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優化電池管理系統,提升電動汽車應用前景

2022.2.10 新聞中心 02/10 每日一新

NL-021_安仁國際新聞中心
2022年第021期

 

PART 1

編者序

當前,電動汽車市場加速發展,全球汽車製造商普遍重視電動汽車領域的未來發展。全球大部分領先汽車製造商,如大眾、通用、本田、戴姆勒、福特、富豪和東風日產,宣佈以後只生產電動汽車或大幅增加電動汽車產量。在電動汽車電池發展不斷取得新的突破性成果的基礎上,其他極具發展前景的研究成果,如電池管理系統的優化,有望為電動汽車的發展注入新的活力。

 

中國工程院院刊《Engineering》2021年第8期刊發《優化電池管理系統,提升電動汽車應用前景》,報導了一種在電動汽車安全和性能方面較常見的元件,即電池管理系統的發展研究現狀及在推動電動汽車應用前景方面的巨大潛力。文章指出,雖然電池管理系統不是電動汽車電池本身的元件,但這個微處理器模組及其相關電路卻監控著電池的電壓、電流和溫度,並通過控制信號來調整這些參數的水準,以説明維持汽車的最佳性能,同時確保電池在安全且電量充足以及在參數範圍內正常運行。

 

正文:

全球汽車製造商在電動汽車上押下重注。隨著世界各國明確要求大幅削減汽油動力交通工具,全球大部分領先汽車製造商,如大眾、通用、本田、戴姆勒、福特、富豪和東風日產,宣佈以後只生產電動汽車或大幅增加電動汽車產量。隨著充電基礎設施數量在全球範圍內快速增長和充電基礎設施的標準化,以及技術的進步、優惠政策的出臺、電動汽車價格的下降,電動汽車的發展正接近一個關鍵閾值。突破這個閾值後,其便捷性(隨時隨地充電的方便程度)、續航里程(在電池充滿電的情況下)、壽命(主要與電池組壽命有關)以及性能均將有望超過價格相當的內燃機動力汽車的同等指標。

 

雖然電動汽車電池發展的新的突破性成果吸引了大多數人的注意力,但其他那些不起眼卻極具發展前景的研究成果也有望為電動汽車的發展立下大功。2020年9 月,總部位於底特律、占美國國內市場份額最大的美國汽車製造商——通用汽車,就以一個汽車元件吸引了人們的注意力。這是一種在電動汽車安全和性能方面較常見的元件,其名字叫做電池管理系統(BMS)。雖然電池管理系統不是電動汽車電池本身的元件,但這個微處理器模組及其相關電路卻監控著電池的電壓、電流和溫度,並通過控制信號來調整這些參數的水準,以説明維持汽車的最佳性能,同時確保電池在安全且電量充足以及在參數範圍內正常運行。

 

通用汽車計畫斥資270 億美元,向電動汽車轉型,到2035 年,用電動汽車取代其所有輕型內燃機動力車型。作為該計畫實施的一部分,這家汽車巨頭及其BMS合作夥伴,即美國麻塞諸塞州威爾明頓市的一家大型電子元件公司——美國模擬器件公司(ADI)推出了一個全新系統,用於生產汽車的無線BMS(wBMS),該系統去掉了近90%的常用佈線。通用汽車稱,這個強化後的BMS將提高電動汽車電池組的能量密度(影響電動汽車行駛里程的一個重要因素),改進電動汽車的設計及生產,並降低成本。

 

與此同時,其他電動汽車BMS創新者正在研發“基於模型的”BMS(mbBMS),其中最精密的一種可以近乎即時類比汽車電池的詳細物理和化學狀態,但仍處於實驗階段。在指導回應感測器信號方面,普通電動汽車的BMS會參考工廠安裝(並定期升級)的內部經驗資料表,或用一個簡單模型類比電池,如包含幾個電子元件的電路。然而高端mbBMS,通過更複雜但更迅速和精確的模擬,還可以持續預測無法直接測量的內部電池狀態,如電極內的電荷水準或可能過高過低的內部電壓。通過直接感知電壓和其他電池信號,接受近乎即時提供的模型指導,mbBMS比標準BMS(有線或無線)能更精確地調整電池運行狀態,對即時環境做出快速回應。

 

開發者對mbBMS進行的實驗室測試結果顯示,這項技術能大幅提高電動汽車的駕駛性能、續航里程、電池壽命以及充電能力,同時最大限度地防止汽車電源過早老化或其他損傷。如果電池領域的下一個重大突破還需要一段時間,僅mbBMS就有可能讓很多人選擇電動汽車,放棄化石燃料動力汽車。