| Заявление: Содержание этой статьи в основном основано на резюме KRIS. Вы можете следить за общедоступным аккаунтом KRIS.Чтобы лучше понять системы управления батареями электромобилей, давайте начнем с силовой батареи. 1 Силовая батарея В настоящее время практически во всех электромобилях в качестве силовых батарей используются литий-ионные батареи. По выбору полярных материалов силовые батареи можно разделить на три типа: тройные никель-кобальт-марганцевые батареи NMC, тройные никель-кобальт-алюминиевые батареи. батарея NCA и фосфорная кислота. Сравнительная информация литий-железной батареи LFP следующая: 1.1 Тройная никель-кобальт-марганцевая батарея NMC, называемая NCM, представляет собой аббревиатуру трех основных составляющих металлических элементов и имеет названия в соответствии с различным содержанием. соотношения. В зависимости от содержания никеля существуют разные цифры, самые известные из которых — NCM523 и NCM811. Никель-марганцево-кобальтовые (NMC) аккумуляторы обладают хорошей долговечностью и зарядными характеристиками и в настоящее время являются наиболее распространенным материалом катода аккумуляторов в электромобилях. Основным преимуществом аккумуляторов NMC является высокая плотность энергии, которая может достигать около 250 Втч/кг, что означает, что в объеме каждой батареи можно разместить больше энергии, тем самым обеспечивая больший запас хода и экономию места. Кроме того, аккумуляторы NMC. Менее чувствителен к низким температурам, он может заряжаться быстрее в холодном климате. Добыча кобальта и никеля загрязняет окружающую среду и обходится дорого. Цена аккумуляторных блоков NMC выше, чем аккумуляторных блоков LFP. Кроме того, срок службы NMC короток и, по оценкам, он может гарантировать только 1000–2000 полных циклов зарядки (от 0 до 100%). Но после 1000 циклов емкость может упасть примерно на 40%. Большинство автомобильных брендов рекомендуют ежедневный лимит зарядки аккумуляторных блоков NMC на уровне 80 % для поддержания хорошего состояния аккумулятора. 1.2 NCA Литий-ионные батареи с никель-кобальт-алюминием (NCA) по своей сути аналогичны батареям NMC. Однако NCA заменила марганец более дешевым алюминием и уменьшила количество кобальта в катоде. Алюминий, содержащийся в батареях NCA, является щелочным металлом, который может вызывать побочные реакции с выделением большого количества газа во время работы батареи. Это приведет к вздутию аккумулятора. Чем выше содержание никеля в батареях NCA, тем хуже термостабильность. По сравнению с аккумуляторами NMC, аккумуляторы NCA имеют более высокую плотность энергии. Он заменяет вредный для окружающей среды марганец на алюминий, что также увеличивает срок службы аккумулятора. Однако жизненный цикл аккумуляторной батареи NCA по-прежнему короче, а поскольку в ней используются кобальт и никель, цена также выше, чем у батареи LFP. Кроме того, батареи LFP обладают такими характеристиками, как устойчивость к высоким температурам, стабильная внутренняя структура и надежная форма батареи. Даже если его максимальная температура достигнет 700-800°C, он не взорвется так легко, как тройная батарея. Литий-железо-фосфатный (LFP) становится более дешевым и более экологичным типом аккумуляторов и рассматривается как ключ к снижению ценового барьера для электромобилей начального уровня. В отличие от NMC и NCA, батареи LFP не содержат никель, кобальт и магний, что делает их производство более дешевым. Ключевым преимуществом LFP является его более длительный жизненный цикл. Аккумуляторные блоки LFP способны выдерживать более 3000 полных циклов зарядки, а аккумуляторные блоки NMC — только 1000–2000 циклов. Однако батареи LFP не только имеют меньшую плотность энергии (примерно на 70 % ниже, чем NMC), но также медленнее заряжаются в условиях низких температур и по-прежнему полагаются на литий, который является ограниченным ресурсом, а стоимость лития растет из-за высокой требовать. . 2 Система управления аккумулятором электромобиля В ненормальных условиях литий-ионные аккумуляторы могут выйти из строя по различным причинам, таким как перезарядка/чрезмерная разрядка, перегрев, старение и износ, и даже стать причиной пожара. Для этого требуется система управления аккумулятором (BMS), чтобы гарантировать, что аккумулятор электромобиля всегда находится в наилучшем безопасном режиме. Существует два типа систем управления батареями: централизованная BMS и распределенная BMS. 1) Централизованная архитектура BMS Кроме того, входы можно легко перепутать и неправильно подключить, а соединения могут ослабнуть, что увеличивает вероятность сбоя. Еще одним недостатком является отсутствие масштабируемости и гибкости структуры системы. Кроме того, главный контроллер является ядром. Если главный контроллер выйдет из строя, работа всей системы окажется под угрозой. Это большой недостаток. 2) Модульная топология BMS Устранение неполадок и техническое обслуживание упрощается благодаря повторяющейся модульной конструкции, а масштабируемость легко увеличивается до более крупных аккумуляторных блоков. Недостатком является то, что общая стоимость немного выше, и в зависимости от приложения могут быть случаи, когда интерфейс используется не полностью. По сравнению с централизованной BMS выход из строя одного модуля BMS не поставит под угрозу работу всей батареи. Дефектный аккумуляторный элемент или аккумуляторную батарею можно удалить из системы, что снизит ее емкость, но сохранит работоспособность. 4) Распределенная архитектура BMS Распределенная BMS объединяет все электронное оборудование на плате управления, причем плата управления устанавливается непосредственно на контролируемую батарею или модуль. При этом остается лишь несколько линий датчиков и связи для проводки между соседними модулями BMS. Таким образом, каждая BMS более независима и может выполнять вычисления и обмениваться данными по мере необходимости. Распределенная BMS может обеспечить как высокую надежность и надежность, так и экономически эффективный процесс разработки, что значительно снижает стоимость конечного аккумуляторного блока. По сравнению с централизованными и модульными топологиями преимуществами распределенной BMS являются масштабируемость и гибкость. Максимальное количество входов не указано, а элементы батареи можно добавлять или удалять даже после установки. Никаких изменений в аппаратном или программном обеспечении модуля не требуется. Кроме того, исключается единая точка отказа централизованного подхода. Локальное управление каждым аккумуляторным элементом также повышает безопасность. Еще одним преимуществом является высокая точность измерений. Кроме того, более короткие соединительные линии позволяют более точно измерять напряжение и повышают устойчивость к помехам. Модульная распределенная структура облегчает обслуживание или замену неисправных компонентов. Недостатком является повышенная стоимость BMS, поскольку для каждого элемента батареи требуется отдельный модуль BMS, а в большинстве случаев — дополнительный основной модуль управления. 3 функции BMS BMS может получать в режиме реального времени данные об основных параметрах батареи, таких как напряжение, температура и ток. Используя эти показатели, BMS может внимательно отслеживать важные параметры производительности, такие как состояние заряда (SoC), которое указывает оставшуюся емкость максимальной емкости аккумулятора электромобиля, и состояние работоспособности (SoH), которое показывает общее состояние аккумуляторной батареи. . Мониторинг SoC помогает пользователям электромобилей оценить запас хода, имеющийся в их распоряжении, и планировать остановки на зарядных станциях, не беспокоясь о запасе хода. Благодаря мониторингу SoH производители могут помочь клиентам проводить профилактическое обслуживание для поддержания работоспособного состояния батареи и повышения производительности. 2) Управление температурным режимом Аккумуляторы электромобилей очень чувствительны к изменениям температуры, что может повлиять на их производительность и срок службы. В связи с этим BMS постоянно отслеживает и контролирует значения температуры аккумулятора для поддержания оптимальной работы. Например, можно использовать механизмы нагрева и охлаждения, чтобы поддерживать батарею в идеальном температурном диапазоне, чтобы максимизировать ее производительность и срок службы. 3) Баланс заряда и разряда аккумуляторной батареи 4) Защита от ненормального состояния батареи. Поскольку элементы батареи со временем естественным образом стареют и теряют свою стабильность, BMS будет контролировать множество параметров аккумуляторной батареи. Он имеет встроенные функции защиты от перенапряжения, понижения напряжения, перегрузки по току, терморегулирования и внешней защиты от перезаряда/переразряда. При возникновении неисправности система автоматически выполняет предварительно заданные программы защиты, такие как оптимизация низковольтной зарядки аккумуляторов с ухудшенными характеристиками и балансировка падения напряжения, вызванного старением аккумуляторов, для поддержания оптимальной производительности аккумуляторов. 1) Интеллектуальная BMS. Используя передовые алгоритмы и технологию машинного обучения, BMS может оптимизировать производительность батареи на основе моделей использования батареи, условий окружающей среды и других динамических сценариев. 2) Обновление OTA Протоколы беспроводной связи все чаще используются в сочетании с BMS, что позволяет обновлять систему через OTA. 3) Алгоритмы прогнозируемого обслуживания. Системы управления батареями электромобилей интегрируются с передовыми системами прогнозируемого обслуживания. Эти алгоритмы опираются на данные в реальном времени, чтобы предсказать, когда компоненты аккумулятора потребуют ремонта или замены, тем самым снижая затраты клиентов на техническое обслуживание и повышая надежность транспортных средств. Мы видим, что благодаря постоянному внедрению новых технологий функции BMS также стремительно развиваются, что также будет способствовать более эффективному и безопасному вхождению электромобилей в жизнь каждого человека. |
Статья предоставлена пользователями сети только для ознакомления.