测量系统如何改善嘈杂环境中的EV / HEV电池

文章：IVO Marocco，App-BMS-BAP

信心对于主流采用电动和混合动力电动汽车（EVS / HEV）至关重要，但是为了提高信心，我们必须提高这些车辆内电池测量的准确性。为了实现更高水平的测量精度，必须处理干扰数据采集的高噪音及其转移到主处理器。测量电池电池电压，温度和高精度的电流不足并且需要同步。

图1：示例电动车辆显示需要电池电池监控的电源

EVS / HEV中的噪声源具有不同的频率，并且具有各种幅度，这使得破译是如何最好地过滤它们的挑战，以便测量电池电压，温度和包装电流不受影响。测量中的误差可能导致各种后果，包括电池的错误报告，可能的过充电和电池电池的可能影响，可能影响驾驶员，乘客和车辆的安全性。为了帮助打击这些挑战，德州仪器的电池监控器和平衡器的组合旨在实现具有集成噪声滤波的高压测量精度，这也可以最大限度地减少对附加外部组件的需求。

今天的信号噪声过滤解决方案的缺点

For drivers and passengers, the modern automobile is much quieter, even when it’s not an EV/HEV, but there’s a lot of signal noise not heard that affects internal systems, including the measurement of battery voltage, temperature and current and the way this data is communicated to the main electronic control unit (ECU).

该信号噪声来自车辆的不同区域，包括加热器，逆变器电机和充电器。这些各种噪声都以不同的频率产生共鸣，从几十赫兹到几百兆赫兹那影响需要监视的信号的质量。结果，噪声消除或至少阻尼的大部分噪声，无论其起源如何变为“必须做的”，以达到最高的性能。降噪不当或不足可以引入测量路径中的谐波分量，导致系统将无法解释的额外错误。

原始设备制造商（OEM）具有重大挑战，因为难以精确地表征噪声源，使得清晰的组件选择能够完全过滤。这个未知在滤波完成的方式中具有反冲。通常，设计工程师将选择离散的RC滤波器和IC，这些滤波器和ICS保守过度设计，以便在最安全的一侧，最终影响总解决方案成本和有效性。

BMS系统集成商和设计人员还应注意集成在电池监视器中的数据转换器类型。例如，每个通道都有平行Sigma-Delta ADC的BMS监视器，例如，可以有助于抑制噪声，但是它们具有更长的每个测量的转换时间。这反过来，影响总电压测量速度。另一方面，多路复用的SAR ADC转换器更快，但它在对所有通道中采样的电池电压之间的时间增量达到了在它们同步的问题上进行了采样。

克服与细胞测量同步相关的挑战

同步电池电压测量肯定会在充电状态（SOC）算法能够以最少的错误确定电池充电状态的准确方面发挥重要作用。这些算法与OEM不同于OEM，结果是小电池电压测量所需的最小同步的强大综合规范。但是，OEM之间存在共同的协议，即该号码必须远低于1磁线，尽可能接近0。

每个BMS监视器可以同时测量的多个单元格的数量也发挥作用。如上所述，取决于BMS监视器架构和信道的数量，可以通过在每个通道上具有ADC，例如Sigma-Delta，如Sigma-Delta，所以它们都可以同时开始测量来获得完美的同步。

然而，对于菊花链通信线路上发生的时间延迟，每个BMS监视器将其数据发送到主ECU，也很重要。这是必须考虑通信速度和帧协议的地方。同样在这种情况下，就这一要求而言，OEM之间缺乏合并。该市场评估了10毫秒，20毫秒，有时甚至100毫秒。这意味着例如ECU必须每隔10毫秒接收与400V系统的电池电压相关的数据，并且在此期间，在所有96cells上采样的单元电压必须在小于1毫秒内对齐。

使用外部组件过滤噪声不会加起来

对于有效且成本优化的解决方案，通过最小化和最终消除对外部部件的需求，通过其自动的汽车电池监视器和平衡器拍摄的方法，通过其自动绘制的电池管理系统中的噪声过滤电池管理系统中的噪声。

BQ79616-Q1通过在ADC测量前整合前端过滤器来解决噪声问题，因此在发生采样之前抑制了高频噪声。集成的前端过滤器使系统能够在单元输入通道上使用简单，低电压额定值，差分RC滤波器实现。

此外，在ADC转换后，集成了测量过滤器以提高测量精度，具有各种频率滤波选项可供选择。集成的ADC后数字低通滤波器S.使DC样电压测量值能够更好的SOC计算。TI Monitor在TA = 80C中支持自动内部电池平衡，通过温度监控，自动暂停和重启平衡，以避免过温条件。这使得ECU能够更少开销并以更快的速度执行额外的处理。

为了加快所有单元测量结果的传递，BQ79616-Q1优化了菊花链配置中快速数据返回的通信协议，以更好地将一个设备从一个设备延迟降低到另一个设备。例如，在具有六个BQ79616的96单元400V系统中以菊花链方式连接，电压测量可以在2.5毫秒返回系统，其中1 Mbps波特率仅为通道到通道电池电压测量Δ120微秒。这种减少的通信时间释放了ECU的其他操作，并提高了整体故障检测时间容差。

图2：具有TI的BQ796XX电池监视器系列菊花链配置示例

包含隔离的双向菊花链端口支持基于电容和变压器和变压器的隔离，允许使用最有效的组件用于EV动力总成系统中常用的集中式或分配架构。此外，孤立的差分菊花链通信接口允许主机通过单个接口与整个电池堆栈通信。如果通信排队中断，菊花链通信接口可配置为磁环架构，该圈架构允许主机与堆栈的任一端与设备交谈。

长期，经济高效的噪声滤波解决方案

通过消除对外部噪声滤波组件的需求，工程师可以提高测量完整性和准确性，通道到通道测量同步，并减少所有测量返回主机的时间。此过程还应帮助生成优化的，经济效益的解决方案，以帮助OEM在SOC和健康状态（SOH）计算目标上实现1％的错误。随着这些改进继续渗透EV / HEV市场，我们将看到置信度成本，因为更具成本效益和可靠的产品可用。