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Mobil-elektrische Leistungs- und Antriebstechnik für Fahrzeuge und Maschinen Pioneering new technologies Pioneering new technologies -mBMS ®

-mBMS - donar.messe.de · powerMELA®-modulares Batterie Management System Lithium-Ionen-Akkus sind der domi-nierende Energiespeicher der künf-tigen elektrischen Antriebstechnik

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Mobil-elektrische Leistungs- undAntriebstechnik für Fahrzeuge und Maschinen

Pioneering new technologiesPioneering new technologies

-mBMS®

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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.

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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

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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

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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

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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