Новая система управления аккумулятором может увеличить запас хода электромобиля на 20 процентов.

Джонатан М. Гитлин — 4 января 2023 г., 15:30 UTC

Одним из наиболее интересных событий, произошедших в электромобилях за последние несколько лет, стала разработка литий-железо-фосфатных элементов в качестве альтернативы более традиционным литий-ионным технологиям, в которых используются такие минералы, как никель, марганец и кобальт. Теперь новая система управления батареями, или BMS, может означать гораздо более точные прогнозы запаса хода для электромобилей с этими батареями.

Аккумуляторы LiFePO4, или LFP, до прошлого года были в основном прерогативой китайских производителей электромобилей благодаря серии эксклюзивных патентных лицензий, подписанных с исследователями из США и Канады, которые первыми разработали эту технологию. Но срок действия этих патентов истекает, и некитайские автопроизводители начинают использовать аккумуляторы LFP.

Элементы LFP не любят очень холодную погоду больше, чем эквивалентные элементы NMC или никель-кобальт-алюминиевые элементы, а также они хранят меньше энергии. Но этот последний момент на самом деле может быть преимуществом этой химии — нет опасности, что пакет LFP загорится или взорвется при столкновении, поэтому гораздо меньше необходимости окружать пакет тяжелой защитной оболочкой.

Это, в свою очередь, означает, что, хотя элементы имеют меньшую плотность энергии, плотность энергии на уровне упаковки фактически увеличивается, поскольку большая часть объема отдается элементам батареи, а не аварийным конструкциям. Батареи LFP также имеют более длительный срок службы, чем батареи NMC или NCA. В 2022 году элементы LFP были примерно на 20 процентов дешевле за кВтч, чем элементы NMC.

Поэтому неудивительно, что Tesla перешла на элементы LFP для многих автомобилей в 2021 году, а Ford добавит элементы LFP в Mustang Mach-E в этом году и пикап F-150 Lightning в 2024 году.

Чтобы получить максимальную выгоду от химического состава аккумуляторов LFP, компания Texas Instruments разработала новую систему BMS (как для аккумуляторных блоков, так и для элементов), которая гораздо более чувствительна, чем существующие системы. «В нашем предыдущем поколении мы можем снизить напряжение до 3,5 милливольт, и это современный уровень техники. Теперь, в этом последнем поколении, мы примерно в три с половиной раза лучше — 1 милливольт», — объяснил Сэм Вонг, который работает над BMS в TI.

Это необходимо из-за очень плоской кривой разряда элементов LFP. «Оно начнется с 4 В, потом упадет и останется очень ровным», — объяснил Марк Нг, менеджер по маркетингу электродвигателей в TI. «Когда уровень заряда составляет от 70 до 30 процентов, в этой области [кривая разряда] остается плоской, и именно здесь вам нужна точность в 1 милливольт. Потому что, если я не точен, я понятия не имею, правильно ли я У меня заряжено 70 или 40 процентов», — сказал мне Нг.

Эта погрешность может достигать 63 миль (100 км) для электромобиля с пробегом в 300 миль (483 км) по сравнению с BMS с точностью всего 10 мВ. Более точные BMS также приносят пользу химическим анализам NMC или NCA, хотя и в гораздо меньшей степени — погрешность увеличивается с шести миль для электромобиля на 300 миль до примерно полмили.

Новые системы BMS также обладают преимуществами функциональной безопасности, поскольку они соответствуют самому строгому стандарту автомобильной безопасности ASIL-D. «С помощью этого устройства мы можем дважды измерить напряжение, используя избыточность внутри чипа, чтобы сообщить системе, что что-то не так, если оно не согласуется друг с другом. Это почти похоже на систему голосования: «Я говорю» напряжение этой батареи 4 В, а на другой стороне написано 3 В. — Должно быть, с [батареей] что-то не так», — объяснил Нг.

Кроме того, новые BMS способны работать как с блоками питания 400 В, так и с 800 В, а также могут быть настроены по беспроводной сети — то, что General Motors уже внедрила для своего семейства блоков Ultium, используя более раннюю версию технологии TI, — что снижает потребность в медных кабелях. проводка в пакетах, что, в свою очередь, снижает стоимость и вес.