Sors: electronicdesign.com
Arkitettura tas-Sistema għall-Ġestjoni tal-Batteriji
Sistema ta' ġestjoni tal-batteriji (BMS) tipikament tikkonsisti f'diversi blokok funzjonali, inklużi trażmettituri tal-kamp tal-qtugħ (FETs), moniter tal-qies standard tal-fjuwil, moniter tal-vultaġġ taċ-ċelloli, bilanċ tal-vultaġġ taċ-ċelloli, arloġġ f'ħin reali, moniters tat-temperatura, u magna tal-istat(Fig. 1). Diversi tipi ta' IC tal-BMS huma disponibbli.
Ir-raggruppament ta' blokok funzjonali jvarja ħafna minn tarf sempliċi ta' quddiem analogu, bħall-ISL94208 li joffri bbilanċjar u monitoraġġ u jeħtieġ mikrokontrollur, għal soluzzjoni integrata awtonoma li taħdem b'mod awtonomu (eż., l-ISL94203). Issa ejja neżaminaw l-iskop u t-teknoloġija wara kull blokka, kif ukoll il-vantaġġi u l-iżvantaġġi ta 'kull teknoloġija.
Cutoff FTs u Sewwieq tat-TFE
Blokk funzjonali tas-sewwieq tat-TFE huwa responsabbli għall-konnessjoni u l-iżolament tal-pakkett tal-batterija bejn it-tagħbija u ċ-ċarġer. L-imġiba tas-sewwieq tat-TFE hija predikata fuq kejl minn vultaġġi taċ-ċelloli tal-batteriji, kejl tal-kurrent, u ċirkwiti ta 'skoperta f'ħin reali. Il-Figura 2 turi żewġ tipi differenti ta' konnessjonijiet tat-TFE bejn it-tagħbija u ċ-ċarġer, u l-pakkett tal-batterija.
Il-Figura 2A teħtieġ l-inqas numru ta' konnessjonijiet mal-pakkett tal-batteriji u tillimita l-modalitajiet operattivi tal-pakkett tal-batteriji jew għaċ-ċarġ, għar-rilaxx, jew għall-irqad. Id-direzzjoni tal-fluss tal-kurrent u l-imġiba ta 'test speċifiku f'ħin reali jiddeterminaw l-istat tal-apparat.
2. Murija huma skematiċi FET tal-cutoff għal konnessjoni waħda bejn it-tagħbija u ċ-ċarġer (A), u konnessjoni b'żewġ terminali li tippermetti l-iċċarġjar u l-ħatt simultanju (B).
Pereżempju, l-ISL94203 għandu monitor tal-kanal (CHMON) li jimmonitorja l-vultaġġ fuq in-naħa tal-lemin tal-FET tal-cutoff. Jekk ċarġer ikun imqabbad u l-pakkett tal-batterija jkun iżolat minnu, il-kurrent injettat lejn il-pakkett tal-batterija jikkawża li l-vultaġġ jitla' għall-vultaġġ massimu tal-provvista taċ-ċarġer. Il-livell tal-vultaġġ f'CHMON huwa ttrippjat, li jħalli l-apparat BMS ikun jaf li hemm ċarġer. Biex tiddetermina konnessjoni tat-tagħbija, kurrent jiġi injettat fit-tagħbija biex jiġi ddeterminat jekk hemmx tagħbija. Jekk il-vultaġġ fil-pin ma jogħlax b'mod sinifikanti meta jiġi injettat il-kurrent, ir-riżultat jiddetermina li hemm tagħbija. Id-DFET tas-sewwieq tat-TFE imbagħad jixgħel. L-iskema ta' konnessjoni fil-Figura 2B tippermetti li l-pakkett tal-batteriji jopera waqt l-iċċarġjar.
Is-sewwieqa tat-TFE jistgħu jiġu ddisinjati biex jikkonnettjaw man-naħa għolja jew baxxa ta' pakkett tal-batteriji. Konnessjoni fuq naħa għolja teħtieġ sewwieq tal-pompa taċ-ċarġ biex jattiva l-FET NMOS. Meta tuża sewwieq fuq naħa għolja, tippermetti referenza solida fuq l-art għall-bqija taċ-ċirkwiti. Konnessjonijiet tas-sewwieq FET b'ġenb baxx jinstabu f'xi soluzzjonijiet integrati biex inaqqsu l-ispiża, minħabba li m'għandhomx bżonn pompa taċ-ċarġ. Huma wkoll ma jeħtieġu apparati ta 'vultaġġ għoli, li jikkunsmaw żona ta' die akbar. Bl-użu tal-CUTOFF FETs fuq in-naħa l-baxxa jżomm f'wiċċ l-ilma l-konnessjoni tal-art tal-pakkett tal-batterija, u jagħmilha aktar suxxettibbli għall-istorbju injettat fil-kejl. Dan jaffettwa l-prestazzjoni ta' xi IC.
Qies standard tal-fjuwil/kejl tal-kurrent
Il-blokka funzjonali tal-qies standard tal-fjuwil iżżomm rekord taċ-ċarġ li jidħol u joħroġ mill-pakkett tal-batterija. It-tariffa hija l-prodott tal-kurrent u l-ħin. Jistgħu jintużaw diversi tekniki differenti meta jiġi ddisinjat qies standard tal-fjuwil.
Amplifikatur tas-sens tal-kurrent u MCU b'konvertitur analogu għal diġitali b'riżoluzzjoni baxxa inkorporat (ADC) huwa metodu wieħed ta' kejl tal-kurrent. L-amplifikatur tas-sens tal-kurrent, li jopera f'ambjenti b'modalità komuni għolja, jamplifika s-sinjal, li jippermetti kejl b'riżoluzzjoni ogħla. Madankollu, din it-teknika tad-disinn tissagrifika l-firxa dinamika.
Tekniki oħra jużaw ADC b'riżoluzzjoni għolja, jew IC b'qies standard tal-fjuwil li jiswa ħafna flus. Il-fehim tal-konsum attwali tal-imġiba tat-tagħbija kontra l-ħin jiddetermina l-aħjar tip ta 'disinn tal-gauge tal-fjuwil.
L-aktar soluzzjoni preċiża u kosteffiċjenti hija li jitkejjel il-vultaġġ f'reżister tas-sens bl-użu ta' ADC ta' 16-il bit jew ogħla bi klassifikazzjoni baxxa offset u b'modalità komuni għolja. ADC b'riżoluzzjoni għolja joffri firxa dinamika kbira għad-detriment tal-veloċità. Jekk il-batterija tkun imqabbda ma' tagħbija erratika, bħal vettura elettrika, l-ADC bil-mod jista' jitlef spikes ta' kurrent ta' daqs għoli u ta' frekwenza għolja mwassla lit-tagħbija.
Għal tagħbijiet erratiċi, ADC ta' reġistru approssimattiv suċċessiv (SAR) b'forsi tarf ta' quddiem ta' amplifikatur tas-sens kurrenti jista' jkun aktar mixtieq. Kwalunkwe żball ta' tpaċija jaffettwa l-iżball ġenerali fl-ammont ta' ċarġ tal-batterija. L-iżbalji fil-kejl maż-żmien jikkawżaw żbalji sinifikanti fl-istatus taċ-ċarġ tal-batterija-pakkett. Tpaċija tal-kejl ta' 50 μV jew inqas b'riżoluzzjoni ta' 16-il bit hija adegwata meta titkejjel iċ-ċarġ.
Vultaġġ taċ-Ċellula u Jimmassimizza l-Ħajja tal-Batterija
Il-monitoraġġ tal-vultaġġ taċ-ċellula ta 'kull ċellula f'pakkett ta' batteriji huwa essenzjali biex tiġi ddeterminata s-saħħa ġenerali tagħha. Iċ-ċelloli kollha għandhom tieqa ta' vultaġġ operattiv fejn għandhom iseħħu l-iċċarġjar/ħatt biex jiġi żgurat it-tħaddim kif suppost u l-ħajja tal-batterija. Jekk applikazzjoni qed tuża batterija b'kimika tal-litju, il-vultaġġ operattiv tipikament ivarja bejn 2.5 u 4.2 V. Il-firxa tal-vultaġġ tiddependi mill-kimika. It-tħaddim tal-batterija barra l-firxa tal-vultaġġ inaqqas b'mod sinifikanti l-ħajja taċ-ċellola u jista 'jagħmilha inutli.
Iċ-ċelloli huma konnessi f'serje u paralleli biex jiffurmaw pakkett tal-batteriji. Konnessjoni parallela żżid id-drajv kurrenti tal-pakkett tal-batterija, filwaqt li konnessjoni f'serje żżid il-vultaġġ globali. Il-prestazzjoni ta 'ċellula għandha distribuzzjoni: Fil-ħin ugwali żero, ir-rati ta' ċarġ u skariku taċ-ċellula tal-pakkett tal-batterija huma l-istess. Hekk kif kull ċiklu ta 'ċellula bejn iċ-ċarġ u l-iskariku, iċ-ċarġ ta' kull ċellula u r-rati ta 'rilaxx jinbidlu. Dan jirriżulta f'distribuzzjoni mifruxa fuq pakkett tal-batteriji.
Mod sempliċi biex tiddetermina jekk pakkett tal-batterija jiġix iċċarġjat huwa li timmonitorja l-vultaġġ ta 'kull ċellula għal livell ta' vultaġġ stabbilit. L-ewwel vultaġġ taċ-ċellula biex jilħaq il-limitu tal-vultaġġ jivvjaġġa l-limitu ċċarġjat mill-pakkett tal-batterija. Pakkett ta 'batterija taċ-ċelloli aktar dgħajjef mill-medja jirriżulta fl-aktar ċellula dgħajfa li tilħaq il-limitu l-ewwel, filwaqt li żżomm il-bqija taċ-ċelloli milli tiċċarġja kompletament.
Skema ta' ċċarġjar, kif deskritta, ma timmassimizzax il-ħin ON tal-pakkett tal-batterija għal kull ħlas. L-iskema tal-iċċarġjar tnaqqas il-ħajja tal-pakkett tal-batterija minħabba li teħtieġ aktar ċarġ u ċikli ta 'kwittanza. Ċellola aktar dgħajfa teħles aktar malajr. Dan iseħħ ukoll fiċ-ċiklu ta' skariku; iċ-ċellula aktar dgħajfa tivvjaġġa l-ewwel il-limitu tar-rilaxx, u tħalli l-bqija taċ-ċelloli biċ-ċarġ li jifdal.
Hemm żewġ modi biex ittejjeb il-ħin ON għal kull ħlas għall-pakkett tal-batterija. L-ewwel waħda hija li tnaqqas iċ-ċarġ għall-aktar ċellula dgħajfa matul iċ-ċiklu taċ-ċarġ. Dan jinkiseb billi jiġi konness FET tal-bypass ma' reżister li jillimita l-kurrent madwar iċ-ċellula(Fig. 3A). Jieħu l-kurrent miċ-ċellola bl-ogħla kurrent, li jirriżulta f'ċarġ taċ-ċelloli li jnaqqas ir-ritmu. B'riżultat ta' dan, iċ-ċelloli l-oħra tal-pakketti tal-batteriji jistgħu jlaħħqu. L-għan aħħari huwa li tiġi massimizzata l-kapaċità taċ-ċarġ tal-pakkett tal-batterija billi ċ-ċelloli kollha fl-istess ħin jilħqu l-limitu kompletament iċċarġjat.
3. Il-FETs tal-ibbilanċjar taċ-ċelloli tal-bypass jgħinu biex inaqqsu r-rata ta 'ċarġ ta' ċellula matul iċ-ċiklu ta 'ċarġ (A). L-ibbilanċjar attiv jintuża matul iċ-ċiklu ta' skariku biex jisraq iċ-ċarġ minn ċellula b'saħħitha u jagħti ċ-ċarġ lil ċellula dgħajfa (B).
It-tieni metodu huwa li l-pakkett tal-batteriji jiġi bbilanċjat fuq iċ-ċiklu ta' skariku billi tiġi implimentata skema ta' spostament ta' ċarġ. Dan jinkiseb billi jittieħed inkarigu permezz ta 'akkoppjar induttiv jew ħażna kapaċitattiva miċ-ċellula alfa u l-injezzjoni taċ-ċarġ maħżuna fiċ-ċellola l-aktar dgħajfa. Dan idewwem iż-żmien li tieħu l-aktar ċellula dgħajfa biex tilħaq il-limitu tar-rilaxx, magħruf mod ieħor bħala(Fig. 3B).
Monitoraġġ tat-Temperatura
Il-batteriji tal-lum iwasslu ħafna kurrent filwaqt li jżommu vultaġġ kostanti. Dan jista' jwassal għal kundizzjoni ta' runaway li tikkawża li l-batterija taqbad in-nar. Is-sustanzi kimiċi użati biex tinbena batterija huma volatili ħafna — batterija impalata bl-oġġett it-tajjeb tista 'wkoll tagħmel il-batterija taqbad in-nar. Il-kejl tat-temperatura ma jintużax biss għas-sikurezza, jistgħu wkoll jiddeterminaw jekk huwiex mixtieq li tiġi ċċarġjata jew rilaxxata batterija.
Is-sensuri tat-temperatura jimmonitorjaw kull ċellula għall-applikazzjonijiet tas-sistema tal-ħżin tal-enerġija (ESS) jew raggruppament ta' ċelloli għal applikazzjonijiet iżgħar u aktar portabbli. Termisti li jaħdmu b'referenza interna tal-vultaġġ ADC jintużaw b'mod komuni biex jimmonitorjaw it-temperatura ta' kull ċirkwit. Barra minn hekk, referenza interna tal-vultaġġ tgħin biex jitnaqqsu l-ineżattezzi tal-qari tat-temperatura meta mqabbla mal-bidliet fit-temperatura ambjentali.
Magni tal-Istat jew Algoritmi
Il-biċċa l-kbira tas-sistemi BMS jeħtieġu mikrokontrollur (MCU) jew arranġament ta' xatba programmabbli mill-qasam (FPGA) biex jimmaniġġjaw l-informazzjoni miċ-ċirkwiti sensittivi, u mbagħad jieħdu deċiżjonijiet bl-informazzjoni riċevuta. F'ċerti apparati, bħall-ISL94203, algoritmu li huwa kkodifikat diġitalment jippermetti soluzzjoni awtonoma b'ċippa waħda. Soluzzjonijiet awtonomi huma wkoll siewja meta jitgħaqqdu ma' MCU, minħabba li l-magna tal-istat ta' standalone tista' tintuża biex tillibera ċ-ċikli tal-arloġġ tal-MCU u l-ispazju tal-memorja.
Blokki oħra tal-Bini BMS
Blokki funzjonali oħra tal-BMS jistgħu jinkludu awtentikazzjoni tal-batterija, arloġġ f'ħin reali (RTC), memorja, u katina tal-daisy. L-RTC u l-memorja jintużaw għall-applikazzjonijiet tal-kaxxa s-sewda —l-RTC jintuża bħala timbru tal-ħin u l-memorja tintuża għall-ħażna tad-dejta. Dan iħalli lill-utent ikun jaf l-imġiba tal-pakkett tal-batteriji qabel avveniment katastrofiku. Il-blokka tal-awtentikazzjoni tal-batterija tipprevjeni li l-elettronika BMS tkun imqabbda ma 'pakkett ta' batteriji ta 'parti terza. Ir-referenza/regolatur tal-vultaġġ jintuża biex iħaddem ċirkwiti periferali madwar is-sistema BMS. Fl-aħħar nett, iċ-ċirkwiti tal-katina tal-daisy jintużaw biex jissimplifikaw il-konnessjoni bejn l-istrumenti f'munzelli. Il-blokka tal-katina tal-daisy tissostitwixxi l-ħtieġa għal akkoppjaturi ottiċi jew ċirkwiti oħra li jbiddlu l-livell.
