Manba: elektrondesign.com
Batareyani boshqarish-tizim arxitekturasi
Batareyani boshqarish tizimi (BMS) odatda bir nechta funktsional bloklardan iborat, shu jumladan, o'chirish maydoni ta'sir o'tkazgichlari (FET), yonilg'i o'lchagich monitor, hujayra voltaji monitor, uyali voltaj balansi, real vaqtda soat, harorat monitorlari va davlat mashinasi(1-rasm). BMS IClarning bir nechta turlari mavjud.
Funktsional bloklarning guruhlanishi oddiy analog old tomondan, masalan, muvozanatlash va kuzatishni taklif qiluvchi va mikrokontroller talab qiladigan, oddiy avtonom (masalan, theISL94203) ishlaydigan mustaqil integral echimga qadar farq qiladi. Endi har bir blokning maqsadi va texnologiyasini hamda har bir texnologiyaning ijobiy va salbiy tomonlarini ko'rib chiqamiz.
FET va FET drayveri
FET-drayverning funktsional bloki batareyalar to'plamining ulanishi va yuk va zaryadlovchi o'rtasida izolyatsiya uchun javobgardir. FET haydovchisining xatti-harakatlari batareyalar zo'riqishida o'lchovlar, oqim o'lchovlari va real vaqtda aniqlash sxemasi bo'yicha aniqlanadi. 2-rasmda yuk va zaryadlovchi qurilmasi va batareyalar to'plami o'rtasidagi FET ulanishining ikki xil turi tasvirlangan.
Shakl 2A batareyalar to'plamiga eng kam ulanishni talab qiladi va batareyalar to'plamining ish rejimlarini zaryadlash, zaryadsizlantirish yoki uxlash bilan cheklaydi. Hozirgi oqim yo'nalishi va aniq real vaqtda o'tkazilgan sinov qurilmaning holatini aniqlaydi.
2. Yuk va zaryadlovchi (A) o'rtasidagi yagona ulanish uchun FETning o'chirish sxemalari va bir vaqtning o'zida zaryadlash va zaryadsizlantirishga imkon beradigan ikkita terminalli ulanish ko'rsatilgan (B).
Masalan, ISL94203-da FET-larning o'ng tomonidagi kuchlanishni nazorat qiluvchi kanalli monitor (CHMON) mavjud. Agar zaryadlovchi ulangan bo'lsa va undan batareyalar to'plami ajratilgan bo'lsa, batareyalar to'plamiga yuborilgan oqim kuchlanishni zaryadlovchining maksimal kuchlanish darajasiga ko'tarishiga olib keladi. CHMONdagi kuchlanish darajasi o'chirildi, bu BMS qurilmasiga zaryadlovchi mavjudligini bilishga imkon beradi. Yuklanish aloqasini aniqlash uchun yuk mavjudligini aniqlash uchun yukga oqim kiritiladi. Agar oqimni in'ektsiya qilishda pimdagi kuchlanish sezilarli darajada ko'tarilmasa, natija yuk mavjudligini aniqlaydi. Keyin FET drayverining DFET-ni yoqadi. Shakl 2B-dagi ulanish sxemasi zaryad olayotganda batareyalar to'plamini ishlashga imkon beradi.
FET drayverlari batareyalar to'plamining yuqori yoki past tomonlariga ulanish uchun mo'ljallangan bo'lishi mumkin. Yuqori tomonli ulanish uchun NMOS FETs-ni faollashtirish uchun zaryad-nasos drayveri kerak. Yuqori tomonli haydovchidan foydalanganda, bu qolgan elektron tizim uchun qattiq erga mos yozuvlar olish imkonini beradi. Kam tomonli FET drayveri ulanishlari xarajatlarni kamaytirish uchun ba'zi bir integral echimlarda uchraydi, chunki ularga zaryad pompasi kerak emas. Ular, shuningdek, kattaroq maydonni iste'mol qiladigan yuqori voltli qurilmalarni talab qilmaydi. FET-larni past tomonida ishlatish batareyalar to'plamining erga ulanishini suzadi, bu esa o'lchovga kiritilgan shovqinga ko'proq ta'sir qiladi. Bu ba'zi bir IClarning ishlashiga ta'sir qiladi.
Yoqilg'i o'lchagichi / joriy o'lchovlar
Yoqilg'i o'lchagichining funktsional bloki batareyalar to'plamiga kirish va chiqish zaryadini kuzatib boradi. Zaryadlash - bu oqim va vaqtning hosilasi. Yoqilg'i o'lchagichini loyihalashda bir nechta turli xil texnikalardan foydalanish mumkin.
Hozirgi sezgir kuchaytirgich va o'rnatilgan past aniqlikdagi analogdan raqamli konvertorga (ADC) ega bo'lgan MCU oqimlarni o'lchash usullaridan biridir. Yuqori umumiy rejimda ishlaydigan oqim sezgir kuchaytirgich signalni kuchaytiradi va yuqori aniqlikdagi o'lchovlarni amalga oshiradi. Ushbu dizayn texnikasi dinamik diapazonni qurbon qiladi.
Boshqa texnikada yuqori aniqlikdagi ADC yoki yonilg'i o'lchagichi IC ishlatiladi. Yuk ko'tarish xatti-harakatining vaqtga nisbatan tushunchasini tushunish yoqilg'i o'lchagich dizayni eng yaxshi turini aniqlaydi.
Eng aniq va tejamkor echim - bu sezgir qarshilikdagi kuchlanishni past ofsetli va yuqori umumiy rejim darajasiga ega 16 yoki undan yuqori ADC yordamida o'lchashdir. Yuqori aniqlikdagi ADC tezlik hisobiga katta dinamik diapazonni taqdim etadi. Agar akkumulyator notekis yukga, masalan, elektr transport vositasiga ulangan bo'lsa, sekin ADC yukga etkazilgan yuqori va yuqori chastotali oqim pog'onalarini o'tkazib yuborishi mumkin.
Noto'g'ri yuklar uchun ketma-ket registrli (SAR) ADC, ehtimol oqim sezgir kuchaytirgichning oldingi uchi ma'qulroq bo'lishi mumkin. Har qanday ofset xatosi batareya zaryadining umumiy xatosiga ta'sir qiladi. Vaqt o'tishi bilan o'lchovdagi xatolar, zaryad holatida batareyalar to'plamida katta xatolarga olib keladi. Zaryadni o'lchashda 50 µV yoki undan kam bo'lgan 16-bitli piksellar soniga ega bo'lgan o'lchov ofseti etarli.
Hujayra kuchlanishi va batareyaning ishlash muddatini maksimal darajada oshirish
Batareya to'plamidagi har bir hujayraning kuchlanishini kuzatish uning sog'lig'ini aniqlash uchun juda muhimdir. Barcha xujayralarda ishlaydigan kuchlanish oynasi mavjud bo'lib, u erda zaryadlash / zaryadlash to'g'ri ishlashi va batareyaning ishlash muddatini ta'minlashi kerak. Agar dastur lityum kimyo bilan ishlaydigan batareyadan foydalansa, ish kuchlanishi odatda 2,5 dan 4,2 V gacha. Kuchlanish diapazoni kimyoga bog'liq. Batareyani voltaj diapazonidan tashqarida ishlatish hujayraning ishlash muddatini sezilarli darajada qisqartiradi va uni yaroqsiz holga keltirishi mumkin.
Hujayralar ketma-ket va parallel ravishda bog'lanib, batareyalar to'plamini hosil qiladi. Parallel ulanish batareyalar to'plamining oqimini oshiradi, ketma-ket ulanish esa umumiy kuchlanishni oshiradi. Hujayraning ishlashi taqsimotga ega: Bunda nolga teng bo'lganida, batareyalar zaryadlash va zaryadsizlanish darajasi bir xil bo'ladi. Har bir hujayra zaryad va razryad o'rtasida aylanish jarayonida har bir hujayraning zaryad va zaryadsizlanish darajasi o'zgaradi. Bu batareyalar to'plami bo'ylab tarqalishiga olib keladi.
Batareya zaryadlanganligini aniqlashning oddiy usuli har bir hujayraning kuchlanishini belgilangan kuchlanish darajasiga qadar kuzatib borishdir. Voltaj chegarasiga etib boradigan birinchi hujayra kuchlanishi batareyalar zaryadlangan chegarasini o'chiradi. O'rtacha ko'rsatkichdan zaifroq bo'lgan batareyalar to'plami, eng zaif hujayraning birinchi darajaga etishiga olib keladi, bu esa qolgan hujayralarni to'liq zaryadlashdan saqlaydi.
Ta'riflanganidek, zaryadlash sxemasi, har bir zaryad uchun batareyani yoqish vaqtini maksimal darajada oshirmaydi. Zaryadlash sxemasi batareyaning ishlash muddatini qisqartiradi, chunki u ko'proq zaryadlash va zaryadsizlantirish davrlarini talab qiladi. Zaifroq hujayra tezroq bo'shatiladi. Bundan tashqari, oqim davri sodir bo'ladi; kuchsizroq hujayra avval bo'shatish chegarasini kesib o'tadi va qolgan hujayralarni zaryad bilan qoldiradi.
Batareya zaryadini yoqish vaqtini yaxshilashning ikki yo'li mavjud. Birinchisi, zaryadlash jarayonida eng zaif hujayragacha zaryadni sekinlashtirish. Bunga FETni xujayra bo'ylab oqim cheklovchi qarshilik bilan ulash orqali erishiladi(Shakl 3A). U eng yuqori tok bilan hujayradan oqim oladi, natijada hujayra zaryadi sekinlashadi. Natijada, batareyalar to'plamining boshqa xujayralari quvib o'tishga qodir. Asosiy maqsad barcha hujayralarni bir vaqtning o'zida to'liq zaryadlangan chegaraga etkazish orqali batareyalar zaryadini maksimal darajada oshirishdir.
3. FETlarni aylanib o'tib, FETlar zaryadlash sikli (A) davomida hujayraning zaryadlanish tezligini sekinlashtirishga yordam beradi. Chiqarish sikli davomida faol hujayradan zaryadni o'g'irlash va kuchsiz hujayraga zaryad berish uchun faol muvozanatlash ishlatiladi.
Ikkinchi usul - zaryadni almashtirish sxemasini amalga oshirish orqali batareyani zaryadsizlantirish tsiklida muvozanatlash. Bunga alfa hujayradan induktiv ulanish yoki sig'imli saqlash orqali zaryad olish va eng zaif hujayraga zaryadni kiritish orqali erishiladi. Bu eng zaif hujayraning bo'shatish chegarasiga etish vaqtini sekinlashtiradi, aks holda faol muvozanat deb nomlanadi(Shakl 3B).
Haroratni kuzatish
Bugungi batareyalar doimiy voltajni saqlab turganda juda ko'p oqim beradi. Bu batareyaning yonishini keltirib chiqaradigan qochish holatiga olib kelishi mumkin. Batareyani qurish uchun ishlatiladigan kimyoviy moddalar juda o'zgaruvchan - kerakli narsaga mixlangan akkumulyator batareyani ham olovga olib kelishi mumkin. Haroratni o'lchash nafaqat xavfsizlik uchun ishlatiladi, balki batareyani zaryadlash yoki zaryadsizlantirish kerakligini ham aniqlay oladi.
Harorat sezgichlari har bir katakchani energiya tejaydigan tizim (ESS) dasturlari yoki kichikroq va ko'chma dasturlar uchun hujayralar guruhini kuzatib boradi. Ichki ADC kuchlanish moslamasi bilan ishlaydigan termistorlar odatda har bir elektron haroratini nazorat qilish uchun ishlatiladi. Bundan tashqari, ichki voltaj ma'lumotnomasi atrof-muhit haroratining o'zgarishiga nisbatan harorat ko'rsatkichlarining noaniqliklarini kamaytirishga yordam beradi.
Davlat mashinalari yoki algoritmlari
Ko'pgina BMS tizimlari mikrokontroller (MCU) yoki maydonda dasturlashtiriladigan eshiklar massivini (FPGA) sezgirlik sxemasidan ma'lumotlarni boshqarish va keyin olingan ma'lumotlar bilan qaror qabul qilish uchun talab qiladi. ISL94203 kabi ba'zi bir qurilmalarda raqamli kodlangan algoritm bitta chip bilan mustaqil echimni beradi. Mustaqil echimlar, shuningdek, MCU bilan bog'langanda ham muhimdir, chunki mustaqil holatdagi mashinadan MCU soat tsikllari va xotira maydonini bo'shatish uchun foydalanish mumkin.
Boshqa BMS qurilish bloklari
Boshqa funktsional BMS bloklari batareyani autentifikatsiya qilish, real vaqtda soat (RTC), xotira va romashka zanjirini o'z ichiga olishi mumkin. RTC va xotira qora quti dasturlari uchun ishlatiladi - RTC vaqt muhri sifatida ishlatiladi va xotira ma'lumotni saqlash uchun ishlatiladi. Bu foydalanuvchiga halokatli hodisadan oldin batareyalar to'plamining xatti-harakatlarini bilish imkonini beradi. Batareyani autentifikatsiya qilish bloki BMS elektronikasini uchinchi tomon batareyalar to'plamiga ulanishiga yo'l qo'ymaydi. Voltaj moslashtiruvchisi / regulyatori BMS tizimi atrofidagi elektr ta'minoti uchun ishlatiladi. Va nihoyat, romashka zanjiri sxemasi staklangan qurilmalar orasidagi aloqani soddalashtirish uchun ishlatiladi. Papatyalar zanjiri bloki optik bog'lovchilarga yoki boshqa darajani o'zgartiruvchi elektronlarga ehtiyojni almashtiradi.