Per què la bateria del nou vehicle energètic no pot mostrar amb precisió la potència restant?
Amb el ràpid desenvolupament del vehicle elèctric, els consumidors han començat a prestar molta atenció a la gamma de vehicles elèctrics. Alguns usuaris fins i tot tenen ansietat quilometratge, per por a un fenomen similar al tancament sobtat d'una bateria de telèfons mòbils quan s'esgota. Avui, parlem en detall de les dificultats i mètodes d'afrontament de mesurament precís de l'energia de la bateria del cotxe.
Dificultats per mesurar el nivell de bateria dels vehicles elèctrics
Fabricant de Dissmann Fuses, amb 20 anys d'experiència, per a més informació. contacta amb nosaltres per e-mail: anna@delfuse.com o WhatsApp: +86 18813915908
Els fusibles Dissmann són àmpliament utilitzats en vehicles elèctrics, vehicles híbrids de gasolina i pila de combustible i les seves parts clau (PACK / PDU / BDU / MSD / Electric / High pressió connector, etc.), carregador EV / sistema de càrrega EV / Mòdul, el sistema de generació d'energia, font d'alimentació de comunicació 5G, el subministrament d'energia del servidor en el núvol, emmagatzematge d'energia, AGV (moviment per enviar vehicles no tripulats), la zona pintoresca de cotxes turístics, cotxe de golf, assistència sanitària, caminar, equips i maquinària de construcció, el sistema de calefacció per terra, caixa combinadora PV Solar, control d'alimentació DC Tensió, maquinària i equips de la indústria, i altres àrees.
Deixeu-me parlar primer de les dificultats? Els factors implicats en el mesurament precís de la potència de la bateria del vehicle elèctric inclouen:
1. Els materials de bateria d'energia de vehicles elèctrics són diversos
La precisió és una característica important del mesurament del combustible de la bateria del vehicle elèctric. Els materials de bateria elèctrica dels vehicles elèctrics són diversos. Incloent bateria de fosfat de ferro de liti LiFePO4 (corba vermella), bateria d'òxid de cobalt de liti LiCoO2 bateria (corba blava) i noves bateries de material químic com la bateria NMC de tres elements (corba negra). Tenen diferents requisits per al mesurament del combustible de la bateria. Per a les bateries de fosfat de ferro de liti LiFePO4, la corba de descàrrega és plana, i la precisió del mesurament de tensió cel·lular és crucial. Per evitar la sobrecàrrega i l'alta, les cèl·lules de la bateria s'han de mantenir entre un 20% i un 90% de la capacitat completa. En la bateria de 85kWh, la capacitat que es pot utilitzar per a la conducció normal és de només 60,9 kWh. Si l'error de mesurament és del 5%, per continuar amb el funcionament segur de la bateria, la capacitat de la bateria s'ha de mantenir entre el 25% i el 85%. S'ha reduït l'aforament total utilitzable del 70% al 60%.
Bateria d'alimentació de vehicles elèctrics segura disponible
2. L'entorn d'ús del vehicle elèctric és extremadament dur
Els vehicles elèctrics poden anar a Mohe per experimentar una baixa temperatura de menys de 40 graus al nord, i poden anar a la muntanya Huoyan a l'oest per experimentar una cremada de menys de 50 graus. Al mateix temps, la humitat, l'estrès mecànic i una vida útil de més de 15 anys plantegen requisits de tolerància ambiental per a bateries elèctriques molt diferents a les de les bateries de telèfons mòbils.
3. La bateria d'energia del vehicle elèctric és un paquet de bateries amb una estructura complicada
Estructura del paquet de bateries de vehicles elèctrics
La bateria d'energia del vehicle elèctric es compon de la cèl·lula de bateria més bàsica Cell per formar un mòdul de bateria Mòdul, i després el mòdul del mòdul forma un paquet de bateries Pack. El telèfon mòbil és una única cel·la. Una bateria de vehicles elèctrics consta de diverses bateries connectades en sèrie. Un paquet de bateries típic (amb 96 cel·les en sèrie) produirà una tensió total de més de 400 V quan es carrega a 4,2 V. Com més cèl·lules del paquet de bateries, més gran és la tensió assolida. Els corrents de càrrega i descàrrega de totes les bateries són els mateixos, però s'ha de controlar la tensió de cada bateria. Per acomodar la gran quantitat de bateries necessàries per a sistemes d'automoció d'alta potència, les bateries múltiples solen dividir-se en diversos mòduls i es col·loquen en tot l'espai disponible del vehicle. Un mòdul típic té de 10 a 24 bateries i es pot muntar en diferents configuracions per adaptar-se a múltiples plataformes de vehicles. El disseny modular es pot utilitzar com a base per a grans paquets de bateries. Permet col·locar els components de la bateria en una àrea més gran, fent així un ús més eficient de l'espai.
Efecte galleda del paquet de bateries
Al mateix temps, com que la bateria d'energia es compon de múltiples cèl·lules, la cèl·lula més feble limita el rendiment del paquet de bateries general. També es coneix com l'efecte galleda. La potència global està limitada pel poder de la cèl·lula més feble. La sobrecàrrega o la sobrecàrrega de responsabilitat danyaran les cel·les corresponents.
La millora de la tecnologia de mesura de bateries ajuda a mesurar amb precisió l'energia de la bateria dels vehicles elèctrics
Després de parlar de la dificultat de mesurar el nivell de bateria dels vehicles elèctrics, parlem de la solució. De fet, amb la ràpida millora de la tecnologia de mesura de bateries, està ajudant a mesurar amb precisió l'energia de la bateria dels vehicles elèctrics. Aquesta és també la màxima prioritat de l'actual desenvolupament del vehicle elèctric. Una de les tecnologies centrals és el sistema de gestió de bateries BMS.
Diagrama de blocs d'aplicacions BMS del sistema de gestió de bateries
El diagrama del bloc d'aplicacions BMS del sistema de gestió de bateries mostra un paquet de bateries típic amb 96 cel·les, dividit en 8 mòduls, cadascun amb 12 cèl·lules de bateria. En aquest exemple, el monitor de bateria IC és el LTC6811 que pot mesurar 12 bateries. L'IC té un rang de mesurament de bateries de 0 V a 5 V i és adequat per a la majoria d'aplicacions de química de bateries. Es poden connectar diversos dispositius en sèrie per supervisar els paquets de bateries d'alta tensió llargs simultàniament. El dispositiu inclou l'equilibri passiu de cada cèl·lula. Les dades s'intercanvien a banda i banda de la barrera d'aïllament i les compila el controlador del sistema, que s'encarrega de calcular el SOC, controlar el balanç de la bateria, comprovar el SOH i mantenir tot el sistema dins d'uns límits segurs.
Sistema de gestió de bateries: cadena de senyal completa
Alta precisió de mesurament de cel·les expandeix el rang de potència disponible
Precisió de mesura de la tensió cel·lular i rang d'energia de la bateria
Com a "cervell" darrere del paquet de bateries, la tecnologia BMS gestiona la sortida, càrrega i descàrrega d'energia, i proporciona mesures precises durant el funcionament del vehicle. Una major precisió de mesurament de la bateria de tensió de la bateria pot ampliar el rang d'energia de la bateria disponible. Si la precisió s'incrementa a l'1% (per a una bateria de fosfat de ferro de liti LiFePO4, un error de mesura d'1 mV equival a un error del SOC de l'1%), llavors la bateria pot funcionar entre un 21% i un 89% de la capacitat completa, un augment del 8%. L'ús de la mateixa bateria i un BMS més precís pot augmentar el quilometratge del cotxe per càrrega.
Preneu ADI com a exemple, el sistema de gestió de bateries BMS principal de monitorització de productes IC s'ha iterat a la quarta generació. La tensió i temperatura de 12 o més canals cel·lulars es poden controlar amb alta precisió amb una precisió superior a 1,2 mV.
2. Font de referència zener precisa per fer front a durs reptes mediambientals
↑Diagrama intern de blocs de l'IC BMS
Els dissenyadors de circuits BMS solen estimar la precisió dels circuits de mesura de bateries en funció de les especificacions de la fitxa de dades. De fet, altres efectes en les aplicacions del món real solen dominar l'error de mesurament. Els factors que afecten la precisió del mesurament inclouen:
Estrès de muntatge de PCB
Humitat
Deriva de la temperatura
Deriva a llarg termini
Una tecnologia sòlida ha de tenir en compte tots aquests factors per tal de proporcionar un rendiment excel·lent. La precisió del mesurament de les IC està limitada principalment per la referència de tensió de referència. El voltatge de referència és molt sensible a l'estrès mecànic. El ciclisme tèrmic durant la soldadura PCB pot generar estrès de silici. La humitat és una altra causa d'estrès de silici, ja que el paquet absorbeix humitat. L'estrès de silici es relaxarà amb el temps, donant lloc a una deriva a llarg termini de la tensió de referència.
↑ La precisió es veu afectada per l'estrès de muntatge de PCB (superior esquerra), humitat (superior dreta), deriva de temperatura (inferior esquerra) i deriva a llarg termini (inferior dreta)
La sèrie LTC68xx utilitza una font de tensió de referència de díode Zener de grau de laboratori, que és una tecnologia que ADI ha millorat contínuament després de més de 30 anys. Els díodes Buried Zener situen l'encreuament per sota de la superfície de silici, lluny de la influència de contaminants i capes d'òxid. El resultat és que els díodes Zener tenen una excel·lent estabilitat a llarg termini, baix soroll i toleràncies inicials relativament precises. La deriva és inferior a 1 mV en tot el rang de temperatura de l'automòbil de -40 °C a +125 °C. Amb el temps, la font de tensió de referència del díode Zener té una millor estabilitat, almenys 5 vegades superior a la font de tensió de referència de la bretxa de banda. Proves d'estrès d'humitat i muntatge de PCB similars mostren que el rendiment del díode Zener enterrat és millor que la font de tensió de referència de l'interval de banda.
3. El balanç cel·lular trenca l'efecte galleda
↑Equilibrador passiu de bateries amb resistència al sagnat
BMS també proporciona importants mesures de protecció per evitar danys a la bateria. El paquet de bateries es compon de múltiples grups de cèl·lules de bateria independents, que cooperen a la perfecció per proporcionar al cotxe la màxima potència de sortida. Si les cèl·lules de la bateria perden l'equilibri, es veuran afectades per l'estrès, la qual cosa provocarà una terminació prematura de la càrrega, la qual cosa escurçarà la durada general de la bateria.
L'equilibri passiu fa que la capacitat de cada unitat del paquet de bateries sigui aproximadament la mateixa que la unitat més feble. Utilitza un corrent relativament baix durant el cicle de càrrega i consumeix una petita quantitat d'energia d'una bateria soc alta, de manera que totes les cèl·lules de la bateria es carreguen al seu màxim SoC. Això s'aconsegueix a través d'un interruptor i una resistència al sagnat connectats en paral·lel amb cada cèl·lula de bateria. La bateria d'alt SoC es descarrega (la potència es dissipa en la resistència), de manera que la càrrega pot continuar fins que totes les cèl·lules de la bateria estiguin completament carregades.
↑La relació entre l'energia disponible i el malbaratament de bateria elèctrica
A dalt, la millora de la tecnologia de mesura de bateries facilita el mesurament precís de la potència de la bateria del vehicle elèctric ampliant la gamma de potència disponible, la font de referència Zener precisa per fer front als durs reptes ambientals i l'equilibri cel·lular per trencar l'efecte cubell. Equival a minimitzar l'escuma a la part superior de la cervesa, deixant una beguda genuïna a un preu raonable. La futura tecnologia de bateries de vehicles elèctrics serà sens dubte més precisa i intel·ligent. D'aquesta manera s'elimina l'ansietat de quilometratge de l'usuari, permetent als consumidors viatjar a gust.