¿Por qué' t la batería del vehículo de nueva energía no puede mostrar con precisión la energía restante?
Con el rápido desarrollo de los vehículos eléctricos, los consumidores han comenzado a prestar gran atención a la gama de vehículos eléctricos. Algunos usuarios incluso tienen ansiedad por el kilometraje, por temor a un fenómeno similar al apagado repentino de la batería de un teléfono móvil cuando se agota. Hoy, hablemos en detalle sobre las dificultades y los métodos de afrontamiento de la medición precisa de la energía de la batería del automóvil.
Dificultades para medir el nivel de batería de vehículos eléctricos
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Déjame hablar primero de las dificultades. Los factores involucrados en la medición precisa de la energía de la batería de un vehículo eléctrico incluyen:
1. Los materiales de las baterías de alimentación de vehículos eléctricos son diversos
La precisión es una característica importante de la medición de combustible de la batería de un vehículo eléctrico. Los materiales de las baterías de potencia de los vehículos eléctricos son diversos. Incluye batería LiFePO4 de fosfato de hierro y litio (curva roja), batería de óxido de cobalto de litio LiCoO2 (curva azul) y nuevas baterías de material químico como la batería NMC de tres elementos (curva negra). Tienen diferentes requisitos para la medición del combustible de la batería. Para las baterías LiFePO4 de fosfato de hierro y litio, la curva de descarga es plana y la precisión de la medición del voltaje de la celda es crucial. Para evitar la sobrecarga y la descarga, las celdas de la batería deben mantenerse entre el 20% y el 90% de su capacidad total. En la batería de 85 kWh, la capacidad que se puede utilizar para una conducción normal es de solo 60,9 kWh. Si el error de medición es del 5%, para continuar con el funcionamiento seguro de la batería, la capacidad de la batería debe mantenerse entre el 25% y el 85%. La capacidad útil total se ha reducido del 70% al 60%.
Rango de potencia disponible seguro con batería para vehículos eléctricos
2. El entorno de uso de los vehículos eléctricos es extremadamente severo.
Los vehículos eléctricos pueden ir a Mohe para experimentar una temperatura baja de menos 40 grados en el norte, y pueden ir a la montaña Huoyan en el oeste para experimentar una quemadura de menos 50 grados. Al mismo tiempo, la humedad, el estrés mecánico y una vida útil de más de 15 años plantean requisitos de tolerancia medioambiental para las baterías eléctricas que son muy diferentes a los de las baterías de los teléfonos móviles.
3. La batería de energía del vehículo eléctrico es un paquete de baterías con una estructura complicada.
Estructura de la batería del vehículo eléctrico
La batería de energía del vehículo eléctrico se compone de la celda de batería más básica para formar un módulo de módulo de batería, y luego el módulo de módulo forma un paquete de batería. El teléfono móvil es una sola celda. Una batería de vehículo eléctrico consta de varias baterías conectadas en serie. Un paquete de baterías típico (con 96 celdas en serie) producirá un voltaje total de más de 400 V cuando se carga a 4,2 V. Cuantas más celdas haya en el paquete de baterías, mayor será el voltaje alcanzado. Las corrientes de carga y descarga de todas las baterías son las mismas, pero se debe monitorear el voltaje en cada batería. Para acomodar la gran cantidad de baterías necesarias para los sistemas automotrices de alta potencia, las baterías múltiples generalmente se dividen en varios módulos y se colocan en todo el espacio disponible del vehículo. Un módulo típico tiene de 10 a 24 baterías y se puede ensamblar en diferentes configuraciones para adaptarse a múltiples plataformas de vehículos. El diseño modular se puede utilizar como base para paquetes de baterías grandes. Permite que los componentes de la batería se coloquen en un área más grande, haciendo así un uso más eficiente del espacio.
Efecto cubo del paquete de baterías
Al mismo tiempo, debido a que la batería de potencia está compuesta por varias celdas, la celda más débil limita el rendimiento de la batería en general. También se conoce como efecto cubo. La potencia general está limitada por la potencia de la celda más débil. La sobrecarga o la descarga excesiva dañarán las celdas correspondientes.
La mejora de la tecnología de medición de baterías ayuda a medir con precisión la energía de la batería de los vehículos eléctricos
Después de hablar sobre la dificultad de medir el nivel de batería de los vehículos eléctricos, dejemos que&hable de la solución. De hecho, con la rápida mejora de la tecnología de medición de baterías, está ayudando a medir con precisión la potencia de la batería de los vehículos eléctricos. Esta es también la principal prioridad del desarrollo actual de vehículos eléctricos. Una de las tecnologías centrales es el sistema de gestión de baterías BMS.
Diagrama de bloques de la aplicación BMS del sistema de gestión de baterías
El diagrama de bloques de la aplicación BMS del sistema de gestión de baterías muestra un paquete de batería típico con 96 celdas, dividido en 8 módulos, cada uno con 12 celdas de batería. En este ejemplo, el IC del monitor de batería es el LTC6811 que puede medir 12 baterías. El IC tiene un rango de medición de batería de 0 V a 5 V y es adecuado para la mayoría de las aplicaciones químicas de batería. Se pueden conectar varios dispositivos en serie para monitorear paquetes de baterías de alto voltaje de forma simultánea. El dispositivo incluye equilibrado pasivo de cada celda. Los datos se intercambian en ambos lados de la barrera de aislamiento y los compila el controlador del sistema, que es responsable de calcular el SOC, controlar el equilibrio de la batería, verificar el SOH y mantener todo el sistema dentro de límites seguros.
Sistema de gestión de batería: cadena de señales completa
La alta precisión de medición de la celda amplía el rango de potencia disponible
Precisión de medición de voltaje de celda y rango de potencia de la batería
Como el&"cerebro GG" detrás del paquete de baterías, la tecnología BMS administra la salida de energía, la carga y la descarga, y proporciona mediciones precisas durante la operación del vehículo. Una mayor precisión en la medición del voltaje de la celda de la batería puede ampliar el rango de energía de la batería disponible. Si la precisión aumenta al 1% (para una batería de fosfato de hierro y litio LiFePO4, un error de medición de 1 mV equivale a un error de SOC del 1%), entonces la batería puede funcionar entre el 21% y el 89% de su capacidad total, un aumento del 8%. El uso de la misma batería y un BMS más preciso puede aumentar el kilometraje del automóvil por carga.
Tome Analog Devices ADI como ejemplo, los productos IC de monitoreo principal de batería del sistema de administración de batería BMS se han iterado a la cuarta generación. El voltaje y la temperatura de 12 o más canales de celda se pueden monitorear con alta precisión con una precisión mejor que 1.2 mV.
2. Fuente de referencia Zener precisa para hacer frente a los duros desafíos ambientales
↑ Diagrama de bloques interno de BMS IC
Los diseñadores de circuitos BMS generalmente estiman la precisión de los circuitos de medición de la batería según las especificaciones de la hoja de datos. De hecho, otros efectos en aplicaciones del mundo real suelen dominar el error de medición. Los factores que afectan la precisión de la medición incluyen:
Tensión de montaje de PCB
humedad
Deriva de temperatura
Deriva a largo plazo
Una tecnología de sonido debe considerar todos estos factores para proporcionar un rendimiento excelente. La precisión de la medición de IC está limitada principalmente por el voltaje de referencia Voltaje de referencia. La tensión de referencia es muy sensible a la tensión mecánica. Los ciclos térmicos durante la soldadura de PCB pueden generar tensión en el silicio. La humedad es otra causa de estrés del silicio, porque el paquete absorbe la humedad. La tensión del silicio se relajará con el tiempo, lo que provocará una deriva a largo plazo del voltaje de referencia.
↑ La precisión se ve afectada por la tensión del ensamblaje de la PCB (arriba a la izquierda), la humedad (arriba a la derecha), la variación de temperatura (abajo a la izquierda) y la deriva a largo plazo (abajo a la derecha)
La serie LTC68xx utiliza una fuente de voltaje de referencia de diodo Zener de laboratorio, que es una tecnología que ADI ha mejorado continuamente después de más de 30 años. Los diodos Zener enterrados colocan la unión debajo de la superficie de silicio, lejos de la influencia de contaminantes y capas de óxido. El resultado es que los diodos Zener tienen una excelente estabilidad a largo plazo, poco ruido y tolerancias iniciales relativamente precisas. La desviación es inferior a 1 mV en todo el rango de temperatura del automóvil de -40 ° C a +125 ° C. Con el tiempo, la fuente de voltaje de referencia del diodo Zener tiene una mejor estabilidad, al menos 5 veces más alta que la fuente de voltaje de referencia de la brecha de banda. Pruebas similares de tensión de montaje de PCB y humedad muestran que el rendimiento del diodo Zener enterrado es mejor que el de la fuente de voltaje de referencia de banda prohibida.
3. El equilibrio celular rompe el efecto cubo.
↑ Equilibrador de batería pasivo con resistencia al sangrado
BMS también proporciona importantes medidas de protección para evitar daños a la batería. El paquete de baterías está compuesto por varios grupos de celdas de batería independientes, que cooperan a la perfección para proporcionar al automóvil la máxima potencia de salida. Si las celdas de la batería pierden el equilibrio, se verán afectadas por el estrés, lo que provocará la terminación prematura de la carga, lo que acortará la vida útil general de la batería.
El equilibrio pasivo hace que la capacidad de cada unidad del paquete de baterías sea aproximadamente la misma que la de la unidad más débil. Utiliza una corriente relativamente baja durante el ciclo de carga y consume una pequeña cantidad de energía de una batería SoC alta, de modo que todas las celdas de la batería se cargan a su SoC máximo. Esto se logra mediante un interruptor y una resistencia de purga conectados en paralelo con cada celda de la batería. La batería de alto SoC está descargada (la energía se disipa en la resistencia), por lo que la carga puede continuar hasta que todas las celdas de la batería estén completamente cargadas.
↑ La relación entre la energía disponible y el desperdicio de energía de la batería
Arriba, la mejora de la tecnología de medición de baterías facilita la medición precisa de la energía de la batería del vehículo eléctrico al expandir el rango de energía disponible, la fuente de referencia Zener precisa para hacer frente a los desafíos del entorno hostil y el equilibrio de celdas para romper el efecto cubo. Equivale a minimizar la espuma en la parte superior de la cerveza, dejando una bebida genuina a un precio razonable. La tecnología de baterías de vehículos eléctricos del futuro será definitivamente más precisa e inteligente. De este modo, se elimina la ansiedad por el kilometraje del usuario GG, lo que permite a los consumidores viajar cómodamente.