Безопасность электромобилей опирается на передовые системы управления батареями

Быстрое расширение рынка электросамокатов и других маломощных электромобилей (EV) меняет облик городской мобильности, но также требует более изощренных систем управления батареями (BMS) для обеспечения безопасности водителей и надежности транспортных средств.

В то время как высокоскоростные электромобили — автомобили, грузовики и внедорожники — доминируют в новостях, сегмент низких и средних скоростей — электросамокаты, электроскутеры, электролонгборды и квадроциклы — переживает бум благодаря более долговечным и легким батарейным блокам. По отчету Global Market Insights, рынок электроскутеров и электросамокатов оценивался в 30 млрд долларов в 2019 году и прогнозируется рост с CAGR более 4% до 40 млрд долларов к 2026 году.

Эволюция химий: от свинцово-кислотных к литийным

Исторически многие малые электромобили и электросамокаты питались свинцово-кислотными (PbA) батареями. Однако стремление к более легким, экологичным и безопасным химиям ускорило переход на литийные решения — Li-ion и LiFePO₄ — особенно в легких электромобилях (LEV). Эти химии обеспечивают более высокую удельную энергию, сниженный вес и повышенную безопасность, что делает электросамокаты и скутеры более маневренными и отзывчивыми.

В Китае стандарт GB 17761‑2018 был официально принят в апреле 2019 года для охвата комплексной безопасности велосипедов, включая электронные компоненты. Индия и другие рынки разрабатывают аналогичные стандарты, устанавливающие лимиты на регистрацию электросамокатов — ограничение скорости 25 км/ч, обязательное использование литийных батарей и наличие педалей — для повышения безопасности водителей.

Глядя в будущее с летающими машинами и ховербордами, литийные батареи станут отраслевым стандартом. Обеспечение их безопасной эксплуатации поэтому критически важно, и надежный мониторинг батареи является ключевым фактором.

Мониторинг с целью

Решение для мониторинга батареи, предоставляющее данные в реальном времени о напряжении ячеек, токе и температуре, дает уверенность, необходимую для проектирования более безопасных и емких батарейных блоков. Точный сенсинг позволяет системе запускать защитные действия — такие как отключение заряда или разряда — до того, как параметры превысят безопасные пределы.

Критическая роль температуры

Температура — ключевой фактор. При температурах ниже 5 °C литийные батареи теряют производительность и могут быть заблокированы для работы или зарядки. Выше 45 °C зарядка ограничивается для предотвращения перегрева, а разряд ограничивается при дальнейшем росте температуры. Эти лимиты помогают предотвратить термический разгон — состояние, способное вызвать разбухание или даже взрыв батареи.

Например, мониторы BQ76942 и BQ76952 от Texas Instruments отслеживают внутреннюю температуру кристалла и показания внешних термисторов. Их интегрированные функции термозащиты автоматически отключают зарядку или разрядку при обнаружении экстремальных значений.

Помимо температуры, мониторинг напряжения и тока обеспечивает тонкий контроль состояния батареи. Если напряжение холостого хода ячейки превышает номинальное зарядное напряжение, монитор фиксирует перезаряд и останавливает дальнейший заряд, рассеивая избыточную энергию в виде тепла. Аналогично, перетоковые условия срабатывают защитные ключевые транзисторы для защиты блока.

Комбинируя точные данные о напряжении, токе и температуре, разработчики получают инсайты для оптимизации энергоэффективности, продления цикла жизни и гарантии безопасности водителей.

Перспективы будущего

Выбор решения для мониторинга батареи, приоритизирующего безопасность и долговечность, должен стать стандартной практикой проектирования для всех производителей электросамокатов. Передовые системы мониторинга в сочетании с усовершенствованными производственными процессами не только повысят безопасность, но и усилют экологические преимущества электрического транспорта.

Нам, возможно, не понадобятся дороги в будущем, но нам точно понадобятся батареи, которые безопасны, надежны и эффективны.

Дополнительные ресурсы:

• Поколение мониторов батарей нового поколения: как улучшить безопасность, точность и продлить время работы
• Повышение точности измерения температуры в системах мониторинга батарей
• Повышение точности измерения напряжения в системах мониторинга батарей
• Сомневаетесь в точности вашего монитора батареи? Улучшите безопасность и точность с этими советами

– Викрам Сундарам, инженер по продуктовому маркетингу, Texas Instruments.

>> Эта статья изначально публиковалась на нашем партнерском сайте EE Times.

Связанные материалы:

• Успех электромобилей зависит от лучших батарей и умной зарядки
• Растущая потребность в точном измерении энергии постоянного тока
• Референсная платформа поддерживает системы питания EV
• Новые решения усиливают управление питанием электромобилей
• Оценка срока службы литий-ионных батарей для имплантируемых медицинских устройств
• Использование анализа потребления для оптимизации автономности батарей в IoT

Для получения дополнительных материалов Embedded подпишитесь на еженедельную рассылку.