EVの電圧と電流の同期を備えたインテリジェントジャンクションボックス

EVの電圧と電流の同期を備えたインテリジェントジャンクションボックス

電気自動車（EV）の人気が高まるにつれ、自動車メーカーにとっての課題は、ドライバーの「範囲の不安」を取り除き、自動車をより手頃な価格にすることです。これは、バッテリーパックをより高いエネルギー密度でより低コストにすることを意味します。セルから保存および取得される1ワット時ごとに、ゴルフ練習場を拡張することが重要です。

電圧、温度、および電流を正確に測定することは、システム内のすべてのセルの充電状態または健康状態の最高の推定を達成するために最も重要です。

バッテリ管理システム（BMS）の主な機能は、セル電圧、パック電圧、およびパック電流を監視することです。図1aは、複数のセルが積み重ねられた緑色のボックス内のバッテリーパックを示しています。セル監視ユニットには、セルの電圧と温度をチェックするセルモニターが含まれています。
インテリジェントBJBの利点：

ワイヤーとケーブルハーネスを排除します。
低ノイズで電圧と電流の測定を改善します。
ハードウェアとソフトウェアの開発を簡素化します。Texas Instruments（TI）パックモニターとセルモニターは同じファミリーのデバイスに由来するため、それらのアーキテクチャーとレジスターマップはすべて非常に似ています。
システムメーカーがパックの電圧と電流の測定値を同期できるようにします。同期遅延が小さいと、充電状態の推定が向上します。
電圧、温度、電流の測定
電圧：電圧は、分割された抵抗ストリングを使用して測定されます。これらの測定値は、電子スイッチが開いているか閉じているかを確認します。
温度：温度測定では、シャント抵抗の温度を監視して、MCUが補償を適用できるようにします。また、コンタクタの温度も監視して、ストレスがかかっていないことを確認します。
現在：現在の測定値は以下に基づいています：
シャント抵抗。EVの電流は数千アンペアに達する可能性があるため、これらのシャント抵抗は非常に小さく、25 µOhmsから50 µOhmsの範囲です。
ホール効果センサー。そのダイナミックレンジは通常制限されているため、システム内に全範囲を測定するための複数のセンサーが存在する場合があります。ホール効果センサーは、本質的に電磁干渉の影響を受けやすくなっています。ただし、これらのセンサーはシステム内のどこにでも配置でき、本質的に分離された測定値を提供します。
電圧と電流の同期

電圧と電流の同期は、パックモニターとセルモニターの間の電圧と電流をサンプリングするために存在する時間遅延です。これらの測定値は、主に電気インピーダンス分光法による充電状態と健康状態の計算に使用されます。セルの両端の電圧、電流、および電力を測定することによってセルのインピーダンスを計算することにより、BMSは車の瞬間的な電力を監視できます。

セル電圧、パック電圧、およびパック電流は、最も正確な電力とインピーダンスの推定値を提供するために時間同期する必要があります。特定の時間間隔内にサンプルを取得することを同期間隔と呼びます。同期間隔が小さいほど、電力見積もりまたはインピーダンス見積もりがより正確になります。同期されていないデータの誤差は比例します。充電状態の推定が正確であればあるほど、より多くのマイレージドライバーが得られます。

同期要件

次世代のBMSでは、1ミリ秒未満で電圧と電流の同期測定が必要になりますが、この要件を満たすには課題があります。

すべてのセルモニターとパックモニターには、異なるクロックソースがあります。したがって、取得されたサンプルは本質的に同期されていません。
各セルモニターは、6〜18個のセルを測定できます。各セルのデータは16ビット長です。デイジーチェーンインターフェースを介して送信する必要のあるデータがたくさんあり、電圧と電流の同期に許可されたタイミングバジェットを消費する可能性があります。
電圧フィルターや電流フィルターなどのフィルターは信号経路に影響を与え、電圧と電流の同期遅延に寄与します。
TIのBQ79616-Q1、BQ79614-Q1、およびBQ79612-Q1バッテリーモニターは、セルモニターとパックモニターにADC開始コマンドを発行することにより、時間関係を維持できます。これらのTIバッテリーモニターは、遅延ADCサンプリングもサポートしており、デイジーチェーンインターフェースを介してADC開始コマンドを送信する際の伝搬遅延を補正します。

結論

自動車業界で行われている大規模な電化の取り組みにより、システムの安全性を高めながら、ジャンクションボックスに電子機器を追加することでBMSの複雑さを軽減する必要性が高まっています。パックモニターは、リレーの前後の電圧、バッテリーパックを流れる電流をローカルで測定できます。電圧および電流測定の精度の向上は、バッテリーの最適な利用に直接つながります。

効果的な電圧と電流の同期により、正確な健康状態、充電状態、および電気インピーダンス分光法の計算が可能になり、バッテリーを最適に利用して寿命を延ばし、走行距離を伸ばすことができます。