Texas Instruments war diese Woche auf der CES 2023, wo es seine neuesten Management-Tools für Batteriezellen und Batteriepakete vorstellte. Das Unternehmen sagt, dass seine neuen Batteriemanagementsystemprodukte die Reichweite eines Elektrofahrzeugs um bis zu 20 % erhöhen könnten. Wie kann die BMS-Technologie das leisten? Weiter lesen.
Die technischen Details sind eine faszinierende Lektüre für Sie Techniker, die gerne Schaltpläne lesen und die Feinheiten des Transistordesigns erkunden. Im Grunde geht es darum, dass die neuen TI-Komponenten besser verstehen können, was tatsächlich in diesem Behälter passiert, den wir Akkupack nennen, und diese Informationen verwenden, um seine Leistung und Reichweite genauer vorherzusagen.
In einem Pressemitteilung, sagt das Unternehmen, dass seine neuen Autobatteriezellen- und Pack-Monitore die genauesten Messfunktionen haben, die auf dem Markt erhältlich sind. Da Elektrofahrzeuge immer beliebter werden, tragen fortschrittliche Batteriemanagementsysteme (BMS) dazu bei, kritische Hindernisse für eine breite Einführung zu überwinden. Durch die Konzentration auf die Lösung komplexer Systemdesign-Herausforderungen bietet TI das fortschrittlichste und umfassendste Portfolio an BMS-Geräten, mit denen Autohersteller ein sichereres und zuverlässigeres Fahrerlebnis schaffen und die Einführung von Elektrofahrzeugen beschleunigen können.
Die neuesten Batteriesteuerungen von TI sind der Batteriezellenwächter BQ79718-Q1 und der Batteriepackwächter BQ79731-Q1. Diese Geräte bieten ein beispielloses Maß an Genauigkeit und Präzision bei der Messung von Batteriespannung, -strom und -temperatur, um die wahre Reichweite eines Fahrzeugs zu bestimmen und die Gesamtlebensdauer und Sicherheit des Batteriepakets zu erhöhen.
„Autohersteller zielen darauf ab, die größtmögliche Reichweite aus ihren Elektrofahrzeugen herauszuholen, und genaue Schätzungen des Ladezustands sind entscheidend, um dies zu erreichen“, sagte Sam Wong, General Manager für BMS bei TI. „Unsere neuen Geräte bieten eine wesentlich höhere Präzision bei der Spannungs- und Strommessung und geben Autoherstellern das Vertrauen, die wahre Reichweite eines Elektrofahrzeugs genau zu messen.“
Kritische Funktionen des Batteriemanagementsystems
Da Elektrofahrzeuge immer beliebter werden, besteht die Herausforderung für Autohersteller darin, die wahre Reichweite widerzuspiegeln und das Fahrzeug gleichzeitig erschwinglicher zu machen. Dies führt dazu, dass die Batteriepakete bei höheren Energiedichten kostengünstiger werden. Jede einzelne Wattstunde, die in den Zellen gespeichert und abgerufen wird, ist entscheidend für die Verlängerung der Reichweite, so das Unternehmen.
Mit dem BQ79718-Q1 können Autohersteller die wahre Reichweite ihrer Elektrofahrzeuge mit leistungsstarken Batteriezellenspannungsmessungen mit einer Genauigkeit von bis zu 1 mV maximieren, und der BQ79731-Q1 ermöglicht die Messung des Batteriepackstroms mit einer Genauigkeit von bis zu 0,05 %. Diese Präzision bietet die klarste Möglichkeit, den Ladezustand und den Gesundheitszustand auf der Ebene der einzelnen Zelle und des Pakets genau zu messen. Das wiederum ermöglicht es den Fahrern, jederzeit bessere Informationen über die tatsächliche Reichweite ihres Autos zu erhalten.
Die branchenweit beste Spannungs- und Stromsynchronisierung ermöglicht eine sofortige Überwachung der Batteriepackleistung, die eine Momentaufnahme des Batteriezustands in Echtzeit liefert. Dieser Synchronisationsgrad ermöglicht die elektrochemische Impedanzspektroskopie, die wichtige Einblicke in die Zellkerntemperatur, die Batteriealterung und den Ladezustand der Batterie liefert.
Die integrierte Batteriezellenüberwachungsschaltung BQ79718-Q1 erreicht eine beispiellose ASIL-Genauigkeit (Automotive Safety Integrity Level) und gibt Autoherstellern die Möglichkeit, ein Fahrzeugbatteriepaket über alle bisher auf dem Markt erhältlichen Zellüberwachungen hinaus zu laden und zu entladen.
Bildnachweis: Texas Instruments
Abbildung 1 zeigt eine typische BMS-Architektur mit einer Battery Management Unit (BMU), einer Cell Supervisor Unit (CMU) und einer Battery Junction Box (BJB). Eine BMU verfügt typischerweise über einen Mikrocontroller (MCU), der alle Funktionen innerhalb des Batteriepacks verwaltet. Der traditionelle BJB ist ein Relaiskasten oder ein Schaltkasten mit Leistungsschützen, der den gesamten Batteriepack mit dem Lastwechselrichter, Motor oder Batterieladegerät verbindet.
Abbildung 1a zeigt das herkömmliche BMS ohne aktive Elektronik im Anschlusskasten. Alle Messungen im BJB werden am BMU gemessen. Es gibt Drähte, die den BJB mit den Anschlüssen des Analog-Digital-Wandlers (ADC) verbinden.
Abbildung 1b zeigt den intelligenten BJB. In der Box befindet sich ein dedizierter Pack-Monitor, der alle Spannungen und Ströme misst und die Informationen über eine einfache Twisted-Pair-Kommunikation an die MCU weiterleitet. Es hilft, Kabel und Kabelbäume zu eliminieren und Spannungs- und Strommessungen mit geringerem Rauschen zu verbessern.
Bildnachweis: Texas Instruments
Abbildung 2 zeigt die verschiedenen hohen Spannungen, Ströme und Temperaturen, die der Pack-Monitor in einem BJB misst, der durch den BQ79731-Q1-Akkupack-Monitor aktiviert wird.
- Stromspannung: Die Hochspannung wird mit heruntergeteilten Widerstandsketten gemessen. Diese Spannungsmessungen überwachen den Zustand von Hochspannungskomponenten im System.
- Temperatur: Die Temperaturmessungen überwachen die Temperatur des Shunt-Widerstands, damit die MCU eine Kompensation vornehmen kann, sowie die Temperatur der Schütze, um sicherzustellen, dass sie nicht über die normalen Betriebsbedingungen hinaus belastet werden.
- Aktuell: Die aktuellen Messungen basieren entweder auf:
- Ein Shunt-Widerstand – da die Ströme in einem Elektrofahrzeug Tausende von Ampere erreichen können, sind die Shunt-Widerstandswerte extrem klein – im Bereich von 25 µOhm bis 50 µOhm; oder
- Ein Hall-Effekt-Sensor – Wird verwendet, um den EV-Strom auf der Hochspannungsschiene zu messen, während er noch isoliert ist. Sein dynamischer Bereich ist typischerweise begrenzt, daher können mehrere Sensoren im System vorhanden sein, um den gesamten Bereich zu messen.
Die Hauptfunktion eines Batteriemanagementsystems besteht darin, Zellspannungen, Packspannungen und Packstrom zu überwachen. Darüber hinaus ist aufgrund des Hochspannungsdesigns des BMS eine Isolationswiderstandsmessung zwischen der Hochspannungsdomäne und der Niederspannungsdomäne erforderlich, um Defekte in der Batteriestruktur zu erkennen und vor gefährlichen Bedingungen zu schützen.
Keine Lieferkettenprobleme
Autohersteller können ihre Entwürfe durch den Kauf des Batteriezellenmonitors BQ79718-Q1 für 399 US-Dollar starten. Ebenfalls erhältlich ist das Evaluierungsmodul BQ79731-Q1 zur Akkupack-Überwachung zum Preis von 199 US-Dollar. Alle für BMS vorgestellten Produkte sind ab sofort bei Texas Instruments erhältlich. Verfügbarkeit ist ein entscheidender Faktor in der heutigen Welt der Fertigung, wo der Mangel an computerchipbasierten Komponenten die Autohersteller daran hindert, die explosionsartige Nachfrage nach Elektroautos zu befriedigen.
Wir wissen nicht, wie diese neuen Batteriemanagementsystem-Tools von Texas Instruments im Vergleich zu denen abschneiden, die von branchenführenden Unternehmen wie Tesla verwendet werden, aber wir können davon ausgehen, dass TI keine Zeit und kein Geld in die Herstellung genauerer Systeme investieren würde, wenn dies nicht erforderlich wäre . Genaue Informationen über den Status einzelner Batteriezellen und eines Batteriepakets als Ganzes sollten es dem Fahrer ermöglichen, die Ladeleistung und Reichweite zu maximieren – zwei der wichtigsten Faktoren, die die EV-Revolution vorantreiben.
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