Kai žmonės kalba apie elektrines transporto priemones (EV), pokalbis dažnai sukasi apie nuvažiuojamą atstumą, pagreitį ir įkrovimo greitį. Tačiau už šio akinančio našumo slypi tylus, bet labai svarbus komponentas:Elektromobilių akumuliatorių valdymo sistema (BMS).
BMS galite įsivaizduoti kaip labai kruopštų „akumuliatoriaus sergėtoją“. Jis ne tik stebi akumuliatoriaus „temperatūrą“ ir „atsparumą“ (įtampą), bet ir užtikrina, kad kiekvienas komandos narys (elementai) veiktų darniai. Kaip pabrėžiama JAV Energetikos departamento ataskaitoje, „pažangus akumuliatorių valdymas yra labai svarbus siekiant skatinti elektromobilių diegimą“.¹
Mes jus įtrauksime į šio nežinomo herojaus pasaulį. Pradėsime nuo pagrindinių funkcijų – baterijų tipų, – tada pereisime prie pagrindinių funkcijų, smegenis primenančios architektūros ir galiausiai žvelgsime į ateitį, paremtą dirbtiniu intelektu ir belaidėmis technologijomis.
1: BMS „širdies“ supratimas: elektromobilių akumuliatorių tipai
BMS konstrukcija yra neatsiejamai susijusi su valdomos baterijos tipu. Skirtingos cheminės sudėties reikalauja labai skirtingų valdymo strategijų. Šių baterijų supratimas yra pirmas žingsnis norint suvokti BMS konstrukcijos sudėtingumą.
Įprastos ir ateities tendencijų elektromobilių baterijos: lyginamoji apžvalga
| Baterijos tipas | Pagrindinės charakteristikos | Privalumai | Trūkumai | BMS valdymo dėmesys |
|---|---|---|---|---|
| Ličio geležies fosfatas (LFP) | Ekonomiškas, labai saugus, ilgas ciklo tarnavimo laikas. | Puikus terminis stabilumas, maža šiluminio išbėgimo rizika. Ciklų skaičius gali viršyti 3000 ciklų. Maža kaina, be kobalto. | Santykinai mažesnis energijos tankis. Prastas veikimas žemoje temperatūroje. Sunku įvertinti gyvsidabrio gyvsidabrio nuostolius. | Didelio tikslumo SOC įvertinimasReikalingi sudėtingi algoritmai plokščiai įtampos kreivei apdoroti.Žemos temperatūros išankstinis pašildymasReikalinga galinga integruota akumuliatorinė šildymo sistema. |
| Nikelio mangano kobalto (NMC/NCA) | Didelis energijos tankis, ilgas važiavimo atstumas. | Pirmaujantis energijos tankis ilgesniam atstumui. Geresnis našumas šaltu oru. | Mažesnis terminis stabilumas. Didesnė kaina dėl kobalto ir nikelio. Ciklo trukmė paprastai trumpesnė nei LFP. | Aktyvi saugos stebėsenaElementų įtampos ir temperatūros stebėjimas milisekundžių lygmeniu.Galingas aktyvus balansavimas: Išlaiko didelio energijos tankio ląstelių nuoseklumą.Glaudus šilumos valdymo koordinavimas. |
| Kietojo kūno baterija | Naudoja kietą elektrolitą, laikomą naujos kartos. | Maksimalus saugumasIš esmės pašalina gaisro riziką dėl elektrolito nuotėkio.Itin didelis energijos tankisTeoriškai iki 500 Wh/kg. Platesnis darbinės temperatūros diapazonas. | Technologija dar nėra subrendusi; didelė kaina. Iššūkiai, susiję su sąsajos varža ir ciklo trukme. | Naujos jutimo technologijosGali reikėti stebėti naujus fizikinius dydžius, tokius kaip slėgis.Sąsajos būsenos įvertinimasElektrolito ir elektrodų sąsajos būklės stebėjimas. |
2: Pagrindinės BMS funkcijos: ką ji iš tikrųjų atlieka?
Pilnai funkcionuojanti BMS sistema yra tarsi daugiatalentis ekspertas, vienu metu atliekantis buhalterio, gydytojo ir asmens sargybinio vaidmenis. Jos darbą galima suskirstyti į keturias pagrindines funkcijas.
1. Valstybės įvertinimas: „Kuro matuoklis“ ir „Būklės ataskaita“
• Įkrovimo būsena (SOC):Štai kas vartotojams rūpi labiausiai: „Kiek akumuliatoriaus energijos liko?“ Tikslus SOC įvertinimas padeda išvengti nerimo dėl nuvažiuojamo atstumo. Tokioms baterijoms kaip LFP su plokščia įtampos kreive tikslus SOC įvertinimas yra pasaulinio lygio techninis iššūkis, kuriam reikalingi sudėtingi algoritmai, tokie kaip Kalmano filtras.
• Sveikatos būklė (SBB):Tai įvertina akumuliatoriaus „sveikatą“, palyginti su tuo, kokia ji buvo nauja, ir yra pagrindinis veiksnys, lemiantis naudoto elektromobilio vertę. Akumuliatorius, kurio SOH yra 80 %, reiškia, kad jo maksimali talpa yra tik 80 % naujo akumuliatoriaus talpos.
2. Ląstelių balansavimas: komandinio darbo menas
Baterijų blokas sudarytas iš šimtų ar tūkstančių nuosekliai ir lygiagrečiai sujungtų elementų. Dėl nedidelių gamybos skirtumų jų įkrovimo ir iškrovimo greičiai šiek tiek skirsis. Be balansavimo, mažiausią įkrovą turintis elementas nulems viso bloko iškrovimo galutinį tašką, o didžiausią įkrovą turintis elementas – įkrovimo galutinį tašką.
• Pasyvus balansavimas:Sudegina perteklinę energiją iš labiau įkrautų elementų, naudodamas rezistorių. Tai paprasta ir pigu, bet generuoja šilumą ir eikvoja energiją.
• Aktyvus balansavimas:Perkelia energiją iš labiau įkrautų elementų į mažiau įkrautus. Tai efektyvu ir gali padidinti naudojamą atstumą, tačiau sudėtinga ir brangu. „SAE International“ tyrimai rodo, kad aktyvus balansavimas gali padidinti baterijos naudojamą talpą maždaug 10 %⁶.
3. Saugos apsauga: budrusis „globėjas“
Tai yra svarbiausia BMS atsakomybė. Ji nuolat stebi akumuliatoriaus parametrus per jutiklius.
• Apsauga nuo viršįtampio / žemos įtampos:Apsaugo nuo perkrovimo arba per didelio išsikrovimo – pagrindinių nuolatinio akumuliatoriaus pažeidimo priežasčių.
• Apsauga nuo viršsrovės:Greitai nutraukia grandinę neįprastų srovės įvykių, tokių kaip trumpasis jungimas, metu.
• Apsauga nuo perkaitimo:Baterijos yra itin jautrios temperatūrai. BMS stebi temperatūrą, riboja galią, jei ji per aukšta arba per žema, ir įjungia šildymo arba vėsinimo sistemas. Svarbiausias jos prioritetas yra užkirsti kelią šiluminiam išsiveržimui, o tai yra gyvybiškai svarbu visapusiškam naudojimui.EV įkrovimo stotelės dizainas.
3. BMS smegenys: kaip jos sukonstruotos?
Tinkamos BMS architektūros pasirinkimas yra kompromisas tarp kainos, patikimumo ir lankstumo.
BMS architektūros palyginimas: centralizuota, paskirstyta ir modulinė
| Architektūra | Struktūra ir charakteristikos | Privalumai | Trūkumai | Tipiniai tiekėjai / technikas |
|---|---|---|---|---|
| Centralizuotas | Visi ląstelių jutimo laidai tiesiogiai jungiami prie vieno centrinio valdiklio. | Maža kaina Paprasta konstrukcija | Vienas gedimo taškas. Sudėtinga laidų sistema, sunkus darbas. Prastas mastelio keitimas. | „Texas Instruments“ (TI), Infineonsiūlo labai integruotus vieno lusto sprendimus. |
| Paskirstyta | Kiekvienas akumuliatoriaus modulis turi savo pavaldųjį valdiklį, kuris teikia ataskaitas pagrindiniam valdikliui. | Didelis patikimumas. Didelis mastelio keitimas. Lengva prižiūrėti. | Didelės išlaidos Sistemos sudėtingumas | Analoginiai įrenginiai (ADI)belaidė BMS (wBMS) yra šios srities lyderė.NXPtaip pat siūlo tvirtus sprendimus. |
| Modulinis | Hibridinis požiūris tarp kitų dviejų, subalansuojant kainą ir našumą. | Geras balansas Lankstus dizainas | Nėra nė vienos išskirtinės savybės; vidutiniška visais atžvilgiais. | Pirmos pakopos tiekėjai, pvz.MarelliirPrehsiūlo tokius individualius sprendimus. |
A paskirstytoji architektūra, ypač belaidė BMS (wBMS), tampa pramonės tendencija. Ji pašalina sudėtingus ryšio laidus tarp valdiklių, o tai ne tik sumažina svorį ir kainą, bet ir suteikia precedento neturintį akumuliatorių blokų konstrukcijos lankstumą bei supaprastina integravimą suElektromobilių tiekimo įranga (EVSE).
4: BMS ateitis: naujos kartos technologijų tendencijos
BMS technologija dar toli gražu nėra savo galutinis tikslas; ji tobulėja, tampa išmanesnė ir labiau sujungta.
• Dirbtinis intelektas ir mašininis mokymasis:Ateities pastatų valdymo sistemos (BMS) nebereikės remtis fiksuotais matematiniais modeliais. Vietoj to, jos naudos dirbtinį intelektą ir mašininį mokymąsi, kad analizuotų didžiulius istorinių duomenų kiekius ir tiksliau numatytų SOH bei likusį naudingo tarnavimo laiką (RUL), ir netgi pateiktų išankstinius įspėjimus apie galimus gedimus⁹.
• Prie debesies prijungta BMS:Įkėlus duomenis į debesį, galima nuotoliniu būdu stebėti ir diagnozuoti transporto priemonių akumuliatorius visame pasaulyje. Tai ne tik leidžia atnaujinti BMS algoritmą belaidžiu būdu (OTA), bet ir suteikia neįkainojamų duomenų naujos kartos akumuliatorių tyrimams. Ši transporto priemonės ir debesies koncepcija taip pat sudaro pagrindą...v2g(Transporto priemonės ir tinklo)technologijos.
• Prisitaikymas prie naujų akumuliatorių technologijų:Ar tai būtų kietojo kūno baterijos, arSrauto akumuliatorius ir LDES pagrindinės technologijosšioms besiformuojančioms technologijoms reikės visiškai naujų BMS valdymo strategijų ir jutimo technologijų.
Inžinieriaus projektavimo kontrolinis sąrašas
Inžinieriams, dalyvaujantiems BMS projektavime ar parinkime, svarbiausi yra šie punktai:
• Funkcinės saugos lygis (ASIL):Ar tai atitinkaISO 26262standartas? Svarbiam saugos komponentui, pvz., pastatų valdymo sistemai (BMS), paprastai reikalingas ASIL-C arba ASIL-D standartas¹⁰.
• Tikslumo reikalavimai:Įtampos, srovės ir temperatūros matavimo tikslumas tiesiogiai veikia SOC/SOH įvertinimo tikslumą.
• Ryšio protokolai:Ar jis palaiko pagrindinius automobilių magistralių protokolus, tokius kaip CAN ir LIN, ir ar jis atitinka ryšio reikalavimus?Elektromobilių įkrovimo standartai?
• Balansavimo galimybės:Ar tai aktyvus, ar pasyvus balansavimas? Kokia yra balansavimo srovė? Ar tai gali atitikti akumuliatorių bloko projektinius reikalavimus?
• Mastelio keitimas:Ar sprendimą galima lengvai pritaikyti skirtingoms akumuliatorių platformoms su skirtinga talpa ir įtampos lygiu?
Besivystančios elektromobilio smegenys
TheElektromobilių akumuliatorių valdymo sistema (BMS)yra neatsiejama šiuolaikinių elektromobilių technologijų dėlionės dalis. Iš paprasto monitoriaus jis išsivystė į sudėtingą įterptąją sistemą, kurioje integruoti jutikliai, skaičiavimai, valdymas ir ryšys.
Tobulėjant pačioms akumuliatorių technologijoms ir pažangiausioms sritims, tokioms kaip dirbtinis intelektas ir belaidis ryšys, BMS taps dar išmanesnė, patikimesnė ir efektyvesnė. Ji ne tik užtikrina transporto priemonių saugumą, bet ir yra raktas į visą akumuliatorių potencialą bei tvaresnės transporto ateities sukūrimą.
DUK
K: Kas yra elektromobilių akumuliatorių valdymo sistema?
A: An Elektromobilių akumuliatorių valdymo sistema (BMS)yra elektromobilio akumuliatoriaus „elektroninės smegenys“ ir „sargas“. Tai sudėtinga aparatinės ir programinės įrangos sistema, kuri nuolat stebi ir valdo kiekvieną akumuliatoriaus elementą, užtikrindama, kad akumuliatorius veiktų saugiai ir efektyviai bet kokiomis sąlygomis.
K: Kokios yra pagrindinės BMS funkcijos?
A:Pagrindinės BMS funkcijos apima: 1)Valstybės įvertinimas: Tikslus likusio akumuliatoriaus įkrovos lygio (įkrovos būsena – SOC) ir bendros jo būklės (sveikatos būsena – SOH) apskaičiavimas. 2)Ląstelių balansavimas: Užtikrinti, kad visi pakuotės elementai būtų vienodai įkrauti, siekiant išvengti atskirų elementų perkrovimo ar per didelio išsikrovimo. 3)Saugos apsauga: Grandinės atjungimas viršįtampio, per mažos įtampos, per didelės srovės arba per aukštos temperatūros atveju, siekiant išvengti pavojingų įvykių, tokių kaip terminis išsiveržimas.
K: Kodėl BMS yra tokia svarbi?
A:BMS tiesiogiai nustato elektromobiliosaugumas, veikimo nuotolis ir baterijos veikimo laikasBe BMS brangus akumuliatorių blokas per kelis mėnesius gali sugesti dėl celių disbalanso arba net užsidegti. Pažangi BMS yra ilgo veikimo nuotolio, ilgo tarnavimo laiko ir aukšto saugumo užtikrinimo pagrindas.
Įrašo laikas: 2025 m. liepos 18 d.