전기 자동차(EV)가 대중화됨에 따라 자동차 제조업체가 직면한 과제는 자동차를 보다 저렴하게 만드는 동시에 운전자의 "거리 불안"을 제거하는 것입니다.이것은 더 높은 에너지 밀도로 배터리 팩을 더 낮은 비용으로 만드는 것으로 해석됩니다.셀에서 저장 및 검색되는 모든 단일 와트시는 주행 범위를 확장하는 데 중요합니다.
전압, 온도 및 전류를 정확하게 측정하는 것은 시스템에 있는 모든 셀의 충전 상태 또는 건강 상태에 대한 가장 높은 추정치를 달성하는 데 가장 중요합니다.
배터리 관리 시스템(BMS)의 주요 기능은 셀 전압, 팩 전압 및 팩 전류를 모니터링하는 것입니다.그림 1a는 여러 셀이 쌓인 녹색 상자의 배터리 팩을 보여줍니다.셀 감시 장치에는 셀의 전압과 온도를 확인하는 셀 모니터가 포함됩니다.
지능형 BJB의 이점
EV의 전압 및 전류 동기화를 지원하는 지능형 정션 박스
전기 자동차(EV)가 대중화됨에 따라 자동차 제조업체가 직면한 과제는 자동차를 보다 저렴하게 만드는 동시에 운전자의 "거리 불안"을 제거하는 것입니다.이것은 더 높은 에너지 밀도로 배터리 팩을 더 낮은 비용으로 만드는 것으로 해석됩니다.셀에서 저장 및 검색되는 모든 단일 와트시는 주행 범위를 확장하는 데 중요합니다.
전압, 온도 및 전류를 정확하게 측정하는 것은 시스템에 있는 모든 셀의 충전 상태 또는 건강 상태에 대한 가장 높은 추정치를 달성하는 데 가장 중요합니다.
배터리 관리 시스템(BMS)의 주요 기능은 셀 전압, 팩 전압 및 팩 전류를 모니터링하는 것입니다.그림 1a는 여러 셀이 쌓인 녹색 상자의 배터리 팩을 보여줍니다.셀 감시 장치에는 셀의 전압과 온도를 확인하는 셀 모니터가 포함됩니다.
지능형 BJB의 이점:
와이어 및 케이블링 하니스를 제거합니다.
더 낮은 노이즈로 전압 및 전류 측정을 개선합니다.
하드웨어 및 소프트웨어 개발을 단순화합니다.텍사스 인스트루먼트(TI) 팩 모니터와 셀 모니터는 동일한 장치 제품군에서 나오므로 아키텍처와 레지스터 맵이 모두 매우 유사합니다.
시스템 제조업체가 팩 전압 및 전류 측정을 동기화할 수 있습니다.작은 동기화 지연은 충전 상태 추정을 향상시킵니다.
전압, 온도 및 전류 측정
전압: 전압은 분할된 저항 스트링을 사용하여 측정됩니다.이러한 측정은 전자 스위치가 열려 있는지 닫혀 있는지 확인합니다.
온도: 온도 측정은 분로 저항기의 온도를 모니터링하여 MCU가 보상을 적용할 수 있을 뿐만 아니라 접촉기의 온도가 스트레스를 받지 않도록 합니다.
전류: 현재 측정은 다음을 기반으로 합니다.
션트 저항기.EV의 전류는 최대 수천 암페어까지 올라갈 수 있기 때문에 이러한 션트 저항기는 25μOhms ~ 50μOhms 범위에서 매우 작습니다.
홀 효과 센서.동적 범위는 일반적으로 제한되어 있으므로 전체 범위를 측정하기 위해 시스템에 여러 센서가 있는 경우가 있습니다.홀 효과 센서는 본질적으로 전자기 간섭에 취약합니다.그러나 이러한 센서는 시스템의 어느 곳에나 배치할 수 있으며 본질적으로 격리된 측정을 제공합니다.
전압 및 전류 동기화
전압 및 전류 동기화는 팩 모니터와 셀 모니터 사이의 전압 및 전류를 샘플링하기 위해 존재하는 시간 지연입니다.이러한 측정은 주로 전기 임피던스 분광법을 통해 충전 상태 및 건강 상태를 계산하는 데 사용됩니다.셀의 전압, 전류 및 전력을 측정하여 셀의 임피던스를 계산하면 BMS가 자동차의 순시 전력을 모니터링할 수 있습니다.
가장 정확한 전력 및 임피던스 추정을 제공하려면 셀 전압, 팩 전압 및 팩 전류를 시간 동기화해야 합니다.특정 시간 간격 내에서 샘플을 취하는 것을 동기화 간격이라고 합니다.동기화 간격이 작을수록 전력 추정치 또는 임피던스 추정치가 더 정확합니다.동기화되지 않은 데이터의 오류는 비례합니다.충전 상태 추정이 정확할수록 운전자는 더 많은 마일리지를 얻습니다.
동기화 요구 사항
차세대 BMS는 1ms 미만의 동기화된 전압 및 전류 측정이 필요하지만 이 요구 사항을 충족하는 데는 다음과 같은 문제가 있습니다.
모든 셀 모니터와 팩 모니터에는 서로 다른 클럭 소스가 있습니다.따라서 획득한 샘플은 본질적으로 동기화되지 않습니다.
각 셀 모니터는 6개에서 18개 셀을 측정할 수 있습니다.각 셀의 데이터 길이는 16비트입니다.데이지 체인 인터페이스를 통해 전송해야 하는 많은 데이터가 있으며, 이는 전압 및 전류 동기화에 허용되는 타이밍 예산을 소모할 수 있습니다.
전압 필터 또는 전류 필터와 같은 모든 필터는 신호 경로에 영향을 주어 전압 및 전류 동기화 지연에 기여합니다.
TI의 BQ79616-Q1, BQ79614-Q1 및 BQ79612-Q1 배터리 모니터는 셀 모니터와 팩 모니터에 ADC 시작 명령을 실행하여 시간 관계를 유지할 수 있습니다.이 TI 배터리 모니터는 ADC 시작 명령을 데이지 체인 인터페이스로 전송할 때 전파 지연을 보상하기 위해 지연된 ADC 샘플링도 지원합니다.
결론
자동차 산업에서 일어나고 있는 대규모 전기화 노력으로 인해 정션 박스에 전자 장치를 추가하여 BMS의 복잡성을 줄이는 동시에 시스템 안전을 강화해야 할 필요성이 대두되고 있습니다.팩 모니터는 릴레이 전후의 전압, 배터리 팩을 통과하는 전류를 국부적으로 측정할 수 있습니다.전압 및 전류 측정의 정확도 향상은 배터리의 최적 활용으로 직접 이어집니다.
효과적인 전압 및 전류 동기화는 정확한 건강 상태, 충전 상태 및 전기 임피던스 분광학 계산을 가능하게 하여 배터리를 최적으로 활용하여 수명을 연장하고 주행 거리를 늘립니다.
게시 시간: 2022년 4월 26일