隻有跳出專用IC方案 電池管理係統創新才可期待
發布時間:2016-11-28 責任編輯:wenwei
【導讀】電池管理專用IC的de出chu現xian和he發fa展zhan是shi和he鋰li電dian池chi應ying用yong過guo程cheng中zhong遇yu到dao的de種zhong種zhong問wen題ti息xi息xi相xiang關guan的de。最zui早zao是shi為wei了le解jie決jue鋰li電dian池chi的de過guo充chong過guo放fang而er設she計ji出chu了le單dan節jie電dian池chi的de充chong放fang電dian保bao護hu芯xin片pian,後hou來lai在zai鋰li電dian池chi多duo節jie串chuan聯lian應ying用yong中zhong又you發fa展zhan出chu應ying用yong於yu多duo串chuan的de芯xin片pian,這zhe時shi候hou就jiu成cheng為wei了le電dian池chi管guan理li芯xin片pian,主zhu要yao是shi對dui電池組中(zhong)的(de)每(mei)節(jie)電(dian)池(chi)電(dian)壓(ya)數(shu)據(ju)進(jin)行(xing)采(cai)集(ji)。再(zai)以(yi)後(hou)為(wei)了(le)應(ying)對(dui)電(dian)池(chi)不(bu)一(yi)致(zhi)的(de)問(wen)題(ti),進(jin)一(yi)步(bu)集(ji)成(cheng)了(le)功(gong)率(lv)開(kai)關(guan)的(de)驅(qu)動(dong)功(gong)能(neng),這(zhe)就(jiu)是(shi)帶(dai)有(you)均(jun)衡(heng)功(gong)能(neng)的(de)電(dian)池(chi)管(guan)理(li)IC。
客觀的講,電池管理專用IC成就了早期的BMS產業,也引領了BMS產品的發展。正是因為有了專用芯片,BMSdeshejicainengdadajianhua,chanpindexiaoxinghuahekekaoxingcaiyoulehendatigao,danshitongshi,womenyeyaokandaozhuanyongxinpiandejuxianxing。qianmianshuoguo,dianchiguanlizhuanyongxinpianyeshisuizhelidianchideyingyongfazhanqilaide,erzaoqidelidianchiduoyongyuxiaoxingdianzishebei,houlaizaibijibendiannaozhongdedaoguangfanshiyong,zhicidianchiguanlizhuanyongxinpianyizhidoushiweidichuanshu、小型設備服務。
當鋰電池組應用到電動汽車時,情況開始有了變化。電動汽車用鋰電池組是高串數、大容量的電池串聯使用,動輒幾十串甚至上百串的數量已經不是筆記本電腦中幾串這種個位數級別的串聯使用可以相比的。專用IC也沒有閑著,迅速地推出了更多串數應用的產品,但是考慮到電壓和應用複雜度一般都不超過20串。使用這些IC設計的BMS的典型架構是集中式架構。BMS和電池組之間隻有連線,連線數量取決於電池組串數,在BMS電路板上的電池管理專用芯片數量也取決於電池組串數。

從示意圖中可以看出,集中式BMS產品的優點是結構簡單,成本低。在電池組串數較低時,比如說10來串,連線還算不太複雜,而且在電池組容量小的情況下,BMS安裝位置可以靠近整個電池組,縮短連線距離,電池組----BMS,zhenggenengliangxitongbijiaojincouyiti,zaidiandongzixingchehediandongmotuocheshangbijiaoshihe。danshizaidiandongqichelidianchizushangyingyongshi,yinweixuyaodianchirongliangda,chengzuhouwulichicunbijiaoda,lianxianhuijiaochang,erqiechangduanbuyi,zaijiashangchuanshuzhongduo,lianxianshuliangyejiuhenduo,jishitiaoshenzhishangbaitiaoxiandepaibufeichangmafan。
haiyouyigezhongyaodexijiejiushizhexielianxiandeshunxushixuyaogudingde,yinweizhuanyongxinpiandeguanjiaoyijingshixiandingyiledianchichuanlianshunxu,suoyimeichuandianchishangdelianxianyaojierudaoBMS指定的接插件腳位。雖然在BMS設計工作上這並沒有什麼困難,但是在BMS與電池組的實際連接工作中卻是一個不小的麻煩事。一般線都是一端和電池連接在一起,另一端通過插件接入BMS,yudianchilianjiezhexiegongzuoxianzaidoushirengongwancheng,jianglaiyehennanyoujiqiwancheng,lianjiezaimeichuandianchimeigedianjishangdexiandoubunengchurenheshiwu,zhezhenggedegongzuoliangdaxiaokexiangerzhi。tongguojizhongshijiagoudefenxi,womenkandao,zhuanyongIC比較適用於小容量、低串數的場合,在大容量、高串數的場合會有連線複雜,需要一一對應的缺點。
再看均衡的問題,集中式架構比較適合完成被動均衡,電路設計上不增加複雜度,現在的主流專用ICyedouyoucigongneng。danshidianliunengliyouxian,baihaoanjibie,zaidianchizushiyongchuqiyizhixingchabiebudadeqingkuangxiawentidaoyebuda,zaizhonghouqiyizhixingchabiejiaodadeqingkuangxiajiuhuiyoudianchibujunhengjiaozhengbujidefengxian。ruguoyaojiaruzhudongjunhenggongneng,xianyoujiagoujibenmeiyourenhebangzhu,xuyaoewaidexianshuhekaiguanjuzhen,dianlufuzachengdujijushangsheng。kaiguanjuzhenxuyaodaliangdedianzikaiguan,MOSFET,但dan是shi因yin為wei數shu量liang多duo,其qi控kong製zhi電dian路lu相xiang當dang複fu雜za,有you企qi業ye用yong繼ji電dian器qi代dai替ti,簡jian化hua了le設she計ji,但dan是shi帶dai來lai了le繼ji電dian器qi作zuo為wei一yi個ge機ji械xie開kai關guan的de壽shou命ming問wen題ti和he誤wu動dong作zuo風feng險xian。
當dang然ran也ye可ke以yi通tong過guo降jiang低di繼ji電dian器qi的de開kai關guan頻pin率lv來lai延yan長chang其qi壽shou命ming,通tong過guo誤wu動dong作zuo檢jian查zha來lai避bi開kai風feng險xian,但dan是shi這zhe樣yang做zuo始shi終zhong是shi無wu法fa保bao證zheng器qi件jian的de平ping均jun無wu故gu障zhang工gong作zuo時shi間jian,更geng何he況kuang繼ji電dian器qi的de數shu量liang也ye是shi相xiang當dang多duo,不bu止zhi一yi個ge。這zhe是shi一yi種zhong不bu得de已yi而er為wei之zhi的de妥tuo協xie方fang案an,而er不bu是shi解jie決jue主zhu動dong均jun衡heng開kai關guan矩ju陣zhen難nan題ti的de正zheng解jie。
為了解決連線複雜的難題,出現了分布式架構的BMS。這種BMS是將信息采集傳遞的功能與其他功能獨立分離,整個係統分成了CSC(單體管理單元)、BMU(電池管理控製器),CSC安裝在單串電池上,負責本串電池信息采集和傳遞,每串電池的信息通過總線傳入BMU。這種架構通過總線解決了線束複雜的難題,而且安裝相對簡單,效率高,柔性好,適合不同電池組規模大小。分布式的BMS可以不用電池管理專用IC,是拋開專用IC進行創新設計的一個相對成功的思路。
不足的是,分布式架構也沒有解決一一對應的關係和主動均衡的難題,CSC同樣需要設置地址(雖然可以在安裝後設置,比集中式架構在安裝前就需要確定要容易實現,出錯概率小),主動均衡仍然需要額外的線束和開關矩陣。而且因為每個CSC上都需要MCU和帶有隔離的通訊總線,價格要高於集中式架構BMS,尤其在低串數上優勢不大。

分布式的思路給了集中式的一個很好的提示,這就是通過總線解決線束問題,專用IC也看到了其中的好處,迅速推出了帶有無需隔離的通訊總線,進一步完善了自己。半分布式架構,實際上是二級集中式的架構成為了BMS主流設計之一。這就是將整個電池組分為幾個模組,每個模組使用采用專用芯片設計成的一個小BMS,然ran後hou通tong過guo總zong線xian連lian接jie到dao一yi個ge最zui終zhong的de控kong製zhi器qi上shang。半ban分fen布bu式shi架jia構gou集ji中zhong了le分fen布bu式shi的de線xian束shu少shao的de優you點dian和he集ji中zhong式shi的de設she計ji簡jian單dan的de優you點dian,但dan是shi遺yi憾han的de是shi,以yi前qian架jia構gou沒mei能neng解jie決jue的de問wen題ti也ye跟gen著zhe繼ji承cheng下xia來lai,一yi一yi對dui應ying的de關guan係xi和he主zhu動dong均jun衡heng的de難nan題ti仍reng然ran存cun在zai。
追zhui本ben溯su源yuan,一yi一yi對dui應ying的de關guan係xi和he主zhu動dong均jun衡heng中zhong開kai關guan矩ju陣zhen的de難nan題ti都dou來lai自zi於yu電dian池chi管guan理li專zhuan用yong芯xin片pian的de先xian天tian局ju限xian,盡jin管guan電dian池chi管guan理li專zhuan用yong芯xin片pian也ye在zai不bu斷duan進jin化hua。因yin為wei是shi多duo串chuan應ying用yong,在zai專zhuan用yongIC上,每個電池檢測通道必須事先就要確定編號,事後再得知每個通道的順序無法想象,目前看任何IC都無法設計出這麼一個功能。同樣,開關矩陣也是來源於多串應用,又因為涉及到功率部分,這更是IC的天然弱勢,現有架構對主動均衡無能為力的原因就在於此。所以,如果是低串數,無需主動均衡功能的應用,采用專用IC方案是可行的,比如電動工具、電動自行車和電動摩托車;在電動汽車級別的使用中,尤其是要完成主動均衡功能,采用專用IC來設計BMS還是比較吃力的。
從2015年的產量上看,電動汽車已經順利完成了產業的導入期,後麵就是發展期。BMS急需解決痼疾,市場呼喚新品,隻有跳出專用IC方案,BMS創新方可期待。
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