Когато хората говорят за електрически превозни средства (EV), разговорът често се върти около пробега, ускорението и скоростта на зареждане. Зад тази ослепителна производителност обаче се крие един тих, но важен компонент:Система за управление на батериите на електрически превозни средства (BMS).
Можете да мислите за BMS като за изключително старателен „пазител на батерията“. Той не само следи „температурата“ и „издръжливостта“ (напрежението) на батерията, но и гарантира, че всеки член на екипа (клетките) работи в хармония. Както се подчертава в доклад на Министерството на енергетиката на САЩ, „усъвършенстваното управление на батериите е от решаващо значение за напредъка в приемането на електрическите превозни средства“.¹
Ще ви запознаем с този неизвестен герой. Ще започнем с ядрото, което управлява – типовете батерии – след това ще преминем към основните му функции, неговата мозъчноподобна архитектура и накрая ще погледнем към бъдеще, водено от изкуствен интелект и безжични технологии.
1: Разбиране на „сърцето“ на BMS: Видове батерии за електрически превозни средства
Дизайнът на BMS (система за управление на сградата) е неразривно свързан с вида батерия, която тя управлява. Различните химични състави изискват коренно различни стратегии за управление. Разбирането на тези батерии е първата стъпка към разбирането на сложността на дизайна на BMS.
Батерии за електрически превозни средства с масова и бъдеща тенденция: сравнителен поглед
| Тип батерия | Ключови характеристики | Предимства | Недостатъци | Фокус върху управлението на BMS |
|---|---|---|---|---|
| Литиево-железен фосфат (LFP) | Икономически ефективен, много безопасен, с дълъг живот. | Отлична термична стабилност, нисък риск от термично претоварване. Животът на батерията може да надхвърли 3000 цикъла. Ниска цена, без кобалт. | Сравнително по-ниска енергийна плътност. Слаба производителност при ниски температури. Трудно е да се оцени състоянието на заряд (SOC). | Високопрецизна оценка на SOCИзисква сложни алгоритми за обработка на плоската крива на напрежението.Нискотемпературно предварително загряванеНеобходима е мощна интегрирана система за отопление на батерии. |
| Никел манган кобалт (NMC/NCA) | Висока енергийна плътност, дълъг пробег. | Водеща енергийна плътност за по-дълъг пробег. По-добри характеристики в студено време. | По-ниска термична стабилност. По-висока цена поради кобалт и никел. Животът на цикъла обикновено е по-кратък от този на LFP. | Мониторинг на активната безопасностМониторинг на напрежението и температурата на клетката на милисекундно ниво.Мощно активно балансиранеПоддържа съгласуваност между клетките с висока енергийна плътност.Стегната координация на управлението на топлината. |
| Твърдотелна батерия | Използва твърд електролит, считан за следващото поколение. | Максимална безопасностФундаментално елиминира риска от пожар поради изтичане на електролит.Ултрависока енергийна плътностТеоретично до 500 Wh/kg. По-широк работен температурен диапазон. | Технологията все още не е зряла; висока цена. Предизвикателства, свързани със съпротивлението на интерфейса и жизнения цикъл. | Нови сензорни технологииМоже да се наложи наблюдение на нови физични величини, като например налягане.Оценка на състоянието на интерфейсаМониторинг на състоянието на интерфейса между електролита и електродите. |
2: Основните функции на BMS: Какво всъщност прави тя?
Една напълно функционална BMS е като многоталантлив експерт, едновременно играещ ролите на счетоводител, лекар и бодигард. Работата ѝ може да бъде разделена на четири основни функции.
1. Оценка на състоянието: „Индикатор за гориво“ и „Доклад за състоянието“
•Състояние на зареждане (SOC):Това е, което най-много интересува потребителите: „Колко остава батерията?“ Точната оценка на нивото на заряд (SOC) предотвратява безпокойството за пробега. За батерии като LFP с плоска крива на напрежението, точното оценяване на нивото на заряд (SOC) е техническо предизвикателство от световна класа, изискващо сложни алгоритми като филтъра на Калман.
• Здравословно състояние (ЗС):Това оценява „здравето“ на батерията в сравнение с това, когато е била нова, и е ключов фактор при определяне на стойността на употребяван електрически автомобил. Батерия с 80% SOH означава, че максималният ѝ капацитет е само 80% от този на нова батерия.
2. Балансиране на клетките: Изкуството на екипната работа
Батерийният пакет е съставен от стотици или хиляди клетки, свързани последователно и паралелно. Поради малки разлики в производството, скоростите им на зареждане и разреждане ще варират леко. Без балансиране, клетката с най-нисък заряд ще определи крайната точка на разреждане на целия пакет, докато клетката с най-висок заряд ще определи крайната точка на зареждане.
• Пасивно балансиране:Изгаря излишната енергия от по-силно заредени клетки с помощта на резистор. Просто и евтино е, но генерира топлина и хаби енергия.
• Активно балансиране:Прехвърля енергия от клетки с по-висок заряд към клетки с по-нисък заряд. Това е ефективно и може да увеличи използваемия пробег, но е сложно и скъпо. Изследвания на SAE International показват, че активното балансиране може да увеличи използваемия капацитет на раницата с около 10%⁶.
3. Защита на безопасността: Бдителният „пазител“
Това е най-важната отговорност на BMS. Тя непрекъснато следи параметрите на батерията чрез сензори.
•Защита от пренапрежение/поднапрежение:Предотвратява презареждането или презареждането, основните причини за трайно увреждане на батерията.
•Защита от свръхток:Бързо прекъсва веригата по време на необичайни токови събития, като например късо съединение.
•Защита от прегряване:Батериите са изключително чувствителни към температурата. Системата за управление на сградата (BMS) следи температурата, ограничава мощността, ако е твърде висока или ниска, и активира отоплителни или охладителни системи. Предотвратяването на термично претоварване е неин основен приоритет, което е жизненоважно за цялостна...Дизайн на зарядни станции за електрически превозни средства.
3. Мозъкът на BMS: Как е проектиран?
Изборът на правилната BMS архитектура е компромис между цена, надеждност и гъвкавост.
Сравнение на архитектурата на BMS: Централизирана срещу Разпределена срещу Модулна
| Архитектура | Структура и характеристики | Предимства | Недостатъци | Представителни доставчици/техници |
|---|---|---|---|---|
| Централизирано | Всички проводници за измерване на клетки се свързват директно към един централен контролер. | Ниска цена Проста структура | Единична точка на повреда; Сложно окабеляване, тежко; Лоша мащабируемост. | Тексас Инструментс (TI), Инфинеонпредлагат високо интегрирани едночипови решения. |
| Разпределени | Всеки батериен модул има свой собствен подчинен контролер, който докладва на главен контролер. | Висока надеждност; Силна мащабируемост; Лесна поддръжка | Висока цена Сложност на системата | Аналогови устройства (ADI)Безжичната BMS (wBMS) на [име на компания] е лидер в тази област.NXPсъщо така предлага надеждни решения. |
| Модулен | Хибриден подход между другите два, балансиращ цена и производителност. | Добър баланс Гъвкав дизайн | Няма нито една изключителна характеристика; средно във всички аспекти. | Доставчици от първо ниво, като напримерМарелииПрехпредлагат такива персонализирани решения. |
A разпределена архитектура, особено безжичните BMS (wBMS), се превръщат в тенденция в индустрията. Те елиминират сложните комуникационни кабели между контролерите, което не само намалява теглото и разходите, но и осигурява безпрецедентна гъвкавост при проектирането на батерийни пакети и опростява интеграцията сОборудване за захранване на електрически превозни средства (EVSE).
4: Бъдещето на BMS: Технологични тенденции от следващо поколение
Технологията за управление на сградата (BMS) далеч не е крайната си точка; тя се развива, за да бъде по-интелигентна и по-свързана.
• Изкуствен интелект и машинно обучение:Бъдещите системи за управление на сградата (BMS) вече няма да разчитат на фиксирани математически модели. Вместо това, те ще използват изкуствен интелект и машинно обучение, за да анализират огромни количества исторически данни, за да предскажат по-точно SOH и оставащия полезен живот (RUL), и дори да предоставят ранни предупреждения за потенциални повреди⁹.
•Свързана с облака BMS:Чрез качване на данни в облака е възможно да се постигне дистанционно наблюдение и диагностика на автомобилни акумулатори по целия свят. Това не само позволява актуализации по въздух (OTA) на алгоритъма на BMS, но и предоставя безценни данни за изследвания на акумулатори от следващо поколение. Тази концепция „превозно средство-към-облака“ също така полага основите за...v2g(Превозно средство към мрежата)технология.
• Адаптиране към новите технологии за батерии:Независимо дали става въпрос за твърдотелни батерии илиОсновни технологии за батерии Flow Battery и LDES, тези нововъзникващи технологии ще изискват изцяло нови стратегии за управление на системи за управление на сградата (BMS) и сензорни технологии.
Контролен списък за проектиране на инженера
За инженерите, участващи в проектирането или избора на BMS, следните точки са ключови съображения:
• Ниво на функционална безопасност (ASIL):Съответства ли наISO 26262стандарт? За критичен компонент за безопасност, като например BMS, обикновено се изисква ASIL-C или ASIL-D¹⁰.
• Изисквания за точност:Точността на измерване на напрежение, ток и температура влияе пряко върху точността на оценката на SOC/SOH.
• Комуникационни протоколи:Поддържа ли основните автомобилни шинни протоколи като CAN и LIN и отговаря ли на комуникационните изисквания наСтандарти за зареждане на електрически превозни средства?
• Възможност за балансиране:Активно или пасивно балансиране ли е? Какъв е балансиращият ток? Може ли да отговори на проектните изисквания на батерията?
• Мащабируемост:Може ли решението лесно да се адаптира към различни платформи батерийни пакети с различен капацитет и нива на напрежение?
Развиващият се мозък на електрическото превозно средство
TheСистема за управление на батериите на електрически превозни средства (BMS)е незаменима част от пъзела на съвременните технологии за електрически превозни средства. Тя се е развила от обикновен монитор до сложна вградена система, която интегрира сензори, изчисления, управление и комуникация.
С развитието на самата технология на батериите и авангардни области като изкуствен интелект и безжична комуникация, системата за управление на сградата (BMS) ще става още по-интелигентна, надеждна и ефективна. Тя е не само пазител на безопасността на превозните средства, но и ключът към отключване на пълния потенциал на батериите и осигуряване на по-устойчиво бъдеще на транспорта.
ЧЗВ
В: Какво представлява системата за управление на батериите на електрически превозни средства?
A: An Система за управление на батериите на електрически превозни средства (BMS)е „електронният мозък“ и „пазителят“ на акумулаторния пакет на електрическото превозно средство. Това е сложна система от хардуер и софтуер, която постоянно следи и управлява всяка отделна клетка на батерията, като гарантира, че тя работи безопасно и ефективно при всякакви условия.
В: Какви са основните функции на BMS?
A:Основните функции на BMS включват: 1)Оценка на състояниетоТочно изчисляване на оставащия заряд на батерията (състояние на зареждане - SOC) и общото ѝ състояние (състояние на здравето - SOH). 2)Балансиране на клеткитеОсигуряване на еднакво ниво на зареждане на всички клетки в батерията, за да се предотврати презареждането или презареждането на отделните клетки. 3)Защита на безопасносттаИзключване на веригата в случай на пренапрежение, поднапрежение, претоварване или прегряване, за да се предотвратят опасни събития като термично претоварване.
В: Защо BMS е толкова важна?
A:BMS директно определябезопасност, обхват и живот на батериятаБез BMS, скъпа батерия може да бъде повредена от дисбаланс на клетките в рамките на месеци или дори да се запали. Усъвършенстваната BMS е крайъгълният камък за постигане на дълъг пробег, дълъг живот и висока безопасност.
Време на публикуване: 18 юли 2025 г.