Калі людзі гавораць пра электрамабілі (EV), размова часта круціцца вакол запасу ходу, паскарэння і хуткасці зарадкі. Аднак за гэтай уражлівай прадукцыйнасцю хаваецца ціхі, але важны кампанент:Сістэма кіравання акумулятарам электрамабіля (BMS).
Сістэму кіравання акумулятарамі (BMS) можна ўявіць сабе вельмі стараннага «ахоўніка акумулятара». Яна не толькі сочыць за «тэмпературай» і «жывальным рэсурсам» (напружаннем) акумулятара, але і забяспечвае зладжаную працу кожнага члена каманды (элементаў). Як падкрэсліваецца ў дакладзе Міністэрства энергетыкі ЗША, «перадавое кіраванне акумулятарам мае вырашальнае значэнне для садзейнічання распаўсюджванню электрамабіляў».¹
Мы паглыбімся ў гэтага невядомага героя. Спачатку мы разгледзім асноўны механізм яго кіравання — тыпы батарэй, потым пяройдзем да яго асноўных функцый, падобнай да мозгу архітэктуры, і, нарэшце, зазірнем у будучыню, якая будзе грунтавацца на штучным інтэлекце і бесправадных тэхналогіях.
1: Разуменне «сэрца» BMS: тыпы акумулятараў для электрамабіляў
Канструкцыя сістэмы кіравання акумулятарамі (BMS) непарыўна звязана з тыпам акумулятара, якім яна кіруе. Розныя хімічныя склады патрабуюць вельмі розных стратэгій кіравання. Разуменне гэтых акумулятараў — першы крок да разумення складанасці праектавання BMS.
Параўнальны погляд на акумулятары для асноўных і будучых электрамабіляў
| Тып батарэі | Асноўныя характарыстыкі | Перавагі | Недахопы | Фокус кіравання BMS |
|---|---|---|---|---|
| Літый-жалезны фасфат (ЛФФ) | Эканамічна выгадны, вельмі бяспечны, з доўгім тэрмінам службы. | Выдатная тэрмічная стабільнасць, нізкая рызыка цеплавога разгону. Тэрмін службы можа перавышаць 3000 цыклаў. Нізкі кошт, без кобальту. | Адносна ніжэйшая шчыльнасць энергіі. Слабая прадукцыйнасць пры нізкіх тэмпературах. Цяжка ацаніць узровень нагрэву. | Высокадакладная ацэнка ўзроўню насычанасці газу (SOC)Патрабуюцца складаныя алгарытмы для апрацоўкі крывой плоскага напружання.Нізкатэмпературны папярэдні нагрэўПатрабуецца магутная інтэграваная сістэма ацяплення батарэй. |
| Нікельмарганецкобальт (NMC/NCA) | Высокая шчыльнасць энергіі, вялікі запас ходу. | Найвышэйшая шчыльнасць энергіі для большай далёкасці ходу. Лепшая прадукцыйнасць у халоднае надвор'е. | Ніжэйшая тэрмічная стабільнасць. Больш высокі кошт з-за кобальту і нікеля. Тэрмін службы звычайна карацейшы, чым у LFP. | Маніторынг актыўнай бяспекіМаніторынг напружання і тэмпературы ячэйкі на мілісекундным узроўні.Магутнае актыўнае балансаваннеЗабяспечвае кансістэнцыю паміж клеткамі з высокай шчыльнасцю энергіі.Цесная каардынацыя кіравання тэмпературай. |
| цвёрдацельная батарэя | Выкарыстоўвае цвёрды электраліт, які лічыцца наступным пакаленнем. | Максімальная бяспекаКардынальна ліквідуе рызыку ўзнікнення пажару з-за ўцечкі электраліта.Звышвысокая шчыльнасць энергііТэарэтычна да 500 Вт·г/кг. Шырэйшы дыяпазон рабочых тэмператур. | Тэхналогія яшчэ не дасканалая; высокі кошт. Праблемы з супраціўленнем інтэрфейсу і цыклам службы. | Новыя тэхналогіі датчыкаўМагчыма, спатрэбіцца кантраляваць новыя фізічныя велічыні, такія як ціск.Ацэнка стану інтэрфейсуМаніторынг стану мяжы паміж электралітам і электродамі. |
2: Асноўныя функцыі BMS: што яна насамрэч робіць?
Поўнафункцыянальная сістэма кіравання аперацыямі (BMS) падобная да шматграннага эксперта, які адначасова выконвае ролі бухгалтара, лекара і целаахоўніка. Яе працу можна падзяліць на чатыры асноўныя функцыі.
1. Ацэнка стану: «Датчык узроўню паліва» і «Справаздача аб стане»
• Стан зарада (SOC):Вось што найбольш хвалюе карыстальнікаў: «Колькі засталося батарэі?» Дакладная ацэнка ўзроўню нагрузкі прадухіляе трывогу з-за далёкасці. Для такіх батарэй, як LFP, з плоскай крывой напружання дакладная ацэнка ўзроўню нагрузкі з'яўляецца тэхнічнай задачай сусветнага класа, якая патрабуе складаных алгарытмаў, такіх як фільтр Калмана.
• Стан здароўя (СЗЗ):Гэта ацэньвае «стан» акумулятара ў параўнанні з новым і з'яўляецца ключавым фактарам пры вызначэнні кошту патрыманага электрамабіля. Акумулятар з 80% ёмістасці азначае, што яго максімальная ёмістасць складае толькі 80% ад ёмістасці новага акумулятара.
2. Балансаванне клетак: мастацтва каманднай працы
Акумулятарная батарэя складаецца з сотняў ці тысяч элементаў, злучаных паслядоўна і паралельна. З-за нязначных адрозненняў у вытворчасці хуткасць іх зарадкі і разрадкі будзе нязначна адрознівацца. Без балансавання элемент з найменшым узроўнем зарада будзе вызначаць канчатковую кропку разрадкі ўсёй батарэі, а элемент з найбольшым узроўнем зарада — канчатковую кропку зарадкі.
• Пасіўнае балансаванне:Спальвае лішнюю энергію з больш зараджаных элементаў з дапамогай рэзістара. Гэта проста і танна, але выпрацоўвае цяпло і марнуе энергію.
• Актыўнае балансаванне:Пераносіць энергію з больш зараджаных элементаў на менш зараджаныя. Гэта эфектыўна і можа павялічыць карысны запас ходу, але складана і дорага. Даследаванні SAE International паказваюць, што актыўная балансіроўка можа павялічыць карысны запас ходу прыкладна на 10%⁶.
3. Бяспека: Пільны «Ахоўнік»
Гэта найважнейшая задача сістэмы кіравання акумулятарнай батарэяй (BMS). Яна пастаянна кантралюе параметры акумулятара з дапамогай датчыкаў.
• Абарона ад перанапружання/паніжанага напружання:Прадухіляе перазарадку або празмерную разрадку — асноўныя прычыны незваротнага пашкоджання акумулятара.
• Абарона ад перагрузкі па току:Хутка адключае ланцуг падчас анамальных токавых падзей, такіх як кароткае замыканне.
• Абарона ад перагрэву:Батарэі надзвычай адчувальныя да тэмпературы. Сістэма кіравання будынкам (BMS) кантралюе тэмпературу, абмяжоўвае магутнасць, калі яна занадта высокая або нізкая, і актывуе сістэмы ацяплення або астуджэння. Прадухіленне цеплавога перагрэву з'яўляецца яе галоўным прыярытэтам, што жыццёва важна для комплекснайДызайн зараднай станцыі для электрамабіляў.
3. Мозг BMS: як ён распрацаваны?
Выбар правільнай архітэктуры BMS - гэта кампраміс паміж коштам, надзейнасцю і гнуткасцю.
Параўнанне архітэктуры BMS: цэнтралізаваная, размеркаваная і модульная
| Архітэктура | Структура і характарыстыкі | Перавагі | Недахопы | Прадстаўнічыя пастаўшчыкі/тэхнікі |
|---|---|---|---|---|
| Цэнтралізаваны | Усе правады датчыкаў клетак падключаюцца непасрэдна да аднаго цэнтральнага кантролера. | Нізкі кошт Простая канструкцыя | Адзіная кропка адмовы. Складаная праводка, цяжкая. Дрэнная маштабаванасць. | Тэхаскія інструменты (TI), Інфінеонпрапануюць высокаінтэграваныя адначыпавыя рашэнні. |
| Размеркаваны | Кожны акумулятарны модуль мае свой уласны падпарадкаваны кантролер, які паведамляе галоўнаму кантролеру. | Высокая надзейнасць, высокая маштабаванасць, прастата абслугоўвання | Высокі кошт Складанасць сістэмы | Аналагавыя прылады (ADI)Бесправадная сістэма кіравання будынкам (wBMS) кампаніі з'яўляецца лідэрам у гэтай галіне.NXPтаксама прапануе надзейныя рашэнні. |
| Модульная | Гібрыдны падыход паміж двума іншымі, які збалансуе кошт і прадукцыйнасць. | Добры баланс Гнуткі дызайн | Няма ніводнай выдатнай рысы; сярэдні паказчык ва ўсіх адносінах. | Пастаўшчыкі першага ўзроўню, такія якМарэлііПрэхпрапануюць такія індывідуальныя рашэнні. |
A размеркаваная архітэктура, асабліва бесправадныя BMS (wBMS), становяцца галіновай тэндэнцыяй. Яны ліквідуюць складаную праводку сувязі паміж кантролерамі, што не толькі зніжае вагу і кошт, але і забяспечвае беспрэцэдэнтную гнуткасць у канструкцыі акумулятарных блокаў і спрашчае інтэграцыю зАбсталяванне для электрамабіляў (EVSE).
4: Будучыня BMS: Тэндэнцыі тэхналогій наступнага пакалення
Тэхналогія BMS далёка не з'яўляецца канчатковай мэтай; яна развіваецца, каб стаць больш разумнай і больш падключанай.
• Штучны інтэлект і машыннае навучанне:Будучыя сістэмы кіравання акумулятарнымі батарэямі (BMS) больш не будуць абапірацца на фіксаваныя матэматычныя мадэлі. Замест гэтага яны будуць выкарыстоўваць штучны інтэлект і машыннае навучанне для аналізу велізарных аб'ёмаў гістарычных дадзеных, каб больш дакладна прагназаваць стан эксплуатацыі і астатні тэрмін службы (RUL), і нават забяспечваць раннія папярэджанні аб патэнцыйных няспраўнасцях⁹.
• Падлучаная да воблака BMS:Загружаючы дадзеныя ў воблака, можна ажыццяўляць дыстанцыйны маніторынг і дыягностыку акумулятараў аўтамабіляў па ўсім свеце. Гэта не толькі дазваляе абнаўляць алгарытм BMS па бесправадной сувязі (OTA), але і дае каштоўныя дадзеныя для даследаванняў акумулятараў наступнага пакалення. Гэтая канцэпцыя «аўтамабіль-воблака» таксама закладвае аснову дляv2g(Аўтамабіль-сетка)тэхналогіі.
• Адаптацыя да новых тэхналогій акумулятараў:Няхай гэта будзе цвёрдацельныя акумулятары ціАсноўныя тэхналогіі батарэй Flow Battery і LDES, гэтыя новыя тэхналогіі запатрабуюць цалкам новых стратэгій кіравання BMS і тэхналогій датчыкаў.
Кантрольны спіс праектавання інжынера
Для інжынераў, якія ўдзельнічаюць у праектаванні або выбары BMS, ключавымі момантамі з'яўляюцца наступныя моманты:
• Функцыянальны ўзровень бяспекі (ASIL):Ці адпавядае гэтаІСО 26262стандарт? Для крытычна важнага кампанента бяспекі, напрыклад, BMS, звычайна патрабуецца ASIL-C або ASIL-D¹⁰.
• Патрабаванні да дакладнасці:Дакладнасць вымярэння напружання, току і тэмпературы непасрэдна ўплывае на дакладнасць ацэнкі ўзроўню зараду ў батарэі (SOC/SOH).
• Пратаколы сувязі:Ці падтрымлівае ён асноўныя пратаколы аўтамабільных шын, такія як CAN і LIN, і ці адпавядае ён патрабаванням сувязі?Стандарты зарадкі электрамабіляў?
• Магчымасць балансавання:Гэта актыўная ці пасіўная балансіроўка? Які балансавальны ток? Ці можа яна адпавядаць канструкцыйным патрабаванням акумулятарнай батарэі?
• Маштабаванасць:Ці можна лёгка адаптаваць рашэнне да розных платформаў акумулятарных блокаў з рознай ёмістасцю і ўзроўнем напружання?
Эвалюцыянуючы мозг электрамабіля
ГэтыСістэма кіравання акумулятарам электрамабіля (BMS)з'яўляецца неад'емнай часткай галаваломкі сучаснай тэхналогіі электрамабіляў. Ён ператварыўся з простага манітора ў складаную ўбудаваную сістэму, якая аб'ядноўвае датчыкі, вылічэнні, кіраванне і сувязь.
Па меры развіцця тэхналогіі акумулятараў і такіх перадавых галін, як штучны інтэлект і бесправадная сувязь, сістэмы кіравання акумулятарамі (BMS) стануць яшчэ больш разумнымі, надзейнымі і эфектыўнымі. Яны з'яўляюцца не толькі гарантам бяспекі транспартных сродкаў, але і ключом да раскрыцця ўсяго патэнцыялу акумулятараў і стварэння больш устойлівай будучыні транспарту.
Часта задаваныя пытанні
Пытанне: Што такое сістэма кіравання акумулятарамі электрамабіляў?
A: An Сістэма кіравання акумулятарам электрамабіля (BMS)— гэта «электронны мозг» і «апекун» акумулятарнай батарэі электрамабіля. Гэта складаная сістэма апаратнага і праграмнага забеспячэння, якая пастаянна кантралюе і кіруе кожным асобным элементам батарэі, забяспечваючы бяспечную і эфектыўную працу батарэі ў любых умовах.
Пытанне: Якія асноўныя функцыі BMS?
A:Асноўныя функцыі BMS ўключаюць: 1)Ацэнка штатаДакладны разлік пакінутага зарада акумулятара (State of Charge - SOC) і яго агульнага стану (State of Health - SOH). 2)Балансаванне клетакЗабеспячэнне аднолькавага ўзроўню зарада ўсіх элементаў у акумулятарнай батарэі, каб прадухіліць перазарадку або празмерную разрадку асобных элементаў. 3)БяспекаАдключэнне ланцуга ў выпадку перанапружання, паніжанага напружання, перагрузкі па току або перагрэву для прадухілення небяспечных падзей, такіх як цеплавы разгон.
Пытанне: Чаму BMS такая важная?
A:BMS непасрэдна вызначае электрамабільбяспека, далёкасць ходу і тэрмін службы батарэіБез сістэмы кіравання будынкам (BMS) дарагі акумулятар можа быць пашкоджаны з-за дысбалансу элементаў на працягу некалькіх месяцаў або нават загарэцца. Удасканаленая сістэма BMS з'яўляецца краевугольным каменем дасягнення вялікай далёкасці працы, працяглага тэрміну службы і высокай бяспекі.
Час публікацыі: 18 ліпеня 2025 г.