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Texas Instruments était au CES 2023 cette semaine, où il a présenté ses derniers outils de gestion des cellules de batterie et des batteries. La société affirme que ses nouveaux produits de système de gestion de batterie pourraient augmenter l’autonomie d’un véhicule électrique jusqu’à 20 %. Comment la technologie BMS peut-elle faire cela ? Continuer à lire.
Les détails techniques feront une lecture fascinante pour les types de technologie qui aiment lire les schémas de câblage et explorer les subtilités de la conception des transistors. Fondamentalement, cela revient à ce que les nouveaux composants TI soient capables de mieux comprendre ce qui se passe réellement à l’intérieur de ce conteneur que nous appelons une batterie et d’utiliser ces informations pour prédire plus précisément ses performances et sa portée.
Dans un communiqué de presse, la société affirme que ses nouveaux moniteurs de cellules et de packs de batteries automobiles disposent des capacités de mesure les plus précises disponibles sur le marché. Alors que les véhicules électriques gagnent en popularité, les systèmes avancés de gestion de batterie (BMS) aident à surmonter les obstacles critiques à une adoption généralisée. En se concentrant sur la résolution de problèmes de conception de systèmes complexes, TI propose le portefeuille le plus avancé et le plus complet de dispositifs BMS, permettant aux constructeurs automobiles de créer une expérience de conduite plus sûre et plus fiable et d’accélérer l’adoption des véhicules électriques.
Les derniers contrôles de batterie de TI sont le moniteur de cellule de batterie BQ79718-Q1 et le moniteur de batterie BQ79731-Q1. Ces appareils offrent un niveau d’exactitude et de précision sans précédent dans la mesure de la tension, du courant et de la température de la batterie afin de déterminer l’autonomie réelle d’un véhicule et d’augmenter la durée de vie et la sécurité globales de la batterie.
« Les constructeurs automobiles visent à tirer le meilleur parti possible de leurs véhicules électriques, et des estimations précises de l’état de charge sont essentielles pour y parvenir », a déclaré Sam Wong, directeur général de BMS chez TI. « Nos nouveaux appareils apportent une précision nettement supérieure à la mesure de la tension et du courant, donnant aux constructeurs automobiles la confiance nécessaire pour mesurer avec précision la véritable autonomie d’un véhicule électrique. »
Fonctions critiques du système de gestion de la batterie
Alors que les véhicules électriques deviennent plus populaires, le défi pour les constructeurs automobiles est de refléter la véritable autonomie tout en rendant le véhicule plus abordable. Cela se traduit par une réduction du coût des batteries avec des densités d’énergie plus élevées. Chaque wattheure stocké et extrait des cellules est essentiel pour étendre l’autonomie, selon la société.
Le BQ79718-Q1 permet aux constructeurs automobiles de maximiser la portée réelle de leur véhicule électrique avec des mesures de tension des cellules de batterie hautes performances jusqu’à 1 mV de précision, et le BQ79731-Q1 permet de mesurer le courant de la batterie jusqu’à 0,05 % de précision. Une telle précision offre le moyen le plus clair possible de mesurer avec précision l’état de charge et l’état de santé au niveau de la cellule individuelle et du pack. Cela permet aux conducteurs d’avoir de meilleures informations sur l’autonomie réelle de leurs voitures à tout moment.
La synchronisation de la tension et du courant, la meilleure de l’industrie, permet une surveillance instantanée de l’alimentation de la batterie, ce qui fournit un instantané en temps réel de l’état de la batterie. Ce niveau de synchronisation permet la spectroscopie d’impédance électrochimique, qui fournit des informations essentielles sur la température du cœur de la cellule, le vieillissement de la batterie et l’état de charge de la batterie.
Le circuit intégré de surveillance des cellules de batterie BQ79718-Q1 atteint une précision ASIL (Automotive Safety Integrity Level) sans précédent, donnant aux constructeurs automobiles la possibilité de charger et de décharger une batterie de véhicule au-delà de n’importe quel moniteur de cellule précédemment sur le marché.
Crédit : Texas Instruments
La figure 1 présente une architecture BMS typique contenant une unité de gestion de batterie (BMU), une unité de supervision de cellule (CMU) et une boîte de jonction de batterie (BJB). Un BMU a généralement un microcontrôleur (MCU), qui gère toutes les fonctions au sein de la batterie. Le BJB traditionnel est un boîtier de relais ou un boîtier de commutation avec des contacteurs de puissance qui connecte l’ensemble de la batterie à l’onduleur de charge, au moteur ou au chargeur de batterie.
La figure 1a montre le BMS traditionnel sans électronique active à l’intérieur de la boîte de jonction. Toutes les mesures du BJB sont mesurées au BMU. Des fils relient le BJB aux bornes du convertisseur analogique-numérique (ADC).
La figure 1b montre le BJB intelligent. Il y a un moniteur de pack dédié à l’intérieur de la boîte qui mesure toutes les tensions et tous les courants et transmet les informations au MCU en utilisant une simple communication à paire torsadée. Il aide à éliminer les fils et les faisceaux de câbles et améliore les mesures de tension et de courant avec moins de bruit.
Crédit : Texas Instruments
La figure 2 montre les différentes hautes tensions, courants et températures que le moniteur de pack mesure à l’intérieur d’un BJB activé par le moniteur de pack de batterie BQ79731-Q1.
- Tension: La haute tension est mesurée à l’aide de chaînes de résistances divisées. Ces mesures de tension surveillent l’état des composants haute tension du système.
- Température: Les mesures de température surveillent la température de la résistance shunt afin que le MCU puisse appliquer une compensation, ainsi que la température des contacteurs pour s’assurer qu’ils ne sont pas sollicités au-delà des conditions de fonctionnement normales.
- Courant: Les mesures actuelles sont basées soit sur :
- Une résistance shunt – parce que les courants dans un VE peuvent atteindre des milliers d’ampères, les valeurs de résistance shunt sont extrêmement faibles – dans la plage de 25 µOhms à 50 µOhms ; ou alors
- Un capteur à effet hall – Utilisé pour mesurer le courant EV sur le rail haute tension tout en étant isolé. Sa plage dynamique est généralement limitée, il peut donc y avoir plusieurs capteurs dans le système pour mesurer toute la plage.
La fonction principale d’un système de gestion de batterie est de surveiller les tensions des cellules, les tensions des packs et le courant des packs. De plus, en raison de la conception haute tension du BMS, la mesure de la résistance d’isolement entre le domaine haute tension et le domaine basse tension est nécessaire afin de détecter les défauts dans la structure de la batterie et de se protéger contre les conditions dangereuses.
Aucun problème de chaîne d’approvisionnement
Les constructeurs automobiles peuvent relancer leurs conceptions en achetant le module d’évaluation du moniteur de cellule de batterie BQ79718-Q1 pour 399 $. Le module d’évaluation du moniteur de batterie BQ79731-Q1 est également disponible au prix de 199 $. Tous les produits présentés pour BMS sont immédiatement disponibles à l’achat auprès de Texas Instruments. La disponibilité est un facteur crucial dans le monde de la fabrication d’aujourd’hui, où la pénurie de composants à base de puces informatiques empêche les constructeurs automobiles de répondre à l’explosion de la demande de voitures électriques.
Nous n’avons aucun moyen de savoir comment ces nouveaux outils de système de gestion de batterie de Texas Instruments se comparent à ceux utilisés par des entreprises leaders de l’industrie comme Tesla, mais nous pouvons supposer que TI n’investirait pas de temps et d’argent dans la fabrication de systèmes plus précis s’il n’y en avait pas besoin. . Des informations précises sur l’état des cellules de batterie individuelles et d’une batterie dans son ensemble devraient permettre aux conducteurs de maximiser les performances et l’autonomie de charge – deux des facteurs les plus importants à l’origine de la révolution des véhicules électriques.
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