Boîte de jonction intelligente avec synchronisation de la tension et du courant dans les véhicules électriques

Boîte de jonction intelligente avec synchronisation de la tension et du courant dans les véhicules électriques

Alors que les véhicules électriques (VE) gagnent en popularité, le défi pour les constructeurs automobiles est de supprimer « l'anxiété de l'autonomie » des conducteurs tout en rendant la voiture plus abordable.Cela se traduit par une réduction du coût des batteries avec des densités d'énergie plus élevées.Chaque wattheure stocké et extrait des cellules est essentiel pour étendre l'autonomie.

Avoir des mesures précises de la tension, de la température et du courant est primordial pour obtenir l'estimation la plus élevée de l'état de charge ou de l'état de santé de chaque cellule du système.

La fonction principale d'un système de gestion de batterie (BMS) est de surveiller les tensions des cellules, les tensions des packs et le courant des packs.La figure 1a montre une batterie dans la boîte verte avec plusieurs cellules empilées.L'unité de supervision de cellule comprend les moniteurs de cellule vérifiant la tension et la température des cellules.
Avantages du BJB intelligent :

Élimine les fils et les faisceaux de câbles.
Améliore les mesures de tension et de courant avec moins de bruit.
Simplifie le développement matériel et logiciel.Étant donné que le moniteur de pack Texas Instruments (TI) et les moniteurs de cellule proviennent de la même famille d'appareils, leur architecture et leurs cartes de registre sont toutes très similaires.
Permet aux fabricants de systèmes de synchroniser les mesures de tension et de courant du pack.De petits retards de synchronisation améliorent les estimations de l'état de charge.
Mesure de tension, de température et de courant
Tension : La tension est mesurée à l'aide de chaînes de résistances divisées.Ces mesures vérifient si les interrupteurs électroniques sont ouverts ou fermés.
Température : les mesures de température surveillent la température de la résistance shunt afin que le MCU puisse appliquer une compensation, ainsi que la température des contacteurs pour s'assurer qu'ils ne sont pas sollicités
Courant : Les mesures de courant sont basées sur :
Une résistance shunt.Étant donné que les courants dans un véhicule électrique peuvent atteindre des milliers d'ampères, ces résistances shunt sont extrêmement petites - de l'ordre de 25 µOhms à 50 µOhms.
Un capteur à effet hall.Sa plage dynamique est généralement limitée, ainsi, il y a parfois plusieurs capteurs dans le système pour mesurer toute la plage.Les capteurs à effet Hall sont intrinsèquement sensibles aux interférences électromagnétiques.Cependant, vous pouvez placer ces capteurs n'importe où dans le système et ils fournissent intrinsèquement une mesure isolée.
Synchronisation tension et courant

La synchronisation de tension et de courant est le délai qui existe pour échantillonner la tension et le courant entre le moniteur de pack et le moniteur de cellule.Ces mesures sont principalement utilisées pour calculer l'état de charge et l'état de santé par spectroscopie d'électro-impédance.Le calcul de l'impédance de la cellule en mesurant la tension, le courant et la puissance aux bornes de la cellule permet au BMS de surveiller la puissance instantanée de la voiture.

La tension de la cellule, la tension du pack et le courant du pack doivent être synchronisés pour fournir les estimations de puissance et d'impédance les plus précises.Le prélèvement d'échantillons dans un certain intervalle de temps est appelé l'intervalle de synchronisation.Plus l'intervalle de synchronisation est petit, plus l'estimation de puissance ou l'estimation d'impédance est précise.L'erreur des données non synchronisées est proportionnelle.Plus l'estimation de l'état de charge est précise, plus les conducteurs obtiennent de kilométrage.

Exigences de synchronisation

Les BMS de nouvelle génération nécessiteront des mesures de tension et de courant synchronisées en moins de 1 ms, mais il y a des défis à relever pour répondre à cette exigence :

Tous les moniteurs de cellule et les moniteurs de pack ont ​​des sources d'horloge différentes ;par conséquent, les échantillons acquis ne sont pas synchronisés de manière inhérente.
Chaque moniteur de cellule pouvait mesurer de six à 18 cellules ;les données de chaque cellule ont une longueur de 16 bits.De nombreuses données doivent être transmises via une interface en guirlande, ce qui pourrait consommer le budget de synchronisation autorisé pour la synchronisation de la tension et du courant.
Tout filtre tel qu'un filtre de tension ou un filtre de courant influence le chemin du signal, contribuant aux retards de synchronisation de tension et de courant.
Les moniteurs de batterie BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 et BQ79612-Q1 de TI peuvent maintenir une relation temporelle en envoyant une commande de démarrage ADC au moniteur de cellule et au moniteur de pack.Ces moniteurs de batterie TI prennent également en charge l'échantillonnage ADC retardé pour compenser le délai de propagation lors de la transmission de la commande de démarrage ADC via l'interface en guirlande.

Conclusion

Les efforts massifs d'électrification déployés dans l'industrie automobile imposent de réduire la complexité des BMS en ajoutant de l'électronique dans la boîte de jonction, tout en améliorant la sécurité du système.Un moniteur de pack peut mesurer localement les tensions avant et après les relais, le courant traversant le pack de batteries.Les améliorations de la précision des mesures de tension et de courant se traduiront directement par une utilisation optimale d'une batterie.

Une synchronisation efficace de la tension et du courant permet des calculs précis de l'état de santé, de l'état de charge et de la spectroscopie d'impédance électrique qui se traduiront par une utilisation optimale de la batterie pour prolonger sa durée de vie, ainsi que pour augmenter les autonomies.