Por que a bateria do novo veículo de energia não pode exibir com precisão a energia restante?
Com o rápido desenvolvimento de veículos elétricos, os consumidores começaram a prestar muita atenção à gama de veículos elétricos. Alguns usuários até têm ansiedade de quilometragem, por medo de um fenômeno semelhante ao desligamento repentino de uma bateria de celular quando acaba. Hoje, vamos falar em detalhes sobre as dificuldades e métodos de enfrentamento da medição precisa da bateria do carro.
Dificuldades na medição do nível da bateria dos veículos elétricos
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Deixe-me falar sobre as dificuldades primeiro? Os fatores envolvidos na medição precisa da energia da bateria do veículo elétrico incluem:
1. Os materiais da bateria elétrica do veículo são diversos
A precisão é uma característica importante da medição do combustível da bateria do veículo elétrico. Os materiais de bateria elétrica dos veículos elétricos são diversos. Incluindo bateria lifepo4 de ferro de lítio (curva vermelha), bateria de óxido de cobalto de lítio LiCoO2 (curva azul) e novas baterias de material químico, como bateria NMC de três elementos (curva preta). Eles têm requisitos diferentes para a medição do combustível da bateria. Para as baterias lifepo4 de ferro de lítio, a curva de descarga é plana, e a precisão da medição da tensão celular é crucial. Para evitar sobrecarga e descarga, as células da bateria devem ser mantidas entre 20% e 90% da capacidade total. Na bateria de 85kWh, a capacidade que pode ser usada para a condução normal é de apenas 60,9 kWh. Se o erro de medição for de 5%, para continuar a operação segura da bateria, a capacidade da bateria deve ser mantida entre 25% e 85%. A capacidade total utilizável foi reduzida de 70% para 60%.
Bateria elétrica de energia do veículo segura alcance de energia disponível
2. O ambiente de uso de veículos elétricos é extremamente severo
Veículos elétricos podem ir para Mohe para experimentar uma baixa temperatura de menos 40 graus no norte, e podem ir para a Montanha Huoyan no oeste para experimentar uma queimadura de menos 50 graus. Ao mesmo tempo, a umidade, o estresse mecânico e uma vida útil de mais de 15 anos apresentaram requisitos de tolerância ambiental para baterias de energia que são muito diferentes das baterias de celular.
3. A bateria de energia do veículo elétrico é uma bateria com uma estrutura complicada
Estrutura da bateria do veículo elétrico
A bateria elétrica do veículo é composta pela célula de bateria mais básica para formar um módulo de bateria, e então o módulo do módulo forma uma bateria. O celular é um único celular. Uma bateria de veículo elétrico consiste em várias baterias conectadas em série. Uma bateria típica (com 96 células em série) produzirá uma tensão total de mais de 400 V quando carregada a 4,2 V. Quanto mais células na bateria, maior a tensão alcançada. As correntes de carga e descarga de todas as baterias são as mesmas, mas a tensão em cada bateria deve ser monitorada. Para acomodar o grande número de baterias necessárias para sistemas automotivos de alta potência, várias baterias são geralmente divididas em vários módulos e colocadas em todo o espaço disponível do veículo. Um módulo típico tem de 10 a 24 baterias e pode ser montado em diferentes configurações para caber em várias plataformas de veículos. O design modular pode ser usado como base para grandes baterias. Permite que os componentes da bateria sejam colocados em uma área maior, tornando assim o uso mais eficiente do espaço.
Efeito balde da bateria
Ao mesmo tempo, como a bateria de energia é composta de múltiplas células, a célula mais fraca limita o desempenho da bateria global. Também é conhecido como o efeito balde. O poder geral é limitado pelo poder da célula mais fraca. O excesso de carga ou sobrecarga danificará as células correspondentes.
A melhoria da tecnologia de medição da bateria ajuda a medir a precisão da energia da bateria do veículo elétrico
Depois de falar sobre a dificuldade de medir o nível da bateria dos veículos elétricos, vamos falar sobre a solução. De fato, com a rápida melhoria da tecnologia de medição da bateria, está ajudando a medir com precisão a energia da bateria dos veículos elétricos. Esta também é a prioridade máxima do desenvolvimento atual de veículos elétricos. Uma das principais tecnologias é o sistema de gerenciamento de baterias BMS.
Diagrama de bloco de aplicativo BMS do sistema de gerenciamento de bateria
O diagrama de bloco de aplicação BMS do sistema de gerenciamento de bateria mostra uma bateria típica com 96 células, dividida em 8 módulos, cada uma com 12 células de bateria. Neste exemplo, o ic do monitor de bateria é o LTC6811 que pode medir 12 baterias. O IC tem uma faixa de medição da bateria de 0 V a 5 V e é adequado para a maioria das aplicações químicas da bateria. Vários dispositivos podem ser conectados em série para monitorar baterias de alta tensão longas simultaneamente. O dispositivo inclui o equilíbrio passivo de cada célula. Os dados são trocados em ambos os lados da barreira de isolamento e compilados pelo controlador do sistema, que é responsável pelo cálculo do SOC, controle do equilíbrio da bateria, verificação do SOH e manutenção de todo o sistema dentro de limites seguros.
Sistema de gerenciamento de baterias: cadeia completa de sinal
Alta precisão de medição celular expande o alcance de energia disponível
Precisão de medição de tensão celular e alcance de energia da bateria
Como o "cérebro" por trás da bateria, a tecnologia BMS gerencia a saída de energia, a carga e a descarga e fornece medições precisas durante a operação do veículo. Maior precisão de medição de tensão da célula da bateria pode expandir a gama de energia da bateria disponível. Se a precisão for aumentada para 1% (para uma bateria lifepo4 de ferro de lítio, um erro de medição de 1 mV equivale a um erro soc de 1%), então a bateria pode operar entre 21% e 89% da capacidade total, um aumento de 8%. Usar a mesma bateria e um BMS mais preciso pode aumentar a quilometragem do carro por carga.
Tome como exemplo, os dispositivos analógicos ADI como exemplo, os principais produtos de IC de monitoramento da bateria do sistema de gerenciamento de baterias BMS foram iterados para a quarta geração. A tensão e temperatura de 12 ou mais canais celulares podem ser monitorados com alta precisão com uma precisão superior a 1,2 mV.
2. Fonte de referência zener precisa para lidar com desafios ambientais severos
↑BMS IC diagrama de bloco interno
Os projetistas de circuitos BMS geralmente estimam a precisão dos circuitos de medição da bateria com base nas especificações na folha de dados. De fato, outros efeitos em aplicações do mundo real geralmente dominam o erro de medição. Os fatores que afetam a precisão da medição incluem:
Estresse de montagem do PCB
Umidade
Flutuação de temperatura
Deriva a longo prazo
Uma tecnologia sólida deve considerar todos esses fatores para proporcionar um excelente desempenho. A precisão de medição do IC é limitada principalmente pela referência de tensão de tensão de referência. A tensão de referência é muito sensível ao estresse mecânico. O ciclismo térmico durante a solda PCB pode gerar estresse de silício. A umidade é outra causa de estresse de silício, pois a embalagem absorve umidade. O estresse do silício relaxará com o tempo, levando à deriva a longo prazo da tensão de referência.
↑A precisão é afetada pelo estresse de montagem do PCB (canto superior esquerdo), umidade (canto superior direito), drift de temperatura (inferior esquerdo) e deriva de longo prazo (inferior direito)
A série LTC68xx usa uma fonte de tensão de referência zener de nível laboratorial, que é uma tecnologia que a ADI melhorou continuamente após mais de 30 anos. Diodos Zener enterrados colocam a junção abaixo da superfície de silício, longe da influência de contaminantes e camadas de óxido. O resultado é que os diodos Zener têm excelente estabilidade a longo prazo, baixo ruído e tolerâncias iniciais relativamente precisas. A deriva é inferior a 1 mV em toda a faixa de temperatura automotiva de -40°C a +125°C. Com o tempo, a fonte de tensão de referência do diodo Zener tem melhor estabilidade, pelo menos 5 vezes maior do que a fonte de tensão de referência da lacuna de banda. Umidade semelhante e testes de estresse de montagem pcb mostram que o desempenho do diodo Zener enterrado é melhor do que a fonte de tensão de referência de lacuna de banda.
3. O equilíbrio celular quebra o efeito do balde
↑Balanceador passivo de bateria com resistência ao sangramento
A BMS também fornece medidas importantes de proteção para evitar danos à bateria. A bateria é composta por vários grupos de células de bateria independentes, que cooperam perfeitamente para fornecer ao carro a potência máxima. Se as células da bateria perderem o equilíbrio, elas serão afetadas pelo estresse, levando ao término prematuro do carregamento, o que reduzirá a vida útil geral da bateria.
O equilíbrio passivo torna a capacidade de cada unidade da bateria aproximadamente a mesma da unidade mais fraca. Ele usa uma corrente relativamente baixa durante o ciclo de carregamento e consome uma pequena quantidade de energia de uma bateria SoC alta, de modo que todas as células da bateria são carregadas ao seu SoC máximo. Isso é conseguido através de um resistor de interruptor e sangramento conectado em paralelo com cada célula da bateria. A bateria soc alta é descarregada (a energia é dissipada na resistência), de modo que o carregamento pode continuar até que todas as células da bateria estejam totalmente carregadas.
↑A relação entre energia disponível e desperdício de bateria
Acima, a melhoria da tecnologia de medição da bateria facilita a medição precisa da energia da bateria do veículo elétrico, expandindo a gama disponível de energia, fonte de referência zener precisa para lidar com desafios ambientais severos e equilíbrio celular para quebrar o efeito do balde. Equivale a minimizar a espuma em cima da cerveja, deixando uma bebida genuína a um preço razoável. A futura tecnologia de bateria de veículos elétricos será definitivamente mais precisa e mais inteligente. Eliminando assim a ansiedade de quilometragem do usuário, permitindo que os consumidores viajem à vontade.