Come ottimizzare il progetto di una scatola di derivazione per Veicoli Elettrici

Un nuovo circuito integrato con isolamento capacitivo per l’acquisizione dei dati in daisy-chain nei veicoli elettrici consente di ottimizzare la scatola di derivazione sincronizzando le misure di tensione delle celle batteria con le misure di temperatura.

I veicoli elettrici (EV) sono alimentati da pacchi batterie di grandi dimensioni (Figura 1), composti da un elevato numero di elementi collegati in serie per raggiungere tensioni operative superiori a 800V, con una corrente media di 40A. La tensione di ciascuna cella è monitorata da appositi moduli di controllo e, se necessario, degli opportuni algoritmi di controllo sono applicati per mantenere le differenze di tensione tra le celle entro ristretti valori di tolleranza. La scatola di derivazione controlla i collegamenti di alta tensione per il sistema di ricarica, l’inverter/motore e il pacco batterie. I collegamenti di alta tensione, le correnti e la resistenza di isolamento sono misurati all’interno di questo modulo e inviati alla ECU principale per il calcolo della potenza e del SOC (State Of Charge), per il monitoraggio dello stato del veicolo e per garantire la massima sicurezza durante le diverse condizioni operative.

Figura 1. Pacco batterie e cablaggi di un EV

Nella soluzione di progetto proposta, verrà analizzata la struttura di un tipico sistema di batterie EV e della relativa scatola di derivazione. Verrà successivamente introdotto il progetto di una nuova scatola di derivazione, maggiormente integrata nel sistema e in grado di fornire misure allineate temporalmente con il resto del sistema.

Architettura del Sistema Distribuito di Batterie

In Figura 2 è visibile un tipico sistema di batterie distribuite. Alla sinistra del pacco batterie sono visibili otto moduli di supervisione (N=8) montati sulla scheda di alta tensione, ciascuno in grado di controllare 14 righe (K=14) di celle in serie, con ciascuna riga composta da 70 batterie in parallelo (un gruppo di batterie 7840 Li+). Un opportuno isolamento è richiesto tra il microprocessore e il primo modulo, come anche tra ogni modulo e il successivo. Le informazioni sono successivamente trasferite al microcontrollore presente sulla scheda di bassa tensione.

A destra del pacco batterie, la scatola di derivazione misura sei punti di tensione critici (i contattori X e l’isolamento ISO_RES), mentre un sensore Hall misura la corrente. Le informazioni acquisite sono successivamente inviate a un secondo microprocessore.

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