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電動汽車(EV)汽車制造商面臨的挑戰是消除駕駛員的里程焦慮，使汽車更經濟。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重要。

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為了更準確地估計系統中每個電池的充電狀態或運行狀態，準確測量電壓、溫度和電流是非常重要的。

電池管理系統(BMS)主要功能是監測電池電壓、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。電池監控單元包含多個電池監控器，以檢測電池的電壓和溫度。

圖1：傳統的BCentralSemiconductor代理MS架構(a)；智能電池接線盒(BJB)的BMS架構(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箱，用于將整個電池組連接到負載逆變器、電機甚至充電器。

圖1a傳統顯示BMS。在此配置中，接線盒內無源電子產品；只有無源接觸器和保險絲。BJB所有的測量都在BMU進行。BJB通過電纜連接到模數轉換器(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。德州儀器(TI)電池組監控器和電池監控器屬于同一器件系列，因此兩者的結構與寄存器映射非常相似。

·支持系統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的估計。

測量電壓、溫度和電流

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

圖2：BJB內部高壓測量

·電壓:通過分壓電阻串實現電壓測量。通過這些測量，可以檢查電子開關是打開還是關閉。

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

·電流:基于電流測量：

*分流電阻器。由于電動汽車的電流可達數千安，這些分流電阻器非常小，從25微歐到50微歐。

*霍爾效應傳感器。通常，它的動態范圍是有限的，所以有時系統使用多個傳感器來測量整個范圍。霍爾效應傳感器本質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的任何位置，因為它們可以提供隔離測量。

電壓與電流同步

電壓和電流同步是指測量電池組監控器和電池監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算充電狀態和運行狀態。電池阻抗是通過測量電池的電壓、電流和功率來計算的，BMS對汽車瞬時功率進行監控。

電池電壓、電池組電壓和電池組電流必須實現時間同步，以提供更準確的功率和阻抗估計。采樣的特定時間間隔稱為同步間隔。同步間隔越小，功率估計或阻抗估計越準確。未同步數據誤差成比例。充電狀態估計越準確，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：

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

·每個電池監控器可測量6到18個電池；每個電池的數據長度為16位。大量數據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通過向電池監控器和電池組監控器發出電池監控器ADC啟動命令以保持時間關系。TI電池監控器還支持延遲ADC采樣補償通過菊花鏈接口傳輸ADC由啟動命令引起的傳播延遲。

結語

通過在接線盒中添加電子產品，促進汽車在接線盒中添加電子產品來減少BMS復雜性，提高系統安全性。電池組監控器可以在當地測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電池的充分利用。

通過有效的電壓和電流同步，可以準確計算運行狀態、充電狀態和電阻抗譜分析，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培訓視頻：

*智能電池接線盒用于實現電壓和電流同步。

*停車模式下xEV獨立管理電池組。

·查看白皮書實現汽車電氣化電池管理功能安全注意事項