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具有電壓和電流同步功能的電動汽車智能接線盒

（2024年11月23日更新）

電動汽車(EV)汽車制造商面臨的挑戰(zhàn)是消除駕駛員的里程焦慮，使汽車更經(jīng)濟(jì)。這意味著需要降低電池組成本，提高其能量密度。電池中儲存和消耗的每瓦時能量對延長里程至關(guān)重要。

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為了更準(zhǔn)確地估計(jì)系統(tǒng)中每個電池的充電狀態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)，準(zhǔn)確測量電壓、溫度和電流是非常重要的。

電池管理系統(tǒng)(BMS)主要功能是監(jiān)測電池電壓、電池組電壓和電池組電流。a綠色框架顯示多個電池堆疊的電池組。電池監(jiān)控單元包含多個電池監(jiān)控器，以檢測電池的電壓和溫度。

圖1：傳統(tǒng)的BCentralSemiconductor代理MS架構(gòu)(a)；智能電池接線盒(BJB)的BMS架構(gòu)(b)

在圖1a在中間，可以看到電池管理單元(BMU)。BMU通常包含一個微控制器(MCU)，用于管理電池組中的所有功能。BJB。它是一個大尺寸接觸器的繼電器箱或開關(guān)箱，用于將整個電池組連接到負(fù)載逆變器、電機(jī)甚至充電器。

圖1a傳統(tǒng)顯示BMS。在此配置中，接線盒內(nèi)無源電子產(chǎn)品；只有無源接觸器和保險絲。BJB所有的測量都在BMU進(jìn)行。BJB通過電纜連接到模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)端子。

圖1b智能顯示BJB。在這個概念中，接線盒有一個特殊的電池組監(jiān)控器，可以測量所有的電壓和電流，并通過簡單的雙絞線通信將信息傳遞給MCU。

智能BJB的優(yōu)勢：

· 消除線束和布線。

·提高電壓和電流測量，降低噪音。

·簡化硬件和軟件開發(fā)。德州儀器(TI)電池組監(jiān)控器和電池監(jiān)控器屬于同一器件系列，因此兩者的結(jié)構(gòu)與寄存器映射非常相似。

·支持系統(tǒng)制造商同步電池組電壓和電流測量。輕微同步延遲可以提高充電狀態(tài)的估計(jì)。

測量電壓、溫度和電流

圖2顯示的是BJB內(nèi)部電池組監(jiān)控器通過內(nèi)部電池組監(jiān)控器通過BQ79631-Q不同的高壓、電流和溫度由傳感器測量。

圖2：BJB內(nèi)部高壓測量

·電壓:通過分壓電阻串實(shí)現(xiàn)電壓測量。通過這些測量，可以檢查電子開關(guān)是打開還是關(guān)閉。

·溫度：溫度測量監(jiān)測分流電阻器的溫度MCU此外，還可以監(jiān)測接觸器的溫度，以確保其不承受應(yīng)力

·電流:基于電流測量：

*分流電阻器。由于電動汽車的電流可達(dá)數(shù)千安，這些分流電阻器非常小，從25微歐到50微歐。

*霍爾效應(yīng)傳感器。通常，它的動態(tài)范圍是有限的，所以有時系統(tǒng)使用多個傳感器來測量整個范圍。霍爾效應(yīng)傳感器本質(zhì)上很容易受到電磁干擾的影響。但這些傳感器可以放置在系統(tǒng)的任何位置，因?yàn)樗鼈兛梢蕴峁└綦x測量。

電壓與電流同步

電壓和電流同步是指測量電池組監(jiān)控器和電池監(jiān)控器之間電壓和電流采樣的延遲時間。這些測量主要用于通過電阻抗譜分析計(jì)算充電狀態(tài)和運(yùn)行狀態(tài)。電池阻抗是通過測量電池的電壓、電流和功率來計(jì)算的，BMS對汽車瞬時功率進(jìn)行監(jiān)控。

電池電壓、電池組電壓和電池組電流必須實(shí)現(xiàn)時間同步，以提供更準(zhǔn)確的功率和阻抗估計(jì)。采樣的特定時間間隔稱為同步間隔。同步間隔越小，功率估計(jì)或阻抗估計(jì)越準(zhǔn)確。未同步數(shù)據(jù)誤差成比例。充電狀態(tài)估計(jì)越準(zhǔn)確，駕駛員行駛里程越長。

同步要求

新一代BMS同步電壓和電流測量的延遲需要控制在1ms但滿足這一要求將面臨以下挑戰(zhàn)：

·所有電池監(jiān)控器和電池組監(jiān)控器都有不同的時鐘源；因此，采集的樣品本身是不同步的。

·每個電池監(jiān)控器可測量6到18個電池；每個電池的數(shù)據(jù)長度為16位。大量數(shù)據(jù)需要通過菊花鏈接傳輸，這可能會消耗電壓和電流同步所需的時間預(yù)算。

·任何濾波器（如電壓濾波器或電流濾波器）都會影響信號路徑，導(dǎo)致電壓和電流同步延遲。

TI的BQ79616-Q1、BQ79614-Q1和BQ79612-Q通過向電池監(jiān)控器和電池組監(jiān)控器發(fā)出電池監(jiān)控器ADC啟動命令以保持時間關(guān)系。TI電池監(jiān)控器還支持延遲ADC采樣補(bǔ)償通過菊花鏈接口傳輸ADC由啟動命令引起的傳播延遲。

結(jié)語

通過在接線盒中添加電子產(chǎn)品，促進(jìn)汽車在接線盒中添加電子產(chǎn)品來減少BMS復(fù)雜性，提高系統(tǒng)安全性。電池組監(jiān)控器可以在當(dāng)?shù)販y量繼電器前后的電壓和整個電池組的電流。提高電壓和電流測量的精度可以直接促進(jìn)電池的充分利用。

通過有效的電壓和電流同步，可以準(zhǔn)確計(jì)算運(yùn)行狀態(tài)、充電狀態(tài)和電阻抗譜分析，然后充分利用電池，延長使用壽命，增加里程。

其他資源

·觀看以下TI培訓(xùn)視頻：

*智能電池接線盒用于實(shí)現(xiàn)電壓和電流同步。

*停車模式下xEV獨(dú)立管理電池組。

·查看白皮書實(shí)現(xiàn)汽車電氣化電池管理功能安全注意事項(xiàng)