Diferentes arquitecturas de ebike bms: pros y contras
En los últimos años, el mercado de las dos ruedas eléctricas ha experimentado un nuevo auge de desarrollo. Batería de litio de sustitución también es una tendencia. Sin embargo, las baterías de litio son menos seguras que las de plomo-ácido.
Por lo tanto, se requiere un estricto sistema de gestión de baterías (Battery Management System, BMS) para supervisar y proteger las baterías de litio. En este artículo se presentan varios ebike BMS así como las ventajas e inconvenientes de las distintas arquitecturas y sus escenarios de uso.
Arquitectura de Ebike BMS
La figura 1 muestra la arquitectura típica de un BMS de ebike. Suele constar de baterías, front-end analógico, protección de segunda etapa, control principal, etc.
Utiliza AFE para controlar MOS on-off y chip de protección secundaria para controlar fusible FUSE de tres terminales para doble protección, que es doble protección en el verdadero sentido. Un ebike BMs cualificado puede pasar varias certificaciones de seguridad funcional.
Tipos de arquitectura de Ebike BMS
Arquitectura serie de lado alto
La arquitectura en serie de lado alto se muestra en la Figura 2. Tanto el CFET como el DFET se colocan en el lado alto y se conectan en serie, por lo que se denomina arquitectura en serie de lado alto.
1) BMS no necesita ser aislado de la comunicación externa, todos se refieren a pack- como la tierra de referencia.2) PACK - no hay problema de impacto de sobretensión de cortocircuito.
3) El circuito de accionamiento BMS no tiene problemas de tensión soportada, y pack- siempre está al mismo potencial que B-.
Análisis de las desventajas:
Si se utiliza NMOS para el control del lado alto, se requiere un circuito de refuerzo para encender NMOS, y el voltaje de conducción de gs+B+ puede conducir a NMOS a encenderse.
Aumentará el coste del circuito de refuerzo. Si se utiliza un circuito PMOS, el control es relativamente sencillo, y el coste del PMOS es mayor que el del NMOS.
Arquitectura paralela de lado alto
La arquitectura paralela de lado alto se muestra en la Figura 3. Tanto el CFET como el DFET se colocan en el lado alto y se conectan en paralelo, por lo que se denomina arquitectura paralela de lado alto.
El coste de la solución de interfaz isócrona de carga y descarga se reduce, la selección del MOS de carga se refiere a la corriente de carga, y la selección del MOS de descarga se refiere a la corriente de descarga. el coste será menor
Análisis de las desventajas:
No puede evitar algunos fallos de funcionamiento. La carga en el puerto de carga y el puerto de descarga causará daños fatales a la célula de la batería.
Arquitectura en serie de lado bajo
En la Figura 4 se muestra la arquitectura en serie de lado bajo. Tanto el CFET como el DFET se colocan en el lado bajo y se conectan en serie, por lo que se denomina arquitectura en serie de lado bajo.
Actualmente es la solución BMS para ebikes más utilizada, con un bajo coste y un control de accionamiento sencillo.
Análisis de las desventajas:
Es necesario hacer frente a varios problemas causados por la posible incoherencia entre B- y P- cuando están apagados.
Arquitectura paralela de bajo nivel
La arquitectura paralela del lado bajo se muestra en la Figura 5. Tanto el CFET como el DFET se colocan en el lado bajo y se conectan en paralelo, por lo que se denomina arquitectura paralela de lado bajo.
Se reduce el coste de la solución de interfaz isócrona de carga y descarga. La selección del MOS de carga se refiere a la corriente de carga, y la selección del MOS de descarga se refiere a la corriente de descarga. El coste será menor.
Análisis de las desventajas:
No puede evitar algunos fallos de funcionamiento. La carga en el puerto de carga y el puerto de descarga causará daños fatales a la célula de la batería.
Elige la arquitectura BMS adecuada para tu ebike
La principal diferencia entre las cuatro arquitecturas BMS de ebike anteriores radica en dos puntos: una diferencia es si el CFET y el DFET se colocan en el lado de alta o en el de baja; la otra diferencia es si el CFET y el DFET se conectan en serie o en paralelo.
En función de las diferentes ocasiones de aplicación, debe seleccionarse la arquitectura de ebike BMS adecuada. A continuación se presentan las principales consideraciones a tener en cuenta a la hora de seleccionar diferentes arquitecturas de BMS para bicicletas eléctricas.
Lado alto o bajo
En la actualidad, la solución low-side es relativamente madura y fácil de implementar, y la mayoría de los vehículos de dos ruedas también se diseñan basándose en la solución low-side. Al mismo tiempo, la mayoría de los front-ends analógicos actuales también integran capacidades de accionamiento por el lado bajo.
Sin embargo, hay un inconveniente en el esquema de protección del lado bajo: cuando el CFET y el DFET están apagados, una vez que se activa la protección para apagar los FET de carga y descarga, el lado de la batería y el lado del sistema ya no pueden lograr una comunicación directa.
En comparación con el esquema de protección del lado bajo, incluso después de que se active la protección, el batería y el lado del sistema siguen siendo terreno común.
Por lo tanto, la comunicación mutua todavía se puede realizar sin aumentar la comunicación aislada. Y desconectar el terminal positivo de la batería después de activar la protección, el sistema es más seguro.
En serie o en paralelo
El puerto de carga y el puerto de descarga de la arquitectura en serie comparten un puerto, pero la desventaja es que el número de CFET y DFET debe seleccionarse en función del valor máximo de la corriente de carga y descarga.
Si la diferencia entre la corriente de carga y la corriente de descarga es relativamente grande, por ejemplo, la corriente de carga de un paquete de baterías de litio para vehículos eléctricos en general es menor que la corriente de descarga, y si se selecciona la estructura en serie, es necesario seleccionar más CFET de los que realmente se necesitan, lo que produce un desperdicio innecesario.
En comparación con la arquitectura en serie, la arquitectura en paralelo puede seleccionar el número y el tipo de CFET y DFET en función de las necesidades reales de corriente de carga y descarga.
La desventaja es que hay que tener en cuenta la corriente inversa, como la que fluye a través del diodo de cuerpo del DFET hasta el núcleo de la batería.
Para bloquear estas vías de corriente, es necesaria la ayuda de un circuito adicional. Además, la arquitectura en paralelo requiere una línea de alimentación y un puerto adicionales, lo que no es adecuado para algunas ocasiones.
Otras arquitecturas de ebike BMS
Además de la clasificación anterior según las posiciones de los CFET y DFET, la arquitectura del BMS de la ebike también se puede clasificar según el número de frontales analógicos, si hay una MCU, etc.
Arquitectura en cascada
Según el número de frontales analógicos, los BMS de ebike pueden dividirse en arquitectura en cascada y arquitectura sin cascada.
La corriente principal de BMS de ebike, como las bicicletas eléctricas, scooters y vehículos de auto-equilibrio, generalmente utilizan paquetes de baterías de 10S, 14S o 16S, y un BQ769x2 puede soportarlos. Por lo tanto, para la corriente principal actual de ebike BMS, se puede utilizar la solución AFE única antes mencionada.
Figura 2 ~ Figura 5 son todas arquitecturas no en cascada. Sin embargo, para algunas aplicaciones que requieren una potencia relativamente grande, como las motocicletas eléctricas ligeras o las motocicletas eléctricas, la tensión suele ser superior a 60 V.
Es necesario utilizar un pack de baterías superior a 16 cadenas para conseguir mayor potencia, y un solo BQ76952 no es suficiente para soportarlo. Es necesario utilizar dos chips para su uso en cascada, es decir, adoptar una arquitectura BMS de ebike en cascada.
Arquitectura independiente
Según la presencia o ausencia de MCU, el BMS de la ebike puede dividirse en arquitectura independiente y arquitectura no independiente. De la Figura 2 a la Figura 5 todas funcionan con MCU, por lo que todas son arquitecturas no independientes.
En la Figura 7, el AFE funciona independientemente de la MCU, por lo que se trata de una arquitectura autónoma. Cuando el BQ769x2 funciona en modo autónomo, aún puede monitorizar el estado de la batería y controlar los FET de carga y descarga.
Cuando se activa la condición de protección, los FET se controlan automáticamente para apagarse y aplicar la protección, y cuando se elimina la condición de protección, los FET se restauran automáticamente para conducir.
La ventaja de la arquitectura independiente del BMS de la ebike es que puede ahorrarse una MCU, lo que resulta adecuado para aplicaciones con estrictos requisitos de coste. Sin embargo, debido a la falta de MCU, se pierde flexibilidad. Los usuarios deben elegir una arquitectura de ebike BMS independiente o no independiente en función de sus necesidades reales.
Resumen
Como el cambio de batería los usuarios pueden esperar que los sistemas de gestión de baterías (BMS) de las bicicletas eléctricas sean más eficientes y rentables en un futuro próximo. El desarrollo de una tecnología BMS más avanzada también permitirá alargar la vida útil de las baterías, mejorar su rendimiento y aumentar la seguridad.
