왜 새로운 에너지 차량 배터리가 남은 전력을 정확하게 표시할 수 없는가?
전기자동차의 급속한 발전으로 소비자들은 전기자동차의 범위에 큰 관심을 기울이기 시작했다. 일부 사용자는 심지어 마일리지 불안, 그것은 밖으로 실행 될 때 휴대 전화 배터리의 갑작스런 종료와 유사한 현상의 두려움에 대 한. 오늘, 우리는 자동차 배터리 전원의 정확한 측정의 어려움과 대처 방법에 대해 자세히 이야기 하자.
전기자동차의 배터리 수위 측정에 어려움
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먼저 어려움에 대해 이야기해 보시나요? 전기 자동차 배터리 전력의 정확한 측정에 관련된 요인은 다음과 같습니다.
1. 전기 자동차 전원 배터리 재료는 다양합니다.
정확도는 전기 자동차 배터리 연료 측정의 중요한 특징입니다. 전기 자동차의 전원 배터리 재료는 다양합니다. 리튬 철 인산염 LiFePO4 배터리(빨간 곡선), 리튬 코발트 산화물 배터리 LiCoO2 배터리(블루 커브), 3요소 NMC 배터리(블랙 커브)와 같은 새로운 화학 물질 배터리를 포함하였습니다. 배터리 연료 측정에 대한 요구 사항이 다릅니다. 리튬 철 인산염 LiFePO4 배터리의 경우 방전 곡선이 평평하며 셀 전압 측정의 정확도가 중요합니다. 과충전 및 방전을 방지하기 위해 배터리 셀은 전체 용량의 20 %에서 90 % 사이에 보관해야합니다. 85kWh 배터리에서 일반 주행에 사용할 수 있는 용량은 60.9kWh에 불과합니다. 안전한 배터리 작동을 계속하려면 측정 오차가 5%인 경우 배터리 용량을 25%에서 85% 사이로 유지해야 합니다. 총 사용 가능한 용량이 70%에서 60%로 감소했습니다.
전기 자동차 전원 배터리 안전 사용 가능한 전원 범위
2. 전기 자동차의 사용 환경은 매우 가혹합니다.
전기차는 모헤로 가서 북쪽에서 영하 40도의 저온을 경험할 수 있으며, 서쪽의 후오얀 산으로 가서 영하 50도의 화상을 경험할 수 있습니다. 동시에 습도, 기계적 스트레스 및 15 년 이상의 서비스 수명은 휴대 전화 배터리와 매우 다른 전원 배터리에 대한 환경 허용 오차 요구 사항을 제시했습니다.
3. 전기 자동차 전원 배터리는 복잡한 구조의 배터리 팩입니다.
전기 자동차 배터리 팩 구조
전기 자동차 전원 배터리는 배터리 모듈 모듈을 형성하는 가장 기본적인 배터리 셀 셀로 구성되고 모듈 모듈은 배터리 팩 팩을 형성합니다. 휴대 전화는 단일 휴대 전화입니다. 전기 자동차 배터리는 일련의 연결된 여러 배터리로 구성됩니다. 일반적인 배터리 팩(96개의 셀이 연재됨)은 4.2V로 충전하면 총 400V 이상의 전압을 생성합니다. 배터리 팩에 셀이 많을수록 전압이 높아지면 됩니다. 모든 배터리의 충전 및 방전 전류는 동일하지만 각 배터리의 전압을 모니터링해야 합니다. 고출력 자동차 시스템에 필요한 많은 수의 배터리를 수용하기 위해 여러 개의 배터리는 일반적으로 여러 모듈로 분할되어 차량의 사용 가능한 전체 공간에 배치됩니다. 일반적인 모듈에는 10~24개의 배터리가 있으며 여러 차량 플랫폼에 맞게 다양한 구성으로 조립할 수 있습니다. 모듈식 설계는 대형 배터리 팩의 기초로 사용할 수 있습니다. 이를 통해 배터리 부품을 더 넓은 영역에 배치하여 공간을 보다 효율적으로 사용할 수 있습니다.
배터리 팩의 버킷 효과
동시에, 전원 배터리는 여러 셀로 구성되어 있기 때문에, 가장 약한 셀은 전체 배터리 팩의 성능을 제한한다. 버킷 효과라고도 합니다. 전체 전력은 가장 약한 셀의 힘에 의해 제한됩니다. 과충전 또는 과다 방전은 해당 셀을 손상시게 됩니다.
배터리 측정 기술의 개선으로 전기 자동차 배터리 전력의 정확한 측정
전기 자동차의 배터리 수준을 측정하는 어려움에 대해 이야기 한 후 솔루션에 대해 이야기해 봅시다. 실제로 배터리 측정 기술이 급속히 개선되면서 전기자동차의 배터리 전력을 정확하게 측정하는 데 도움이 되고 있습니다. 이는 현재 전기자동차 개발의 최우선 과제이기도 하다. 핵심 기술 중 하나는 배터리 관리 시스템 BMS입니다.
배터리 관리 시스템 BMS 응용 프로그램 블록 다이어그램
배터리 관리 시스템 BMS 응용 프로그램 블록 다이어그램은 96개의 셀이 있는 일반적인 배터리 팩을 보여 주며, 각각 12개의 배터리 셀이 있는 8개의 모듈로 나뉩니다. 이 예에서 배터리 모니터 IC는 12개의 배터리를 측정할 수 있는 LTC6811입니다. IC는 0 V ~ 5V의 배터리 측정 범위를 가지고 있으며 대부분의 배터리 화학 응용 제품에 적합합니다. 여러 장치를 연재하여 긴 고전압 배터리 팩을 동시에 모니터링할 수 있습니다. 이 장치에는 각 셀의 수동 균형이 포함됩니다. 데이터는 격리 장벽의 양쪽에서 교환되고 SOC 계산, 배터리 잔고 제어, SOH 확인 및 전체 시스템을 안전한 한계 내에서 유지하는 시스템 컨트롤러에 의해 컴파일됩니다.
배터리 관리 시스템: 완전한 신호 체인
높은 셀 측정 정확도로 사용 가능한 전력 범위를 확장합니다.
셀 전압 측정 정확도 및 배터리 전원 범위
BMS 기술은 배터리 팩 의 뒤에 있는 "두뇌"로서 전력 출력, 충전 및 방전을 관리하며 차량 작동 시 정확한 측정을 제공합니다. 배터리 셀 전압 측정 정확도가 높을수록 사용 가능한 배터리 전원 범위를 확장할 수 있습니다. 정확도가 1%로 증가하는 경우(리튬 철 인산염 LiFePO4 배터리의 경우 1mV의 측정 오차는 SOC 오류 1%와 동일하며, 배터리는 전체 용량의 21%에서 89% 사이로 작동할 수 있으며, 8% 증가합니다. 동일한 배터리와 보다 정확한 BMS를 사용하면 충전당 차량의 마일리지가 증가할 수 있습니다.
아날로그 장치 ADI를 예로 들어, BMS 배터리 관리 시스템 배터리 주요 모니터링 IC 제품은 4세대로 반복되었습니다. 12개 이상의 셀 채널의 전압과 온도를 1.2mV보다 정확도로 고정밀으로 모니터링할 수 있습니다.
2. 가혹한 환경 문제에 대처하기 위한 정확한 제너 레퍼런스 소스
↑BMS IC 내부 블록 다이어그램
BMS 회로 설계자는 일반적으로 데이터 시트의 사양에 따라 배터리 측정 회로의 정확도를 추정합니다. 사실, 실제 응용 프로그램의 다른 효과는 일반적으로 측정 오류를 지배합니다. 측정 정확도에 영향을 미치는 요인은 다음과 같습니다.
PCB 어셈블리 응력
습도
온도 드리프트
장기 드리프트
우수한 성능을 제공하기 위해 사운드 기술은 이러한 모든 요소를 고려해야 합니다. IC의 측정 정확도는 주로 기준 전압 기준에 의해 제한됩니다. 기준 전압은 기계적 응력에 매우 민감합니다. PCB 납땜 중 열 사이클링은 실리콘 응력생성을 생성할 수 있습니다. 패키지가 수분을 흡수하기 때문에 습도는 실리콘 스트레스의 또 다른 원인입니다. 실리콘 응력은 시간이 지남에 따라 완화되어 기준 전압의 장기 드리프트로 이어질 수 있습니다.
↑정확도는 PCB 조립 응력(왼쪽 위), 습도(오른쪽 위), 온도 드리프트(왼쪽 아래) 및 장기 드리프트(오른쪽 아래)의 영향을 받습니다.
LTC68xx 계열은 실험실급 제너 다이오드 레퍼런스 전압 소스를 사용하며, 이는 ADI가 30년 이상 지속적으로 개선된 기술입니다. 매장된 제너 다이오드는 오염물질과 산화물 층의 영향에서 벗어나 실리콘 표면 아래에 접합을 배치합니다. 그 결과 Zener 다이오드는 장기적인 안정성, 낮은 잡음 및 비교적 정확한 초기 허용 오차를 가지고 있습니다. 드리프트는 -40°C ~ +125°C의 전체 자동차 온도 범위에서 1mV 미만입니다. 시간이 지남에 따라 Zener 다이오드 기준 전압 소스는 대역 갭 기준 전압 소스보다 적어도 5배 높은 안정성이 향상됩니다. 유사한 습도 및 PCB 어셈블리 응력 테스트는 매장된 Zener 다이오드의 성능이 대역 갭 기준 전압 소스보다 더 낫다는 것을 보여줍니다.
3. 셀 밸런스가 버킷 효과를 깨뜨립니다.
↑출혈 저항성이 있는 패시브 배터리 밸러저
BMS는 또한 배터리 손상을 방지하기 위한 중요한 보호 조치를 제공합니다. 배터리 팩은 차량에 최대 출력을 제공하기 위해 원활하게 협력하는 여러 그룹의 독립적인 배터리 셀로 구성됩니다. 배터리 셀의 균형을 잃으면 스트레스의 영향을 받아 충전이 조기에 종료되어 전체 배터리 수명이 단축됩니다.
수동 균형은 배터리 팩의 각 장치의 용량을 가장 약한 장치와 거의 동일합니다. 충전 주기 동안 비교적 낮은 전류를 사용하고 모든 배터리 셀이 최대 SoC로 충전되도록 높은 SoC 배터리에서 소량의 에너지를 소비합니다. 이는 각 배터리 셀과 병렬로 연결된 스위치 및 출혈 저항기를 통해 달성됩니다. 높은 SoC 배터리가 방전(저항에서 전원이 소멸됨) 모든 배터리 셀이 완전히 충전될 때까지 충전이 계속될 수 있습니다.
↑사용 가능한 전원과 전원 배터리 낭비의 관계
또한 배터리 측정 기술의 개선은 사용 가능한 전력 범위, 가혹한 환경 문제를 처리하는 정확한 Zener 기준 소스, 버킷 효과를 깨기 위한 셀 밸런싱을 확대하여 전기 자동차 배터리 전력의 정확한 측정을 용이하게 합니다. 그것은 합리적인 가격에 진짜 음료를 떠나, 맥주의 상단에 거품을 최소화와 동일합니다. 미래의 전기 자동차 배터리 기술은 확실히 더 정확하고 스마트 할 것입니다. 따라서 사용자의 마일리지 불안을 제거하여 소비자가 편안하게 여행할 수 있도록 합니다.