Comprendre les différentes architectures de bms pour vélos électriques - avantages et inconvénients
Ces dernières années, le marché des deux-roues électriques a connu un nouvel essor. Batterie au lithium remplaçant la batterie au plomb est également une tendance. Toutefois, les piles au lithium sont moins sûres que les piles au plomb.
C'est pourquoi un système strict de gestion des batteries (Battery Management System, BMS) est nécessaire pour surveiller et protéger les batteries au lithium. Cet article présente plusieurs ebike BMS ainsi que les avantages et les inconvénients des différentes architectures et leurs scénarios d'utilisation.
Architecture de l'Ebike BMS
La figure 1 illustre l'architecture typique d'un BMS pour vélos électriques. Elle se compose généralement de batteries, d'un frontal analogique, d'une protection de deuxième niveau, d'un contrôle principal, etc.
Utiliser l'AFE pour contrôler le MOS marche-arrêt et la puce de protection secondaire pour contrôler les fusibles FUSE à trois bornes pour une double protection, ce qui est une double protection au sens propre du terme. Un ebike BMs qualifié peut passer diverses certifications de sécurité fonctionnelle.
Types d'architecture du BMS Ebike
Architecture série côté haut
L'architecture en série côté haut est illustrée à la figure 2. Le CFET et le DFET sont placés sur le côté haut et connectés en série, c'est ce qu'on appelle l'architecture série côté haut.
1) Le BMS n'a pas besoin d'être isolé de la communication externe, tous se réfèrent au pack comme terre de référence. 2) PACK - il n'y a pas de problème d'impact de surtension de court-circuit.
3) Le circuit de commande du BMS n'a pas de problème de tension de tenue, et le pack- est toujours au même potentiel que B-.
Analyse des inconvénients :
Si le NMOS est utilisé pour la commande côté haut, un circuit de suralimentation est nécessaire pour activer le NMOS, et la tension de commande de gs+B+ peut activer le NMOS.
Cela augmente le coût du circuit d'amplification. Si un circuit PMOS est utilisé, la commande est relativement simple, et le coût du PMOS est supérieur à celui du NMOS.
Architecture parallèle côté haut
L'architecture parallèle côté haut est illustrée à la figure 3. Le CFET et le DFET sont placés sur le côté haut et connectés en parallèle, c'est ce qu'on appelle l'architecture parallèle côté haut.
Le coût de la solution d'interface isochrone de charge et de décharge est réduit, la sélection du MOS de charge se réfère au courant de charge, et la sélection du MOS de décharge se réfère au courant de décharge. le coût sera plus faible.
Analyse des inconvénients :
Il ne peut pas empêcher certaines erreurs de fonctionnement. La charge au port de charge et au port de décharge causera des dommages fatals à la cellule de la batterie.
Architecture en série du côté bas
L'architecture série côté bas est illustrée à la figure 4. Le CFET et le DFET sont placés sur le côté bas et connectés en série, c'est ce qu'on appelle l'architecture série côté bas.
Il s'agit actuellement de la solution BMS la plus utilisée pour les vélos électriques, avec un faible coût et un contrôle simple de l'entraînement.
Analyse des inconvénients :
Il est nécessaire de traiter divers problèmes causés par l'incohérence potentielle entre B- et P- lorsqu'ils sont éteints.
Architecture parallèle du côté bas
L'architecture parallèle du côté bas est illustrée à la figure 5. Le CFET et le DFET sont placés sur le côté bas et connectés en parallèle, c'est ce qu'on appelle l'architecture parallèle côté bas.
Le coût de la solution d'interface isochrone de charge et de décharge est réduit. La sélection du MOS de charge se réfère au courant de charge, et la sélection du MOS de décharge se réfère au courant de décharge. Le coût sera moins élevé.
Analyse des inconvénients :
Il ne peut pas empêcher certaines erreurs de fonctionnement. La charge au port de charge et au port de décharge causera des dommages fatals à la cellule de la batterie.
Choisir la bonne architecture BMS pour vélos électriques
La principale différence entre les quatre architectures de BMS pour vélos électriques susmentionnées réside dans deux points : la première différence est de savoir si le CFET et le DFET sont placés du côté haut ou du côté bas ; la seconde différence est de savoir si le CFET et le DFET sont connectés en série ou en parallèle.
En fonction des différents cas d'application, il convient de sélectionner l'architecture BMS appropriée pour l'ebike. Les principaux éléments à prendre en compte lors de la sélection des différentes architectures BMS pour vélos électriques sont présentés ci-dessous.
Côté haut ou côté bas
La solution côté bas est actuellement une solution relativement mature et facile à mettre en œuvre, et la plupart des deux-roues sont également conçus sur la base de la solution côté bas. Parallèlement, la plupart des frontaux analogiques actuels intègrent également des capacités d'entraînement côté bas.
Toutefois, le schéma de protection côté bas présente un inconvénient : lorsque le CFET et le DFET sont désactivés, une fois que la protection est déclenchée pour désactiver les FET de charge et de décharge, le côté batterie et le côté système ne peuvent plus établir de communication directe.
Par rapport au schéma de protection côté bas, même après le déclenchement de la protection, la bloc-batterie et le côté système sont toujours des points communs.
Par conséquent, la communication mutuelle peut toujours être réalisée sans augmenter la communication isolée. En déconnectant la borne positive de la batterie après avoir déclenché la protection, le système est plus sûr.
Série ou parallèle
Le port de charge et le port de décharge de l'architecture en série partagent un même port, mais l'inconvénient est que le nombre de CFET et de DFET doit être sélectionné en fonction de la valeur maximale du courant de charge et de décharge.
Si la différence entre le courant de charge et le courant de décharge est relativement importante, par exemple, le courant de charge d'une batterie au lithium de véhicule électrique général est inférieur au courant de décharge, et si la structure en série est sélectionnée, il est nécessaire de sélectionner plus de CFET que ce qui est réellement nécessaire, ce qui entraîne un gaspillage inutile.
Par rapport à l'architecture en série, l'architecture en parallèle peut sélectionner le nombre et le type de CFET et de DFET en fonction des besoins réels en courant de charge et de décharge.
L'inconvénient est qu'il faut tenir compte du courant inverse, qui passe par la diode de corps du DFET vers le cœur de la batterie.
Pour bloquer ces chemins de courant, il faut un circuit supplémentaire. En outre, l'architecture parallèle nécessite une ligne d'alimentation et un port supplémentaires, ce qui ne convient pas dans certains cas.
Autres architectures BMS pour vélos électriques
Outre la classification ci-dessus en fonction de la position des CFET et des DFET, l'architecture du BMS pour vélos électriques peut également être classée en fonction du nombre de frontaux analogiques, de la présence ou non d'un MCU, etc.
Architecture en cascade
En fonction du nombre de frontaux analogiques, le système de gestion des vélos électriques peut être divisé en architecture en cascade et en architecture non en cascade.
Les systèmes de gestion de vélos électriques courants, tels que les vélos électriques, les scooters et les véhicules auto-équilibrés, utilisent généralement des batteries de 10S, 14S ou 16S, et un BQ769x2 peut les prendre en charge. Par conséquent, la solution AFE unique mentionnée ci-dessus peut être utilisée pour le BMS des vélos électriques courants.
Les figures 2 à 5 sont toutes des architectures non cascadées. Cependant, pour certaines applications qui nécessitent une puissance relativement importante, telles que les motocyclettes électriques légères ou les motocyclettes électriques, la tension est généralement supérieure à 60V.
Il est nécessaire d'utiliser un bloc-batterie de plus de 16 branches pour obtenir une plus grande puissance, et un seul BQ76952 n'est pas suffisant pour le supporter. Il est nécessaire d'utiliser deux puces pour une utilisation en cascade, c'est-à-dire d'adopter une architecture BMS pour vélos électriques en cascade.
Architecture indépendante
En fonction de la présence ou de l'absence de MCU, le système de gestion des vélos électriques peut être divisé en architectures indépendantes et non indépendantes. Les figures 2 à 5 fonctionnent toutes avec un MCU, il s'agit donc d'architectures non indépendantes.
Dans la figure 7, l'AFE fonctionne indépendamment du MCU, il s'agit donc d'une architecture autonome. Lorsque le BQ769x2 fonctionne en mode autonome, il peut toujours surveiller l'état de la batterie et contrôler les FET de charge et de décharge.
Lorsque la condition de protection est déclenchée, les FET sont automatiquement commandés pour s'éteindre afin de mettre en œuvre la protection, et lorsque la condition de protection est supprimée, les FET sont automatiquement rétablis pour fonctionner.
L'avantage de l'architecture indépendante du système de gestion des vélos électriques est qu'elle permet d'économiser une unité centrale, ce qui convient aux applications soumises à des exigences strictes en matière de coûts. Cependant, l'absence de MCU entraîne une perte de flexibilité. Les utilisateurs doivent choisir une architecture BMS indépendante ou non indépendante en fonction de leurs besoins réels.
Résumé
En tant que remplacement de la batterie devient plus sophistiqué, les utilisateurs peuvent s'attendre à ce que les systèmes de gestion des batteries (BMS) des vélos électriques deviennent plus efficaces et plus rentables dans un avenir proche. Le développement d'une technologie BMS plus avancée permettra également d'allonger la durée de vie des batteries, d'améliorer les performances et de renforcer la sécurité.
