La tecnología del sistema de gestión de baterías de alto voltaje (BMS) para vehículos eléctricos está evolucionando rápidamente. Los diseñadores están adoptando nuevas químicas de batería y experimentando con nuevas arquitecturas para recorrer más millas con una sola carga, reducir el tiempo de carga y minimizar el costo total de los paquetes de baterías EV. La caja de conexiones de batería inteligente (BJB) y el BMS de control de dominio es el siguiente paso evolutivo en la arquitectura EV BMS, que ofrece una mayor flexibilidad de diseño, una sobrecarga de software reducida y un rendimiento mejorado del paquete de baterías.
BJB inteligente
Un BMS tradicional tiene tres subsistemas principales: Unidad de administración de batería (BMU), BJB y Unidad de supervisión de celda (CSU). La BMU contiene la MCU BMS principal, que es responsable de calcular el estado de carga (SoC) y el estado de carga (SoH) del paquete de baterías. La medición precisa de SoC y SoH es clave para reducir costos y representar con precisión la duración y el alcance de la batería. Además, la mayoría de los componentes electrónicos necesarios para el monitoreo de voltaje y corriente del paquete, la medición de la resistencia de aislamiento y los controladores de contactores y pirofusibles se encuentran en la BMU. La CSU contiene componentes electrónicos para monitorear el voltaje y la temperatura de la celda, mientras que la BJB actúa principalmente como una caja electromecánica en la que se ubican derivaciones, contactores y pirofusibles.
Los últimos monitores de batería y balanceadores de TI, como BQ79616-Q1admite una amplia gama de químicas de batería, incluida LiFePOcuatro, Mejore la precisión del monitoreo del voltaje de la celda y permita mediciones precisas de SoC y SoH.
Las arquitecturas tradicionales de BMS requieren muchos cables entre la BMU y la BJB, lo que consume un espacio valioso en el paquete de baterías y agrega peso al vehículo. En respuesta, los fabricantes están migrando cada vez más dispositivos electrónicos como sensores UIR (para mediciones de voltaje, corriente y resistencia de aislamiento del paquete), controladores de contactores y controladores de pirofusibles a BJB. Estos BJB inteligentes reducen en gran medida la cantidad de cableado entre BMU y BJB, al tiempo que aumentan la flexibilidad para colocar BMU y BJB dentro del paquete de baterías. La BMU se convierte en una placa dedicada de bajo voltaje, lo que reduce la complejidad y el costo.
Esta nueva arquitectura de diseño presenta nuevos desafíos. Los BJB y BMU inteligentes deben comunicarse entre sí, por ejemplo, a través de un bus de red de área de controlador (CAN) o una conexión en cadena aislada. El enfoque CAN requiere colocar la MCU de seguridad, el transceptor CAN y los circuitos de alimentación asociados en el BJB. La conexión en cadena aislada, por otro lado, proporciona un protocolo simple de par trenzado de 2 hilos que no requiere una MCU o software asociado, lo que satisface los requisitos de los OEM para reducir la complejidad y reducir los costos de la lista de materiales.
En un BJB inteligente, el sensor UIR se comunica con la BMU como todos los demás circuitos en el BJB sin necesidad de una MCU. El sensor UIR usa la misma conexión en cadena aislada que el monitor de celda en la CSU, por lo que el BJB y todas las CSU están en el mismo bus en conexión en cadena aislada y pueden comunicarse con la BMU.
Este diagrama muestra la transición del BMS tradicional (a) al BMS con BJB inteligentes (b).
BMS controlado por dominio
El siguiente paso en la evolución de la arquitectura BMS es sacar la BMU del paquete de baterías e integrarla en el controlador de dominio del tren motriz para crear un BMS controlado por dominio. Un elemento clave de esta arquitectura es el tablero inteligente de baja tensión BJB y BMU. Tal arquitectura reduce en gran medida la complejidad y el costo del diseño de BMS tanto de hardware como de software.
Este diagrama muestra la transición de un BMS con BJB inteligentes (a) a un BMS controlado por dominio (b).
Una arquitectura BMS controlada por dominio requiere una interfaz de comunicación entre la Unidad de control de dominio (DCU) y el paquete de baterías. Al adoptar interfaces de comunicación estandarizadas, los fabricantes de equipos originales pueden usar DCU listas para usar y reducir su dependencia de proveedores de semiconductores específicos.
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Ankush Guptagerente de línea de productos, Texas Instruments
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