verificam se as chaves eletrônicas estão abertas ou fechadas.
Temperatura: As medições de temperatura monitoram a temperatura do resistor shunt para que o MCU possa aplicar a compensação, bem como a temperatura dos contatores para garantir que eles não sejam estressados
Corrente: As medições de corrente são baseadas em:
Um resistor de derivação.Como as correntes em um EV podem chegar a milhares de amperes, esses resistores de derivação são extremamente pequenos – na faixa de 25 µOhms a 50 µOhms.
Um sensor de efeito hall.Seu alcance dinâmico é tipicamente limitado, portanto, às vezes existem vários sensores no sistema para medir todo o alcance.Os sensores de efeito Hall são inerentemente suscetíveis à interferência eletromagnética.Você pode colocar esses sensores em qualquer lugar do sistema, no entanto, e eles estão fornecendo inerentemente uma medição isolada.
Sincronização de tensão e corrente

A sincronização de tensão e corrente é o atraso de tempo que existe para amostrar a tensão e a corrente entre o monitor de pacote e o monitor de célula.Essas medições são usadas principalmente para calcular o estado de carga e estado de saúde por meio de espectroscopia de eletroimpedância.Calcular a impedância da célula medindo a tensão, corrente e potência através da célula permite que o BMS monitore a potência instantânea do carro.

A tensão da célula, a tensão do pacote e a corrente do pacote devem ser sincronizadas no tempo para fornecer as estimativas de potência e impedância mais precisas.A coleta de amostras dentro de um determinado intervalo de tempo é chamada de intervalo de sincronização.Quanto menor o intervalo de sincronização, mais precisa a estimativa de potência ou a estimativa de impedância.O erro de dados não sincronizados é proporcional.Quanto mais precisa a estimativa do estado de carga, mais quilometragem os motoristas obtêm.

Requisitos de sincronização

Os BMSs de próxima geração exigirão medições sincronizadas de tensão e corrente em menos de 1 ms, mas existem os desafios para atender a esse requisito:

Todos os monitores de célula e monitores de pacote têm fontes de relógio diferentes;portanto, as amostras adquiridas não são inerentemente sincronizadas.
Cada monitor de célula podia medir de seis a 18 células;os dados de cada célula têm 16 bits.Há muitos dados que precisam ser transmitidos por uma interface em cadeia, o que pode consumir o orçamento de tempo permitido para sincronização de tensão e corrente.
Qualquer filtro, como um filtro de tensão ou um filtro de corrente, influencia o caminho do sinal, contribuindo para atrasos de sincronização de tensão e corrente.
Os monitores de bateria BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 e BQ79612-Q1 da TI podem manter uma relação de tempo emitindo um comando de início ADC para o monitor de célula e o monitor de pacote.Esses monitores de bateria TI também suportam amostragem ADC atrasada para compensar o atraso de propagação ao transmitir o comando de início ADC pela interface daisy-chain.

Conclusão

Os esforços maciços de eletrificação que acontecem na indústria automotiva estão impulsionando a necessidade de reduzir a complexidade dos BMSs, adicionando eletrônicos na caixa de junção, aumentando a segurança do sistema.Um monitor de bateria pode medir localmente as tensões antes e depois dos relés, a corrente através da bateria.As melhorias de precisão nas medições de tensão e corrente resultarão diretamente na utilização ideal de uma bateria.

A sincronização eficaz de tensão e corrente permite cálculos precisos de espectroscopia de estado de saúde, estado de carga e impedância elétrica que resultarão na utilização ideal da bateria para prolongar sua vida útil, bem como aumentar as autonomias.