電池技術的發展,總是趕不上電子產品功能性需求的腳步。想想你身邊的手機——目前一個品牌機型基本上都是一年一迭代的節奏,幾年下來什么CPU、GPU的性能指標可能已經翻番了,可為手機供電的鋰電池卻沒有什么變化。
如果不出意外,這樣的局面在電動汽車身上也同樣會發生——盡管對不同電池材料的探索一直在加速,但人們也一直沒有找到一個“完美”的電動汽車動力電池解決方案。
所以想讓電動汽車續航能力增強,能夠跑得更遠,單單指望動力電池技術的進步,恐怕是不夠的,還需要電池管理系統(BMS)的加持。
在以動力電池為能量源的電動汽車中,BMS作為連接電池組、整車系統和電機的“紐帶”,其重要性不言而喻。BMS首先要對動力電池的狀態進行實時、精準地監測,接下來要在監測數據的基礎上對電池狀態(如SOC剩余電量和SOH電池老化程度)進行評估,以確定合適的控制策略,確保電池組在安全的工作狀態下,完成充電、放電和配電的過程,最大限度地優化電能的使用、延長電池的壽命。而對于在整個電池管理控制過程中產生的大量的數據——既有來自電池系統本身的數據,也有與整車控制系統交互的數據——BMS還要有能力進行傳輸和分析,并確保信息安全……
關于BMS重要性,一個總是被人們引用的例證就是特斯拉——在被稱為電動汽車“三大件”的電池、電機和BMS中,特斯拉對前兩者都是采用購買其他廠商產品的策略,而只有BMS的研發是親力親為,足見BMS在電動車企心目中的地位是多么關鍵,很多電動汽車廠商都將BMS技術視為自己的核心競爭力。
為了滿足人們對電動汽車更遠續航能力的期望,今天的BMS也在幾個關鍵技術上不斷精進。
電池狀態估算:基于電池的精確建模和參數監測。通過大數據分析和先進的算法,對SOC、SOH、SOP等電池狀態進行準確的估算,為電池管理提供可靠的基礎。
均衡管理技術:動力電池組中單體電池的不一致性會極大影響電池的可用容量,這就需要通過均衡管理技術(通常包括被動均衡和主動均衡兩種技術路徑)改善電池的一致性,提升電池組的使用壽命。
分布式架構:不同于傳統的一體式和主從式BMS,分布式的BMS系統將電池模組和電池采集單元集成在一起,讓電池組更加模塊化、標準化和智能化,擴展性更強,還可簡化裝配過程、便于實現電池的梯次利用。
BMS與VCU的融合:將BMS的主控功能與整車控制器(VCU)功能集成在一起,由VCU根據整車信息和電池信息采取更合理和高效的控制策略,對于可提升實時性、安全性和可靠性也很有幫助。
功能安全:近年來備受關注的全新的安全技術理念和方法,保障安全系統在必要時能有效地執行其安全功能,通過特定的基于風險的分析方法確保汽車安全完整性能夠滿足ASIL安全等級的要求。
由此可以看出,今天的BMS開發者身上至少有三個如山大的“鴨梨”:BMS的重要性,讓其工作時不敢有半點閃失,以確保公司在電動汽車市場競爭中不掉隊;BMS的復雜性,從硬件架構到軟件算法,還要兼顧成本,操心事也著實不少;同時,BMS技術仍處于快速迭代期,各種探索和嘗試層出不窮,開發者還要追蹤各種新技術的發展趨勢。
面對這樣的挑戰,產業鏈上游的芯片廠商,如TI、NXP、Infineon、Maxim等都相繼推出了一系列的底層芯片,還提供了配套的軟件開發工具。與此同時,很多技術廠商也在努力為下游的BMS開發者提供更完善的解決方案,讓他們基于方案進行二次開發變得更容易。
比如安富利推出的BMS整體解決方案,采用NXP成熟的核心芯片,功能安全等級達到了ASIL-C/D,可實現2mV的高精度的測量,具有板載300mA的被動電池均衡,支持同步的電池電壓/電流測量,具有抗熱插拔的魯棒性,且芯片組有很強的可擴展性。對于BMS開發者來說,這樣一攬子的解決方案可將BMS開發化繁為簡,縮短其開發周期。
圖1,安富利開發的BMS整體解決方案
總之,快速進化的BMS方案,加上不斷完善的動力電池技術,有了這兩者,猶如為電動汽車技術裝上了兩個“車輪”,驅動其沿著既有路線,不減速不跑偏,發展得更快,跑得更遠。
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原文標題:你的電動汽車究竟可以跑多遠?(BMS篇)
文章出處:【微信號:AvnetAsia,微信公眾號:安富利】歡迎添加關注!文章轉載請注明出處。
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