物联网在电动汽车BMS中的作用

2021-07-02

物联网在电动汽车BMS中的作用

众所周知，电动汽车或自动驾驶汽车由许多机械和电气部件组成。关键部分之一是电池管理系统 (BMS)。

如果你看一辆简单的电动汽车，它有一个电池、一个转换器和一个电机。但这还不是全部。我们需要持续监控和照顾整个系统，以防止出现任何异常。如果您在高速公路上高速驾驶车辆，您不希望因为电池负载过大而出现任何问题。

物联网基础

说到物联网，这个词并不新鲜。这是一种已经存在了几十年的技术的名字。物联网 (IoT) 描述了物理对象网络——“事物”——嵌入传感器、软件和其他技术，通过互联网与其他设备和系统连接并交换数据。

物联网一词是在 1999 年创造的，指的是传感器和软件在网络上的互连。此外，在这里我们可以控制连接的设备，并且可以在用户界面的帮助下收集和可视化相关数据。

物联网的主要组成部分

物联网的生命周期如下：-

收集：从传感器和各种其他设备收集数据。它们可以与家庭、车辆或制造工厂相关联。

通信：我们使用通信网关将数据发送到目的地（云平台）。WiFi、4G 和 5G 可以成为通信媒介。谷歌云、AWS、Azure 或个人数据中心是云平台的一些示例。

分析：没有信息，数据什么都不是。因此，应根据这些原始数据生成或创建信息。然后将煮熟的数据可视化，构建报告并可用于进行预测。

行动：基于提取的数据，可以描述进一步的行动。我们可以通过机器对机器 (M2M) 协议与其他设备通信或向相关人员发送通知（短信、电子邮件等）以纠正任何错误。

关于电动汽车 (EV)

大多数人认为像特斯拉这样的智能汽车只能归类为电动汽车。但事实并非如此。我们在印度拥有电动汽车已有很长时间了。我说的是火车；他们也是电动车。他们的发动机是基于牵引电机的。因此，EV 的中心部分可以是牵引电机、BLDC 电机或交流感应电机。

EV 的一些优点是：

减少对汽油、柴油或任何其他化石燃料的依赖

确保环境没有污染和噪音

配备可回收电池（锂离子）

降低所涉及的维护和运营成本

使用汽油或柴油汽车行驶 100 公里，您需要加注价值约 2000 卢比的燃料。但是您可以通过充电 3-4 小时在电动汽车中行驶相同的距离。相比之下，这成本更低，而且不会伤到你的口袋。

电动汽车的基本组件

电机：可以是交流感应电机或无刷直流（BLDC）电机。尽管关于哪个是最好的存在大量争论，但它们都有其优点和缺点。不同的公司使用不同类型的电机。例如，丰田使用交流感应电机，而大众则更喜欢 BLDC 电机。Tesla Model S 使用交流感应电机，而 Tesla Model 3 使用 BLDC 电机。

控制器：它是一种电子设备，用于控制汽车中的一切——从电池的功率输出到电机的功率要求。

充电器：充电器有两种；一个就像一个旅行充电器，可以插入家用电源插座。它通常很慢。另一个是超快速直流充电站，设置在高速公路或加油站上。

转换器/逆变器：它可以是 DC-DC 或 DC-AC，具体取决于电机类型（AC 或 DC）。

电池：由于低维护和高功率传输特性，锂离子或锂聚合物电池通常用于电动汽车。

电动汽车系统配置

三菱EV i-MiEV操作系统配置

从电源开始，给电池充电。它可以是常规充电，即车载充电或快速充电，大多数公司都安装在高速公路上。常规充电大约需要 7-8 小时才能从 0% 充电到 100%。但是安装在加油泵或高速公路上的快速充电器可以在 1-3 小时内从 0% 充电到 100%。

电池充电完成后，逆变器进行直流到交流或直流到直流的充电转换（取决于电机所需的电压或电流）。

变速器由变速箱和相关部件组成。之后，你就可以开车了。

另一件需要注意的事情是，大多数电动汽车都有再生制动器。每当电动汽车刹车时，它们就会借助摩擦来发电。所产生的电力用于在驾驶时为电池充电。

大多数电动汽车在汽车的底座（出于安全原因）而不是行李箱或前部装有电池。如果电池出现任何问题或爆炸，汽车和司机将是安全的。这就是 BMS 发挥关键作用的地方。

带物联网的电池管理系统 (BMS)

到目前为止，我们已经讨论了物联网和电动汽车的基础知识。在这里，我们将了解 BMS 在 EV 中的作用，以及通过将 IoT 和 AI 集成到 BMS 中，我们如何实现另一项技术进步。

BMS与IoT、AI的典型对接

多个传感器安装在 EV 的 BMS 中，以监测给定图中的电压、电流、温度和声学/振动。这些参数每瞬间收集一次。在智能汽车和电动汽车中，我们使用边缘智能系统，这减少了我们对云的依赖。大多数电动汽车都具有实时工作的嵌入式计算系统，可以自行执行基本操作。例如，X 估计状态，其中 X 代表充电状态 (SOC)、可用功率状态 (SOAP) 和健康状态 (SOH)。

另一方面，边缘智能采取的行动可以帮助限制某些异常，例如通过降低电机的功耗来限制最高温度。虽然这会使 EV 稍微慢一点，但电机不会消耗过多的功率并加热电池。边缘智能还可以控制充电状态 (SOC) 以最大化健康状态 (SOH)。

借助4G/5G，数据可以上云。具有强大计算能力的 GPU 可以计算数字健康或预测云上的剩余使用寿命。如果 BMS 发生异常，则可以向我们的手机或安装在 EV 中的任何仪表板应用程序发送通知。

基本上，创建了电动汽车或其每个部分（例如电池、电机、控制器）的数字孪生。并分析来自不同传感器的数据，以确保驾驶员、乘客和车辆本身的安全。

将 BMS 与 IoT 结合使用的好处包括：

汽车在云端或边缘的过程和功能的镜像框架

从汽车远程向维修工程师或车主/公司发送更新和维修通知，以便他们指导您完成复杂的维修要求

发生任何异常时启动系统警告

管理存储在电池中的能量和所需的充电量（智能充电）

SOX 估计

电池诊断

电池平衡

数据收集和处理

特斯拉和MG等大型汽车公司已经在汽车中安装了不同类型的传感器。因此，在更换电池时，您会收到电池已卸载/安装在汽车中的通知。此外，这些电池带有一个具有数字属性和身份的 ECU。

关于数据隐私的话题，电池由哪家公司提供并不重要。一般来说，汽车制造商的数据共享政策起着决定性的作用。假设一家特定的汽车公司想要与电池制造商共享数据。在这种情况下，后者是有利的，因为他们可以根据电池使用情况优化生产并节省大量时间和成本。

带走

电动汽车有望成为未来的潮流引领者。高效的 BMS 将在实现这一目标方面发挥关键作用。因此，必须考虑电池要求的各个方面以及物联网和人工智能等技术的集成可以提供什么好处。