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BMS與新型電池技術化解“里程焦慮”

發(fā)布時間:2023-01-28 來源:Mouser 責任編輯:wenwei

【導讀】新能源汽車市場爆發(fā),但“里程焦慮”始終是困擾車主的最大問題之一,其具體表現(xiàn)為續(xù)航虛標、充電速度慢以及冬季里程縮水等。在國內(nèi),從2014/2015年開始,新能源汽車產(chǎn)業(yè)進入高速發(fā)展期。解決里程焦慮是產(chǎn)業(yè)主要的發(fā)展目標之一,隨著充電樁、換電站等基礎設施不斷完善,消費者對新能源汽車的接受度不斷提高。


與此同時,廠商繼續(xù)在電池管理系統(tǒng)(BMS)以及電池技術上加大研發(fā)力度,力求讓電動汽車在補能便捷性和續(xù)航里程方面媲美燃油車,或有望徹底告別“里程焦慮”。


化解“里程焦慮”需多措并舉


造成新能源汽車“里程焦慮”的原因主要有幾個方面——首先,在充電樁配套方面存在車樁分布“不合理”、車樁比例“不對等”等突出問題;其次,在續(xù)航里程方面,新能源汽車容易受到環(huán)境低溫的干擾,并存在一定程度的虛標;此外,在充電速度上,純電動汽車的補能便捷性在過去很長一段時間內(nèi)無法和傳統(tǒng)燃油車相比,體驗相差甚遠。


為了解決上述問題,產(chǎn)業(yè)界主要從三個方面入手化解“里程焦慮”:


●   完善充電樁和換電站等配套設施

●   加快純電動汽車充電速度

●   提升純電動汽車的續(xù)航里程


對于車輛自身而言,化解“里程焦慮”則和BMS以及電池技術息息相關。BMS是動力總成電氣化的關鍵部分,負責監(jiān)控和管理鋰離子電池的狀態(tài)。


起著電動汽車充電速度提升的同時,會給整個系統(tǒng)帶來更高的安全挑戰(zhàn),容易引起電池系統(tǒng)熱失控,造成爆燃事件,而BMS對杜絕此類情況有關鍵性作用。


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圖1:電池包系統(tǒng)構成

(圖源:ADI)


BMS能夠通過軟硬件兩個方面保障汽車電池高速、安全地充電。硬件方面,BMS搭配高精度傳感器,對電芯的溫度以及電壓等數(shù)據(jù)進行精準監(jiān)測;軟件方面,BMS擁有電池保護、熱失控預警處理等一系列保護措施。未來,AI BMS是BMS蛻變的大方向,以此提升系統(tǒng)主動平衡能力,使得每一顆電芯都能將性能盡可能發(fā)揮出來。


談到電池技術,三元鋰電池和磷酸鐵鋰電池目前是動力電池領域的主流技術,產(chǎn)業(yè)界主要的創(chuàng)新點在于新型電池形態(tài)和創(chuàng)新電池包技術。


新型電池形態(tài)是一種籠統(tǒng)的表述,包括化學材料和物理結構兩方面的創(chuàng)新。以寧德時代麒麟電池為例,化學材料創(chuàng)新包括先進的高鎳811技術、摻硅補鋰技術等;物理結構創(chuàng)新主要是指獨創(chuàng)的CTP高效成組技術。通過采用新的電池形態(tài),麒麟電池能量密度達到了255Wh/kg,體積利用率突破72%,10分鐘可充電達到80%,并讓車輛續(xù)航可以輕松突破1,000公里。


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圖2:麒麟電池創(chuàng)新

(圖源:寧德時代)


電池包自加熱技術是電池包技術創(chuàng)新的典型代表,該技術主要為了解決冬天電動汽車里程嚴重縮水的問題。實驗室數(shù)據(jù)表明,0℃以下時,溫度每下降10℃,電池內(nèi)阻增大約15%。加熱膜和液冷循環(huán)系統(tǒng)是當前主要的電池包加熱技術,不過由于液冷循環(huán)系統(tǒng)能夠用更低的電量獲取長時間均勻的恒溫,越來越多的車企開始選擇這種方式。


從系統(tǒng)類型來看,純電動汽車可以定義為是一個移動的電氣系統(tǒng),需要各種類型的電子元器件作為底層支撐。因此,在新能源汽車化解“里程焦慮”的過程中,離不開各種前沿的電子元器件,而海量新品恰恰是貿(mào)澤電子的優(yōu)勢所在。接下來,我們就為大家推薦幾款貿(mào)澤電子在售的新品元器件,它們都可用于化解“里程焦慮”。


英飛凌電動汽車直流快充解決方案


在電動汽車充電方面,直流快充可以簡單地理解為向汽車電池包“灌電”,因此額定功率可以做的更高,能夠大大縮短車輛的充電時間,進而緩解車主的“充電焦慮”。在此,我們?yōu)榇蠹医榻B英飛凌完整的電動汽車直流快充解決方案。


英飛凌先進的方案可幫助實現(xiàn)節(jié)能、大功率的直流快充設計,使得常規(guī)電動汽車可在10分鐘內(nèi)充滿80%的電池容量,甚至是更快,讓純電動汽車在補能體驗上媲美傳統(tǒng)燃油車。英飛凌的電動汽車直流快充解決方案提供全面、可隨時實施的一站式產(chǎn)品和設計組合,涵蓋電源轉(zhuǎn)換、微控制器、安全防護、輔助電源和通信產(chǎn)品系列。


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圖3:英飛凌電動汽車直流快充解決方案框圖

(圖源:英飛凌)


在產(chǎn)品細節(jié)方面,英飛凌在電動汽車直流快充解決方案中提供高性價比的分立式產(chǎn)品,包括600V CoolMOS?超結MOSFET P7和CFD7系列、650V IGBT TRENCHSTOP?5和1200V CoolSiC? MOSFET,可用于實現(xiàn)功率高達150kW的直流電動汽車充電設計方案。此外,該解決方案中還提供650V和1200V CoolSiC?肖特基二極管、EiceDRIVER?柵極驅(qū)動器、XMC? 和AURIX? 微控制器,以及豐富的電源模塊等。


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圖4:英飛凌電動汽車直流快充解決方案優(yōu)勢

(圖源:英飛凌)


2EDN7534RXTMA1(器件料號)是英飛凌電動汽車直流快充解決方案中的一款產(chǎn)品,屬于EiceDRIVER?柵極驅(qū)動器,可用于驅(qū)動上述提到的CoolMOS?、CoolSiC? MOSFET和IGBT TRENCHSTOP? 5等開關器件。綜合而言,2EDN7534RXTMA1具有大電流、低延遲、高精度、快啟動、穩(wěn)輸入等突出的產(chǎn)品優(yōu)勢。特別需要提及的是,大家可以通過查看該器件的詳情頁,了解上述提到的英飛凌電動汽車直流快充解決方案。


穩(wěn)定、可靠、易用的CoolSiC? MOSFET


我們在上述內(nèi)容提到,提升電動汽車充電速度是解決“里程焦慮”的一個有效途徑。在此過程中,大電流是一種主要手段,大電流伴隨而來的高溫則是主要的挑戰(zhàn)之一。在此,我們?yōu)榇蠹医榻B一款CoolSiC? MOSFET產(chǎn)品,非常適合用于高溫和惡劣環(huán)境應用,該產(chǎn)品在貿(mào)澤電子上的料號為IMW65R048M1H,來自制造商英飛凌。


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圖5:IMW65R048M1H

(圖源:英飛凌)


IMW65R048M1H采用英飛凌持續(xù)優(yōu)化20多年的先進溝槽半導體工藝,將碳化硅的物理強度與放大器件的性能、可靠性和易用性等特性相結合。該器件擁有換向穩(wěn)健的快速體二極管,其低反向恢復電荷(Qrr)能夠在更高電流下優(yōu)化開關行為,助力打造高系統(tǒng)效率和高功率密度方案。


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圖6:IMW65R048M1H系統(tǒng)框圖

(圖源:英飛凌)


在打造快充的EV充電方案時,無論是樁端還是車端,IMW65R048M1H都能夠很好地勝任。得益于優(yōu)異的溝槽技術,該器件具有出色的柵極氧化物可靠性以及出色的雪崩耐受能力。此外,英飛凌的擴散焊接工藝可在芯片和散熱片之間實現(xiàn)強大的熱連接,使得該器件非常適合高溫和惡劣工作環(huán)境。


為了幫助廣大工程師朋友更好地使用IMW65R048M1H等SiC分立式產(chǎn)品,英飛凌提供豐富的柵極驅(qū)動器IC,它們采用定制的UVLO電平保護SiC MOSFET,具體的料號包括1EDN9550B和2EDS9265H等。


可用于電池管理的高效PMIC


對于PMIC(電源管理集成電路)大家都不陌生,幾乎所有用電設備都需要用到它,電動汽車當然也不例外。我們上面已經(jīng)提到,在快速充電場景下,電池系統(tǒng)的危險系數(shù)會更高,此時BMS的安全作用便會更加凸顯。那么,下面我們?yōu)榇蠹彝扑]一款器件來幫助BMS提升安全性能,該器件在貿(mào)澤電子上的料號為TLF35584QVHS2XUMA1,來自制造商英飛凌。


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圖7:TLF35584QVHS2XUMA1

(圖源:貿(mào)澤電子)


TLF35584QVHS2XUMA1是一款高效PMIC產(chǎn)品,采用高效、靈活的前置/后置穩(wěn)壓器,在寬輸入電壓范圍內(nèi)提供3.3V-μC至5V-μC、收發(fā)器和傳感器。該器件是一款多輸出系統(tǒng)電源,用于安全相關應用。


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圖8:TLF35584QVHS2XUMA1系統(tǒng)框圖

(圖源:英飛凌)


我們在此簡單羅列一下TLF35584QVHS2XUMA1的安全特性,包括為可選的外部后置穩(wěn)壓器(用于內(nèi)核電源)提供使能、同步輸出信號和電壓監(jiān)控,獨立的電壓監(jiān)控模塊和錯誤引腳監(jiān)控,以及可配置窗口和功能看門狗等,可以輕松實現(xiàn)滿足ASIL-D安全等級的BMS系統(tǒng)。


用于電池測試/調(diào)理的AFE數(shù)字控制器


目前,新能源汽車產(chǎn)業(yè)正處于高速發(fā)展階段,為了化解“里程焦慮”,電池技術不斷推陳出新。如果能夠準確把握電池的各項參數(shù),對于研發(fā)更高能量密度電池有非常大的助力作用。下面,我們?yōu)榇蠹規(guī)淼氖且豢羁捎糜陔姵爻尚秃蜏y試、電池調(diào)理(充電和放電)系統(tǒng)的AFE數(shù)字控制器,來自制造商Analog Devices(ADI),貿(mào)澤電子上該器件的料號為ADBT1001BSW。


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圖9:ADBT1001BSW

(圖源:貿(mào)澤電子)


ADBT1001BSW是一款4通道AFE數(shù)字控制器,分辨率高達16位(有效)。該器件具有差分遠程電壓檢測、電流檢測、脈寬調(diào)制(PWM)生成、頻率同步、過壓保護(OVP)和電流共享等豐富的功能,并且支持可編程保護特性,包括過流保護(OCP)、OVP限制和外部過熱保護(OTP)。


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圖10:ADBT1001BSW典型應用框圖

(圖源:ADI)


ADBT1001BSW可用于大容量電池測試和成型制造以及精密電池測試儀器儀表應用。該器件經(jīng)過了專門的優(yōu)化,可大幅減少元件數(shù)量和開發(fā)時間。


新材料、新技術打消里程焦慮


里程焦慮是新能源汽車發(fā)展歷史上的一個階段性的艱巨挑戰(zhàn)。要徹底解決這一困擾行業(yè)的難題,電池技術需要從電化學性能和物理結構兩個方面,持續(xù)提升電池的能量密度和充電速度。而AI BMS管理方案是發(fā)揮這些新技術、新材料潛力的安全保障。在貿(mào)澤電子官網(wǎng)有豐富的器件用于打造AI BMS,幫助工程師“消滅”新能源汽車的里程焦慮。


來源:Mouser



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