电动汽车想要打破睁开?BMS体系很关键

>2019-05-18 10:43:53 来源:半导体行业观察
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亨利福特于1903年创建福特汽车公司,在其时很少有人买得起汽车。它咱咱们制形本钱高昂,维修用度昂贵且运行复杂。在其时,汽车仍然是少数特权阶层的奢侈品。直到,福特巧妙地应用内燃机,新的制作技术和廉价的维修设计,能力将奢侈品推向主流,永久改变了一样平常人的交通办法。

 

在光阴颠末了116年后,本日的人咱咱们又面对了相同的成就。跟着油价飙升,资源萎缩和环境压力的赓续增长,世界各地的政府和民众正在追求更好、更干净、更有用的汽油替代品,这一点不敷为奇。目前很多欧洲国度都已经开端推动甚至已经立法禁止出售新的非电动汽车。这使电动汽车(EV)行业成为今日最令人兴奋的领域之一。

 

2019年电动车市场睁开

但就像回到一个多世纪曩昔的那些早期汽车一样,为民众市场临盆电动汽车带来了一大堆挑衅。推出内燃机(ICE)的可行替代品并不容易。技术的打破赓续开启了新的可能性。但是,将这些打破转化为电机、节制技术和电池,改良和完善的模子,和勉励消费者普遍采纳,将必要更多的光阴。

 

 

咱咱咱们可以或许或许先来观察2019年的电动车市场会有什么变更。在今年,预期电动汽车的电池尺寸将越来越小。虽然具有更大电池和更长行驶距离的电动汽车带来更大的行为便利性,但针对都邑驾驶的小型电池电动汽车市场却也正在增长傍边。在未来,跟着充电点数目标增长,行驶距离更短的都邑EV将加倍普遍。

 

别的,政府也不停在补贴电动汽车出售价钱以刺激市场。而消费者也等待加油站成为电力供给站,例如在汽油加油机附近装配疾速充电桩。这也意味着他咱咱们必需为驾驶员在充电期间供给一些娱乐,不管是喝咖啡、看电视还是购物等。

 

而在2019年,还将对电动车充电器停止更严厉的办理,并让充电器供给更高品格的电力和更平安的功效模范。最终将请求充电器允许负载节制,确保电网可以或许或许称心充电的高必要。而跟着电池价钱的下降,更高的产量和更高的能量密度,也供给了更平安与更久长的驾驭距离。

 

为什么必要电池办理体系(BMS)?

锂离子电池因其高电荷密度和系的重量,而被证明是电动汽车制作商感兴趣的电池。锂离子电池的特性是尺寸很大,而性质上也较为不稳固。非常重要的是,在任何必要监控其电压和电流的环境下,这些电池不应发生过充电或放电不敷的状况。只是这个过程最艰难的地方在于,透过很多电池组合在一路构成的EV电池组,每个电池都必需单独监控其平安性并确保其高效运行,这就必要一个分外的公用体系,称为电池办理体系(BMS)。

 

 

同样的,为了从电池组获得最大电源效力,咱咱咱们应该在相同的电压下,同时对统统电池完全充电和放电,而这就再次必要透过BMS。别的,BMS还将负担起很多其余的功效。

 

BMS设计考虑因素

在设计BMS时必要考虑很多因素。完备的考虑因素取决于应用BMS时,确切的最终应用。除了EV的BMS之外,还可应用在任何采纳锂电池组的地方,例如太阳能电池板阵列、风车、电力墙等。不管应用为何,BMS设计都应考虑一些重要因素。

 

放电节制

BMS的重要功效是将锂电池维持在平安工作电压内。例如,典型的18650锂电池的欠压额定值约为3V。BMS有任务确保电池组中的统统电池都不会在3V如下放电。

 

充电节制

除了放电,充电过程也应由BMS监控。大多数电池在充电不其时,往往会遭到损坏或寿命缩短。对付锂电池充电器所应用的充电器来说分为两级,第一级被称为恒流(CC) ,在此期间充电器输入恒定电流对电池停止充电。当电池接近满时,第二级称为恒压(CV)阶段,在该阶段期间以非常低的电流向电池供给恒定电压。BMS应确保充电期间的电压和电流不超过可渗透限制,以免电池过充或疾速充电。一样平常来说,最大允许充电电压和充电电流,都可在电池的数据表中找到。

 

充电状况

这是EV的燃料偏向,它实际上奉告咱咱咱们电池组的电池容量百分比。就像咱咱咱们手机里的一样。但它并不像听起来那么容易。体系需随时监控电池组的电压和充放电电流,以预测电池的容量。一旦测量到电压和电流,就会有很多算法可用于计算电池组的容量。最常用的办法如库仑计数法。

 

健康状况

电池健康状况通常必要知道两点,一是电池充电状况(SOC),这表示目前电池的充电比率,完全充饱的电池的充电状况为100%。在电池应用后或是长光阴放置后都邑构成电池目路电压下降,因此充电状况的百分比数值也会跟着下降。别的,电池健康状况(SOH)则是衡量电池的起使电流输入能力的偏向,全新的电池可以或许或许到达100%的SOH电池健康状况。

 

电池的容量不只取决于其电压和电流曲线,还取决于其年纪和工作温度。SOH测量根据其应用历史,可奉告咱咱咱们电池的应用年限和预期寿命周期。颠末过程这种办法,咱咱咱们可以或许或许知道EV的里程数(完全充电后覆盖的距离)会跟着电池老化而削减多少,而且咱咱咱们也可以或许或许知道什么时候应该更换电池组。

 

电池均衡

BMS的另外一个重要功效是维持电池间的均衡。例如,在一组串联衔接的4个电池中,统统四个电池的电压应不停相等。如果一个电池比另外一个电池的电压低或高,它将影响全体电池组,例如一个电池处于3.5V而另外三个电池处于4V。在充电期间,这三个电池将到达4.2V而另外一个电池刚刚到达3.7V。相同的,该电池将是第一个放电至3V的电池。如许一来,因为该单电池的状况分歧,电池组中的统统其余电池将不能用于其最大电位,进而影响效力。

 

为了解决这个成就,BMS必需实现一种称为单位均衡的办法。有很多范例的电池均衡技术,但常用的是主动与被动型的电池均衡。在被动均衡中,其设法主意是具有过电压的电池将透过类似电阻器的负载强制放电,以到达其余电池的电压值。至于主动均衡期间,较强的电池将用于给较弱的电池充电,以使其电位均衡。

 

热节制

锂电池组的寿命和效力有很大程热决于工作温度。与正常室温下相比,电池在炎热气候时放电更快。除此之外,高电流的消耗将进一步增长温度。这必要电池组中的热体系(重要是油)来加以调控。这种热体系重要感化在于低落温度,但如果必要,也应该可以或许或许在寒冷气候下提高温度。BMS卖力测量每个电池温度,并相对应地节制热体系以维持电池组的全体温度。

 

更低的体系功耗

 

 

即使汽车正在运行中、充电中或处于待机情势,BMS也应处于运动状况并中行。如许的状况使得BMS电路必需被连续供电,因此BMS体当需消耗非常少的功率,才不会消耗太多电力。当EV未充电数周或数月时,BMS和其余电路往往会自行耗尽电池,最终必要在下次应釉墼勖前停止从新充电。如许的成就即使在特斯拉这种驰名车款上,仍然很常见。

 

电流隔离

BMS身为电池组和EV的引擎节制器(ECU)之间的桥梁,必需将BMS收集的统统信息发送到ECU,以显示在仪表板上或仪表板上。因此,BMS和ECU应该透过CAN,或LIN总线等模范协定来持续停止通讯。BMS设计也必需可以或许或许在电池组和ECU之间供给电流隔离。

 

数据记载

因为BMS必需存储大批数据,因此拥有更大的记忆库非常重要。只要在知道电池的充电历史时,能力计算出电池的健康状况。因此,BMS必需从装配之日起,就追踪电池组的充电周期和充电光阴,这将有助于为工程师供给售后效劳或阐发EV的充电成就。

 

精确度

当电池充电或放电时,电压会逐渐增长或削减。不幸的是,锂电池的放电曲线(电压对比光阴)具有平坦地区,因此电压的变更非常小,必需精确测量此变更。设计优越的BMS可以或许或许具有到达±0.2mV的精度,最小精度至少必要1~2mV。而通常在此过程中会应用16位元ADC。

 

结语

 


值得注意的是,电动汽车逐渐朝向简略化设计,其结果将能驱动各分歧面向的本钱低落,一个显著的例子便是电池自己。较小的电池意味着更轻的汽车重量,这将使得汽车底盘、制动器、充电技术、电机功率等的额外本钱获得节省。小容量的电动汽车将有助于低落充电技术的电力耗损,而且更容易均衡充电必要。搭配更有用率的BMS体系,将能让电动车上路行驶加倍平安。

 

 
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