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BMS与新型电池技术化解“里程焦虑”

关键词:BMS 电池技术

时间:2023-01-18 15:36:59      来源:网络

新能源汽车市场爆发,但“里程焦虑”始终是困扰车主的最大问题之一,其具体表现为续航虚标、充电速度慢以及冬季里程缩水等。在国内,从2014/2015年开始,新能源汽车产业进入高速发展期。解决里程焦虑是产业主要的发展目标之一,随着充电桩、换电站等基础设施不断完善,消费者对新能源汽车的接受度不断提高。

新能源汽车市场爆发,但“里程焦虑”始终是困扰车主的最大问题之一,其具体表现为续航虚标、充电速度慢以及冬季里程缩水等。在国内,从2014/2015年开始,新能源汽车产业进入高速发展期。解决里程焦虑是产业主要的发展目标之一,随着充电桩、换电站等基础设施不断完善,消费者对新能源汽车的接受度不断提高。

与此同时,厂商继续在电池管理系统(BMS)以及电池技术上加大研发力度,力求让电动汽车在补能便捷性和续航里程方面媲美燃油车,或有望彻底告别“里程焦虑”。

化解“里程焦虑”需多措并举

造成新能源汽车“里程焦虑”的原因主要有几个方面——首先,在充电桩配套方面存在车桩分布“不合理”、车桩比例“不对等”等突出问题;其次,在续航里程方面,新能源汽车容易受到环境低温的干扰,并存在一定程度的虚标;此外,在充电速度上,纯电动汽车的补能便捷性在过去很长一段时间内无法和传统燃油车相比,体验相差甚远。

为了解决上述问题,产业界主要从三个方面入手化解“里程焦虑”:

· 完善充电桩和换电站等配套设施
· 加快纯电动汽车充电速度
· 提升纯电动汽车的续航里程

对于车辆自身而言,化解“里程焦虑”则和BMS以及电池技术息息相关。BMS是动力总成电气化的关键部分,负责监控和管理锂离子电池的状态。

起着电动汽车充电速度提升的同时,会给整个系统带来更高的安全挑战,容易引起电池系统热失控,造成爆燃事件,而BMS对杜绝此类情况有关键性作用。


图1:电池包系统构成(图源:ADI)

BMS能够通过软硬件两个方面保障汽车电池高速、安全地充电。硬件方面,BMS搭配高精度传感器,对电芯的温度以及电压等数据进行精准监测;软件方面,BMS拥有电池保护、热失控预警处理等一系列保护措施。未来,AI BMS是BMS蜕变的大方向,以此提升系统主动平衡能力,使得每一颗电芯都能将性能尽可能发挥出来。

谈到电池技术,三元锂电池和磷酸铁锂电池目前是动力电池领域的主流技术,产业界主要的创新点在于新型电池形态和创新电池包技术。

新型电池形态是一种笼统的表述,包括化学材料和物理结构两方面的创新。以宁德时代麒麟电池为例,化学材料创新包括先进的高镍811技术、掺硅补锂技术等;物理结构创新主要是指独创的CTP高效成组技术。通过采用新的电池形态,麒麟电池能量密度达到了255Wh/kg,体积利用率突破72%,10分钟可充电达到80%,并让车辆续航可以轻松突破1,000公里。


图2:麒麟电池创新(图源:宁德时代)

电池包自加热技术是电池包技术创新的典型代表,该技术主要为了解决冬天电动汽车里程严重缩水的问题。实验室数据表明,0℃以下时,温度每下降10℃,电池内阻增大约15%。加热膜和液冷循环系统是当前主要的电池包加热技术,不过由于液冷循环系统能够用更低的电量获取长时间均匀的恒温,越来越多的车企开始选择这种方式。

从系统类型来看,纯电动汽车可以定义为是一个移动的电气系统,需要各种类型的电子元器件作为底层支撑。因此,在新能源汽车化解“里程焦虑”的过程中,离不开各种前沿的电子元器件,而海量新品恰恰是贸泽电子的优势所在。接下来,我们就为大家推荐几款贸泽电子在售的新品元器件,它们都可用于化解“里程焦虑”。

英飞凌电动汽车直流快充解决方案

在电动汽车充电方面,直流快充可以简单地理解为向汽车电池包“灌电”,因此额定功率可以做的更高,能够大大缩短车辆的充电时间,进而缓解车主的“充电焦虑”。在此,我们为大家介绍英飞凌完整的电动汽车直流快充解决方案。

英飞凌先进的方案可帮助实现节能、大功率的直流快充设计,使得常规电动汽车可在10分钟内充满80%的电池容量,甚至是更快,让纯电动汽车在补能体验上媲美传统燃油车。英飞凌的电动汽车直流快充解决方案提供全面、可随时实施的一站式产品和设计组合,涵盖电源转换、微控制器、安全防护、辅助电源和通信产品系列。


图3:英飞凌电动汽车直流快充解决方案框图(图源:英飞凌)

在产品细节方面,英飞凌在电动汽车直流快充解决方案中提供高性价比的分立式产品,包括600V CoolMOS™ 超结MOSFET P7和CFD7系列、650V IGBT TRENCHSTOP™5和1200V CoolSiC™ MOSFET,可用于实现功率高达150kW的直流电动汽车充电设计方案。此外,该解决方案中还提供650V和1200V CoolSiC™肖特基二极管、EiceDRIVER™栅极驱动器、XMC™ 和AURIX™ 微控制器,以及丰富的电源模块等。


图4:英飞凌电动汽车直流快充解决方案优势(图源:英飞凌)

2EDN7534RXTMA1(器件料号)是英飞凌电动汽车直流快充解决方案中的一款产品,属于EiceDRIVER™栅极驱动器,可用于驱动上述提到的CoolMOS™、CoolSiC™ MOSFET和IGBT TRENCHSTOP™ 5等开关器件。综合而言,2EDN7534RXTMA1具有大电流、低延迟、高精度、快启动、稳输入等突出的产品优势。特别需要提及的是,大家可以通过查看该器件的详情页,了解上述提到的英飞凌电动汽车直流快充解决方案。

稳定、可靠、易用的CoolSiC™ MOSFET

我们在上述内容提到,提升电动汽车充电速度是解决“里程焦虑”的一个有效途径。在此过程中,大电流是一种主要手段,大电流伴随而来的高温则是主要的挑战之一。在此,我们为大家介绍一款CoolSiC™ MOSFET产品,非常适合用于高温和恶劣环境应用,该产品在贸泽电子上的料号为IMW65R048M1H,来自制造商英飞凌。


图5:IMW65R048M1H(图源:英飞凌)

IMW65R048M1H采用英飞凌持续优化20多年的先进沟槽半导体工艺,将碳化硅的物理强度与放大器件的性能、可靠性和易用性等特性相结合。该器件拥有换向稳健的快速体二极管,其低反向恢复电荷(Qrr)能够在更高电流下优化开关行为,助力打造高系统效率和高功率密度方案。


图6:IMW65R048M1H系统框图(图源:英飞凌)

在打造快充的EV充电方案时,无论是桩端还是车端,IMW65R048M1H都能够很好地胜任。得益于优异的沟槽技术,该器件具有出色的栅极氧化物可靠性以及出色的雪崩耐受能力。此外,英飞凌的扩散焊接工艺可在芯片和散热片之间实现强大的热连接,使得该器件非常适合高温和恶劣工作环境。

为了帮助广大工程师朋友更好地使用IMW65R048M1H等SiC分立式产品,英飞凌提供丰富的栅极驱动器IC,它们采用定制的UVLO电平保护SiC MOSFET,具体的料号包括1EDN9550B和2EDS9265H等。

可用于电池管理的高效PMIC

对于PMIC(电源管理集成电路)大家都不陌生,几乎所有用电设备都需要用到它,电动汽车当然也不例外。我们上面已经提到,在快速充电场景下,电池系统的危险系数会更高,此时BMS的安全作用便会更加凸显。那么,下面我们为大家推荐一款器件来帮助BMS提升安全性能,该器件在贸泽电子上的料号为TLF35584QVHS2XUMA1,来自制造商英飞凌。


图7:TLF35584QVHS2XUMA1(图源:贸泽电子)

TLF35584QVHS2XUMA1是一款高效PMIC产品,采用高效、灵活的前置/后置稳压器,在宽输入电压范围内提供3.3V-μC至5V-μC、收发器和传感器。该器件是一款多输出系统电源,用于安全相关应用。


图8:TLF35584QVHS2XUMA1系统框图(图源:英飞凌)

我们在此简单罗列一下TLF35584QVHS2XUMA1的安全特性,包括为可选的外部后置稳压器(用于内核电源)提供使能、同步输出信号和电压监控,独立的电压监控模块和错误引脚监控,以及可配置窗口和功能看门狗等,可以轻松实现满足ASIL-D安全等级的BMS系统。

用于电池测试/调理的AFE数字控制器

目前,新能源汽车产业正处于高速发展阶段,为了化解“里程焦虑”,电池技术不断推陈出新。如果能够准确把握电池的各项参数,对于研发更高能量密度电池有非常大的助力作用。下面,我们为大家带来的是一款可用于电池成型和测试、电池调理(充电和放电)系统的AFE数字控制器,来自制造商Analog Devices(ADI),贸泽电子上该器件的料号为ADBT1001BSW。


图9:ADBT1001BSW(图源:贸泽电子)

ADBT1001BSW是一款4通道AFE数字控制器,分辨率高达16位(有效)。该器件具有差分远程电压检测、电流检测、脉宽调制(PWM)生成、频率同步、过压保护(OVP)和电流共享等丰富的功能,并且支持可编程保护特性,包括过流保护(OCP)、OVP限制和外部过热保护(OTP)。


图10:ADBT1001BSW典型应用框图(图源:ADI)

ADBT1001BSW可用于大容量电池测试和成型制造以及精密电池测试仪器仪表应用。该器件经过了专门的优化,可大幅减少元件数量和开发时间。

新材料、新技术打消里程焦虑

里程焦虑是新能源汽车发展历史上的一个阶段性的艰巨挑战。要彻底解决这一困扰行业的难题,电池技术需要从电化学性能和物理结构两个方面,持续提升电池的能量密度和充电速度。而AI BMS管理方案是发挥这些新技术、新材料潜力的安全保障。在贸泽电子官网有丰富的器件用于打造AI BMS,帮助工程师“消灭”新能源汽车的里程焦虑。

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