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Mobil-elektrische Leistungs- undAntriebstechnik für Fahrzeuge und Maschinen
Pioneering new technologiesPioneering new technologies
-mBMS®
powerMELA®-modulares Batter ie Management System
Lithium-Ionen-Akkus sind der domi-nierende Energiespeicher der künf-tigen elektrischen Antriebstechnik. Mit dem powerMELA®-mBMS wurde die powerMELA® Produktfamilie um ein modulares Batterie Management System für Lithium-Ionen-Akkus erweitert.
Aufgrund der Vielfalt der Batterieauslegun-
gen und der wechselnden Anforderungen
wurden die Funktionen eines Batterie-
managementsystems in drei Hardware-
Modulbaukästen konzipiert. Die einzelnen
Schaltungsteile können unter Berücksichti-
gung von Bauraum- und Funktionsanforde-
rungen je nach Bedarf beliebig zusammen-
gestellt werden.
powerMELA®-mBMS HauptplatineDer Baukasten beinhaltet das Prozessor-
system, bestehend aus dem Sicherheitscon-
troller und dem Überwachungscontroller
sowie dem Applikationsrechner. Weitere
Funktionen in diesem Baukasten sind
die Schnittstellen zum Fahrzeug und zur
Diagnose, die Ansteuerung der Schütze, die
Isolationsüberwachung, die Interlockschal-
tung, die Ansteuerung der Vorlade- und
Entladeeinheit sowie die Ein- und Ausgän-
ge für die Ansteuerung externer Kompo-
nenten. Für die Batterieapplikation ist ein
frei programmierbarer 32bit – Applikati-
onsrechner vorgesehen, dessen Implemen-
tierung keinen Einfluss auf die eigentlichen
Sicherheitsfunktionen des mBMS hat. Ein
STW-Betriebssystem mit Schnittstellen für
die Programmierung in IEC 61131 - (CoDe-
Sys V3), Matlab-Simulink oder aber auch in
C und eine Standardapplikation für erste
Prototypen sind bei Bedarf verfügbar.
powerMELA®-mBMS und Zellüberwachung für Hochspannungsbatterie.
powerMELA®-mBMS StrommessbaugruppeDer Baukasten enthält die Module zur
Hochspannungsmessung und zur Strom-
messung. Die Strommessung erfolgt über
einen Shunt und den dazugehörigen ASIC
der Firma Isabellenhütte. Durch diese Kom-
bination ist eine sehr hohe Genauigkeit der
Messung möglich. Der Baukasten enthält
zudem eine parametrierbare Überstromab-
schaltungen sowie eine CAN-Schnittstelle.
powerMELA®-mBMS ZellüberwachungsbaugruppeZur Auswahl stehen hier Schaltungsteile
mit Bausteinen verschiedener Hersteller
zur Zellspannungsmessung und –überwa-
chung. Neben CAN- und Hardwareschnitt-
stelle stehen für das Equalizing ein aktives
und passives Konzept zur Verfügung. Die
Anzahl der zu überwachenden Zellen ist
nahezu beliebig skalierbar.
powerMELA®-mBMSSoftwaremodulbaukastenPassend zu allen Hardwarefunktionen steht
ein Softwaremodulbaukasten zur Verfü-
gung, aus dessen Module eine Software
für den Sicherheitscontroller integriert und
qualifiziert werden kann. Um möglichst we-
nig Qualifikationsaufwand für verschiedene
Batterieauslegungen zu generieren, können
die batteriespezifischen Parameter in
Datensätzen konfiguriert und anschließend
auf die Controller übertragen werden. Zur
Konfiguration bietet STW ein PC-Tool an.
Um alle Anforderungen an ein Batterie-
managementsystem abzudecken empfeh-
len wir eine Kombination der einzelnen
Modulbaukästen.
powerMELA®-mBMSEvalierungshardwareDie mBMS-Evalierungshardware bietet für
erste Musteraufbauten und Kleinserien eine
integrierte Hardwarelösung. Zusammen mit
den Zellüberwachungsmodulen deckt diese
alle notwendigen Batteriemanagement-
und Sicherheitsfunktionen ab. Weitere
Musterstände und größere Serien können
auf die im Prototyp eingesetzten Funktions-
teile aufsetzen und die Elektronik für den
Bauraum optimiert werden.
powerMELA®-mBMS Modulbaukasten Hauptplatine − Technische Daten
Prozessorsystem
Applikationsrechner (MC) 32 Bit Controller, 150 MHz
Sicherheits-Controller (SC) 16 Bit Controller
Überwachungs-Controller (SSV) 8 Bit Controller
Flash (MC) 2 MByte (int.)
SRAM bis zu 16 MByte
NVRAM 32 kByte
Schnittstellen
CAN 1 MC Fahrzeug-CAN 2.0 B
CAN 2 MC Diagnose-CAN 2.0 B
CAN 3 SC BMS Verbindungs-CAN 2.0 B
CAN 4 SC Diagnose-CAN 2.0 B
LIN Transceiver: NCV7321
Funktionen
Wakeup-Möglichkeiten Ignition, RTC, CAN 1 … 2, LIN, MFI 1 … 3, Selbsthaltung
Interlock Treiber mit Überwachung Konstantstrom oder alternierend ca. 20 mA bei Unterbrechung des Interlockkreises werden die Schütze geöffnet
Isolationsüberwachung zwischen HV (Batterie) und LV (Fahrzeug-Chassis)
Batteriespannungsmessung über CAN von PMB
Hochspannungsmessung 0 … 800 V, Messgenauigkeit: 0,5 % fS (TBC)
Schützansteuerung für bis zu 5 Schütze
Steuerungseinheit für Vorladung und Entladung
Ein-/Ausgänge
EingängeEmergency PMB Überstromüberwachung Lade-/Endladerichtung
Emergency CSC Über-/Unterspannungsüberwachung, Temperaturüberwachung
Temperaturmessung 2x Eingang für NTC-Sensor, Messgenauigkeit: 1,5 K (TBC)
Ignition 1x digital Eingang (aktiv high)
Multifunktionseingänge 3x digital, analog 0 … 36 V oder 0 … 20 mA umschaltbar
AusgängeDigital Ausgang 4x 3 A high-side/low-side (konfigurierbar) PWM möglich, diagnosefähig pull-up oder pull-down schaltbar
Analog Ausgang 2,5 … 32 V, bis zu 200 mA
Systemdaten
Spannungsversorgung 8 … 32 V DC
Indikatoren 4 Status LEDs
Stromaufnahme abhängig von der Konfiguration Stand-by: <100 µA @ 12 V
Umwelt
Anforderungen Prüfung nach Normen der Kfz-, Land- maschinen- und Baumaschinen-Industrie sowie CE-Konformität
Einsatz-Temperaturbereich -40 °C … +80 °C (-40 °F … +176 °F) Gehäusetemperatur
Blockdiagramm
Spannungsversorgung 8 V … 32 VEin-Signal
Isolations-überwachung
Schütz-klebetest
Hochspan-nungsmessung
Schützan-steuerung
Überwachungs-Controller mit Watchdog
4x 3 A high-side/low-side/PWMkonfigurierbar
PU/PD schaltbarSteuerung Vorladung/Entladung
Beschleuni-gungssensor
2x CAN internCSCPMB
2x Emergency Eingänge
Analog Ausgang2,5 V … 32 V
3x Multifunkt. Eingänge
konfigurierbar und schaltbar über
Software0 V … 5 V/10 V/40 V
4 mA … 20 mA0,5 Hz … 20 kHz
aktiv high/low
2x CAN 2.0B
2x Eingänge fürNTC-Sensor
2x CAN 2.0B
1x LIN
Interlock
32 bitMikrocontroller
16 bitMikrocontroller
NVRAM
SRAM
RTC
NVRAM
Selbsthaltung
BlockdiagrammProzessorsystem
Prozessor 16 Bit Controller
Flash 64 kByte (int.)
SRAM 4 kByte (int.)
NVRAM 32 kByte
Schnittstellen zur Hauptplatine
CAN 1x CAN 2.0B
Wakeup Versorgung 5 V
Funktionen
Hochspannungsmessung 3x 0 V … 800 V, Messgenauigkeit: 0,5 % fS (TBC) abschaltbar
Strommessung +/- 300 A, Messgenauigkeit: offset +/- 0,2 A, Verstärkung 1 % (TBC)
Synchronisation 1x Eingang
Emergency 1x Ausgang für Überstromerkennung, konfigurierbar
Redundanz
Überstrom Laderichtung einstellbar oder konfigurierbar
Überstrom Entladerichtung einstellbar oder konfigurierbar
Systemdaten
Spannungsversorgung 5 V
Stromaufnahme 120 mA @ 5 V LV (TBC)
Umwelt
Anforderungen Prüfung nach Normen der Kfz-, Land- maschinen- und Baumaschinen-Industrie sowie CE-Konformität
Einsatz-Temperaturbereich -40 °C … +80 °C (-40 °F … +176 °F) Gehäusetemperatur
powerMELA®-mBMS Strommessbaugruppe − Technische Daten
Hochspan-nungsmessung
Strom -messung
Redundanz
16 bitMikrocontroller
galvanische Trennung
NVRAM
1x CAN 2.0B
Spannungsver-sorgung
SynchronisationEingang
Emergency Ausgang
Prozessorsystem
Prozessor 16 Bit Controller
Flash 64 kByte (int.)
SRAM 4 kByte (int.)
NVRAM 32 kByte
Schnittstellen zur Hauptplatine
CAN 1x CAN 2.0B
Wakeup Versorgung 5 V
Funktionen
Zellspannungsmessung 1 V … 5 V, Messgenauigkeit: 2,5 mV @ 2,5 V … 4,3 V @ -15 °C … +60 °C (TBC)
Temperaturmessung -55 °C … +125 °C, Messgenauigkeit: 1 K (TBC, ohne Sensor)
Synchronisation 1x Eingang
Emergency 1x Ausgang für Über-/Unterspannungsüberwachung, Temperaturüberwachung
Balancing aktiv oder passiv
Redundanz
Zellüberspannung 3,25 V … 4,45 V, Auflösung: 100 mV, Messgenauigkeit: 45 mV
Zellunterspannung 1,4 V … 2,6 V, Auflösung: 200 mV, Messgenauigkeit: 90 mV
Temperatur +70 °C, Messgenauigkeit: 3 K (TBC, ohne Sensor)
Systemdaten
Spannungsversorgung aus den Zellen (HV) 5 V (für Schnittstelle)
Stromaufnahme abhängig von der Konfiguration sleepmode: 30 µA @ 40 V HV (TBC)
Umwelt
Anforderungen Prüfung nach Normen der Kfz-, Land- maschinen- und Baumaschinen-Industrie sowie CE-Konformität
Einsatz-Temperaturbereich -40 °C … +80 °C (-40 °F … +176 °F) Gehäusetemperatur
Blockdiagramm
powerMELA®-mBMS Zellüberwachungsbaugruppe zur Integration im Zellmodul − Technische Daten
Zellspannungs-messung
Temperatur-messung
Balancing
Redundanz
16 bitMicrocontroller
galvanische Trennung
NVRAMSpannungsversorgung HV
1x CAN 2.0B
Spannungsversor-gung LV
Synchronisation Eingang
Emergency Ausgang
Sensor-Technik Wiedemann GmbHSteuer- und RegelelektronikAm Bärenwald 687600 KaufbeurenDeutschlandTelefon +49 (0) 8341 9505-0Telefax +49 (0) 8341 9505-55E-Mail [email protected] www.sensor-technik.de
STW-Technic, LPMobile Controllers andMeasurement Technologies3000 Northwoods Parkway, Suite 260Norcross, GA 30071, USATelefon +1 (770) 242-1002Telefax +1 (770) 242-1006E-Mail [email protected] www.stw-technic.com
Sensor-Technik UK Ltd.Unit 1, Stoke Mills,Mill Road,Sharnbrook, BedfordshireMK44 1NN GroßbritannienTelefon +44 (0) 1234 7820-49Telefax +44 (0) 1234 7820-56E-Mail [email protected] www.sensor-technik.co.uk 20
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powerMELA®-mBMS Evaluierungshardware − Technische Daten
Prozessorsystem
Applikationsrechner (MC) 32 Bit Controller, 150 MHz
Sicherheits-Controller (SC) 16 Bit Controller
Überwachungs-Controller (SSV) 8 Bit Controller
Flash (MC) 2 MByte (int.)
SRAM bis zu 16 MByte
NVRAM 32 kByte
Schnittstellen
CAN 1 MC Fahrzeug-CAN 2.0 B
CAN 2 MC Diagnose-CAN 2.0 B
CAN 3 SC BMS Verbindungs-CAN 2.0 B
CAN 4 SC Diagnose-CAN 2.0 B
LIN Transceiver: NCV7321
Funktionen
Wakeup-Möglichkeiten Ignition, RTC, CAN 1 … 2, LIN, MFI 1 … 3, Selbsthaltung
Interlock Treiber mit Überwachung Konstantstrom oder alternierend ca. 20 mA bei Unterbrechung des Interlockkreises werden die Schütze geöffnet
Isolationsüberwachung zwischen HV (Batterie) und LV (Fahrzeug-Chassis)
Batteriespannungsmessung über CAN von PMB
Hochspannungsmessung 3x 0 … 800 V, Messgenauigkeit: 0,5 % fS (TBC)
Strommessung ± 300 A, Messgenauigkeit: offset ± 0,2 A, Verstärkung 1 % (TBC)
Ein-/Ausgänge
EingängeEmergency PMB Überstromüberwachung Lade-/Endladerichtung
Emergency CSC Über-/Unterspannungsüberwachung, Temperaturüberwachung
Temperaturmessung 2x Eingang für NTC-Sensor, Messgenauigkeit: 1,5 K (TBC)
Ignition 1x digital Eingang (aktiv high)
Multifunktionseingänge 3x digital, analog 0 … 36 V oder 0 … 20 mA umschaltbar
AusgängeDigital Ausgang 4x 3 A high-side/low-side (konfigurierbar) PWM möglich, diagnosefähig pull-up oder pull-down schaltbar
Analog Ausgang 2,5 … 32 V, bis zu 200 mA
Integrierte Leistungskomponenten
Vorladung/Entladung Lastwiderstand 33 Ω/100 W
Power measurement board Shunt 100 µΩ/15 W
Hauptschütze 2x Tyco, EV200
Systemdaten
Spannungsversorgung 8 … 32 V DC
Indikatoren 4 Status LEDs
Stromaufnahme < 1 A @ 14 V (Hauptschütze geschlossen, ohne CSC)
< 500 mA @ 14 V (Hauptschütze offen, ohne CSC)
Stand-by: <100 µA @ 12 V
Mechanik
Stecker HV: Tyco, 2 pos, 8 mm HV, P/N 1719822 LV: Tyco, 29 pos, JPT, P/N 1-963449-2
Gehäuse IP67, Alu-Druckguss, GORE-TEX®-Membran zum Druckausgleich
Gewicht ca. 5 kg (11,03 lbs) (TBC)
Maße ca. 248 mm x 237 mm x 109 mm (ca. 9.76“ x 9.33“ x 4.29“)
Umwelt
Anforderungen Prüfung nach Normen der Kfz-, Land- maschinen- und Baumaschinen-Industrie sowie CE-Konformität
Einsatz-Temperaturbereich -40 °C … +80 °C (-40 °F … +176 °F) Gehäusetemperatur