【導讀】在世界各地縱橫交錯的高速公路上,正在發(fā)生一場變革 —— 百年來使用化石燃料的汽車正轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧崱⒏咝У碾妱榆囕v (EV)。未來十年,EV 市場預計將增長 10 倍,而為了給數(shù)以百萬計的電動車輛提供動力,監(jiān)控、管理和維護高性能電池的需求也將日益增長。
當今電池市場的推動力不只是成本,還有對續(xù)航里程更長的車輛、更短的充電時間以及更高功能安全的需求。為了滿足這些嚴格的電池管理系統(tǒng)要求,必須遵守最高標準并最大限度減少偏差。
由于電動車輛 40% 的價格取決于電池,因此性能和電池壽命已成為 EV 品牌取得成功的主要因素。作為電池管理系統(tǒng) (BMS) 領域的領導者,ADI 公司 (ADI) 與客戶合作,尋找最佳關鍵流程來監(jiān)控和管理電動車輛電池,并確保其安全性、生產(chǎn)力和使用壽命。
概覽
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公司
ADI 收購凌力爾特后,ADI 的產(chǎn)品系列包括 2008 年推出的首款集成式高壓電池堆棧監(jiān)控器。從那時起,我們就一直致力于提供最高性能的解決方案。如今,我們正在開發(fā)第 5 代產(chǎn)品。
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挑戰(zhàn)
EV 市場的增長日益需要電池制造商、供應鏈和汽車品牌提供高質(zhì)量、可靠的電池技術來滿足需求。
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應用
電池監(jiān)控和管理。
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關注事項
原始設備制造商非常關注電池的安全性、成本、效率和使用壽命。
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目標
改進 BMS,以確保安全性、提高可靠性、增強性能并延長 EV 電池的使用壽命。
投資于更好的電池管理系統(tǒng)
BMS 能夠密切監(jiān)視、控制和分配整個電池系統(tǒng)在使用壽命期間的可靠充電和放電。精確監(jiān)控電流和電壓分布至關重要,因為電池過度充電可能會引起火災或爆炸,而充電不足(或完全放電)則會導致電池失效。電池管理系統(tǒng)的質(zhì)量直接影響 EV 每次充電所能行駛的里程數(shù)。優(yōu)質(zhì)的電池管理系統(tǒng)能夠最大限度地延長電池的整體使用壽命,從而降低擁有成本。
在這種情況下,價格水平變得不那么重要,而長期價值則成為關鍵指標。這是因為您力求在電池的整個使用壽命內(nèi)獲得更好的性能。“談到精度,以及車輛整個使用壽命內(nèi)的精度,沒有任何取舍可言,”ADI BMS 總經(jīng)理 Mike Kultgen 表示,“精度越高,就越能更好地了解電池單元的狀態(tài),從中獲取的容量就越多,電池組的運行也就越可靠。”考慮到電池組的投資,BMS 性能的價值是顯而易見的,且隨著汽車設計師考慮保修和電池組的生命周期成本,這一點也就更加明顯1。
電池管理的嚴格要求
電池對設計團隊提出了極高的要求,因為他們需要考慮一系列的優(yōu)先事項,包括價格、可靠性和安全性。在處理提供 48 伏到 800 伏電壓的 EV 系統(tǒng)時,您不能冒任何風險。
為了在駕駛者踩下踏板的瞬間提供超過 100 千瓦的電能,電池系統(tǒng)必須在數(shù)百伏特的電壓下才能高效工作。然而,鋰電池只能提供幾伏特的電壓。為了獲得足夠的功率,需要將大量電池串聯(lián)在一起,形成一個很長的電池堆棧。通常電動車可能使用 100 個單獨的電池,在電池堆棧的頂部提供 350 伏特的電壓。但這帶來了一些挑戰(zhàn)。
在長長的電池堆棧中,如果有一個電池失效,實際上相當于所有的電池都失效了。因此,您需要監(jiān)控和管理所有的電池 — 為電池充電、放電,且在車輛生命周期的每一天都要如此。鋰電池不能在極限充放電情況下工作,而必須保持在非常特定的范圍內(nèi),例如 15% 到 85%,否則電池性能就會下降。
監(jiān)視和管理電源
ADI 的 BMS 可在從電池組生產(chǎn)到報廢的整個周期中提供精確的電池測量信息。電子設備直接連接到電池堆棧中的每個電池,報告與電池電流對應的電壓和溫度。系統(tǒng)可提供充電狀態(tài)和健康狀態(tài)。每個電池的電流和溫度必須通過中央處理器的復雜算法進行監(jiān)控。ADI 內(nèi)置了強大的通信接口,同時支持模塊化設計(架構)。它是完全可擴展的,適用于我們不同的客戶群體。
“BMS 對電池進行持續(xù)監(jiān)控,能夠隨時在各種溫度和工作條件下提供可靠的測量精度。系統(tǒng)知道每時每刻的狀況,并且 100% 依賴于它從 ADI 芯片接收到的信息。”Mike Kultgen ——ADI BMS總經(jīng)理
與 ADI 電池管理系統(tǒng)專家密切合作的好處不僅限于可以接觸到種類多樣的組件和產(chǎn)品。他們?yōu)樵荚O備制造商提供我們的系統(tǒng)級專業(yè)知識、深厚的領域知識以及多年的 BMS 實際設計經(jīng)驗。原始設備制造商可以提高每次充電行駛里程效率、延長電池使用壽命、確保安全性并提高品牌信任。
ADI AUTG 副總裁 Patrick Morgan 表示,“客戶告訴我們,他們需要信任產(chǎn)品才使用我們的產(chǎn)品。因此,我們在他們的現(xiàn)場或我們的工廠舉辦技術峰會,并邀請我們的關鍵設計師和應用工程師與他們的團隊會面。我們花了一兩天的時間介紹我們的發(fā)展規(guī)劃,了解他們需要解決的問題,然后討論我們將如何解決他們的特定問題。我們通過專注于合作來建立信任。”
解決問題,尋找解決方案
“一家總部設在亞洲的客戶要求我們圍繞舊有電池管理系統(tǒng)設計新的電池管理系統(tǒng),”ADI 應用經(jīng)理 Cuyler Latorraca 說,“我們研究了他們的設想、系統(tǒng)要求和操作環(huán)境。我們發(fā)現(xiàn),他們的接地方案導致系統(tǒng)測量存在誤差,這是業(yè)界常見的問題,然后我們采取措施消除了該誤差。"
ADI 高性能 BMS 為超級跑車提供動力
Rimac C_Two高性能超級跑車具有 1,914 馬力,0-60 mph 加速時間 1.85 秒,速度可達 258 mph。這款全電動超級跑車展現(xiàn)了 Rimac 的技術實力,采用了由 6960 個鋰錳鎳電池組成的電池組,充分發(fā)揚了真正的創(chuàng)新精神和激情。
約在 10 年前,一位 21 歲的發(fā)明家在克羅地亞的一間車庫里創(chuàng)建了 Rimac Automobili,如今公司已經(jīng)發(fā)展為一家擁有 600 位員工的技術巨頭。Rimac 致力于為全球汽車公司設計、開發(fā)和制造電動超級跑車和高性能電氣化系統(tǒng)。
憑借 ADI 公司的高精度BMS集成電路( IC ),Rimac 電動汽車可通過對電芯進行高精度測量,從電池中盡可能獲取電能和電量。復雜的診斷技術使系統(tǒng)能夠監(jiān)測電池的特性、電壓和溫度,以隨時確定電量狀態(tài)。ADI 公司汽車電氣化和信息娛樂部副總裁 Patrick Morgan 表示:“高準精度會直接轉(zhuǎn)為快速充電時間、最大化的電池容量和里程。”
Rimac 首席執(zhí)行官 Mate Rimac 表示:“Rimac 是高性能電動汽車領域的技術強者。我們?yōu)槿虮姸嗥嚬鹃_發(fā)和制造關鍵的電氣化系統(tǒng),同時我們自己的超級跑車也為電動汽車的性能樹立了更高的標桿。我們采用的電池管理系統(tǒng)是全球要求極為嚴苛的應用,需實現(xiàn)極高的精度、極短時間內(nèi)的電流和電壓劇烈變化以及在電池管理控制系統(tǒng)內(nèi)的快速動態(tài)調(diào)整。我們決定在整個產(chǎn)品線上采用 ADI 公司的電池管理 IC 產(chǎn)品組合。我們已經(jīng)在市場上對該類 IC 進行了對比測試,結果證實 ADI 公司的產(chǎn)品能夠在汽車的整個生命周期內(nèi)提供高精度的測量和產(chǎn)品可靠性,因此被我們選中。”
著眼于未來
“高壓電池系統(tǒng)技術日新月異,”ADI BMS 市場經(jīng)理 Greg Zimmer 說,我們在增加容量、延長使用壽命方面承受著很大的壓力。業(yè)界將如何實現(xiàn)這一目標?在打造能夠持續(xù)使用 10 年的電池的同時,我們?nèi)绾螐碾姵亟M中獲取更多電能、增加其續(xù)航里程、支持更快的充電,并開發(fā)集中式和模塊化的設計?
ADI 不僅關注客戶目前面臨的問題,更著眼于未來,關注持續(xù)改進的過程。我們將繼續(xù)推出能夠最大限度增加每次充電續(xù)航里程、減少總重量并降低電池系統(tǒng)總成本的解決方案,以引領行業(yè)發(fā)展。我們擁有豐富的系統(tǒng)級經(jīng)驗和龐大的組件系列(一個集成電路中有 3 至 18 節(jié)電池,支持的電池數(shù)量選擇超過其他任何競爭對手),這使我們從競爭中脫穎而出。
我們還沒有達到 BMS 的頂峰
ADI 與原始設備制造商合作,通過架構創(chuàng)新來改進未來解決并溝通功率密度、精度和重量挑戰(zhàn)的方式。我們將繼續(xù)開展創(chuàng)新,我們的第 5 代 BMS 有望在明年投入車輛生產(chǎn)。
BMS:ADI 優(yōu)勢
ADI 在電池管理系統(tǒng)領域處于領先地位,滿足 EV 市場對安全、高質(zhì)量、高性能電池日益增長的需求。憑借豐富的系統(tǒng)級經(jīng)驗,以及多樣化的組件產(chǎn)品,我們提供的合作伙伴關系將令客戶受益匪淺。
● 行業(yè)領先的卓越精度和穩(wěn)定性
● 通過單一組件和簡化設計全面支持 ASIL D
● 高速、EMI 可靠、電氣隔離、具有冗余的低成本菊花鏈,可應對故障情況
● 產(chǎn)品安裝基礎雄厚,有四代產(chǎn)品已投入現(xiàn)場使用
● 通過一系列 BMS 產(chǎn)品提供系統(tǒng)級解決方案
對工業(yè)、環(huán)境和全球健康的影響
普通消費者中普遍存在一個誤解就是:電動汽車性能不高,比不上燃油汽車的性能。ADI 和 RIMAC 一起澄清了這一誤解,并開始幫助重新確定高性能電動汽車能夠達到的目標。RIMAC C_Two 高性能超級跑車憑借 ADI 的高性能 BMS,擁有驚人的 1914 馬力,0-60 mph 的加速時間 1.85 秒,速度可達為 258 mph。
ADI 和 RIMAC 不僅為高性能技術社區(qū)樹立了榜樣,還幫助激發(fā)消費者的熱情,提高了高性能電動汽車和整體電動汽車的用戶采用率。
根據(jù)世界衛(wèi)生組織的統(tǒng)計,空氣污染是一個無聲殺手,每年造成 420 萬人死亡,還將人類壽命縮短了 1.8 年。通過與 RIMAC 和其他電動汽車供應商合作,ADI 公司正掃除阻礙,而且還通過減少碳排放,打造一個更清潔、更能持續(xù)發(fā)展的環(huán)境。
ADI 一直致力于創(chuàng)造更環(huán)保的環(huán)境和改善全球人民健康。2019 年,ADI 公司的 BMS 產(chǎn)品避免了 6000 萬噸二氧化碳進入大氣,并繼續(xù)將二氧化碳車輛排放量逐年減少 30%。6000 萬噸二氧化碳相當于大約 7000 萬公頃的成熟林。
1在生產(chǎn)大量電池組的同時,也會產(chǎn)生大量可供回收利用的廢舊電池組。只要電池在整個生命周期中管理得當,則耗損并不意味著報廢。在考慮總擁有成本時,必須將儲能裝置再用于車輛以外的其他用途(也稱為第二生命)考慮在內(nèi)。
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