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电动汽车的智能电池接线盒设计

德州仪器 来源:德州仪器 作者:德州仪器 2022-06-29 15:25 次阅读

随着电动汽车 (EV) 日益流行,消除驾驶员“里程焦虑”的同时让汽车更加经济实惠成为汽车制造商面临的挑战。这意味着需要降低电池组成本并提高其能量密度。电池中存储和消耗的每瓦时能量都对延长行驶里程至关重要。

要对系统中每节电池的充电状态或运行状况状态进行更加精确的估算,非常重要的一点是对电压、温度和电流进行准确测量

电池管理系统 (BMS) 的主要功能是监测电池电压、电池组电压和电池组电流。图 1a 中的绿框显示的是由多个电池堆叠的电池组。电池监控单元包含多个检测电池电压和温度的电池监控器。

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图 1:传统的 BMS 架构 (a);

具有智能电池接线盒 (BJB) 的 BMS 架构 (b)

在图 1a 中,可以看到电池管理单元 (BMU)。BMU 通常包含一个微控制器 (MCU),用来管理电池组中的所有功能。灰色框中是 BJB。它是具有大尺寸接触器继电器箱或开关箱,用于将整个电池组连接到负载逆变器电机甚至充电器。

图 1a 显示的是传统 BMS。在此配置中,接线盒内部没有有源电子产品;仅有无源接触器和保险丝。BJB 中所有的测量都在 BMU 进行。BJB 通过线缆连接到模数转换器 (ADC) 端子。

图 1b 显示的是智能 BJB。在此概念中,接线盒内部具有专用的电池组监控器,可以测量所有电压和电流,并通过简单的双绞线通信将信息传递给 MCU。

智能 BJB 的优势:

消除线束和布线

改进电压和电流测量,噪声更低。

简化硬件软件开发。由于德州仪器 (TI) 电池组监控器和电池监控器属于同一器件系列,因此两者的架构和寄存器映射也非常相似。

支持系统制造商同步电池组电压和电流测量。轻微同步延迟可以提升对充电状态的估算。

电压、温度和电流测量

图 2 显示的是BJB 内部电池组监控器通过 BQ79631-Q1 传感器测量的不同高电压、电流和温度。

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图 2:BJB 内部的高电压测量

电压

电压测量使用分压电阻器串来实现。通过这些测量可以检查电子开关处于开启还是关闭状态。

温度

温度测量监测分流电阻器的温度,以便 MCU 可以应用补偿,此外,还监测接触器的温度以确保其不承受应力

电流

电流测量基于:

分流电阻器。由于电动汽车中的电流可以高达数千安,因此这些分流电阻器要非常小,为 25 微欧至 50 微欧。

霍尔效应传感器。通常情况下,其动态范围有限,因此,有时系统中会使用多个传感器来测量整个范围。霍尔效应传感器本质上容易受到电磁干扰的影响。但可以将这些传感器置于系统中的任何位置,因为它们本身可以提供隔离式测量。

电压和电流同步

电压和电流同步是指测量电池组监控器和电池监控器之间进行电压和电流采样存在的延时时间。这些测量主要用于通过电阻抗谱分析来计算充电状态和运行状况状态。通过测量电池的电压、电流和功率来计算电池阻抗,BMS 可以监测汽车的瞬时功率。

电池电压、电池组电压和电池组电流必须实现时间同步,以便提供更准确的功率和阻抗估算。进行采样的特定时间间隔称为同步间隔。同步间隔越小,功率估算或阻抗估算越准确。未同步数据误差是成比例的。充电状态估算越准确,驾驶员的行驶里程越长。

同步要求

新一代 BMS 需要将同步电压和电流测量延迟控制在 1ms 内,但要满足这项要求会面临如下挑战:

所有电池监控器和电池组监控器都有不同的时钟源;因此,采集的样片本身就不同步。

每个电池监控器可以测量 6 至 18 节电池;每节电池的数据长度为 16 位。大量数据需要通过菊花链接口传输,可能会消耗电压和电流同步所需的时间预算。

任何滤波器(如电压滤波器或电流滤波器)均会影响信号路径,导致电压和电流同步延迟。

TI 推出的 BQ79616-Q1、BQ79614-Q1 和 BQ79612-Q1 电池监控器可以通过向电池监控器和电池组监控器发出 ADC 启动命令来保持时间关系。这些 TI 电池监控器还支持延迟 ADC 采样,以补偿通过菊花链接口传输 ADC 启动命令引发的传播延迟。

结语

汽车行业的大规模电气化发展促使需要通过在接线盒中添加电子产品来降低 BMS 复杂性,并且要提升系统安全性。电池组监控器可以在本地测量继电器之前和之后的电压,以及整个电池组的电流。提升电压和电流测量的精度可以直接促进对电池的充分利用。

通过有效的电压和电流同步,可以对运行状况状态、充电状态和电阻抗谱分析进行精确计算,进而充分利用电池,延长使用寿命并增加行驶里程。

原文标题:技术干货|电动汽车中具有电压和电流同步功能的智能接线盒

文章出处:【微信公众号:德州仪器】欢迎添加关注!文章转载请注明出处。

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    LC709201F 电池电量计

    信息 LC709201F是一款IC,可通过监测电池电压来测量1节锂离子二次电池的剩余电量,无需外部检测电阻,并检测剩余电量电流预测的电池功率水平。它监控电池电压并实现精确测量剩余电池电量的功能。此外,IC利用利用热敏电阻输入温度的温度校正功能,更加精确地实现了计算剩余电池电量的功能。 放电时的精度为±5% %/ 0%(环境工作温度为0°C至50°C) 剩余功率水平每秒测量四次,并在每次测量时计算。 我 C总线,支持从模式通信,最高支持100kHz...
    发表于 04-18 20:25 165次 阅读

    LC709203F 单节锂电池电量计[智能电量计]

    03F是一款应用在单节锂电池上的电量计。它是属于我们其中一款“智能电量计”系列中的成员,采用了我们独家的运算方法 - “HG-CVR”来实现高精度。即使在不稳定的条件下(例如:改变电池;温度,负载,老化及自放电),通过“HG-CVR”的运算原理,我们可以削减库仑电量计上的精密电阻的同时,保持相同精度的电量情报(RSOC)。我们提供了2种小封装以实现业界最小的PCB面积。客户只需要做非常少的参数设定就可以简单的,快速的应用我们的产品。 特性 “HG-CVR”运算技术无需外置精密电阻 2.8%的RSOC精度即使老电池也可提供准确的RSOC 自动修正误差 功耗:3μA的工作模式 准确的电压检测:±7.5 mV 准确的时钟:±3.5% 低电量及低电压时有警报 温度补偿:通过IIC输入温度的热敏情报 检测电池的插入 IIC通讯(支持到400 kHz IIC) 应用 终端产品 针对手提设备及无线应用的电池管理 无线手机 智能手机/ PDA机器 MP3播放器 数码相机 手提式游戏机 USB关联的设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:25 721次 阅读
    LC709203F 单节锂电池电量计[智能电量计]

    LC709501F 移动电源控制器 USB Type-C和快充TM 3.0 应用于单节锂离子电池和锂聚合物电池

    01F是一款用于移动电源的锂离子开关充电器控制器。该设备具有控制移动电源应用的所有功能。它可以控制Type-C端口控制IC,包括Quick Charge 3.0 HVDCP。内置开关控制器可输出5 V至12 V的快速充电电压。通过适当的外部MOSFET可以实现USB Type-C和快速充电的高功率输出。 特性 优势 支持带端口控制IC的USB C型DRP 用于控制Type-C端口控制IC的MCU可以省去。此外,客户无需开发MCU软件。 支持快速充电3.0 HVDCP A类.5 V最高12 V 可以消除HV Boost IC和QC通信IC。它降低了设置成本。 便携式设备通信显示智能手机上的移动电源电池信息(USB 2.0全速主机控制器)(规划) 客户可以享受智能手机屏幕上的移动电源详细信息显示 降压充电/增压充电 准备移动电源应用程序中所需的基本函数 低静态电流:低功耗模式下15μA 低功耗有助于延长电池寿命 支持5 V至12 V操作 支持一般智能手机充电电压 使用外部MOSFET轻松实现功率调节 外部MOSFET的功率调节支持30 W应用 自动USB检测 此功能已准备为基...
    发表于 04-18 20:25 3086次 阅读
    LC709501F 移动电源控制器 USB Type-C和快充TM 3.0 应用于单节锂离子电池和锂聚合物电池

    LC06111TMT 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

    信息 LC06111TMT是用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池的保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过流放电和过流充电。电池保护系统只能由LC06111TMT和少量外部元件制造。 充放电功率MOSFET集成 导通电阻(充放电总量)8.4mΩ(典型值) 高精度检测电压/电流在Ta = 25°C,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.9 A 放电过流检测±0.9 A 放电/充电过流检测补偿功率FET的温度依赖性 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:25 214次 阅读

    LC05112CMT 电池保护控制器 集成MOSFET 1节锂离子电池

    2CMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,集成了功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05112CMT和少量外部部件组成。 特性 优势 集成电源MOSSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 短TAT,高精度 减少过电流检测的分散 高安全性 低电流...
    发表于 04-18 20:22 360次 阅读
    LC05112CMT 电池保护控制器 集成MOSFET 1节锂离子电池

    LC05132C01MT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

    2C01MT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,集成了功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01MT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01MT和少量外部部件组成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修剪 准备的短TAT 减少过电流检测的分散 高度准确检测 复位功能复位释放时间:5s(典型值)[Ta = 25°C] 更安全的嵌入式电池操作 应用 终端产 1节锂离子二次电池保护 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:22 279次 阅读
    LC05132C01MT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

    LC05132C01NMT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

    2C01NMT是一款用于1节锂离子二次电池的保护IC,内置功率MOS FET。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。此外,主系统可以通过关闭LC05132C01NMT的充电FET和放电FET一段时间来执行自身的上电复位,并带有复位信号。电池保护系统只能由LC05132C01NMT和少量外部元件制成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 为准备样本排序TAT 减少过流消除的分散 高度准确的检测 复位功能复位释放时间:1s(典型值)[Ta = 25°C] 更安全的嵌入式电池操作 应用 终端产品 1节锂离子二次电池保护 智能手机 平板电脑 可穿戴设备 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:22 279次 阅读
    LC05132C01NMT 带集成MOSFET 1节锂离子电池的电池保护控制器

    LC05711ARA 电池保护IC,集成功率MOSFET,单节锂离子电池

    信息 LC05711ARA是一款带有集成功率MOSFET的单节锂离子二次电池保护IC。它还集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05711ARA和少量外部元件制成。 集成了充放电功率MOSFET 导通电阻(充放电总量)4.8mΩ(典型值) ) Ta = 25°C时高精度检测电压/电流,VCC = 3.7 V 过充电检测±25 mV 过放电检测±50 mV 充电过流检测±0.7 A 放电过流检测±0.7 A 放电/充电过流检测得到补偿功率FET的温度依赖性 ECP30 WLP封装 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:22 240次 阅读

    LC05111CMT 电池保护控制器 含集成功率MOSFET 单节锂离子电池

    1CMT是一款电池保护电路,用于带有集成功率MOSFET的1节锂离子二次电池。此外,它集成了高精度检测电路和检测延迟电路,以防止电池过充电,过放电,过电流放电和过电流充电。电池保护系统只能由LC05111CMT和少量外部部件制成。 特性 优势 集成功率MOSFET 简易设计 低Rsson11mΩ 低功耗 PKG保险丝修整 准备样品的短TAT 减少过电流检测的分散 高度准确的检测 应用 终端产品 锂离子电池保护 智能手机 平板电脑 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:22 371次 阅读
    LC05111CMT 电池保护控制器 含集成功率MOSFET 单节锂离子电池

    BQ40Z60 bq40z60 完整多节电池管理器

    信息描述德州仪器 (TI) bq40z60 器件是一款可编程的电池管理单元,其集成有电池充电控制输出、电量监测和相关保护功能,能够完全自主地操作 2 至 4 节串联锂离子和锂聚合物电池组。此架构在电量监测处理器与电池充电器控制器之间实现内部通信,从而在系统负载瞬变和适配器电流限制期间根据外部负载条件和电源路径来源管理来优化充电量。可通过 NFET、电感和感测电阻等外部元件针对具体功率传输情况来调节充电电流效率。 该器件提供了电池阵列和系统安全功能,包括电池放电过流、充电短路和放电短路保护,以及针对 N 沟道 FET 的 FET 保护、内部 AFE 看门狗和电池断开连接检测。器件可通过固件提供更多保护 功能, 包括过压、欠压、过热等。特性全集成 2 节至 4 节串联锂离子或锂聚合物电池管理单元Pack+ 上的输入电压范围:2.5V 至 25V电池充电器效率 > 92%电池充电器工作范围:4V 至 25V针对外部 N 沟道场效应晶体管 (NFET) 的电池充电器 1MHz 同步降压控制器软启动,限制浪涌电流外部开关限流保护可编程充电支持 JEITA/增强型充电模式 电量监测用于库伦计数器的 16 位高分辨率积分器16 位模数转换器 (ADC),通过 16 通道多路复用器...
    发表于 04-18 19:10 332次 阅读

    BQ34Z110 用于铅酸电池的采用 Impedance Track™ 技术的宽量程电量测量计

    信息描述 德州仪器 (TI) bq34z110 是一款独立于电池串联配置之外工作的电量计解决方案,此解决方案支持铅酸化学电池。 通过一个外部电压转换电路,可支持 4V 至 64V 的电池,可对此电路进行自动控制以减少系统功耗。bq34z110 器件提供几个接口选项,其中包括一个 I2C 从接口、一个 HDQ 从接口、一个或者四个直接 LED 接口、和一个警报输出引脚。 此外,bq34z110 提供对于外部端口扩展器(支持多于四个 LED)的支持。特性 支持铅酸化学电池 使用获得专利的 Impedance Track 技术,用于电压范围为 4V 至 64V 的电池老化补偿 自放电补偿支持的电池容量超过 65Ahr 支持高于 32A 的充放电电流 外部负温度系数 (NTC) 热敏电阻支持 支持两线制 I2C 和与主机系统进行通信的 HDQ 单线制通信接口 安全哈希算法 (SHA)-1,哈希消息认证码 (HMAC) 认证 一个或者四个直接显示控制 五个 LED 和通过端口扩展器的更多显示 精简的功率模式(典型电池组运行范围条件)正常运行:平均值 < 140µA 睡眠模式:平均值 < 64µA 完全睡眠模式:平均值 < 19µA 封装:14 引脚薄型小外形尺寸封装 (TSSOP)电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 19:10 312次 阅读

    BQ40Z50 1 节、2 节、3 节和 4 节锂离子电池组管理器

    信息描述 bq40z50 器件采用已获专利的 Impedance Track 技术,是一款基于电池组的单芯片全集成解决方案,针对 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组提供电量监测、保护及认证等一些列丰富的功能。bq40z50 器件利用其集成的高性能模拟外设,测量锂离子或锂聚合物电池的可用容量、电压、电流、温度和其他关键参数,保留准确的数据记录,并通过 SMBus v1.1 兼容接口将这些信息报告给系统主机控制器。 bq40z50 器件为主机系统提供最大的功率和电流,从而支持 Turbo 升压模式。 该器件还支持电池跳变点,从而在预设的充电阈值状态向主机系统发送 BTP 中断信号。 bq40z50 针对过压、欠压、过流、短路电流、过载和过热情况,以及其他电池组和电池相关故障提供基于软件的 1 级和 2 级安全保护。具有针对认证码密钥的安全内存的 SHA-1 认证能够识别真正的电池组。这个紧凑的 32 导线 QFN 封装在尽可能地提供电池电量测量应用的功能性和安全性的同时,最大限度地降低解决方案成本和智能电池的尺寸。特性全集成 1 节、2 节、3 节和 4 节串联锂离子或锂聚合物电池组管理器及保护 下一代已获专利的 Impedance Track 技术可准确测量锂离子和锂聚合物电池...
    发表于 04-18 19:10 1656次 阅读

    BQ27545-G1 单节、电池组端 Impedance Track 电量监测计

    信息描述bq27545-G1 锂离子电池电量计是一款微控制器外设,此外设能够提供针对单节锂离子电池组的电量计量。此器件只需开发较少的系统微控制器固件即可实现精确的电池电量计量。bq27545-G1 安装于电池组内或者带有一个嵌入式电池(不可拆卸)的系统主板上。 bq27545-G1 使用已经获得专利的 Impedance Track™ 算法来进行电量计量,并提供诸如剩余电量 (mAh)、充电状态 (%)、续航时间(最小值)、电池电压 (mV) 和温度 (°C) 等信息。该器件还提供针对内部短路或电池端子断开事件的检测功能。bq27545-G1 还 具有 针对安全电池组认证(使用 SHA-1/HMAC 认证算法)的集成支持功能。 该器件还采用 15 焊球 Nano-Free™ DSBGA 封装 (2.61 mm × 1.96 mm),非常适合空间受限的 应用。特性适用于 1 节 (1sXp) 锂离子电池的电池电量计 应用 支持高达 14500mAh 的容量 微控制器外设提供:用于电池温度报告的内部或者外部温度传感器安全哈希算法 (SHA)-1 / 哈希消息认证码 (HMAC) 认证使用寿命的数据记录64 字节非易失性暂用闪存 基于已获专利的 Impedance Track™技术的电池电量计量用于电池续航能力精确预测的电池放电模拟曲线针对电池老化、电...
    发表于 04-18 19:10 413次 阅读

    BQ27010 单节锂电池和锂聚合物电池电量监测计 IC

    信息描述The bqJUNIOR™ series are highly accurate stand-alone single-cell Li-Ion and Li-Pol battery capacity monitoring and reporting devices targeted at space-limited, portable applications. The IC monitors a voltage drop across a small current sense resistor connected in series with the battery to determine charge and discharge activity of the battery. Compensations for battery age, temperature, self-discharge, and discharge rate are applied to the capacity measurments to provide available time-to-emptyinformation across a wide range of operating conditions. Battery capacity is automatically recalibrated, or learned, in the course of a discharge cycle from full to empty. Internal registers include current, capacity, time-to-empty, state-of-charge, cell temperature and voltage, status, and more.The bqJUNIOR can operate directly from single-cell Li-Ion and Li-Pol batteries and communicates to the system over a HDQ one-wire or I2C serial interface.特...
    发表于 04-18 19:10 340次 阅读

    BQ27541-G1 具有集成 LDO 的电池组端 Impedance Track 电池电量监测

    信息 Texas仪器bq27541-G1锂离子电池电量计是一种微控制器外围设备,可为单节锂离子电池组提供电量计量。该器件几乎不需要系统微控制器固件开发来实现精确的电池电量计量bq27541-G1位于电池组内或系统主板上,带有嵌入式电池(不可拆卸)。 bq27541-G1使用获得专利的Impedance Track™算法进行电量计量,并提供剩余电池容量(mAh),充电状态(%)等信息,运行时间为空(最小),电池电压(mV)和温度(°C)。它还提供内部短路或制表断开事件的检测。 bq27541-G1还使用SHA-1 / HMAC认证算法集成了对安全电池组认证的支持 优势特点 用于1系列(1sXp)锂离子电池应用的电池电量计32Ahr容量 微控制器外设提供: 精确的电池电量计支持高达32Ahr 用于电池温度报告的内部或外部温度传感器 SHA-1 / HMAC认证 终身数据记录 > 64字节的非易失性划痕垫FLASH 基于专利阻抗跟踪技术的电池电量计量 模型电池放电曲线,用于准确的时间到空预测 自动调整电池老化,电池自放电,&n温度/速率低效 低值检测电阻(5mΩ至20mΩ) 高级电量计功能 内部短暂检测 标签断开检测 ...
    发表于 04-18 19:10 676次 阅读

    BQ24278 具有电源路径的 2.5A 单输入单节开关模式锂离子电池充电器

    信息描述 bq24278 高度集成的单节锂离子电池充电器和系统电源路径管理器件针对空间有限且带有高容量电池的便携式应用。 单节充电器由一个诸如 AC(交流)适配器或者无线电源的专用充电源供电运行。此电源路径管理特性使得 bq24278 能够在为电池独立充电的同时从一个高效 DC 到 DC 转换器为系统供电。 此充电器一直监视电池电流并在系统负载所需电流超过输入电流限制时减少充电电流。 这样可实现正常的充电终止和定时器运行。 系统电压被调节至电池电压,但不会下降至低于 3.5V。 最小系统电压支持使得此系统能够与一个残次品或者有缺失的电池组一起运行并且即使在电池完全放电或者无电池的情况下也可实现瞬时系统启动。 当适配器不能传送峰值系统电流时,此电源路径管理架构还允许电池补充系统电流需要。 这样可使用较小的适配器。 电池充电经历以下三个阶段:充电,恒定电流和恒定电压。 在所有的充电阶段,一个内部控制环路监视 IC 结温并且在超过内部温度阀值的情况下减少充电电流。 此外,bq24278 提供一个基于电压的电池组热敏电阻器监控输入 (TS) 来监控电池温度以保证安全充电。特性 具有独立电源路径控制的高效开关模式充电器从深度放电电池或者在无电...
    发表于 04-18 19:10 457次 阅读