НОВОСТНАЯ ПОДПИСКА SIGNALS+

Будьте в курсе последних событий и используйте новейшую информацию и идеи, представленные в Signals+, для таких областей, как системы связи, цифровое здравоохранение, системы электрификации и интеллектуальная промышленность

Вы можете изменить настройки конфиденциальности в любое время, нажав на ссылку отказа от подписки в электронных письмах, отправленных Analog Devices, или в настройках конфиденциальности сайта Analog Devices.

Настройки конфиденциальности Положение о конфиденциальности и безопасности Авторизованные партнеры

Спасибо, что подписались на ADI Signals+. Электронное письмо с подтверждением было отправлено на ваш почтовый ящик.

Вскоре вы будете получать своевременные обновления обо всех инновационных технологиях, меняющих к лучшему жизнь людей во всем мире.

Закрыть

ВОПЛОЩЕНИЕ ЭКОЛОГИЧНОГО БУДУЩЕГО БЛАГОДАРЯ ТЕХНОЛОГИИ УПРАВЛЕНИЯ БАТАРЕЯМИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ


Благодаря непрерывному развитию технологии управления работой аккумуляторных батарей для электромобилей довольно легко представить будущее транспорта: мир, в котором все, от личных автомобилей и внедорожников до грузовиков, работает не на бензине, а на электричестве от аккумуляторов. В таком мире выбросы углерода будут резко сокращены. Но это только начало. Повторное использование старых батарей от электромобилей позволит еще больше изменить мир благодаря тому, что они будут применяться в качестве небольших автономных источников энергии в отдаленных регионах мира, где здравоохранение, образование и экономическое развитие зависят от доступа к возобновляемым источникам энергии.

Хотя фундамент для такого будущего уже закладывается, производители аккумуляторов все еще сталкиваются с серьезными задачами, начиная от снижения высокой стоимости аккумуляторов электромобилей, чтобы они могли конкурировать с двигателями внутреннего сгорания, и заканчивая созданием аккумуляторов с возможностью повторного использования и переработки, чтобы в случае, когда они больше не будут соответствовать требованиям использования в электромобилях, они могли бы успешно применяться для других не менее важных задач.

Итак, что нужно сделать, чтобы такое будущее стало реальностью? Ответ зависит не только от спроса со стороны потребителей, политиков и коммунальных предприятий, но также и от выстраивания правильных партнерских отношений и от грамотных инвестиций.

ЭЛЕКТРИФИКАЦИЯ

Сегодня у многих возникает чувство воодушевления, когда речь заходит о возможностях электромобилей, особенно о том, что касается воздействия на окружающую среду. Все больше предприятий ставят в приоритет стабильное с экологической точки зрения развитие, и исследования показывают, что экологически безопасные технологии могут привести к увеличению продаж. И в этом плане отрасль электромобилей ничем не отличается. В 2018 году мировые продажи электромобилей превысили отметку в 2 миллиона (точнее было продано 2,1 миллионов электромобилей), тогда как в 2017 году была пересечена отметка в 1 миллион, то есть в 2018 году продажи увеличились на 65%. Но в 2019 году продажи выросли всего на 9% до 2,3 миллиона, что вызвано общим снижением мировых продаж автомобилей. Тем не менее, к 2030 году ожидается десятикратное увеличение спроса на электромобили. Практически во всех регионах мира были введены законы, обеспечивающие льготы при использовании электромобилей, и каждый крупный автопроизводитель уже реализует планы по электрификации своего автопарка. Мир делает ставку на электрификацию транспортных средств.

Тем не менее, сравнение цен наблюдается не в пользу отрасли электромобилей. Хотя стоимость аккумуляторов для электромобилей, согласно прогнозам, будет снижаться до 2030 года, все равно цена аккумуляторов остается одним из основных препятствий на пути электромобилей к установлению паритета цен с бензиновыми автомобилями, причем в данном случае цена аккумулятора составляет более трети стоимости электромобиля.

Одним из потенциальных решений является использование высокоточных и безопасных систем управления работой батарей (BMS), которые позволят автопроизводителям и производителям автозапчастей преодолеть разрыв между сегодняшними дорогостоящими батареями и более доступными завтрашними.

«С точки зрения потребителя существует несколько серьезных проблем» – сказал вице-президент и генеральный директор отдела разработки автомобильной электроники в Analog Devices Патрик Морган: «Батареи большего размера позволяют увеличить запас хода. Но проблема в том, что они увеличивают стоимость и вес автомобиля. Мы же решаем эту задачу благодаря созданию очень эффективной и точной электроники для систем управления работой батарей, которая позволяет получить максимальное количество энергии из любой аккумуляторной батареи».

Такая высокая эффективность еще более важна для таких отраслей, как например, производство грузовых автомобилей, где компании начинают вкладывать значительные средства в электрификацию своих транспортных средств. Согласно исследованию McKinsey, к 2030 году до 20% грузовиков средней грузоподъемности смогут иметь электрическую тягу, если, конечно, будут созданы оптимальные для данного применения аккумуляторы. «Электромобилям нужно достаточно длительное время для зарядки, что может негативно повлиять на эффективность бизнеса, потому что время простоя таких автомобилей будет больше, чем у автомобилей, работающих на бензине» – сказал соруководитель Исследовательского центра экологичности транспорта при университете Калифорнии в Беркли.

Bar graph depicting electric car stocks in the millions of US dollars from 2010 to 2019
Согласно прогнозам, доля продаж электромобилей составит примерно 20-25% от общего объема продаж автомобилей в 2030 году
Отчет Bloomberg NEF о состоянии отрасли электромобилей за 2020 год

Patrick Morgan

«Наши решения обеспечивают
наивысшую точность,
гарантированную в течение всего
срока службы транспортного
средства, позволяя
электромобилям получать
максимальное количество энергии
от любой аккумуляторной батареи». 

Патрик Морган

Вице-президент и генеральный директор отдела

разработки автомобильной электроники |  Analog Devices

ПОВЫШЕНИЕ КПД ОБЕСПЕЧИВАЕТСЯ НА ЗАВЕРШАЮЩЕМ ЭТАПЕ

Последние инновации в области аккумуляторных технологий для электромобилей, а также в области производства аккумуляторов и управлении ими могут изменить правила игры как в коммерческом, так и в потребительском сегменте. Этап производства и последний этап перед выпуском аккумуляторов – формовка и испытание аккумуляторных батарей – имеют решающее значение для обеспечения максимального КПД. Формовка – это гарантия того, что аккумуляторные элементы изготовлены с максимальной емкостью и максимальной надежностью, которая будет поддерживаться на протяжении всего их срока эксплуатации. А для производителей аккумуляторов и поставщиков оборудования увеличение масштабов и эффективности производства электромобилей является ключом к расширению своих возможностей на рынке электромобилей.

«Мы продаем продукты для аккумуляторов, используемые на всех этапах их жизненного цикла, от формовки до использования в качестве не автомобильного источника питания. Во время формовки наши продукты контролируют прецизионное оборудование, которое формирует аккумуляторные элементы. Этот этап рождения элемента имеет решающее значение в плане определения срока службы батареи» – пояснил Морган.

ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЛУЧШИХ УСЛОВИЙ ЭКСПЛУАТАЦИИ БАТАРЕЙ

В отличие от одного элемента аккумулирования энергии, такого как топливный бак, батарея электромобиля состоит из сотен или тысяч отдельных аккумуляторных элементов, работающих вместе. По мере того, как энергия поступает в аккумуляторную батарею или вырабатывается ею, необходимо обеспечить управление аккумуляторными элементами с гарантированной точностью, чтобы полезная емкость батареи была максимальной в течение всего срока эксплуатации автомобиля даже в самых суровых условиях, в том числе при экстремальных температурах и в условиях окружающей среды с магнитными и электрическими помехами. Кроме того, для обеспечения безопасности электроника с самого начала должна разрабатываться очень тщательно, чтобы она полностью соответствовала всем строгим мировым стандартам безопасности, которые постоянно совершенствуются. Эти стандарты не ограничиваются простым соответствием ASIL-D, они требуют разработки инновационных функциональных архитектур батарей.

В этом случае и будут полезны системы управления предназначенными для электромобилей литий-ионными аккумуляторами компании Analog Devices, которые непрерывно измеряют напряжение каждого аккумуляторного элемента, благодаря чему увеличивается запас хода и КПД батареи, а также обеспечивается максимальная безопасность. Измерение состояния заряда с высокой точностью дает автопроизводителям и производителям автомобильных комплектующих возможность безопасно максимизировать КПД батареи. Как сказал Морган: «Наши продукты обеспечивают лучшую в мире точность измерения заряда, гарантированную на протяжении всего срока эксплуатации автомобиля, что позволяет быстро и безопасно заряжать и полностью разряжать аккумулятор, а также они обеспечивают максимальный запас хода автомобиля на одном заряде».

БАТАРЕЯ С ВЫСОКИМ КПД

Максимизация емкости батареи для увеличения запаса хода и повышение ее КПД являются важнейшими факторами, обеспечивающими распространение электромобилей. Более умные и точные системы управления батареями уже позволяют автопроизводителям и производителям автомобильных комплектующих увеличить запас хода электромобилей.

УВЕЛИЧЕНИЕ ЗАПАСА ХОДА С АККУМУЛЯТОРАМИ ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙ

Blue bar graph using batteries for the bars depicting mileage increase in ev batteries from 2011 to 2019
Поскольку системы управления аккумуляторами и в дальнейшем будут стремиться максимизировать КПД батарей, в связи с этим батареи электромобилей будут обеспечивать как увеличенный запас хода, так и питание всех датчиков автопилотируемых транспортных средств.

СНИЖАЯ СЛОЖНОСТЬ СИСТЕМЫ

Новые беспроводные системы управления батареями способны кардинально изменить отрасль. Созданная на основе существующих компонентов проводной системы управления батареями (BMS), беспроводная система (WBMS), недавно разработанная Analog Devices, устраняет необходимость использования проводов, которые соединяют аккумуляторные элементы друг с другом, что позволяет сэкономить время на проектирование и средства на разработку, а также устранить связанные с проводкой механические сложности. Эти беспроводные системы также позволяют сделать аккумуляторную батарею высокомодульной и масштабируемой, чтобы ее можно было использовать в различных конструкциях автомобилей. Помимо этого, так как каждый модуль батареи является беспроводным, данные можно получать и сохранять с момента формовки и в течение всего времени хранения, сборки и использования батареи в транспортном средстве, благодаря чему можно производить расчеты состояния аккумуляторной батареи, которые покажут ее остаточную емкость. Это снижает стоимость батареи и обеспечивает более эффективное вторичное использование, например, при хранении, переработке или в других случаях, снижая общие затраты для производителя и владельца транспортного средства и минимизируя негативное воздействие на окружающую среду.

МАШИНА НА ЗАМЕНУ: ВТОРАЯ ЖИЗНЬ ДЛЯ БАТАРЕИ

Более широкое распространение электромобилей окажет существенное влияние на окружающую среду. По данным Analog Devices, в 2019 году автомобили с технологией BMS компании позволили сократить выбросы углекислого газа до 75 миллионов тонн в год, что эквивалентно поглощению углекислого газа 80 миллионами акров спелого леса. Этого удалось добиться благодаря обеспечению работы без двигателя внутреннего сгорания с использованием сверхточного процесса измерения эффективности аккумуляторной батареи.

Но это еще не все, что касается технологии для электромобильных аккумуляторных батарей – она также дает батарее вторую жизнь. Батареи бывших в использовании электромобилей не изнашиваются, если в течение срока эксплуатации осуществлялось оптимальное управление аккумуляторными элементами. Повторное использование аккумуляторных батарей электромобилей в решениях для хранения энергии может стать ключевым фактором в обеспечении электроэнергией населения, не имеющего доступа к электросети. Здесь нужно учесть, что 940 миллионов человек (13% населения мира) не имеют доступа к электроэнергии, а еще 3 миллиарда человек (40% населения мира) не имеют доступа к чистому топливу для приготовления пищи, в связи с этим становится ясна потребность в таких локальных и внесетевых решениях для электроснабжения1.

Доступ к электричеству с помощью подобных энергоносителей изменит многое в жизни людей в соответствии с принципом домино. Устранение потребности в небезопасном топливе для приготовления пищи улучшит качество воздуха в помещении и, следовательно, повысит уровень здоровья людей. Такое электричество может питать системы освещения, чтобы дети могли учиться после наступления темноты. Также может получить питание оборудование для подачи чистой воды и очистки сточных вод. Кроме того, может быть обеспечена цифровая связь через доступ в Интернет. Таким образом, повторное использование аккумуляторной батареи может дать серьезный толчок экономическому развитию, что ранее считалось невозможным.

Gina Acquilano

«Беспроводные системы управления аккумуляторными батареями могут собирать и хранить данные начиная
с момента формовки
аккумуляторного элемента и далее
в процессе хранения, сборки и
использования транспортного
средства. Эти данные можно
использовать для определения
остаточной стоимости
аккумуляторных модулей, что
позволит использовать их
вторично в системах накопления
энергии и в рамках других
случаев применения». 

Джина Аквилано

Директор департамента автомобильных технологий | Analog Devices

«Беспроводные системы управления батареями могут получать и хранить данные с момента формовки батареи и в течение всего времени хранения, сборки и использования батареи в транспортном средстве. Эти данные могут использоваться для определения остаточной емкости аккумуляторных модулей, что позволяет повторно использовать их в системах накопления энергии и для других задач» – сказал Морган.

ADI wireless battery management systems solution diagram

ОПЫТ, ОСНОВАННЫЙ НА РАЗРАБОТКЕ ПРОДУКТОВ ДЛЯ БЕНЗИНОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Двадцать лет назад компания Analog Devices впервые представила на автомобильном рынке прецизионные решения для измерения характеристик питания и других параметров. Президент и главный исполнительный директор Analog Devices Винсент Рош хорошо понимает, что многолетний опыт компании по созданию функциональных компонентов для обычных автомобилей с двигателями внутреннего сгорания играет важную роль в успешной разработке технологии управления аккумуляторными батареями для электромобилей. «Мы объединяем наши кремниевые решения со все более сложной математикой, чтобы иметь точную информацию о процессах реального мира, и этот подход мы применяем также в наших системах управления батареями, в сфере которых инновационных изменений становится на порядки больше каждые несколько лет» – сказал Рош.


1 Источник: Веб-сайт: Ричи, Х. Розер, М. Доступ к энергии, ourworldindata.org, по состоянию на 07.03.20.