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电动汽车中的数字电源控制和电池管理策略“爱游戏体育官网”

来源:爱游戏体育官网   发布时间:2022-03-07 00:34nbsp;  点击量:

本文摘要:正如亨利福特于1923年所谈及的,即使节省几磅的汽车重量也意味著它们能进得更慢,并且消耗较少的燃料。这个永恒真理正是锂电池化学行业引导世界向下一代挂电式电动汽车发展的理由。 不过,笔记本电脑锂离子电池爆炸案在我们的记忆中仍十分明晰,当考虑到电动汽车电池更大的总能量时,这种印象堪称被更进一步缩放。这方面的疑虑及其它因素增进了高度智能的电池管理系统(BMS)的发展。

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正如亨利福特于1923年所谈及的,即使节省几磅的汽车重量也意味著它们能进得更慢,并且消耗较少的燃料。这个永恒真理正是锂电池化学行业引导世界向下一代挂电式电动汽车发展的理由。  不过,笔记本电脑锂离子电池爆炸案在我们的记忆中仍十分明晰,当考虑到电动汽车电池更大的总能量时,这种印象堪称被更进一步缩放。这方面的疑虑及其它因素增进了高度智能的电池管理系统(BMS)的发展。

这种电池管理系统必须与大功率电池电池系统通信,以符合诸如安全性、成本、电池寿命、汽车行程和整夜电池等拒绝,这是为了超过更加较低的碳排放和更高的燃油经济性必须作出的妥协。  随着汽车制造厂商对下一代电池管理和电池系统拒绝的确认,半导体公司正在前进预期需要符合这些拒绝的产品开发进程。

本文将辩论与挂电式混合动力汽车(PHEV)中的大功率(》3kW)、离线式电池充电器研发涉及的设计拒绝、架构及挑战,并举例说明为何要为这类应用于创立数字电源架构。  电动汽车设计环境  电动交通工具泛指用于高压电池和电动机展开前进的车辆。与仅用内燃机(ICE)获取动力的汽车比起,这种技术的优势在于,电动机在产生扭矩(特别是在加快过程中)时要比ICE高效得多。另外,电动汽车可以在刹车时重复使用动能,而其它类汽车不能以热量的形式损耗掉。

  混合动力汽车(HEV)与新兴的PHEV汽车有所不同,它们用于较低容量的电池和电动机辅助主要ICE加快。这种混合扭矩再加再生制动能力可更进一步提高燃油利用率,并增加碳排放。

  不过,增加废气还无法几乎符合针对汽车零排放的近期法律拒绝。因此,作为新兴汽车PHEV的动力几乎来自于洗手电网能量。

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  所谓的串联电动汽车与并联HEV有所不同,不是从两种来源混合扭矩。所有前进扭矩来自更大的电动机,一般小于80kW。

在某些情况下,不会减少一个小型的、性能经过优化的续驶里程ICE,用作解决问题显电动汽车电池的里程容许问题。ICE用于发电机给电动机供电,并给电池电池。不管是在PHEV还是HEV中,减少高压电池和电动机彻底转变了汽车的电气、机械和安全性系统。因此最后必须简单和高度智能的功率电子和电池管理系统。

  电池设计挑战  在过去一百年左右的时间内,工程师早已使汽油前进系统显得十分完备。现在,OEM及其供应商转变过去的方式,开始构成联盟,突破常规,集中力量优化电动前进系统。  电动前进系统的高成本展现出在产品开发和元件复杂度方面,必须使用简单和容错性的汽车智能和功率电子系统倒数管理数十千瓦的功率。

  在传统汽油动力汽车中,测量油量是一个非常简单任务。根据明确的汽车,油量表格有可能只是由相连到一个发送到部件的冷却线圈所驱动的双金属条。而在电动汽车中,油箱是由串联/并联的许多电池单元(有可能100节或以上)构成的高压电池。

对电荷状态(SOC)的准确辨别拒绝对每节电池展开准确的电压测量(在几个毫伏内)。  这是电池管理系统的工作。BMS是一个高精度的系统,用作向中央处理器报告有关电池单元的电压、电流和温度等详细信息,然后由中央处理器负责管理计算出来电池的SOC。无法准确地测量电池不仅不会误报电池SOC,还不会延长电池使用寿命,或产生不安全性的、潜在性的灾情。

  为了尽量避免这种情况,业界研发出有了符合ISO26262之类新兴标准的IC,它们通过硬件内置测试功能,以及为电池单元的过压/欠压监控等安全性关键功能获取的N+1校验维护,来保证系统可信运作。如果电池组中的一节电池不得不转入深度静电状态,或被过度电池,这节电池有可能永久性损毁,并有可能经常出现热失控自我毁坏状态。

因此,除了主要的电池监视系统外还必须二级维护。  更加先进设备的BMS需要实时电压和电流测量,并作为倒数测量电池电阻的一种方式。电阻是电池身体健康状态(SOH)的一个最重要命令。    图1:针对多电池数量应用于的电池管理系统。

  图1表明了不足以用来测量电池SOC和SOH的典型电池单元配备和BMS。请注意,串联电池组中的任何一节电池单元都会容许整个电池组容量。

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换句话说,如果某节电池单元迟至其它电池超过了仅次于或大于电压,电池或静电周期必需被中断。(图中用绿色标明的)单元均衡电路用作保证所有单元被均匀分布完全一致地电池和静电。  电池充电器基本原理  电动汽车充电器是根据输出功率/输出电压分类的。一类充电器一般来说构建在电路板上,输出的是95V至265V的交流电压,电池能力在1.5kW和3.3kW之间。

专用的二类和三类充电器工作于240V/480V配线系统,需要以更快的速率已完成电池,但仅限于汽车电池和连接器约束范围内。例如,SAEJ1772是目前北美地区唯一取得批准后的电动汽车连接器标准,功率容许为16.8kW以下。  与用作便携式电子设备的电池有所不同,汽车级电池可以适应环境小得多的充电电流,而会影响电池寿命或相似热失控。充电器的额定值(C)被定义为流向电池的电流,正比于以安培-小时(Ah)为单位测量的电池容量。

例如,一个1C充电器以1A的电流给1Ah电池电池。  尽管传统的锂离子电池有可能仅限于1C,但一些汽车电池可以用远高于这个限值的电流电池,从而延长再度电池时间。

事实上,工作在480V/三相电压的大功率三类充电器,给电动汽车电池电池的时间与汽油一箱油的时间相似。  请注意,电动汽车的电池容量一般是用千瓦时回应,将千瓦时额定值除以标称电池平缓电压,可牢固关联到电池的安培小时额定值。例如,将一个24KWh的电池从10%电池到满充状态,日产LEAF电动汽车构建的一款3.3kW充电器必须用8个小时。  另外必须留意的是,电动汽车电池的静电深度影响电池单元寿命,因此这种电池在电池周期开始时一般来说必须保有最少10%的电池容量。


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