基于GD32E230的智能鋰電池BMS解決方案

據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國市場擁有3億輛兩輪三輪電動車，2019年我國電動兩輪車產(chǎn)量為3609萬輛，銷量為3464萬輛，其中700萬外賣人員和310萬快遞人員是電動車的重度使用者。

隨著2019年4月15日新國標(biāo)正式實(shí)施，我國鋰電兩輪車銷量達(dá)到680萬輛，鋰電池在我國兩輪電動車滲透率達(dá)到18.8%，預(yù)計(jì)2023年鋰電兩輪車滲透率將達(dá)到53%。在兩輪車行業(yè)中，鋰電池替換鉛酸電池的已經(jīng)成為必然趨勢，特別是市場上大量出現(xiàn)共享電動車和鋰電池?fù)Q電服務(wù)，進(jìn)一步推動了對智能鋰電池的大量需求。

電池管理系統(tǒng)

Battery Management System

BMS是針對電動車鋰電池的管理系統(tǒng)。由于鋰電池在大量生產(chǎn)時(shí)，難以掌握其品質(zhì)，加之操作環(huán)境、老化、過充、過放等因素，電池效率、壽命變差，嚴(yán)重時(shí)可能導(dǎo)致起火燃燒等安全問題。

近年來，城市兩輪電動車充電起火事件頻發(fā)，人們對電池續(xù)航能力以及電池安全性的需求持續(xù)增長，電池管理系統(tǒng)BMS日益受到重視，市場也將持續(xù)增量，預(yù)計(jì)2025年BMS國內(nèi)市場將超過500億規(guī)模。

共享電動車或換電用智能鋰電池，對鋰電池BMS有著特殊要求，BMS必須具備通訊功能，必須對鋰電池的SOC進(jìn)行精確計(jì)算，才能讓平臺或騎手了解可用電量，并作出相應(yīng)的操作，這是大大有別于以前鉛酸電池或者低端鋰電池單純依靠電壓來估算電量的模式。

這對BMS的產(chǎn)品研發(fā)和成本提出了巨大的挑戰(zhàn)，既要鋰電池BMS具有強(qiáng)大的功能，同時(shí)又要降低成本。兆易創(chuàng)新和銳祺智能攜手創(chuàng)新性地解決了這一問題，基于GD32E230 MCU芯片推出了低成本、高性能的BMS解決方案，推動產(chǎn)業(yè)變革和發(fā)展。

BMS方案概述

銳祺智能基于GD32E230 MCU芯片開發(fā)的BMS解決方案主要適用于16串鋰電芯管理，可對鋰電池組提供過充、過放、過流、過溫、欠溫及短路保護(hù)功能，還可提供充電過程中的電壓均衡功能；可通過 RS485進(jìn)行通信，與PC上位機(jī)、柜控等進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，可以通過上位機(jī)軟件進(jìn)行設(shè)備控制、校準(zhǔn)以及數(shù)據(jù)監(jiān)控。

本解決方案配有 4G無線通訊模塊，可將電池包監(jiān)控信息上傳監(jiān)控后臺?？蛇M(jìn)行高精度的GPS（兼容 GPS 和北斗）定位，可進(jìn)行遠(yuǎn)程無線OTA升級。

該方案通過基于芯片的底層開發(fā)、創(chuàng)新設(shè)計(jì)，極大的提升了方案產(chǎn)品的集成度，器件數(shù)量比市場上同類產(chǎn)品降低30%以上，Layout布板面積大大縮小，可以更加靈活的設(shè)計(jì)PCB尺寸，以適應(yīng)鋰電池PACK安裝尺寸要求。

BMS方案系統(tǒng)框圖

BMS方案元件介紹

1

GD32E230 MCU在本方案中的功能

符合IPMI V2.0規(guī)范

符合VITA46.11規(guī)范

支持HPM.1固件升級

提供FRU和SDR編輯軟件

模擬輸入電壓、電流、溫度等

溫度測量和有效載荷通信

熱插拔開關(guān)輸入，LED和有效負(fù)載功率控制輸出

2

GD32E230系列MCU主要規(guī)格

Cortex-M23@72MHz

Flash：16KB~64KB

SRAM：4KB/8KB

多種通訊方式：I2C x2，SPI x2，UART x2

高速高精度ADC，12bits ADCx1@2.6Msps，16通道

高級定時(shí)器x1，可產(chǎn)生6路死區(qū)可調(diào)的互補(bǔ)PWM輸出

通用定時(shí)器x5

gFlash專利加密技術(shù)

豐富的封裝類型： LGA20/TSSOP20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

供電電壓：1.8V~3.6V

工業(yè)級的工作溫度范圍：-40℃-+85℃

工業(yè)級的ESD和EMC水平

BMS方案特點(diǎn)

工作溫度：-40℃~+85℃;

支持最大16串電芯;

支持過壓、欠壓、過流、過溫、低溫、短路保護(hù)等;

支持精準(zhǔn)的SOC計(jì)量;

支持均衡;

支持485通信;

支持4G通訊模塊擴(kuò)展接口，客戶根據(jù)鋰電池產(chǎn)品需求，可以實(shí)現(xiàn)4G通信和GPS定位功能;

溫度采樣：電芯溫度2路，MOS溫度1路;

本方案集成度高，成本低，具有極強(qiáng)的成本競爭優(yōu)勢。該方案采用行業(yè)最小的Layout布板面積，可以適應(yīng)任何挑戰(zhàn)性的鋰電池PACK設(shè)計(jì)。同時(shí)兼容4G物聯(lián)網(wǎng)接口設(shè)計(jì)，產(chǎn)品容易升級成物聯(lián)網(wǎng)BMS。我們提供完整的參考設(shè)計(jì)方案、配置工具和生產(chǎn)工具，快速保證產(chǎn)品量產(chǎn)，大大降低產(chǎn)品研發(fā)投入。

編輯：jq