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助力共享换电,基于GD32E230的智能锂电池BMS解决方案

发布时间:2022-03-18作者来源:萨科微浏览:863


据数据统计,中国市场拥有3亿辆两轮三轮电动车,2019年我国电动两轮车产量为3609万辆,销量为3464万辆,其中700万外卖人员和310万快递人员是电动车的重度使用者。随着2019年4月15日新国标正式实施,我国锂电两轮车销量达到680万辆,锂电池在我国两轮电动车渗透率达到18.8%,预计2023年锂电两轮车渗透率将达到53%。在两轮车行业中,锂电池替换铅酸电池的已经成为必然趋势,特别是市场上大量出现共享电动车和锂电池换电服务,进一步推动了对智能锂电池的大量需求。


电池管理系统

Battery Management System

BMS是针对电动车锂电池的管理系统。由于锂电池在大量生产时,难以掌握其品质,加之操作环境、老化、过充、过放等因素,电池效率、寿命变差,严重时可能导致起火燃烧等安全问题。近年来,城市两轮电动车充电起火事件频发,人们对电池续航能力以及电池安全性的需求持续增长,电池管理系统BMS日益受到重视,市场也将持续增量,预计2025年BMS国内市场将超过500亿规模。


   

数据来源:公开资料整理



共享电动车或换电用智能锂电池,对锂电池BMS有着特殊要求,BMS必须具备通讯功能,必须对锂电池的SOC进行精确计算,才能让平台或骑手了解可用电量,并作出相应的操作,这是大大有别于以前铅酸电池或者低端锂电池单纯依靠电压来估算电量的模式,这对BMS的产品研发和成本提出了巨大的挑战,既要锂电池BMS具有强大的功能,同时又要降低成本。兆易创新和锐祺智能携手创新性地解决了这一问题,基于GD32E230 MCU芯片推出了低成本、高性能的BMS解决方案,推动产业变革和发展。



BMS方案概述

 ✔  锐祺智能基于GD32E230 MCU芯片开发的BMS解决方案主要适用于16串锂电芯管理,可对锂电池组提供过充、过放、过流、过温、欠温及短路保护功能,还可提供充电过程中的电压均衡功能;可通过 RS485进行通信,与PC上位机、柜控等进行数据通信,可以通过上位机软件进行设备控制、校准以及数据监控。

 ✔  本解决方案配有 4G无线通讯模块,可将电池包监控信息上传监控后台。可进行高精度的GPS(兼容 GPS 和北斗)定位,可进行远程无线OTA升级。

 ✔  该方案通过基于芯片的底层开发、创新设计,极大的提升了方案产品的集成度,器件数量比市场上同类产品降低30%以上,Layout布板面积大大缩小,可以更加灵活的设计PCB尺寸,以适应锂电池PACK安装尺寸要求。



BMS方案系统框图

           


BMS方案技术参数表


项目

常规参数

备注

产品名称

电池管理系统BMS

以16串磷酸铁锂

电芯为例

产品型号

RK4640-4824-1.536KWh


_

额定容量

上海24000mAh

0.5C标准充电后0.2C标准放电, 25±2℃环境下

标称电压

51.2V

3.2V/CELL

标准充

电电压

57.6V

CC-CV 模式

标准充

电电流

10A

Ta= 25±3℃

最大充

电电流

13A

充电环境温度25±3℃

充满条件

使用57.6V / 10000mA(CC-CV)持续充电至充最高芯电芯3600MV

充电时间:大约2.5个小时

正常工作

放电电流

20A

CC-CV 模式

最大放

电电流

50A

客户系统控制器规格限制<40A

放电终

止电压

43.2V

当单颗电芯的电压降到2.7V时停止放电

静态功耗

≤ 2mA


_

工作温

度范围

充电: -5~60℃


_

放电: -20~60℃



BMS方案元件介绍


1

GD32E230 MCU在本方案中的功能

  • 符合IPMI V2.0规范

  • 符合VITA46.11规范

  • 支持HPM.1固件升级

  • 提供FRU和SDR编辑软件

  • 模拟输入电压、电流、温度等

  • 温度测量和有效载荷通信

  • 热插拔开关输入,LED和有效负载功率控制输出


2

GD32E230系列MCU主要规格

  • Cortex-M23@72MHz

  • Flash:16KB~64KB

  • SRAM:4KB/8KB

  • 多种通讯方式:I2C x2,SPI x2,UART x2

  • 高速高精度ADC,12bits ADCx1@2.6Msps,16通道

  • 高级定时器x1,可产生6路死区可调的互补PWM输出

  • 通用定时器x5

  • gFlash专利加密技术

  • 丰富的封装类型: LGA20/TSSOP20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

  • 供电电压:1.8V~3.6V

  • 工业级的工作温度范围:-40℃-+85℃

  • 工业级的ESD和EMC水平



 BMS方案电路板实物图

           


BMS方案特点

  • 工作温度:-40℃~+85℃;

  • 支持最大16串电芯;

  • 支持过压、欠压、过流、过温、低温、短路保护等;

  • 支持精准的SOC计量;

  • 支持均衡;

  • 支持485通信;

  • 支持4G通讯模块扩展接口,客户根据锂电池产品需求,可以实现4G通信和GPS定位功能;

  • 温度采样:电芯温度2路,MOS温度1路;


 ✔  本方案集成度高,成本低,具有极强的成本竞争优势。该方案采用行业最小的Layout布板面积,可以适应任何挑战性的锂电池PACK设计。同时兼容4G物联网接口设计,产品容易升级成物联网BMS。我们提供完整的参考设计方案、配置工具和生产工具,快速保证产品量产,大大降低产品研发投入。




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