Ffynhonnell: electronicsdesign.com
Pensaernïaeth System Rheoli Batri
Mae system rheoli batri (BMS) fel arfer yn cynnwys sawl bloc swyddogaethol, gan gynnwys trosglwyddyddion effaith maes toriad (FETs), monitor mesurydd tanwydd, monitor foltedd-cell, cydbwysedd foltedd-cell, cloc amser real, monitorau tymheredd, ac a peiriant y wladwriaeth(Ffig. 1). Mae sawl math o BMS IC ar gael.
Mae grwpio blociau swyddogaethol yn amrywio'n fawr o ben blaen analog syml, fel theISL94208 sy'n cynnig cydbwyso a monitro ac mae angen microcontrolwr, i ddatrysiad integredig arunig sy'n rhedeg yn annibynnol (ee, theISL94203). Nawr, gadewch i ni archwilio'r pwrpas a'r dechnoleg y tu ôl i bob bloc, yn ogystal â manteision ac anfanteision pob technoleg.
Cutoff FETs a Gyrrwr FET
Mae bloc swyddogaethol gyrrwr FET yn gyfrifol am gysylltiad ac arwahanrwydd y pecyn batri rhwng y llwyth a'r gwefrydd. Mae ymddygiad gyrrwr y FET yn dibynnu ar fesuriadau o folteddau celloedd batri, mesuriadau cyfredol, a chylchedwaith canfod amser real. Mae Ffigur 2 yn dangos dau fath gwahanol o gysylltiadau FET rhwng y llwyth a'r gwefrydd, a'r pecyn batri.
Mae Ffigur 2A yn gofyn am y nifer lleiaf o gysylltiadau â'r pecyn batri ac mae'n cyfyngu dulliau gweithredu pecyn y batri i naill ai wefru, rhyddhau neu gysgu. Mae cyfeiriad llif cyfredol ac ymddygiad prawf amser real penodol yn pennu cyflwr y ddyfais.
2. Dangosir sgematigau FET torbwynt ar gyfer cysylltiad sengl rhwng y llwyth a'r gwefrydd (A), a chysylltiad dau derfynell sy'n caniatáu ar gyfer gwefru a gollwng ar yr un pryd (B).
Er enghraifft, mae gan yr ISL94203 fonitor sianel (CHMON) sy'n monitro'r foltedd ar ochr dde'r FETs torri. Os yw gwefrydd wedi'i gysylltu a bod y pecyn batri wedi'i ynysu oddi wrtho, bydd y cerrynt sydd wedi'i chwistrellu tuag at y pecyn batri yn achosi i'r foltedd godi i foltedd cyflenwi uchaf y gwefrydd. Mae'r lefel foltedd yn CHMON yn cael ei faglu, sy'n gadael i'r ddyfais BMS wybod bod gwefrydd yn bresennol. I bennu cysylltiad llwyth, caiff cerrynt ei chwistrellu i'r llwyth i benderfynu a oes llwyth yn bresennol. Os nad yw'r foltedd wrth y pin yn codi'n sylweddol wrth chwistrellu cerrynt, mae'r canlyniad yn penderfynu bod llwyth yn bresennol. Yna mae DFET gyrrwr FET yn troi ymlaen. Mae'r cynllun cysylltu yn Ffigur 2B yn caniatáu i'r pecyn batri weithredu wrth godi tâl.
Gellir cynllunio gyrwyr FET i gysylltu ag ochr uchel neu isel pecyn batri. Mae cysylltiad ochr uchel yn gofyn am yrrwr pwmp gwefru i actifadu'r NMOS FETs. Wrth ddefnyddio gyrrwr ochr uchel, mae'n caniatáu cyfeirnod daear solet ar gyfer gweddill y cylchedwaith. Mae cysylltiadau gyrrwr FET ochr isel i'w cael mewn rhai atebion integredig i leihau cost, oherwydd nid oes angen pwmp gwefru arnynt. Hefyd nid oes angen dyfeisiau foltedd uchel arnynt, sy'n defnyddio ardal farw fwy. Mae defnyddio'r FETs toriad ar yr ochr isel yn arnofio cysylltiad daear y pecyn batri, gan ei gwneud yn fwy agored i sŵn a chwistrellir i'r mesuriad. Mae hyn yn effeithio ar berfformiad rhai IC.
Mesurydd Tanwydd / Mesuriadau Cyfredol
Mae'r bloc swyddogaethol mesurydd tanwydd yn cadw golwg ar y gwefr sy'n mynd i mewn ac allan o'r pecyn batri. Mae gwefr yn gynnyrch cyfredol ac amser. Gellir defnyddio sawl techneg wahanol wrth ddylunio mesurydd tanwydd.
Mae mwyhadur synnwyr cyfredol ac MCU gyda thrawsnewidydd analog-i-ddigidol cydraniad isel (ADC) wedi'i ymgorffori yn un dull mesur cerrynt. Mae'r mwyhadur synnwyr cyfredol, sy'n gweithredu mewn amgylcheddau modd cyffredin uchel, yn chwyddo'r signal, gan alluogi mesuriadau cydraniad uwch. Mae'r dechneg ddylunio hon yn aberthu ystod ddeinamig, serch hynny.
Mae technegau eraill yn defnyddio ADC cydraniad uchel, neu IC mesurydd tanwydd costus. Mae deall defnydd cyfredol yr ymddygiad llwyth yn erbyn amser yn pennu'r math gorau o ddyluniad mesurydd tanwydd.
Yr ateb mwyaf cywir a chost-effeithlon yw mesur y foltedd ar draws gwrthydd synnwyr gan ddefnyddio ADC 16-did neu uwch gyda gwrthbwyso isel a sgôr modd cyffredin uchel. Mae ADC cydraniad uchel yn cynnig ystod ddeinamig fawr ar draul cyflymder. Os yw'r batri wedi'i gysylltu â llwyth anghyson, fel cerbyd trydan, gall yr ADC araf fethu pigau cerrynt maint uchel ac amledd uchel a ddanfonir i'r llwyth.
Ar gyfer llwythi anghyson, efallai y byddai ADC olynol-bras-bras (SAR) gydag efallai pen blaen mwyhadur synnwyr cyfredol yn fwy dymunol. Mae unrhyw wall gwrthbwyso yn effeithio ar y gwall cyffredinol yn swm y tâl batri. Bydd gwallau mesur dros amser yn achosi gwallau pecyn batri statws gwefr sylweddol. Mae gwrthbwyso mesuriad o 50 µV neu lai gyda datrysiad 16-did yn ddigonol wrth fesur gwefr.
Foltedd Cell a Mwyhau Oes y Batri
Mae monitro foltedd celloedd pob cell mewn pecyn batri yn hanfodol i bennu ei iechyd yn gyffredinol. Mae gan bob cell ffenestr foltedd gweithredu lle dylai gwefru / gollwng ddigwydd i sicrhau gweithrediad cywir a bywyd batri. Os yw cymhwysiad yn defnyddio batri â chemeg lithiwm, mae'r foltedd gweithredu fel arfer yn amrywio rhwng 2.5 a 4.2 V. Mae'r ystod foltedd yn ddibynnol ar gemeg. Mae gweithredu'r batri y tu allan i'r ystod foltedd yn lleihau oes y gell yn sylweddol a gall ei gwneud yn ddiwerth.
Mae celloedd wedi'u cysylltu mewn cyfres ac yn gyfochrog i ffurfio pecyn batri. Mae cysylltiad cyfochrog yn cynyddu gyriant cyfredol y pecyn batri, tra bod cysylltiad cyfres yn cynyddu'r foltedd cyffredinol. Mae gan berfformiad cell ddosbarthiad: Ar yr un pryd â sero, mae cyfraddau gwefru a rhyddhau'r gell pecyn batri yr un peth. Wrth i bob cell gylchu rhwng gwefr a rhyddhau, mae cyfraddau gwefru a rhyddhau pob cell yn newid. Mae hyn yn arwain at ddosbarthiad gwasgariad ar draws pecyn batri.
Ffordd syml o benderfynu a godir pecyn batri yw monitro foltedd pob cell i lefel foltedd penodol. Mae'r foltedd cell cyntaf i gyrraedd y terfyn foltedd yn baglu'r terfyn a godir ar becyn batri. Mae pecyn batri celloedd gwannach na'r cyfartaledd yn arwain at i'r gell wannaf gyrraedd y terfyn yn gyntaf, gan gadw gweddill y celloedd rhag gwefru'n llawn.
Nid yw cynllun codi tâl, fel y disgrifir, yn gwneud y mwyaf o'r pecyn batri AR amser y tâl. Mae'r cynllun codi tâl yn lleihau oes y pecyn batri oherwydd mae angen mwy o gylchoedd gwefru a rhyddhau arno. Mae cell wannach yn gollwng yn gyflymach. Mae hefyd yn digwydd ar y cylch rhyddhau; mae'r gell wannach yn baglu'r terfyn rhyddhau yn gyntaf, gan adael gweddill y celloedd â gwefr yn weddill.
Mae dwy ffordd i wella'r amser ON fesul tâl pecyn batri. Y cyntaf yw arafu'r gwefr i'r gell wannaf yn ystod y cylch gwefru. Cyflawnir hyn trwy gysylltu FET ffordd osgoi â gwrthydd cyfyngu cyfredol ar draws y gell(Ffig. 3 A). Mae'n cymryd cerrynt o'r gell gyda'r cerrynt uchaf, gan arwain at wefr sy'n arafu. O ganlyniad, mae'r celloedd pecyn batri eraill yn gallu dal i fyny. Y nod yn y pen draw yw cynyddu capasiti gwefr y pecyn batri trwy sicrhau bod pob un o'r celloedd yn cyrraedd y terfyn llawn ar yr un pryd.
3. Mae FETs cydbwyso celloedd ffordd osgoi yn helpu i arafu cyfradd gwefr cell yn ystod y cylch gwefru (A). Defnyddir cydbwyso gweithredol yn ystod y cylch rhyddhau i ddwyn gwefr o gell gref a rhoi'r gwefr i gell wan (B).
Yr ail ddull yw cydbwyso'r pecyn batri ar y cylch rhyddhau trwy weithredu cynllun dadleoli gwefr. Gellir ei gyflawni trwy wefru trwy gyplu anwythol neu storio capacitive o'r gell alffa a chwistrellu'r gwefr wedi'i storio i'r gell wannaf. Mae hyn yn arafu'r amser y mae'n ei gymryd i'r gell wannaf gyrraedd y terfyn rhyddhau, a elwir hefyd yn gydbwyso gweithredol(Ffig. 3 B).
Monitro Tymheredd
Mae batris heddiw yn cyflenwi llawer o gerrynt wrth gynnal foltedd cyson. Gall hyn arwain at gyflwr rhedeg i ffwrdd sy'n achosi i'r batri fynd ar dân. Mae'r cemegau a ddefnyddir i adeiladu batri yn gyfnewidiol iawn - gall batri sydd wedi'i orchuddio â'r gwrthrych cywir hefyd beri i'r batri fynd ar dân. Nid ar gyfer diogelwch yn unig y defnyddir mesuriadau tymheredd, gallant hefyd benderfynu a yw'n ddymunol gwefru neu ollwng batri.
Mae synwyryddion tymheredd yn monitro pob cell ar gyfer cymwysiadau system storio ynni (ESS) neu grwpio celloedd ar gyfer cymwysiadau llai a mwy cludadwy. Defnyddir thermistorau sy'n cael eu pweru gan gyfeirnod foltedd ADC mewnol yn gyffredin i fonitro tymheredd pob cylched. Yn ogystal, mae cyfeirnod foltedd mewnol yn helpu i leihau gwallau darlleniad tymheredd yn erbyn newidiadau tymheredd amgylcheddol.
Peiriannau neu Algorithmau Gwladwriaethol
Mae'r rhan fwyaf o systemau BMS yn gofyn am ficroreolydd (MCU) neu arae giât rhaglenadwy maes (FPGA) i reoli gwybodaeth o'r cylched synhwyro, ac yna gwneud penderfyniadau gyda'r wybodaeth a dderbynnir. Mewn rhai dyfeisiau, fel yr ISL94203, mae algorithm sydd wedi'i amgodio'n ddigidol yn galluogi datrysiad arunig gydag un sglodyn. Mae datrysiadau annibynnol hefyd yn werthfawr wrth gael eu paru i MCU, oherwydd gellir defnyddio peiriant cyflwr yr standalone i ryddhau beiciau cloc MCU a gofod cof.
Blociau Adeiladu BMS Eraill
Gall blociau BMS swyddogaethol eraill gynnwys dilysu batri, cloc amser real (RTC), cof, a chadwyn llygad y dydd. Defnyddir y RTC a'r cof ar gyfer cymwysiadau blwch du - defnyddir y RTC fel stamp amser a defnyddir cof i storio data. Mae hyn yn gadael i'r defnyddiwr wybod ymddygiad pecyn batri cyn digwyddiad trychinebus. Mae'r bloc dilysu batri yn atal electroneg BMS rhag cael ei gysylltu â phecyn batri trydydd parti. Defnyddir y cyfeirnod / rheolydd foltedd i bweru cylchedwaith ymylol o amgylch y system BMS. Yn olaf, defnyddir cylchedwaith cadwyn llygad y dydd i symleiddio'r cysylltiad rhwng dyfeisiau wedi'u pentyrru. Mae'r bloc cadwyn llygad y dydd yn disodli'r angen am gyplyddion optegol neu gylchedau symud lefel eraill.