Γιατί η νέα μπαταρία ενεργειακού οχήματος δεν μπορεί να εμφανίσει με ακρίβεια την υπόλοιπη ισχύ;
Με την ταχεία ανάπτυξη των ηλεκτρικών οχημάτων, οι καταναλωτές έχουν αρχίσει να δίνουν μεγάλη προσοχή στο φάσμα των ηλεκτρικών οχημάτων. Ορισμένοι χρήστες έχουν ακόμη και άγχος χιλιομέτρων, από φόβο για ένα φαινόμενο παρόμοιο με το ξαφνικό κλείσιμο μιας μπαταρίας κινητού τηλεφώνου όταν εξαντληθεί. Σήμερα, ας μιλήσουμε λεπτομερώς για τις δυσκολίες και τις μεθόδους αντιμετώπισης της ακριβούς μέτρησης της ισχύος της μπαταρίας του αυτοκινήτου.
Δυσκολίες στη μέτρηση του επιπέδου μπαταρίας των ηλεκτρικών οχημάτων
Κατασκευαστής Dissmann Fuses, με 20 χρόνια εμπειρίας, για περισσότερες πληροφορίες. επικοινωνήστε μαζί μας μέσω ηλεκτρονικού ταχυδρομείου: anna@delfuse.com ή WhatsApp: +86 18813915908
Οι ασφάλειες Dissmann χρησιμοποιούνται ευρέως στα ηλεκτρικά οχήματα, το υβριδικό όχημα βενζίνης και κυττάρων καυσίμων και τα βασικά μέρη του (PACK/PDU/BDU/MSD/Electric/High συνδετήρας πίεσης, κ.λπ.), ev φορτιστής/σύστημα σωρών charing EV/ενότητα, το σύστημα παραγωγής ηλεκτρικού ρεύματος, η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος επικοινωνίας 5G, η παροχή ηλεκτρικού ρεύματος κεντρικού υπολογιστή σύννεφων, η ενεργειακή αποθήκευση, AGV (κίνηση για να στείλει τα μη επανδρωμένα οχήματα), το γραφικό τουριστικό αυτοκίνητο περιοχής, το αυτοκίνητο γκολφ, η υγειονομική περίθαλψη, το περπάτημα, ο εξοπλισμός και τα μηχανήματα κατασκευής, το επίγειο σύστημα θέρμανσης, το φωτοβολταϊκό ηλιακό κιβώτιο συνδυαστών, ο έλεγχος παροχής ηλεκτρικού ρεύματος συνεχούς ρεύματος, τα μηχανήματα και ο εξοπλισμός βιομηχανίας, και άλλοι τομείς των τομέων εφαρμογής υψηλής τάσης συνεχούς ρεύματος.
Άσε με να μιλήσω για τις δυσκολίες πρώτα; Οι παράγοντες που εμπλέκονται στην ακριβή μέτρηση της ισχύος της μπαταρίας του ηλεκτρικού οχήματος περιλαμβάνουν:
1. Τα ηλεκτρικά υλικά μπαταριών δύναμης οχημάτων είναι διαφορετικά
Η ακρίβεια είναι ένα σημαντικό χαρακτηριστικό της μέτρησης καυσίμου μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων. Τα υλικά μπαταριών δύναμης των ηλεκτρικών οχημάτων είναι διαφορετικά. Συμπεριλαμβανομένης της μπαταρίας liFePO4 φωσφορικού σιδήρου λιθίου (κόκκινη καμπύλη), της μπαταρίας LiCoO2 οξειδίων κοβαλτίου λίθιου (μπλε καμπύλη) και των νέων χημικών υλικών μπαταριών όπως η μπαταρία NMC τριών στοιχείων (μαύρη καμπύλη). Έχουν διαφορετικές απαιτήσεις για τη μέτρηση καυσίμου μπαταρίας. Για τις μπαταρίες λιθίου σιδήρου LiFePO4, η καμπύλη εκκένωσης είναι επίπεδη και η ακρίβεια της μέτρησης της τάσης των κυττάρων είναι ζωτικής σημασίας. Για να αποφευχθεί η υπερφόρτιση και η εκφόρτιση, οι μπαταρίες πρέπει να διατηρούνται μεταξύ 20% και 90% της πλήρους χωρητικότητας. Στην μπαταρία 85kWh, η χωρητικότητα που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για κανονική οδήγηση είναι μόνο 60,9 kWh. Εάν το σφάλμα μέτρησης είναι 5%, για να συνεχιστεί η ασφαλής λειτουργία της μπαταρίας, η χωρητικότητα της μπαταρίας πρέπει να διατηρείται μεταξύ 25% και 85%. Η συνολική βιώσιμη δυναμικότητα μειώθηκε από 70% σε 60%.
Ηλεκτρική μπαταρία δύναμης οχημάτων ασφαλής διαθέσιμη σειρά δύναμης
2. Το περιβάλλον χρήσης των ηλεκτρικών οχημάτων είναι εξαιρετικά σκληρό
Τα ηλεκτρικά οχήματα μπορούν να πάνε στο Mohe για να βιώσουν χαμηλή θερμοκρασία μείον 40 μοίρες στο βορρά και μπορούν να πάνε στο βουνό Huoyan στα δυτικά για να βιώσουν ένα έγκαυμα μείον 50 μοίρες. Ταυτόχρονα, η υγρασία, η μηχανική καταπόνηση και η διάρκεια ζωής άνω των 15 ετών προτάθηκαν απαιτήσεις περιβαλλοντικής ανοχής για μπαταρίες ισχύος που είναι πολύ διαφορετικές από εκείνες των μπαταριών κινητής τηλεφωνίας.
3. Η μπαταρία δύναμης ηλεκτρικών οχημάτων είναι ένα πακέτο μπαταριών με μια περίπλοκη δομή
Ηλεκτρική δομή πακέτων μπαταριών οχημάτων
Η μπαταρία δύναμης ηλεκτρικών οχημάτων αποτελείται από το βασικότερο κύτταρο κυττάρων μπαταριών για να διαμορφώσει μια ενότητα ενότητας μπαταριών, και έπειτα η ενότητα ενότητας διαμορφώνει ένα πακέτο μπαταριών. Το κινητό τηλέφωνο είναι ένα μόνο κελί. Μια ηλεκτρική μπαταρία οχημάτων αποτελείται από διάφορες μπαταρίες που συνδέονται σε σειρά. Μια τυπική μπαταρία (με 96 κύτταρα σε σειρά) θα παράγει συνολική τάση άνω των 400 V όταν φορτίζεται στα 4,2 V. Όσο περισσότερες κυψέλες στην μπαταρία, τόσο υψηλότερη είναι η τάση που επιτυγχάνεται. Τα ρεύματα φόρτισης και εκφόρτισης όλων των μπαταριών είναι τα ίδια, αλλά η τάση σε κάθε μπαταρία πρέπει να παρακολουθείται. Για να χωρέσει ο μεγάλος αριθμός μπαταριών που απαιτούνται για συστήματα αυτοκινήτων υψηλής ισχύος, οι πολλαπλές μπαταρίες συνήθως χωρίζονται σε διάφορες μονάδες και τοποθετούνται σε ολόκληρο τον διαθέσιμο χώρο του οχήματος. Μια τυπική μονάδα έχει 10 έως 24 μπαταρίες και μπορεί να συναρμολογηθεί σε διαφορετικές διαμορφώσεις για να χωρέσει σε πολλαπλές πλατφόρμες οχημάτων. Το μορφωματικό σχέδιο μπορεί να χρησιμοποιηθεί ως βάση για τις μεγάλες μπαταρίες. Επιτρέπει την τοποθέτηση των εξαρτημάτων της μπαταρίας σε μεγαλύτερη περιοχή, κάνοντας έτσι πιο αποτελεσματική χρήση του χώρου.
Επίδραση κάδων της μπαταρίας
Ταυτόχρονα, επειδή η μπαταρία ισχύος αποτελείται από πολλά κύτταρα, το ασθενέστερο κύτταρο περιορίζει την απόδοση της συνολικής μπαταρίας. Είναι επίσης γνωστό ως το φαινόμενο κουβά. Η συνολική ισχύς περιορίζεται από τη δύναμη του πιο αδύναμου κυττάρου. Η υπερφόρτιση ή η υπερφόρτωση θα βλάψει τα αντίστοιχα κύτταρα.
Η βελτίωση της τεχνολογίας μέτρησης μπαταριών βοηθά στην ακριβή μέτρηση της ισχύος της μπαταρίας του ηλεκτρικού οχήματος
Αφού μιλήσουμε για τη δυσκολία μέτρησης του επιπέδου μπαταρίας των ηλεκτρικών οχημάτων, ας μιλήσουμε για τη λύση. Στην πραγματικότητα, με την ταχεία βελτίωση της τεχνολογίας μέτρησης μπαταριών, βοηθά στην ακριβή μέτρηση της ισχύος της μπαταρίας των ηλεκτρικών οχημάτων. Αυτή είναι επίσης η πρώτη προτεραιότητα της τρέχουσας ανάπτυξης ηλεκτρικών οχημάτων. Μία από τις βασικές τεχνολογίες είναι το σύστημα διαχείρισης μπαταριών BMS.
Διάγραμμα μπλοκ εφαρμογής συστήματος διαχείρισης μπαταριών BMS
Το διάγραμμα μπλοκ εφαρμογής BMS του συστήματος διαχείρισης μπαταριών δείχνει ένα τυπικό πακέτο μπαταριών με 96 κυψέλες, χωρισμένες σε 8 μονάδες, καθεμία με 12 μπαταρίες. Σε αυτό το παράδειγμα, το IC της οθόνης μπαταρίας είναι το LTC6811 που μπορεί να μετρήσει 12 μπαταρίες. Το IC έχει εύρος μέτρησης μπαταρίας από 0 V έως 5 V και είναι κατάλληλο για τις περισσότερες εφαρμογές χημείας μπαταριών. Πολλές συσκευές μπορούν να συνδεθούν σε σειρά για την παρακολούθηση μεγάλων μπαταριών υψηλής τάσης ταυτόχρονα. Η συσκευή περιλαμβάνει παθητική εξισορρόπηση κάθε κυττάρου. Τα δεδομένα ανταλλάσσονται και στις δύο πλευρές του φράγματος απομόνωσης και καταρτίζονται από τον υπεύθυνο επεξεργασίας του συστήματος, ο οποίος είναι υπεύθυνος για τον υπολογισμό της SOC, τον έλεγχο της ισορροπίας των μπαταριών, τον έλεγχο της SOH και τη διατήρηση ολόκληρου του συστήματος εντός ασφαλών ορίων.
Σύστημα διαχείρισης μπαταριών: πλήρης αλυσίδα σημάτων
Η υψηλή ακρίβεια μέτρησης κυττάρων επεκτείνει τη διαθέσιμη σειρά δύναμης
Ακρίβεια μέτρησης τάσης κυττάρων και σειρά δύναμης μπαταριών
Ως «εγκέφαλος» πίσω από το πακέτο μπαταριών, η τεχνολογία BMS διαχειρίζεται την παραγωγή ισχύος, τη φόρτιση και την εκφόρτιση και παρέχει ακριβείς μετρήσεις κατά τη λειτουργία του οχήματος. Η υψηλότερη ακρίβεια μέτρησης τάσης κυττάρων μπαταριών μπορεί να επεκτείνει τη σειρά της δύναμης μπαταριών διαθέσιμη. Εάν η ακρίβεια αυξηθεί στο 1% (για μια μπαταρία φωσφορικού λιθίου LiFePO4, ένα σφάλμα μέτρησης 1 mV ισοδυναμεί με σφάλμα SOC 1%), τότε η μπαταρία μπορεί να λειτουργήσει μεταξύ 21% και 89% της πλήρους χωρητικότητας, αύξηση 8%. Η χρήση της ίδιας μπαταρίας και ενός ακριβέστερου BMS μπορεί να αυξήσει τα χιλιόμετρα του αυτοκινήτου ανά δαπάνη.
Πάρτε τις αναλογικές συσκευές ADI ως παράδειγμα, τα κύρια προϊόντα IC παρακολούθησης μπαταριών διαχείρισης μπαταριών BMS έχουν απειθαρχία στην τέταρτη γενεά. Η τάση και η θερμοκρασία 12 ή περισσότερων καναλιών κυττάρων μπορούν να ελεγχθούν με τη υψηλή ακρίβεια με μια ακρίβεια καλύτερη από 1.2 mV.
2. Ακριβής πηγή αναφοράς Zener για την αντιμετώπιση σκληρών περιβαλλοντικών προκλήσεων
↑ Διάγραμμα εσωτερικών φραγμών IC BMS
Οι σχεδιαστές κυκλωμάτων BMS συνήθως εκτιμούν την ακρίβεια των κυκλωμάτων μέτρησης της μπαταρίας με βάση τις προδιαγραφές στο φύλλο δεδομένων. Στην πραγματικότητα, άλλα αποτελέσματα σε πραγματικές εφαρμογές συνήθως κυριαρχούν στο σφάλμα μέτρησης. Οι παράγοντες που επηρεάζουν την ακρίβεια των μετρήσεων περιλαμβάνουν:
Πίεση συνελεύσεων PCB
Υγρασία
Μετατόπιση θερμοκρασίας
Μακροπρόθεσμη μετατόπιση
Μια ηχητική τεχνολογία πρέπει να λαμβάνει υπόψη όλους αυτούς τους παράγοντες προκειμένου να παρέχει εξαιρετική απόδοση. Η ακρίβεια μέτρησης του IC περιορίζεται κυρίως από την αναφορά τάσης αναφοράς. Η τάση αναφοράς είναι πολύ ευαίσθητη στη μηχανική καταπόνηση. Η θερμική ανακύκλωση κατά τη διάρκεια της συγκόλλησης PCB μπορεί να παραγάγει την πίεση πυριτίου. Η υγρασία είναι μια άλλη αιτία πίεσης πυριτίου, επειδή η συσκευασία απορροφά την υγρασία. Η πίεση πυριτίου θα χαλαρώσει με την πάροδο του χρόνου, οδηγώντας στη μακροπρόθεσμη μετατόπιση της τάσης αναφοράς.
↑Accuracy επηρεάζεται από την πίεση συνελεύσεων PCB (επάνω αριστερά), την υγρασία (επάνω δεξιά), την κλίση θερμοκρασίας (κατώτατο αριστερό) και τη μακροπρόθεσμη κλίση (κατώτατο δικαίωμα)
Η σειρά LTC68xx χρησιμοποιεί μια εργαστηριακή πηγή τάσης αναφοράς διόδων Zener, η οποία είναι μια τεχνολογία που η ADI έχει βελτιωθεί συνεχώς μετά από περισσότερα από 30 χρόνια. Οι θαμμένες διόδους Zener τοποθετούν τη σύνδεση κάτω από την επιφάνεια πυριτίου, μακριά από την επίδραση των ρύπων και των στρωμάτων οξειδίων. Το αποτέλεσμα είναι ότι οι διόδους Zener έχουν εξαιρετική μακροπρόθεσμη σταθερότητα, χαμηλό θόρυβο και σχετικά ακριβείς αρχικές ανοχές. Η μετατόπιση είναι λιγότερο από 1 mV σε ολόκληρη την αυτοκίνητη σειρά θερμοκρασίας -40°C σε +125°C. Με την πάροδο του χρόνου, η πηγή τάσης αναφοράς διόδων Zener έχει καλύτερη σταθερότητα, τουλάχιστον 5 φορές υψηλότερη από την πηγή τάσης αναφοράς κενού ζώνης. Παρόμοιες δοκιμές αντοχής υγρασίας και συναρμολόγησης PCB δείχνουν ότι η απόδοση της θαμμένης δίοδος Zener είναι καλύτερη από την πηγή τάσης αναφοράς κενού ζώνης.
3. Η ισορροπία κυττάρων σπάζει την επίδραση κάδων
↑Παθητικός εξισορροπητής μπαταριών με την αντίσταση ξακρίσματος
Το BMS παρέχει επίσης σημαντικά μέτρα προστασίας για την πρόληψη βλάβης της μπαταρίας. Το πακέτο μπαταριών αποτελείται από τις πολλαπλάσιες ομάδες ανεξάρτητων κυττάρων μπαταριών, οι οποίες συνεργάζονται άψογα για να παρέχουν στο αυτοκίνητο τη μέγιστη παραγωγή δύναμης. Εάν τα κύτταρα της μπαταρίας χάσουν την ισορροπία τους, θα επηρεαστούν από το άγχος, οδηγώντας σε πρόωρο τερματισμό της φόρτισης, γεγονός που θα μειώσει τη συνολική διάρκεια ζωής της μπαταρίας.
Η παθητική εξισορρόπηση καθιστά τη χωρητικότητα κάθε μονάδας της μπαταρίας περίπου την ίδια με την πιο αδύναμη μονάδα. Χρησιμοποιεί ένα σχετικά χαμηλό ρεύμα κατά τη διάρκεια του κύκλου φόρτισης και καταναλώνει μια μικρή ποσότητα ενέργειας από μια υψηλή μπαταρία SoC, έτσι ώστε όλες οι κυψέλες μπαταριών να φορτιστούν στο μέγιστο SoC τους. Αυτό επιτυγχάνεται μέσω ενός διακόπτη και ενός αντιστάτη αιμορραγούντες που συνδέονται παράλληλα με κάθε κύτταρο μπαταριών. Η υψηλή μπαταρία SoC εκφορτίζεται (η ισχύς διαχέεται στην αντίσταση), οπότε η φόρτιση μπορεί να συνεχιστεί μέχρι να φορτιστούν πλήρως όλες οι μπαταρίες.
↑Η σχέση μεταξύ της διαθέσιμης δύναμης και της σπατάλης της μπαταρίας δύναμης
Πάνω, η βελτίωση της τεχνολογίας μέτρησης μπαταριών διευκολύνει την ακριβή μέτρηση της ισχύος της μπαταρίας του ηλεκτρικού οχήματος επεκτείνοντας το διαθέσιμο εύρος ισχύος, την ακριβή πηγή αναφοράς Zener για την αντιμετώπιση σκληρών περιβαλλοντικών προκλήσεων και την εξισορρόπηση κυττάρων για να σπάσει το εφέ κάδου. Είναι ισοδύναμο με την ελαχιστοποίηση του αφρού στην κορυφή της μπύρας, αφήνοντας ένα γνήσιο ποτό σε λογική τιμή. Η μελλοντική τεχνολογία μπαταριών ηλεκτρικών οχημάτων θα είναι σίγουρα ακριβέστερη και εξυπνότερη. Εξαλείφοντας έτσι το άγχος χιλιομέτρων του χρήστη, επιτρέποντας στους καταναλωτές να ταξιδεύουν άνετα.