使用壽命和電池管理系統

在世界各地縱橫交錯的高速公路上,正在發生著一場變革——百年來使用化石燃料的汽車正轉變為清潔、高效的電動車輛 (EV)。未來十年,EV市場預計將成長10倍,而針對數以百萬計的電動車輛提供動力,同時監控、管理和維護高性能電池的需求也將日益增長。

目前電池市場的推動力不只是成本,還有對續航里程更長的車輛、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要求,必須遵守最高標準並將偏差降至最低。

由於電動車輛40%的價格取決於電池,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(BMS)領域的領導者,ADI與客戶密切合作,致力於尋找最佳關鍵流程來監控和管理電動車輛電池,並確保其安全性、生產力和使用壽命。


概覽

公司/產業:

ADI收購凌力爾特後,ADI的產品系列包含了2008年推出的首款整合式高壓電池堆疊監控器。從那時起,我們便致力於提供高性能解決方案。如今,我們正開發第5代產品。

應用:

電池監控和管理。

關注事項:

OEM廠商非常關注電池的安全性、成本、效率和使用壽命。

挑戰:

EV市場的增長日益需要電池製造商、供應鏈和汽車品牌提供高品質、可靠的電池技術來滿足需求。

目標:

改良BMS,以確保安全性、提高可靠性、增強性能並延長EV電池的使用壽命。


投資於更好的電池管理系統

BMS能夠密切監視、控制和分配整個電池系統在使用壽命期間的可靠充電和放電。精準監控電流和電壓分佈至關重要,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。電池管理系統的品質直接影響EV每次充電所能行駛的里程數。而優質的電池管理系統能夠最大限度地延長電池的整體使用壽命,進而降低總體擁有成本。

在這種情況下,價格水準變得不那麼重要,而長期價值則成為關鍵指標。這是因為使用者力求在電池的整個使用壽命內獲得更好的性能。「談到精度,以及車輛整個使用壽命內的精度,沒有任何取捨可言。」ADI BMS總經理Mike Kultgen表示: 「精度越高,就越能更良好地瞭解電池的狀態,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,而隨著汽車設計者考慮保固和電池組的生命週期成本,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先事項,包括價格、可靠性和安全性。在處理提供48V到800V電壓的EV系統時,您不能冒任何風險。


Extended-Range


為了在駕駛員踩下踏板的瞬間提供超過100千瓦的電能,電池系統必須在數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在一起形成很長的電池堆疊。通常電動車可能使用100個單獨的電池,在電池堆疊的頂部提供350伏特的電壓。但這帶來了一些挑戰。


在長長的電池堆疊中,如果有一個電池失效,實際上相當於所有的電池都失效了。因此,您需要監控和管理所有電池,為電池充電、放電,且在車輛生命週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範圍內,例如15% 到85%,否則電池性能就會下降。


監視和管理電源

ADI的BMS可在從電池組生產到報廢的整個週期中提供精確的電池測量資訊。電子設備直接連接到電池堆疊中的每個電池,報告與電池電流對應的電壓和溫度。系統可提供充電狀態和健康狀態。每個電池的電流和溫度必須透過中央處理器的複雜演算法進行監控。ADI內建了強大的通訊介面,同時支援模組化設計(架構)。它是完全可擴展的,適用於我們不同的客戶群體。

「BMS對電池進行持續監控,能夠隨時在各種溫度和工作條件下提供可靠的測量精度。系統知道每時每刻的狀況,並且100%依賴於它從ADI晶片接收到的資訊。」

Mike Kultgen
ADI BMS總經理


關鍵價值:精度、可靠性和穩定性

與ADI電池管理系統專家密切合作的好處,不僅限於可以接觸到種類多樣的元件和產品。他們為OEM廠商提供我們的系統級專業知識、深厚的領域知識以及多年的BMS實際設計經驗。原始設備製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,並提高品牌信任度。

ADI AUTG副總裁Patrick Morgan表示:「客戶告訴我們,使用我們產品時,他們需要能夠信任產品。因此,我們在他們的現場或我們的工廠舉辦技術高峰會,並邀請我們的關鍵設計人員和應用工程師與他們的團隊交流。我們花了一兩天的時間介紹我們的發展規劃,瞭解他們需要解決的問題,然後討論我們將如何解決他們的特定問題。我們透過專注合作來建立信任。」


解決問題,尋找解決方案

ADI應用經理Cuyler Latorraca表示:「一家總部設在亞洲的客戶要求我們圍繞舊電池管理系統設計新的電池管理系統。我們研究了他們的想法、系統要求和操作環境。之後發現,他們的接地方案導致系統測量存在誤差,這是業界常見的問題,最後我們採取措施消除了該誤差。」

著眼於未來

ADI BMS市場經理Greg Zimmer 表示:「高壓電池系統技術日新月異,我們在增加容量、延長使用壽命方面承受著很大壓力。業界將如何實現這一目標?在打造能夠持續使用10年的電池的同時,我們如何從電池組中獲取更多電能、增加其續航里程、支援更快的充電,並開發集中式和模組化的設計?

ADI不僅關注客戶目前面臨的問題,更著眼於未來,關注持續改進的過程。我們將繼續推出能夠最大限度增加每次充電續航里程、減少總重量並降低電池系統總成本的解決方案,以引領業界發展。我們擁有豐富的系統級經驗和龐大的元件系列(一個積體電路中有3至18顆電池,支援的電池數量超過其他競爭對手),這使我們能從競爭中脫穎而出。


我們尚未攀上BMS的頂峰

ADI與原始設備製造商合作,透過架構創新來改進未來解決並溝通功率密度、精度和重量挑戰的方式。我們將繼續開展創新,我們的第5代BMS可望在明年投入車輛生產。


BMS:ADI優勢

ADI在電池管理系統領域處於領先地位,滿足EV市場對安全、高品質、高性能電池日益增長的需求。憑藉豐富的系統級經驗,以及多樣化的元件產品,我們提供的合作夥伴關係將令客戶受益匪淺。

  • 領導業界的卓越精度和穩定性
  • 透過單一元件和簡化設計全面支援ASIL D
  • 高速、EMI可靠、電氣隔離、具有冗餘的低成本菊鍊,可因應故障情況
  • 產品安裝基礎雄厚,有四代產品已投入現場使用
  • 透過一系列BMS產品提供系統級解決方案


1在生產大量電池組的同時,也會產生大量可供回收利用的廢舊電池組。只要電池在整個生命週期中管理得當,則耗損並不意味著報廢。在考慮總體擁有成本時,必須將儲能裝置再用於車輛以外的其他用途(也稱為第二生命)考慮在內。