Kad cilvēki runā par elektriskajiem transportlīdzekļiem (EV), saruna bieži vien griežas ap nobraucamo attālumu, paātrinājumu un uzlādes ātrumu. Tomēr aiz šīs žilbinošās veiktspējas cītīgi darbojas klusa, bet svarīga sastāvdaļa:Elektroautomobiļu akumulatoru pārvaldības sistēma (BMS).
BMS var uzskatīt par ļoti rūpīgu "akumulatora sargu". Tā ne tikai uzrauga akumulatora "temperatūru" un "izturību" (spriegumu), bet arī nodrošina, ka katrs komandas loceklis (šūnas) darbojas harmonijā. Kā uzsvērts ASV Enerģētikas departamenta ziņojumā, "uzlabota akumulatoru pārvaldība ir ļoti svarīga, lai veicinātu elektrotransportlīdzekļu ieviešanu".¹
Mēs jūs ievedīsim padziļinātā šī neatzītā varoņa pasaulē. Sāksim ar tā pārvaldīto kodolu — akumulatoru veidiem —, tad pāriesim pie tā pamatfunkcijām, smadzenēm līdzīgās arhitektūras un visbeidzot aplūkosim nākotni, ko virza mākslīgais intelekts un bezvadu tehnoloģijas.
1: BMS "sirds" izpratne: EV akumulatoru veidi
BMS dizains ir cieši saistīts ar akumulatora veidu, ko tas pārvalda. Dažādiem ķīmiskajiem sastāviem ir nepieciešamas ļoti atšķirīgas pārvaldības stratēģijas. Šo akumulatoru izpratne ir pirmais solis, lai izprastu BMS dizaina sarežģītību.
Plaši izplatītie un nākotnes tendences elektroautomobiļu akumulatori: salīdzinošs pārskats
| Akumulatora tips | Galvenās īpašības | Priekšrocības | Trūkumi | BMS pārvaldības fokuss |
|---|---|---|---|---|
| Litija dzelzs fosfāts (LFP) | Izmaksu ziņā efektīvs, ļoti drošs, ilgs cikla mūžs. | Lieliska termiskā stabilitāte, zems termiskās nekontrolējamas pārslodzes risks. Ciklu kalpošanas laiks var pārsniegt 3000 ciklus. Zemas izmaksas, bez kobalta. | Relatīvi zemāks enerģijas blīvums. Slikta veiktspēja zemā temperatūrā. Grūti novērtēt dzīvības aizturi (SOC). | Augstas precizitātes SOC novērtējumsNepieciešami sarežģīti algoritmi, lai apstrādātu plakano sprieguma līkni.Zemas temperatūras priekšsildīšanaNepieciešama jaudīga integrēta akumulatora apkures sistēma. |
| Niķeļa mangāna kobalts (NMC/NCA) | Augsts enerģijas blīvums, liels braukšanas attālums. | Vadošais enerģijas blīvums lielākam darbības rādiusam. Labāka veiktspēja aukstā laikā. | Zemāka termiskā stabilitāte. Augstākas izmaksas kobalta un niķeļa dēļ. Cikla kalpošanas laiks parasti ir īsāks nekā LFP. | Aktīvā drošības uzraudzībaŠūnu sprieguma un temperatūras monitorings milisekundes līmenī.Jaudīga aktīvā balansēšanaSaglabā konsekvenci starp augsta enerģijas blīvuma šūnām.Cieša termiskās pārvaldības koordinācija. |
| Cietvielu akumulators | Izmanto cietu elektrolītu, kas tiek uzskatīts par nākamo paaudzi. | Maksimāla drošībaBūtībā novērš ugunsgrēka risku elektrolīta noplūdes dēļ.Īpaši augsts enerģijas blīvumsTeorētiski līdz 500 Wh/kg. Plašāks darba temperatūras diapazons. | Tehnoloģija vēl nav nobriedusi; augstas izmaksas. Problēmas ar saskarnes pretestību un cikla ilgumu. | Jaunas uztveršanas tehnoloģijasVar būt nepieciešams uzraudzīt jaunus fizikālos lielumus, piemēram, spiedienu.Saskarnes stāvokļa novērtēšanaElektrolīta un elektrodu saskarnes stāvokļa uzraudzība. |
2: BMS pamatfunkcijas: ko tā īsti dara?
Pilnībā funkcionējoša ēku pārvaldības sistēma (BMS) ir kā daudzpusīgi talantīgs eksperts, kas vienlaikus pilda grāmatveža, ārsta un miesassarga lomas. Tās darbu var iedalīt četrās pamatfunkcijās.
1. Valsts novērtējums: "Degvielas mērītājs" un "Veselības ziņojums"
• Uzlādes stāvoklis (SOC):Lietotājiem visvairāk rūp šis jautājums: "Cik daudz akumulatora ir atlicis?". Precīza uzlādes līmeņa novērtēšana novērš bažas par attālumu. Tādiem akumulatoriem kā LFP ar plakanu sprieguma līkni precīza uzlādes līmeņa novērtēšana ir pasaules līmeņa tehnisks izaicinājums, kam nepieciešami sarežģīti algoritmi, piemēram, Kalmana filtrs.
• Veselības stāvoklis (VSS):Tas novērtē akumulatora "veselības stāvokli" salīdzinājumā ar to, kāds tas bija jauns, un ir galvenais faktors lietota elektrotransportlīdzekļa vērtības noteikšanā. Akumulators ar 80% SOH nozīmē, ka tā maksimālā ietilpība ir tikai 80% no jauna akumulatora ietilpības.
2. Šūnu līdzsvarošana: komandas darba māksla
Akumulatora bloks sastāv no simtiem vai tūkstošiem šūnu, kas savienotas virknē un paralēli. Nelielu ražošanas atšķirību dēļ to uzlādes un izlādes ātrumi nedaudz atšķiras. Bez balansēšanas šūna ar zemāko uzlādi noteiks visa bloka izlādes beigu punktu, savukārt šūna ar augstāko uzlādi noteiks uzlādes beigu punktu.
• Pasīvā balansēšana:Izmantojot rezistoru, sadedzina lieko enerģiju no spēcīgāk uzlādētām šūnām. Tas ir vienkārši un lēti, bet rada siltumu un izšķiež enerģiju.
•Aktīvā balansēšana:Pārnes enerģiju no spēcīgāk uzlādētajām šūnām uz vājāk uzlādētajām. Tas ir efektīvi un var palielināt izmantojamo attālumu, taču ir sarežģīti un dārgi. SAE International pētījumi liecina, ka aktīvā balansēšana var palielināt akumulatora izmantojamo ietilpību par aptuveni 10 %.
3. Drošības aizsardzība: modrais "aizbildnis"
Šī ir BMS vissvarīgākā atbildība. Tā nepārtraukti uzrauga akumulatora parametrus, izmantojot sensorus.
• Pārsprieguma/nepietiekama sprieguma aizsardzība:Novērš pārlādēšanu vai pārmērīgu izlādi, kas ir galvenie akumulatora neatgriezenisku bojājumu cēloņi.
• Pārslodzes aizsardzība:Ātri pārtrauc ķēdi neparastu strāvas gadījumu, piemēram, īssavienojuma, laikā.
• Aizsardzība pret pārkaršanu:Akumulatori ir ārkārtīgi jutīgi pret temperatūru. BMS uzrauga temperatūru, ierobežo jaudu, ja tā ir pārāk augsta vai zema, un aktivizē apkures vai dzesēšanas sistēmas. Tās galvenā prioritāte ir termiskās nekontrolējamas pārslodzes novēršana, kas ir vitāli svarīgi visaptverošamEV uzlādes stacijas dizains.
3. BMS smadzenes: kā tās ir veidotas?
Pareizās BMS arhitektūras izvēle ir kompromiss starp izmaksām, uzticamību un elastību.
BMS arhitektūras salīdzinājums: centralizēta, izkliedēta un modulāra
| Arhitektūra | Struktūra un raksturojums | Priekšrocības | Trūkumi | Piegādātāju/tehnoloģiju pārstāvju |
|---|---|---|---|---|
| Centralizēts | Visi šūnu sensoru vadi ir tieši savienoti ar vienu centrālo kontrolieri. | Zemas izmaksas Vienkārša struktūra | Viena kļūmes punkta problēma Sarežģīta elektroinstalācija, smags smags Slikta mērogojamība | Texas Instruments (TI), Infineonpiedāvā ļoti integrētus vienas mikroshēmas risinājumus. |
| Izplatīts | Katram akumulatora modulim ir savs pakārtotais kontrolieris, kas ziņo galvenajam kontrolierim. | Augsta uzticamība. Spēcīga mērogojamība. Viegli uzturēt. | Augstas izmaksas Sistēmas sarežģītība | Analogās ierīces (ADI)bezvadu BMS (wBMS) ir līderis šajā jomā.NXPpiedāvā arī izturīgus risinājumus. |
| Modulārs | Hibrīda pieeja starp abiem pārējiem, līdzsvarojot izmaksas un veiktspēju. | Labs līdzsvars Elastīgs dizains | Nav nevienas izcilas iezīmes; viduvējs visos aspektos. | Pirmā līmeņa piegādātāji, piemēram,MarelliunPrehpiedāvāt šādus pielāgotus risinājumus. |
A izkliedētā arhitektūra, īpaši bezvadu BMS (wBMS), kļūst par nozares tendenci. Tā novērš sarežģītu sakaru vadu veidošanu starp kontrolieriem, kas ne tikai samazina svaru un izmaksas, bet arī nodrošina vēl nebijušu akumulatoru bloku dizaina elastību un vienkāršo integrāciju arElektrotransportlīdzekļu piegādes iekārtas (EVSE).
4: BMS nākotne: nākamās paaudzes tehnoloģiju tendences
BMS tehnoloģija nebūt nav sava galarezultāta; tā attīstās, kļūstot viedāka un savienotāka.
• Mākslīgais intelekts un mašīnmācīšanās:Nākotnes ēku pārvaldības sistēmas (BMS) vairs nepaļausies uz fiksētiem matemātiskiem modeļiem. Tā vietā tās izmantos mākslīgo intelektu un mašīnmācīšanos, lai analizētu milzīgu daudzumu vēsturisko datu, precīzāk prognozētu SOH un atlikušo lietderīgās lietošanas laiku (RUL), un pat sniegtu agrīnus brīdinājumus par potenciāliem defektiem⁹.
• Ar mākoni savienota BMS:Augšupielādējot datus mākonī, ir iespējams attālināti uzraudzīt un diagnosticēt transportlīdzekļu akumulatorus visā pasaulē. Tas ne tikai ļauj veikt BMS algoritma atjauninājumus pa bezvadu (OTA) tehnoloģijām, bet arī sniedz nenovērtējamus datus nākamās paaudzes akumulatoru pētījumiem. Šī transportlīdzekļa un mākoņa koncepcija arī liek pamatuv2g(No transportlīdzekļa uz elektrotīklu)tehnoloģija.
• Pielāgošanās jaunajām akumulatoru tehnoloģijām:Neatkarīgi no tā, vai tās ir cietvielu baterijas vaiPlūsmas akumulators un LDES pamattehnoloģijasšīm jaunajām tehnoloģijām būs nepieciešamas pilnīgi jaunas BMS pārvaldības stratēģijas un sensoru tehnoloģijas.
Inženiera projektēšanas kontrolsaraksts
Inženieriem, kas iesaistīti BMS projektēšanā vai izvēlē, galvenie apsvērumi ir šādi punkti:
• Funkcionālās drošības līmenis (ASIL):Vai tas atbilstISO 26262standarts? Kritiskai drošības komponentei, piemēram, BMS, parasti ir nepieciešams ASIL-C vai ASIL-D¹⁰.
• Precizitātes prasības:Sprieguma, strāvas un temperatūras mērījumu precizitāte tieši ietekmē SOC/SOH novērtēšanas precizitāti.
• Saziņas protokoli:Vai tas atbalsta tādus galvenos automobiļu kopņu protokolus kā CAN un LIN, un vai tas atbilst komunikācijas prasībām?Elektroautomobiļu uzlādes standarti?
• Balansēšanas spēja:Vai tā ir aktīvā vai pasīvā balansēšana? Kāda ir balansēšanas strāva? Vai tā var atbilst akumulatoru bloka konstrukcijas prasībām?
• Mērogojamība:Vai risinājumu var viegli pielāgot dažādām akumulatoru platformām ar atšķirīgu ietilpību un sprieguma līmeni?
Elektromobiļa evolūcijas smadzenes
TheElektroautomobiļu akumulatoru pārvaldības sistēma (BMS)ir neaizstājama mūsdienu elektroautomobiļu tehnoloģiju sastāvdaļa. Tā ir attīstījusies no vienkārša monitora par sarežģītu iegulto sistēmu, kas integrē sensorus, aprēķinus, vadību un komunikāciju.
Attīstoties akumulatoru tehnoloģijai un tādām modernām jomām kā mākslīgais intelekts un bezvadu sakari, BMS kļūs vēl viedāka, uzticamāka un efektīvāka. Tā ir ne tikai transportlīdzekļu drošības sargs, bet arī atslēga akumulatoru pilnā potenciāla atraisīšanai un ilgtspējīgākas transporta nākotnes nodrošināšanai.
Bieži uzdotie jautājumi
J: Kas ir elektrotransportlīdzekļu akumulatora pārvaldības sistēma?
A: An Elektroautomobiļu akumulatoru pārvaldības sistēma (BMS)ir elektrotransportlīdzekļa akumulatora bloka "elektroniskās smadzenes" un "sargs". Tā ir sarežģīta aparatūras un programmatūras sistēma, kas pastāvīgi uzrauga un pārvalda katru atsevišķu akumulatora elementu, nodrošinot akumulatora drošu un efektīvu darbību jebkuros apstākļos.
J: Kādas ir BMS galvenās funkcijas?
A:BMS pamatfunkcijas ietver: 1)Valsts novērtējums: Precīza akumulatora atlikušā uzlādes līmeņa (uzlādes stāvoklis — SOC) un tā kopējā stāvokļa (veselības stāvoklis — SOH) aprēķināšana. 2)Šūnu līdzsvarošana: Nodrošināt, lai visām akumulatora šūnām būtu vienāds uzlādes līmenis, lai novērstu atsevišķu šūnu pārlādēšanu vai pārlādēšanu. 3)Drošības aizsardzībaPārsprieguma, nepietiekama sprieguma, pārslodzes vai pārāk augstas temperatūras gadījumā ķēdes atvienošana, lai novērstu bīstamus notikumus, piemēram, termisku nekontrolējamu pārslodzi.
J: Kāpēc BMS ir tik svarīga?
A:BMS tieši nosaka elektrotransportlīdzekļadrošība, diapazons un akumulatora darbības laiksBez BMS dārgs akumulatoru bloks dažu mēnešu laikā var tikt sabojāts šūnu nelīdzsvarotības dēļ vai pat aizdegties. Uzlabota BMS ir stūrakmens, lai sasniegtu lielu darbības rādiusu, ilgu kalpošanas laiku un augstu drošību.
Publicēšanas laiks: 2025. gada 18. jūlijs