锂电池定制16年-动力锂电池系统解决方案商

 

近年来，电动两轮车市场迎来了新的发展热潮。锂电池替代铅酸也是一种趋势。然而，锂电池的安全性不如铅酸电池。

因此，需要严格的电池管理系统（电池管理系统，BMS）来监测和保护锂电池。本文将介绍几种常见的电动自行车 BMS架构，以及不同架构的优缺点及其使用场景。

 

电动自行车BMS架构

图1显示了一个典型的电动自行车BMS架构。它通常由电池、模拟前端、二级保护、主控制等组成。

 

 

采用AFE控制MOS开关，二次保护芯片控制三端FUSE熔断，实现双重保护，真正意义上的双重保护。合格的电动自行车BMS可以通过各种功能安全认证。

 

电动自行车BMS架构类型

高端串行架构

高端系列架构如图2所示。CFET和DFET都放置在高侧并串联，因此称为高侧串联架构。

 

 

优势分析：

1） BMS无需与外部通信隔离，均参考电池组-作为参考接地。2）电池组-不存在短路浪涌影响问题。

3） BMS驱动电路不存在耐压问题，并且pack-始终与B-处于相同电位。

 

缺点分析：

如果NMOS用于高侧控制，则需要升压电路来导通NMOS，并且gs+B+的驱动电压可以驱动NMOS导通。

这将增加升压电路的成本。如果使用PMOS电路，则控制相对简单，并且PMOS的成本大于NMOS的成本。

 

高端并行架构

高端并行架构如图3所示。CFET和DFET都放置在高侧并并联，因此被称为高侧并联架构。

 

 

优势分析：

降低了充放电等时接口解决方案的成本，充电MOS的选择是指充电电流，而放电MOS的选择则是指放电电流。成本会更低

缺点分析：

它无法防止某些错误操作。在充电口和放电口充电会对电池造成致命损坏。

 

低端串联架构

低端系列架构如图4所示。CFET和DFET都放置在低侧并串联，因此称为低侧串联架构。

 

 

优势分析：

目前使用最广泛的ebike BMS解决方案，具有低成本和简单的驱动控制。

缺点分析：

当B-和P-关闭时，有必要处理它们之间潜在的不一致性所引起的各种问题。

 

低端并行架构

低端并行体系结构如图5所示。CFET和DFET都放置在低侧并并联，因此称为低侧并联架构。

 

 

优势分析：

降低了充电和放电等时界面解决方案的成本。充电MOS的选择是指充电电流，而放电MOS的选择则是指放电电流。成本会更低。

缺点分析：

它无法防止某些错误操作。在充电口和放电口充电会对电池造成致命损坏。

 

选择合适的电动自行车BMS架构

上述四种电动自行车BMS架构的主要区别在于两点：一是CFET和DFET是放在高端还是低端；另一个区别是CFET和DFET是串联连接还是并联连接。

根据不同的应用场合，应选择合适的电动自行车BMS架构。以下介绍了选择不同电动自行车BMS架构时的主要注意事项。

 

高端或低端

低端解决方案目前是一种相对成熟且易于实施的解决方案，大多数两轮车也是基于低端解决方案设计的。同时，目前大多数模拟前端也集成了低端驱动功能。

然而，低侧保护方案有一个缺点：当CFET和DFET关闭时，一旦触发保护以关闭充放电FET，电池侧和系统侧就无法再实现直接通信。

 

 

与低侧保护方案相比，即使在触发保护后，电池组和系统侧仍然是公共接地。

因此，在不增加孤立通信的情况下，仍然可以实现相互通信。并在触发保护后断开蓄电池的正极端子，系统更加安全。

 

串联或并联

串联架构的充电端口和放电端口共用一个端口，但缺点是CFET和DFET的数量需要根据充电和放电电流的最大值来选择。

如果充电电流和放电电流之间的差相对较大，例如，普通电动汽车锂电池组的充电电流小于放电电流，并且如果选择串联结构，则需要选择比实际需要更多的CFET，从而导致不必要的浪费。

与串联架构相比，并联架构可以根据实际充放电电流需求选择CFET和DFET的数量和类型。

缺点是需要考虑反向电流，例如通过DFET的体二极管流到电池芯。

为了阻断这些电流路径，需要额外的电路辅助。此外，并行架构需要一条额外的电源线和一个额外的端口，这不适合某些场合。

 

其他ebike BMS架构

除了根据CFET和DFET的位置进行上述分类外，ebike BMS架构还可以根据模拟前端的数量、是否有MCU等进行分类。

 

级联架构

根据模拟前端的数量，电动自行车BMS可以分为级联架构和非级联架构。

目前主流的电动自行车 BMS，如电动自行车、踏板车和自平衡车，通常使用10S、14S或16S电池组，BQ769x2可以支持它们。因此，对于目前主流的电动自行车BMS，可以使用上述单一AFE解决方案。

图2~图5均为非级联架构。然而，对于一些需要相对大功率的应用，例如电动轻型摩托车或电动摩托车，电压通常高于60V。

需要使用高于16串的电池组才能获得更大的功率，单个BQ76952不足以支持。需要使用两个芯片级联使用，即采用级联电动自行车BMS架构。

 

独立架构

根据MCU的存在与否，电动自行车BMS可分为独立架构和非独立架构。图2~图5都使用MCU，所以它们都是非独立的架构。

在图7中，AFE独立于MCU工作，因此它是一个独立的体系结构。当BQ769x2在独立模式下工作时，它仍然可以监测电池状态并控制充电和放电FET。

 

 

当保护条件被触发时，FET被自动控制为关断以实现保护，并且当保护条件解除时，FETs被自动恢复为导通。

独立电动自行车 BMS架构的优点是可以节省一个MCU，适用于成本要求严格的应用。然而，由于缺乏MCU，灵活性有所损失。用户需要根据实际需求选择独立或非独立的电动自行车 BMS架构。

 

总结

随着电池交换模型变得更加复杂，用户可以期待电动自行车电池管理系统（BMS）在不久的将来变得更加高效和划算。更先进的BMS技术的发展也将延长电池寿命、提高性能和提高安全性。