帳號:
密碼:
CTIMES / 文章 /   
汽車電氣化潮流不可逆 電池管理技術跟上腳步
電動車發展核心

【作者: 王岫晨】   2022年03月22日 星期二

瀏覽人次:【1515】
  


近日俄烏衝突升溫,除了天然氣及原油大漲,也可能衝擊包括鋁、鎳、銅等在內的有色金屬供應。據TrendForce表示,鎳作為電動車動力電池製造的上游關鍵原料,在動力電池中主要用於三元正極材料的製造,2021年全球鎳礦產量約為270萬金屬噸,主要來自印尼、菲律賓和俄羅斯,其中俄羅斯鎳礦產量佔據全球總產量約9%(包括了低、中、高品位?),位居第三名。


目前新能源汽車市場滲透率正處於加速階段,且三元動力電池佔據了近一半的市場份額,意即車用動力電池所需的上游原料鎳需求將愈加旺盛,儘管現階段俄羅斯的鎳產品出口暫不受影響,然若俄烏關係持續惡化,短期內恐影響全球鎳供應,推升鎳價上漲,並進一步拉升終端如電動車產業的成本壓力。


此外,隨著新能源汽車產銷量的爆發,動力電池裝機量也出現高速成長,進而促使電池材料的需求水漲船高。其中,正極材料作為動力電池需求最大的一類原材料,其出貨量受益於新能源汽車的拉動而快速提升,預估2025年全球動力電池對正極材料的需求量將有望突破215萬噸。


電動車普及轉捩點


圖一 :  發展電動車面臨的挑戰,在於找到讓電動汽車更有利可圖的途徑。
圖一 : 發展電動車面臨的挑戰,在於找到讓電動汽車更有利可圖的途徑。

隨著全球正在經歷著巨大的社會變革,過去幾年間塑造汽車產業發展的大趨勢正變得更加重要。各國政府為了解決污染問題,以及消費者對更綠色、更乾淨和更安全的未來生活的期盼,全球都正在重新定義能源產業的目標,並加速推動電動汽車市場的發展。而目前看起來,電動車的發展已經如火如荼展開,反而是充電基礎設施成為電動車能不能普及的關鍵點。


目前發展電動車面臨的挑戰在於找到讓電動汽車更有利可圖的途徑。這裡的癥結點在於,鋰離子電池組的尺寸、成本,以及消費者對單次充電後,續航里程的接受程度之間的平衡。因此,鋰離子電池組的單位成本和製造能力,已經成為電動汽車市場擴張的核心。


鋰離子電池

鋰離子電池組的單位成本和製造能力,已經成為電動汽車市場擴張的核心。

鋰離子電池是電動車、混合動力車和插電式混合動力汽車的電力來源,而其中,用來保護數百個電池的電池監控系統非常重要。我們知道各種電動汽車都必須配備電池組,以提供驅動相關牽引電機所需要的電力。這樣的電池組,根據對象是電動車(EV)、混合動力電動汽車(HEV),或者是插電式混合動力汽車(PHEV),其所需的電壓可能從200V到400V左右的範圍內。為了提供所需的電壓和電流,目前最主流的選擇是鋰離子(Li-ion)可充電電池。


鋰離子電池比傳統使用的鎳氫電池,具有更優質的能量重量比。此外,鋰離子電池在多個充放電的循環中,也提供了更有效率的儲存容量,並且在不使用時,發生的電荷洩漏更少。與在某些高壓應用中所使用的鎳氫電池不同之處在於,使用鋰離子技術的電池組,可以透過更少的單一電池來產生達到數百伏特的電壓。然而,使用鋰離子電池也有其挑戰。例如必須對每個電池進行適當的監控與平衡,來確保使用過程的安全、提高電池性能,並延長電池壽命。


保護和監控鋰離子是有其必要的,因為鋰離子電池曾經有過在相對低壓的筆記型電腦中,遇到峰值電壓而過熱著火的案例。在電動汽車這種較高的工作電壓下,發生類似這種狀況的故障會導致災難性的結果。儘管電池製造的品質稍有提升,然而在任何電動車的汽車應用中,防止更高的溫度和故障條件,對於行車的安全性與可靠性仍然相當重要。


在鋰離子電池組中,每個電池會產生3.0V至3.9V的電壓,這取決於其充電與放電的狀態而定。將100個電池串聯起來,使總電池組電壓達到數百伏的情況非常常見。這些電池管理系統中的電池,再為驅動其交流感應電機的直流-交流轉換器進行供電。使用高電池電壓,好處是可以降低平均電流,從而減少功率損耗,並允許使用更小直徑的電纜,進而可以降低整體車輛的重量。


電池管理系統(BMS)

電池管理系統(Battery Management System;BMS),是連接電動汽車最核心元件,也就是電池與整車的關鍵元件。一般來說,BMS是由一個主控單元和多個從屬單元所組成,從屬單元直接連接電池包(Battery Pack),進行採集電池的電壓、電流和溫度等,至於主控單元則透過CAN匯流排等通信等方式來管理多個從屬單元。



圖二 : 電池管理系統目的在於監控和調節電池充電和放電過程。(source:st.com)
圖二 : 電池管理系統目的在於監控和調節電池充電和放電過程。(source:st.com)

電池管理系統目的在於監控和調節電池充電和放電的過程。要監控的電池特性包括檢測電池類型、電壓、溫度、容量、充電狀態、功耗、剩餘工作時間、充電週期以及更多特性等。也因此,可以知道電池管理系統的任務是確保電池中剩餘能量的最佳利用。BMS系統也能保護電池免於深度放電、過壓,這是極快充電和極高放電電流的結果。在多電芯電池的應用案例中,電池管理系統還提供了電芯平衡功能,來針對不同電芯的充放電需求進行管理。


電動汽車電池管理系統的主要功能包括了以下幾個要項:


●電池保護,以防止在其安全操作區域之外進行操作。


●透過估計充電和放電期間的電池組充電狀態(SoC)和健康狀態(SoH)來監控電池。


●電池優化得益於電池平衡,可提高電池壽命和容量,進而優化混合動力(HEV)、插電式(PHEV)和純電動汽車(BEV)的行駛里程。


目前許多半導體大廠都推出了針對電動車鋰離子電池所開發的BMS系統。例如NXP便開發了一款6通道電源管理IC(PMIC)來進行鋰離子的電池控制。這款MC33772電池單元控制器適合用於混合動力電動汽車(HEV)、電動汽車(EV)等系統,具備差分電池電壓和電流的ADC轉換,以及庫侖計數和溫度測量等功能。MC33772電池控制器解決方案也支援汽車產業的ISO 26262 SafeAssure功能安全標準。


至於英飛凌也推出了一款專為鋰離子電池組設計的多通道電池監控和平衡 IC TLE9012DQU,適用於任何類型的MHEV、HEV、PHEV和BEV電動車、以及消費者的電動自行車BMS等。TLE9012DQU實現四個主要功能,包括電池電壓測量、溫度測量、電池平衡和與主電池控制器的隔離通信。TLE9012DQU也提供了必要的診斷工具以確保正常運行,從而保護電池周圍人員的安全。


意法半導體(ST)也針對汽車應用苛刻的設計要求,推出了電池管理系統解決方案,這是基於新型高度整合的電池管理IC L9963E,及其配套的隔離式收發器L9963T,這款解決方案能夠在單向或雙向鏈路配置中,提供對多達14節串聯電池的最高精度測量,並嵌入複雜的電池監控和診斷功能。它還符合嚴格的汽車安全完整性等級(ASIL) D合規性。這款方案也與ST的32位汽車MCU 系列、電源管理和系統基礎IC、VIPower智能開關、廣泛的保護元件,和用於數據記錄的汽車EEPROM一起,提供更為全面而靈活的解決方案,來支援汽車等級的電池管理系統。


結語

電動車的發展已經是不可逆的潮流。特別是在電動化與電氣化之後,加上自動化的自駕車演進,汽車整體已可視為是一個平台。而車商也持續改善功能、更新安全性,並提供創新服務。面對未來,軟體升級能力和硬體整合,對於電動汽車提升車輛效能,延長行駛里程,將會變得更為重要。


相關文章
數位及綠色雙軸轉型 淨零碳排擴大成效
打造快速又靈活的電動車充電網路
汽車整合太陽能電池技術商轉 鎖定四大目標
貳陸公司(II-VI)以購併、協議串接垂直供應鏈
「共好」策略下的成功契機
comments powered by Disqus
相關討論
  相關新品
mbed
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Arduino
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
Raspberry Pi
原廠/品牌:RS
供應商:RS
產品類別:PC Board
  相關新聞
» 第二季液晶監視器面板出貨量季減11.3% 下半年需求疲弱
» 急重症醫療照護添輔具 顱內壓監測器7月起納入健保
» 意法半導體和Sensory合作 以軟體生態系推動嵌入式聲控應用
» AWS提出四大指導方針 成就數據驅動型企業
» GRL擴大台灣營業規模 納入無線測試服務助客戶解決相容性挑戰
  相關產品
» 艾邁斯歐司朗推出AS705x最小AFE系列 提供極大靈活性
» Synology推出DiskStation DS1522+ 滿足中小型組織儲存需求
» 儒卓力低功耗藍牙5.0 iVativ RENO 實現智慧應用設計靈活性
» HOLTEK推出1-shunt FOC BLDC SoC MCU--HT32F65532G
» CEVA擴展RivieraWaves UWB IP支援CCC Digital Key 3.0標準
  相關資源
» Power Management Solutions for Altera FPGAs


刊登廣告 新聞信箱 讀者信箱 著作權聲明 隱私權聲明 本站介紹

Copyright ©1999-2022 遠播資訊股份有限公司版權所有 Powered by O3
地址:台北市中山北路三段29號11樓 / 電話 (02)2585-5526 / E-Mail: webmaster@ctimes.com.tw