如何设计适用于高级电动汽车电池管理系统的智能电池接线盒
时间:2023-01-16 15:08来源:
摘要:随着电动汽车(EV)日益流行,如何在反映真实续航里程的同时让汽车更加经济实惠,成为汽车制造商面临的挑战之一。首先,这意味着需要降低电池包成本并提高其能量密度。电芯中存储和消耗的每瓦时能量都对延长续航里程至关重要。
作者:Issac Hsu,德州仪器(TI)电池管理系统产品市场经理
随着电动汽车 (EV) 日益流行,如何在反映真实续航里程的同时让汽车更加经济实惠,成为汽车制造商面临的挑战之一。首先,这意味着需要降低电池包成本并提高其能量密度。电芯中存储和消耗的每瓦时能量都对延长续航里程至关重要。
电池管理系统 (BMS) 的主要功能是监测电芯电压、电池包电压和电池包电流。此外,鉴于 BMS 的高电压设计,需要测量高压域和低压域之间的绝缘电阻,从而捕捉电池结构中的缺陷并防止危险状况发生。
电池管理系统 (BMS) 的主要功能是监测电芯电压、电池包电压和电池包电流。此外,鉴于 BMS 的高电压设计,需要测量高压域和低压域之间的绝缘电阻,从而捕捉电池结构中的缺陷并防止危险状况发生。
图 1:传统的 BMS 架构 (a);具有智能电池接线盒 (BJB) 的 BMS 架构 (b)
图 1 展示了典型的 BMS 架构,其中包括电池管理单元 (BMU)、电芯监控单元 (CMU) 和电池接线盒 (BJB)。BMU 通常包含一个微控制器 (MCU),用来管理电池包中的所有功能。传统电池接线盒是具有电源接触器的继电器箱或开关箱,用于将整个电池包与负载逆变器、电机或电池充电器连接。
图 1a 显示的是传统 BMS。接线盒内部没有有源电子产品,电池接线盒中所有的测量都在电池管理单元进行。电池接线盒通过线缆连接到模数转换器 (ADC) 端子。
图 1b 显示的是智能电池接线盒。接线盒内部具有专用的电池包监测器,可以测量所有电压和电流,并通过简单的双绞线通信将信息传递给 MCU。这有助于消除布线和线束,并以更低的噪声改进电压和电流测量。
电压、温度和电流测量
图 2 展示了启用BQ79731-Q1的电池包监测器在电池接线盒内所测量的不同高电压、电流和温度。
图 2:电池接线盒内部的高电压测量
· 电压:高电压测量使用分压电阻器串来实现。此类电压测量可监测系统中高电压元件的运行状态。
· 温度:温度测量监测分流电阻器的温度,以便 MCU 可以应用补偿,此外,接触器的温度也在监测下,以确保其承受的应力不超出正常运行条件。
· 电流:电流测量基于下列两种器件之一:
· 分流电阻器 - 由于电动汽车中的电流可以高达数千安,因此分流电阻值要非常小,为 25µOhms 至 50µOhms;
· 霍尔效应传感器 - 用于测量高电压轨上仍处于隔离状态的电动汽车电流。通常情况下,其动态范围有限,因此,系统中可能会使用多个传感器来测量整个范围。
过流故障检测和保护
为了防止在短路、高压端子裸露或设备故障的情况下对电池包造成重大损坏,必须在 BMS 中检测并预防过流事件。集成在电池接线盒单元中的过流电路将使用通过测量分流电阻器或霍尔效应传感器和电池包监测器的电流,然后对该测量值进行处理,并将其与电池包监测器内的阈值进行比较。它们都能够通过专用输出发出过流事件信号,用于启用保险丝驱动器来熔断高压分离器(爆炸熔丝)。由于对信号的反应时间需要尽可能快,因此我们在电池包监测器件中部署了专用信号处理路径提升反应速度。
电压和电流同步
电压和电流同步是指测量电池包监测器和电芯监测器之间进行电压和电流采样存在的延时时间。这些测量主要用于通过电化学阻抗跟踪分析 (EIS) 来计算荷电状态和运行状态。通过测量电芯的电压、电流和功率来计算电芯阻抗,BMS 就可以监测汽车的瞬时功率。
电芯电压、电池包电压和电池包电流必须实现时间同步,以便提供更准确的功率和阻抗估算。进行采样的特定时间间隔称为同步间隔,同步间隔越小,功率估算或阻抗估算越准确。荷电状态估算越准确,那么驾驶员预计的剩余续航里程就越精确。
同步要求
新一代 BMS 需要将同步电压和电流测量延迟控制在 1ms 内,但要满足这项要求会面临如下挑战:
TI 的电池监测器可以通过向电芯监测器和电池包监测器发出 ADC 启动命令来保持时间关系。这些电池监测器还支持延迟 ADC 采样,以此补偿通过菊花链接口传输 ADC 启动命令引发的传播延迟。
远程器件通信支持
智能电池接线盒的另一个优势是可通过使用多功能菊花链接口简化数据通信,不仅适用于电池包和电池电芯监测器件,还适用于远程器件(如 EEPROM 存储器或放置在车辆不同物理位置模块中的各类传感器)。在这种情况下,电池包和监测器件还充当接口转换器,提供通过菊花链接口传输的 I2C 或 SPI 数据,从而减少了布线和线束,进而降低了电动汽车的整体重量。
汽车行业的大规模电气化发展促使需要通过在接线盒中添加电子产品来降低 BMS 复杂性,并且要提升系统安全性。电池包监测器可以在本地测量继电器之前和之后的电压,以及整个电池包的电流。提升电压和电流测量的精度可以直接促进对电池的充分利用。TI 的 BQ79631-Q1 和 BQ79731-Q1 器件可以将系统的所有必要功能集成到单个器件中,以此优化智能电池接线盒的性能,并降低其未来成本。通过有效的电压和电流同步,可以对运行状况状态、荷电状态和 EIS 进行精确计算,进而充分利用电池。
此外,TI 的 BQ79616-Q1 和 BQ79718-Q1 电池电芯监测器系列可实现精确的电芯电压和温度测量,以此作为 CSU 部署的一部分,助力创建完善的 BMS 生态系统。
其他资源
· 观看以下 TI 培训视频:
· 用于实现电压和电流同步的智能电池接线盒。
· 泊车模式下的 xEV 电池包自主管理。
· 查看白皮书“实现汽车电气化的电池管理功能安全注意事项。”
关于德州仪器(TI)
德州仪器(TI)(纳斯达克股票代码:TXN)是一家全球性的半导体公司,致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片,用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用,创造一个更美好的世界。如今,每一代创新都建立在上一代创新的基础之上,使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠,从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用,这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。欲了解更多信息,请访问公司网站www.ti.com.cn。
商标
所有注册商标和其它商标均归其各自所有者专属。
· 温度:温度测量监测分流电阻器的温度,以便 MCU 可以应用补偿,此外,接触器的温度也在监测下,以确保其承受的应力不超出正常运行条件。
· 电流:电流测量基于下列两种器件之一:
· 分流电阻器 - 由于电动汽车中的电流可以高达数千安,因此分流电阻值要非常小,为 25µOhms 至 50µOhms;
· 霍尔效应传感器 - 用于测量高电压轨上仍处于隔离状态的电动汽车电流。通常情况下,其动态范围有限,因此,系统中可能会使用多个传感器来测量整个范围。
过流故障检测和保护
为了防止在短路、高压端子裸露或设备故障的情况下对电池包造成重大损坏,必须在 BMS 中检测并预防过流事件。集成在电池接线盒单元中的过流电路将使用通过测量分流电阻器或霍尔效应传感器和电池包监测器的电流,然后对该测量值进行处理,并将其与电池包监测器内的阈值进行比较。它们都能够通过专用输出发出过流事件信号,用于启用保险丝驱动器来熔断高压分离器(爆炸熔丝)。由于对信号的反应时间需要尽可能快,因此我们在电池包监测器件中部署了专用信号处理路径提升反应速度。
电压和电流同步
电压和电流同步是指测量电池包监测器和电芯监测器之间进行电压和电流采样存在的延时时间。这些测量主要用于通过电化学阻抗跟踪分析 (EIS) 来计算荷电状态和运行状态。通过测量电芯的电压、电流和功率来计算电芯阻抗,BMS 就可以监测汽车的瞬时功率。
电芯电压、电池包电压和电池包电流必须实现时间同步,以便提供更准确的功率和阻抗估算。进行采样的特定时间间隔称为同步间隔,同步间隔越小,功率估算或阻抗估算越准确。荷电状态估算越准确,那么驾驶员预计的剩余续航里程就越精确。
同步要求
新一代 BMS 需要将同步电压和电流测量延迟控制在 1ms 内,但要满足这项要求会面临如下挑战:
TI 的电池监测器可以通过向电芯监测器和电池包监测器发出 ADC 启动命令来保持时间关系。这些电池监测器还支持延迟 ADC 采样,以此补偿通过菊花链接口传输 ADC 启动命令引发的传播延迟。
远程器件通信支持
智能电池接线盒的另一个优势是可通过使用多功能菊花链接口简化数据通信,不仅适用于电池包和电池电芯监测器件,还适用于远程器件(如 EEPROM 存储器或放置在车辆不同物理位置模块中的各类传感器)。在这种情况下,电池包和监测器件还充当接口转换器,提供通过菊花链接口传输的 I2C 或 SPI 数据,从而减少了布线和线束,进而降低了电动汽车的整体重量。
汽车行业的大规模电气化发展促使需要通过在接线盒中添加电子产品来降低 BMS 复杂性,并且要提升系统安全性。电池包监测器可以在本地测量继电器之前和之后的电压,以及整个电池包的电流。提升电压和电流测量的精度可以直接促进对电池的充分利用。TI 的 BQ79631-Q1 和 BQ79731-Q1 器件可以将系统的所有必要功能集成到单个器件中,以此优化智能电池接线盒的性能,并降低其未来成本。通过有效的电压和电流同步,可以对运行状况状态、荷电状态和 EIS 进行精确计算,进而充分利用电池。
此外,TI 的 BQ79616-Q1 和 BQ79718-Q1 电池电芯监测器系列可实现精确的电芯电压和温度测量,以此作为 CSU 部署的一部分,助力创建完善的 BMS 生态系统。
其他资源
· 观看以下 TI 培训视频:
· 用于实现电压和电流同步的智能电池接线盒。
· 泊车模式下的 xEV 电池包自主管理。
· 查看白皮书“实现汽车电气化的电池管理功能安全注意事项。”
关于德州仪器(TI)
德州仪器(TI)(纳斯达克股票代码:TXN)是一家全球性的半导体公司,致力于设计、制造、测试和销售模拟和嵌入式处理芯片,用于工业、汽车、个人电子产品、通信设备和企业系统等市场。我们致力于通过半导体技术让电子产品更经济实用,创造一个更美好的世界。如今,每一代创新都建立在上一代创新的基础之上,使我们的技术变得更小巧、更快速、更可靠、更实惠,从而实现半导体在电子产品领域的广泛应用,这就是工程的进步。这正是我们数十年来乃至现在一直在做的事。欲了解更多信息,请访问公司网站www.ti.com.cn。
商标
所有注册商标和其它商标均归其各自所有者专属。
免责声明:本文若是转载新闻稿,转载此文目的是在于传递更多的信息,版权归原作者所有。文章所用文字、图片、视频等素材如涉及作品版权问题,请联系本网编辑予以删除。
我要投稿
近期活动
- 安森美汽车&能源基础设施白皮书下载活动时间:2024年04月01日 - 2024年10月31日[立即参与]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年09月01日 - 2023年09月30日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年08月01日 - 2023年08月31日[查看回顾]
- 【在线答题活动】PI 智能家居热门产品,带您领略科技智慧家庭时间:2023年06月15日 - 2023年07月15日[查看回顾]
- 2023年安森美(onsemi)在线答题活动时间:2023年06月01日 - 2023年06月30日[查看回顾]
分类排行榜
- 汽车电子电源行业可靠性要求,你了解多少?
- 内置可编程模拟功能的新型 Renesas Synergy™ 低功耗 S1JA 微控制器
- Vishay 推出高集成度且符合 IrDA® 标准的红外收发器模块
- ROHM 发布全新车载升降压电源芯片组
- 艾迈斯半导体推出行业超薄的接近/颜色传感器模块,助力实现无边框智能手机设计
- 艾迈斯半导体与 Qualcomm Technologies 集中工程优势开发适用于手机 3D 应用的主动式立体视觉解决方案
- 维谛技术(Vertiv)同时亮相南北两大高端峰会,精彩亮点不容错过
- 缤特力推出全新商务系列耳机 助力解决开放式办公的噪音难题
- CISSOID 和泰科天润(GPT)达成战略合作协议,携手推动碳化硅功率器件的广泛应用
- 瑞萨电子推出 R-Car E3 SoC,为汽车大显示屏仪表盘带来高端3D 图形处理性能
编辑推荐
小型化和稳定性如何兼得?ROHM 推出超小型高输出线性 LED 驱动器 IC,为插座型 LED 驱动 IC 装上一颗强有力的 “心脏”
众所周知,LED的驱动IC担负着在输入电压不稳定的情况下,为LED提供恒定的电流,并控制恒定(可调)亮度的作用。无论是室内照明,还是车载应用,都肩负着极为重要的使命。
- 关于反激电源效率的一个疑问
时间:2022-07-12 浏览量:10197
- 面对热拔插阐述的瞬间大电流怎么解决
时间:2022-07-11 浏览量:8950
- PFC电路对N线进行电压采样的目的是什么
时间:2022-07-08 浏览量:9593
- RCD中的C对反激稳定性有何影响
时间:2022-07-07 浏览量:7205
- 36W单反激 传导7~10M 热机5分钟后超标 不知道哪里出了问题
时间:2022-07-07 浏览量:5979
- PFC电感计算
时间:2022-07-06 浏览量:4189
- 多相同步BUCK
时间:2010-10-03 浏览量:37870
- 大家来讨论 系列之二:开机浪涌电流究竟多大?
时间:2016-01-12 浏览量:43165
- 目前世界超NB的65W适配器
时间:2016-09-28 浏览量:60029
- 精讲双管正激电源
时间:2016-11-25 浏览量:128135
- 利用ANSYS Maxwell深入探究软磁体之----电感变压器
时间:2016-09-20 浏览量:107562
- 【文原创】认真的写了一篇基于SG3525的推挽,附有详细..
时间:2015-08-27 浏览量:100301