Mit der schnellen Entwicklung neuer Energiefahrzeuge ist die Anwendung von BMS an der Tagesordnung geworden Das BMS ist für die Überwachung und den Schutz der Batterie vor Bedingungen verantwortlich, die die Batterie, das Fahrzeug, den Benutzer oder die Umgebung schädigen könnten BMS ist auch dafür verantwortlich, genaue SOC- und SOH -Schätzungen vorzunehmen, um sicherzustellen, dass die Leistung der Batterie und die Kapazitätsverschlechterung während des gesamten Lebenszyklus der Batterie minimiert wird, um das Fahrerlebnis des Benutzers zu gewährleisten

Die Hauptstruktur eines BMS besteht typischerweise aus drei ICs: einem analogen Frontend (AFE), einem Mikrocontroller (MCU) und einem Coulometer (Abbildung 1) Das Coulometer kann ein eigenständiges IC sein oder in die MCU eingebettet sein Die MCU ist die Kernkomponente des BMS und erhalten zwar mit dem Rest des Systems, sondern erhält auch Informationen aus dem AFE und dem Coulometer

Abbildung 1 BMS -Architekturblockdiagramm

AFE liefert Spannungs-, Temperatur- und Strominformationen für Zellen und Module für MCUs und Coulometer Da der AFE der Batterie physisch am nächsten ist, kann das AFE auch den Leistungsschalter steuern, wodurch die Batterie vom Rest des Systems getrennt wird, wenn ein Fehler ausgelöst wird
Das Coulometer -IC enthält Zellinformationen aus dem AFE und verwendet dann ausgefeilte Zellmodellierung und erweiterte Algorithmen, um Schlüsselparameter wie SOC und SOH abzuschätzen Coulometerfunktionen können über eine MCU implementiert werden, aber es gibt mehrere Vorteile, wenn Sie einen dedizierten Coulometer -IC verwenden:

· Effizientes Design: Mithilfe dedizierter ICs zum Ausführen komplexer Algorithmen können Designer eine niedrigere Spezifikations -MCUs verwenden, wodurch die Gesamtkosten und der aktuelle Verbrauch gesenkt werden
· Verbesserte Sicherheit: Ein dediziertes Coulometer misst den individuellen SOC und SOH für jede Tandemzell -Kombination in einem Akku, wodurch eine genauere Messgenauigkeit und die Alterung der Alterung während des gesamten Lebenszyklus der Batterie ermöglicht werden Dies ist wichtig, da die Batterieimpedanz und die Kapazität im Laufe der Zeit unterschiedlich sind und die Verfügbarkeit und Sicherheit beeinflussen

Verbessern Sie die Genauigkeit der SOC und der SOH
Das Hauptziel, ein hochpräzises BMS zu entwerfen, ist die Bereitstellung genauer Berechnungen für den SoC und SOH des Akkus BMS-Designer mögen denken, dass der einzige Weg, dies zu erreichen, darin besteht, AFES mit höherer Präzision zu verwenden Dies ist jedoch nur ein Faktor für die gesamte Rechengenauigkeit Die wichtigsten Faktoren sind das Coulometer-Batteriemodell und der Coulometer-Berechnungsalgorithmus, gefolgt von der Fähigkeit des AFE, synchrone Spannungsstromablesungen für die Berechnung des Batteriewiderstands bereitzustellen
Das Coulometer wandelt Spannungs-, Strom- und Temperaturmessungen in SOC- und SOH -Ausgänge um, indem die in Echtzeit berechneten Informationen durch den Algorithmus in Bezug auf ein bestimmtes in seinem Speicher gespeicherter Batteriemodell analysiert werden Das Zellmodell wird erzeugt, indem die Zelle unter unterschiedlichen Temperatur-, Kapazitäts- und Lastbedingungen charakterisiert und die Spannung mit offener Kreislauf sowie seine Widerstands- und Kapazitätskomponenten mathematisch definiert wird Dieses Modell ermöglicht es dem Algorithmus des Coulometers, den optimalen SOC auf der Grundlage der Variation dieser Parameter unter verschiedenen Betriebsbedingungen zu berechnen Wenn das Batteriemodell oder Algorithmus des Coulometers ungenau ist, ist die Berechnung unabhängig von der Genauigkeit, mit der die Messung durch AFE durchgeführt wird, ungenau

Spannungs- und Stromsynchronablesung
Obwohl fast alle AFES unterschiedliche ADCs für Spannung und Strom bieten, bieten nicht alle AFES den tatsächlichen synchronen Strom- und Spannungsmessungen für jede Zelle Diese Merkmal, die als Spannungsstrom-Synchron-Lesart bezeichnet wird, ermöglicht es dem Coulometer, den äquivalenten Serienwiderstand (ESR) der Batterie genau abzuschätzen Da die ESR mit unterschiedlichen Betriebsbedingungen und -zeit unterschiedlich ist, ermöglicht die Schätzung der ESR in Echtzeit genauere SOC -Schätzungen

Abbildung 2 zeigt den Fehler einer synchronisierten Lektüre im Vergleich zu einer nicht synchronisierten Lektüre

Abbildung 2 Vergleich von SOC -Fehlern mit und ohne synchrones Lesen

AFE Direct Fehlerregelung
Wie bereits erwähnt, ist die wichtigste Rolle, die AFE in einem BMS spielt, das Schutzmanagement AFE kann den Schutzschaltkreis direkt steuern und das System und den Akku schützen, wenn ein Fehler erkannt wird Einige Systeme implementieren die Fehlersteuerung in der MCU, dies führt jedoch zu längeren Reaktionszeiten und erfordert mehr Ressourcen aus der MCU, wodurch die Komplexität der Firmware erhöht wird
Advanced AFE verwendet seine ADC -Lese- und Benutzerkonfiguration, um alle Fehlerbedingungen zu erkennen AFE reagiert auf Fehler, indem sie einen SchutzmOSFET einschalten, um einen echten Schutzschutz zu gewährleisten Auf diese Weise kann die MCU als sekundärer Schutzmechanismus für höhere Sicherheit und Robustheit fungieren

Batterieschutz für hohe und niedrige Spannungsmessungen
Beim Entwerfen eines BMS ist es wichtig zu berücksichtigen, wo der batteriebetriebene Leistungsschalter platziert wird Typischerweise werden diese Schaltungen unter Verwendung von N-Kanal-MOSFETs implementiert, da sie im Vergleich zu P-Kanal-MOSFETs einen niedrigeren internen Widerstand aufweisen Diese Leistungsschalter können auf der Hochspannungsseite (der positiven Klemme der Batterie) oder auf der niedrigen Spannungsseite (der negativen Klemme der Batterie) platziert werden
Hohe Seitenarchitektur sorgt für eine gute Erdung (GND), um potenzielle Sicherheits- und Kommunikationsprobleme bei einem Kurzschluss zu vermeiden Darüber hinaus hilft eine saubere, stabile GND -Verbindung bei der Reduzierung von Referenzsignalschwankungen, die für einen genauen MCU -Betrieb von entscheidender Bedeutung sind
Wenn jedoch die N-Kanal-MOSFETs am positiven Ende der Zelle platziert werden, erfordert das Fahren ihres Tores eine Spannung höher als die des Akkus, wodurch der Entwurfsprozess schwieriger wird Daher werden häufig spezielle Ladungspumpen, die in AFE integriert sind, in High-End-Architekturen verwendet, wodurch die Gesamtkosten und der IC-Stromverbrauch erhöht werden
Für Low-End-Konfigurationen sind keine Ladungspumpen erforderlich, aber es ist schwieriger, eine effektive Kommunikation in niedrigen Spannungs-Seitenkonfigurationen zu erreichen, da beim Einschalten keine GND-Referenz vorliegt

Batteriebilanz, um die Akkulaufzeit zu verlängern
Ein Power -Akku besteht normalerweise aus einer Reihe von Zellen in Reihe und parallel Jede Zelle ist theoretisch identisch, aber jede Zelle verhält sich normalerweise aufgrund von Herstellentoleranzen und chemischen Unterschieden etwas unterschiedlich Im Laufe der Zeit werden diese Unterschiede erheblicher, sodass der Batterieausgleich von wesentlicher Bedeutung ist
Passive Equalization ist die häufigste Methode, bei der die am meisten geladenen Batterien geladen werden müssen, bis sie alle gleiche Ladungen haben Passive Einheitenausgleich in AFE können extern oder intern durchgeführt werden Der externe Ausgleich ermöglicht einen größeren Gleichgewichtsstrom, erhöht aber auch die BOM (wie in Abbildung 3 dargestellt)

Abbildung 3 externes Batterie -Ausgleichsdiagramm

Die interne Balance erhöht andererseits nicht die BOM, aber es begrenzt normalerweise den Gleichgewichtsstrom aufgrund der Wärmeableitung auf einen niedrigeren Wert (Abbildung 4) Bei der Ermittlung der internen und externen Balance müssen die Kosten der externen Hardware und des Zielbilanzstroms berücksichtigt werden

Abbildung 4 Ausgleichsblockdiagramm für Einheiteneinheit