اختبار الحلول لأنظمة إدارة بطاريات HEV / EV المتقدمة

في مشروع تجريبي ، توضح Comemso و Texas Instruments (TI) كيف يمكن إنشاء (نظام إدارة البطارية (BMS) المستند إلى منصة تطوير Texas Instruments وتقييمه بالكامل باستخدام نظام اختبار comemso BMS. تتيح الواجهة الرسومية الجديدة للمطورين العمل وفحص كل جانب من جوانب منصة تطوير BMS للمركبة الكهربائية (EV) ومنصة اختبار comemso BMS مع محاكاة الخلية من منظور واحد.

يعد BMS مكونًا أساسيًا للمركبة الكهربائية يراقب البطارية ويقيسها ، بما في ذلك حالتها الصحية وحالة الشحن ، لزيادة نطاق EV. تصميمات BMS معقدة وتختلف حسب الشركة المصنعة ؛ وبالتالي ، يجب تبسيط تطوير واختبار BMS لتسريع وقت الوصول إلى السوق.

في مقابلة حصرية مع أخبار إلكترونيات الطاقة، مارك نج ، المدير العام لمجموعة نقل الحركة HEV / EV في TI ، أوضح أن التعاون مع comemso يظهر الالتزام الذي تقدمه TI لعملائها ، وهذا يعني أن TI لا تبيع فقط IC الفردية ولكن أيضًا تضمن بيع حلول كاملة ومثبتة .

“تقوم شركة Texas Instruments بتطوير مجموعة كاملة من أجهزة أشباه الموصلات لنظام إدارة المباني الخاص بالسيارات. تستخدم الشركات المصنعة للمعدات الأصلية للسيارات والمستوى 1 أجهزتنا لتطوير مجموعات بطاريات عالية الجهد للسيارات الكهربائية التي تعمل بالبطاريات ، والتي يمكن أن تكون إما 400 فولت أو 800 فولت. أنشأنا مؤخرًا نظامًا أساسيًا مرجعيًا BMS كاملًا يعرض أجهزتنا السيليكونية الرائدة ، واستخدمنا أجهزة محاكاة الأجهزة داخل الحلقة (HIL) لاختبار والتحقق من صحة الوظائف العامة للنظام بأكمله. نظرًا لكون BMS نظامًا معقدًا بالفعل ، فإن مهندسي التصميم يقدّرون اختبار حلول النظام والتحقق منها بالكامل. هذا يساعدهم على تحسين دورة تصميمهم وتقليل وقتهم في السوق ، “قال مارك نج.

تعمل محاكاة الأجهزة في الحلقة (HIL) أيضًا. تقوم محاكاة HIL بتطوير واختبار الأنظمة المدمجة المعقدة في الوقت الفعلي مثل BMS. غالبًا ما يكون توصيل نظام مضمن بجهاز حقيقي هو أفضل طريقة للتطوير. تستخدم صناعة السيارات الكهربائية محاكيات HIL لمحاكاة بطاريات الجهد العالي من حيث التكلفة والمدة والسلامة والتطبيق العملي. يمكن لمحاكاة comemso HIL محاكاة جميع الفولتية وتيارات الحزمة كهربائياً ، مما يجعلها منصة اختبار مفيدة. يتحكم نموذج المصنع الذي تم تعيينه لكيمياء بطارية الهدف في كل إخراج جهد خلية محاكى كهربائيًا. قبل توصيل الجهاز ببطارية حية ، والتي قد تكون خطيرة أو باهظة الثمن أو غير عملية ، يتم تقييم الخوارزميات والأجهزة.

متقدم BMS

وفقًا لمارك نج ، يتيح لنا نظام comemso:

• قم بتوفير جهد خلية فردي ودرجات حرارة لجهاز مراقبة البطارية BQ79718-Q1
• قم بتوفير تيار الحزمة (عبر مضاهاة التحويل) لجهاز مراقبة الحزمة BQ79731-Q الخاص بنا
• إجراء مراقبة مقاومة العزل
• إجراء حقن خطأ (مثل الجهد الزائد ، والجهد المنخفض ، والتيار الزائد ، والحرارة الزائدة)

يتمتع BQ79718 بالقدرة على مراقبة ما يصل إلى 18 قناة ، ارتفاعًا من 16 قناة في الجيل السابق. مع ظهور أنظمة بطاريات 800-V ، والتي تحتوي على 200 خلية تقريبًا ، أصبح النظام قادرًا على استخدام شاشات بطارية 11x 18 قناة بدلاً من شاشات 13x 16 قناة للبطارية.

وفقًا لمارك نج ، بصفته أحد أصحاب المصلحة الرئيسيين في مجال أشباه الموصلات في كهربة السيارات ، فإن لدى منظمة الشفافية الدولية أربعة بيانات مهمة رئيسية تهدف تحديدًا إلى حل التحديات الرئيسية للصناعة. تهدف TI إلى مساعدة مصنعي المعدات الأصلية:

1) اجعل أسعار المركبات الكهربائية ميسورة التكلفة

2) زيادة مدى القيادة

3) تحسين تجربة الشحن الشاملة

4) جعل المركبات الكهربائية أكثر أمانًا

نظرًا لأن كل وحدة تحكم إلكترونية (ECU) تحتاج إلى كمية كبيرة من السيليكون للقيام بواجبها ، فإن كمية أشباه الموصلات المستخدمة في السيارة الكهربائية تنمو بسرعة. من أجل أن تخفض شركات صناعة السيارات فاتورة المواد (BOM) بشكل كبير وتوفر المال من خلال الحصول على عدد أقل من أجهزة السيليكون ، تهدف TI إلى إنشاء أجهزة أشباه موصلات متكاملة للغاية.

“نقوم أيضًا بتصنيع أجهزتنا باستخدام أحدث 12 عملية تصنيع لدينا من السيليكون ، وهذا يعني في النهاية أننا قادرون على توفير التكاليف بشكل مستمر عن طريق كفاءة التصنيع من جيل السيليكون إلى الجيل التالي. يمكننا أن نأخذ أحدث BQ79718 ، شاشات البطارية ذات 18 قناة كمثال ، “قال مارك نج.

بالحديث عن نطاق القيادة ، أوضح Ng أن حالة الشحن ليست شيئًا يمكن قياسه بشكل مباشر ، وبالتالي لا يمكن حسابها إلا بناءً على قدرة أجهزة أشباه الموصلات على قياس الجهد والتيار ودرجة الحرارة. قال مارك نج: “كلما زادت دقة قدرتنا على قياس الجهد والتيار ودرجة الحرارة ، زادت دقة حالة الشحن”.

تتميز شاشات البطارية BQ79718 بدقة 1 مللي فولت ، وهذا يساعد صانعي السيارات على تقديم تقدير أفضل لحالة شحن البطارية الإجمالية ، وهو مؤشر للسائق على مقدار الشحن ، وفي النهاية المدى المتبقي.

يجب على صانعي السيارات استخدام طوبولوجيا التحكم في الطاقة المتطورة وأحدث تقنيات فجوة الحزمة العريضة ، مثل كربيد السيليكون أو دوائر MOSFET نيتريد الغاليوم ، لتقليل أوقات الشحن.

قال مارك نج: “لدينا العديد من تقنيات أشباه الموصلات لمساعدة الصناعة على تحقيق هذا الهدف ، مثل المتحكمات الدقيقة C2000 ™ ومحرك البوابة MOSFET ومجموعات الجهد المتحيز”.

وفقًا لـ TI ، تلتزم الشركة بتطوير تقنيات أشباه الموصلات التي تراعي السلامة الوظيفية والمصممة وفقًا لمعيار ISO26262. “بأخذ إدارة البطارية كمثال ، من الأهمية بمكان القياس بدقة حتى لا يتم شحن خلايا البطارية بشكل زائد أو أقل من اللازم. وبالتالي ، تم تصميم أحدث شاشات البطاريات لدينا وفقًا لأعلى مستوى من السلامة الوظيفية ، ASIL-D ، “قال مارك نج.

الأجهزة والبرامج والتكامل

الهدف الرئيسي لأنظمة إدارة البطارية هو “العناية بالبطارية” ، ويمكن أن تكون بسيطة أو معقدة وتتضمن مجموعة متنوعة من التقنيات للقيام بذلك. ومع ذلك ، يمكن تقسيم هذه الأنظمة إلى عدة مجموعات بناءً على طوبولوجيتها ، والتي تشير إلى كيفية نشرها واستخدامها عبر خلايا أو وحدات البطارية.

يجب أن يقوم نظام BMS بإجراء حساب النطاق بدقة وحالة الشحن وحالة الحسابات الصحية وتمكين السلامة. في حين أن معظم هذه المعلمات تتطلب حسابات برمجية ، فإن الأجهزة الأساسية هي التي يجب أن تكون دقيقة قدر الإمكان. تتطلب تقديرات النطاق وحالة الشحن والحالة الصحية جهاز مراقبة بطارية دقيق للغاية. وبالمثل ، يعتمد البرنامج على الأجهزة لتوفير السلامة الوظيفية للنظام ككل ، “قال مارك نج.

وأضاف أن شاشات البطارية لدينا تشمل قنوات متعددة لقياس جهد خلية البطارية ذات الجهد العالي. هذه الشاشات أيضًا زائدة عن الحاجة تمامًا ، مما يعني أنها يمكن أن تفي بمستويات الأمان ASIL-D. الأجهزة الأخرى مثل شاشات التعبئة لدينا قادرة على قياس الفولتية العالية والتحكم في مفاتيح الجهد العالي وقياس تيارات العبوة. يعد تكامل الأجهزة والبرامج موضوعًا آخر ، والبرمجيات ، في بعض النواحي ، أكثر تعقيدًا من الأجهزة. لهذا ، نحن قادرون على استخدام جهاز محاكاة في حلقة لاختبار كل من الأجهزة والبرامج.

تتيح منصة تطوير TI ومنضدة اختبار BMS المعيارية والقابلة للتمديد من comemso تطوير واختبار BMS. يرى مهندس الاختبار إعدادات التشغيل والعرض الرسومية لكلا القسمين. يوفر هذا المشروع لمطوري ومصنعي BMS الوقت والمال أثناء التطوير والاختبار مع تقليل صعوبات تخطيط المشروع والتطوير والمجهول.

Maurizio Di Paolo Emilio حاصل على درجة الدكتوراه في الفيزياء ومهندس اتصالات. عمل في العديد من المشاريع الدولية في مجال أبحاث موجات الجاذبية ، وتصميم نظام التعويض الحراري (TCS) وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها ، وفي مشاريع أخرى حول الحزم الميكروية للأشعة السينية بالتعاون مع جامعة كولومبيا ، وأنظمة الجهد العالي وتقنيات الفضاء. للاتصالات والتحكم في المحركات مع ESA / INFN. تم تطبيق TCS على تجربتي Virgo و LIGO ، التي اكتشفت موجات الجاذبية لأول مرة وحصلت على جائزة نوبل في عام 2017. منذ عام 2007 ، كان مراجعًا للمنشورات العلمية للأكاديميين مثل مجلة Microelectronics Journal ومجلات IEEE. علاوة على ذلك ، فقد تعاون مع شركات صناعة إلكترونية مختلفة والعديد من المدونات والمجلات الإيطالية والإنجليزية ، مثل Electronics World و Elektor و Mouser و Automazione Industriale و Electronic Design و All About Circuits و Fare Elettronica و Elettronica Oggi و PCB Magazine ، كاتب / محرر تقني متخصص في عدة مواضيع في الإلكترونيات والتكنولوجيا. من عام 2015 إلى عام 2018 ، كان رئيس تحرير Firmware و Elettronica Open Source ، وهما مدونات ومجلات تقنية لصناعة الإلكترونيات. شارك في العديد من المؤتمرات كمتحدث في الكلمات الأساسية لموضوعات مختلفة مثل الأشعة السينية وتقنيات الفضاء وإمدادات الطاقة. يستمتع موريزيو بكتابة وإخبار القصص حول إلكترونيات الطاقة وأشباه الموصلات ذات فجوة الحزمة العريضة والسيارات وإنترنت الأشياء والمدمجة والطاقة والحوسبة الكمومية. ماوريتسيو هو محرر محتوى في AspenCore منذ عام 2019. وهو حاليًا رئيس تحرير Power Electronics News و EEWeb ومراسلًا لـ EE Times. وهو مضيف برنامج PowerUP ، وهو بودكاست حول إلكترونيات الطاقة ، ومروج ومنظم مؤتمر PowerUP الافتراضي ، وهو قمة يتحدث فيها المتحدثون الرائعون كل عام عن اتجاهات تصميم إلكترونيات الطاقة. علاوة على ذلك ، فقد ساهم في عدد من المقالات التقنية والعلمية بالإضافة إلى عدد من كتب Springer حول حصاد الطاقة وأنظمة الحصول على البيانات والتحكم فيها.