基于MP2797的電動(dòng)兩輪車BMS解決方案

在過(guò)去的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，中國(guó)兩輪電動(dòng)車的主流都是鉛酸電池，而近年來(lái)隨著 “鋰電風(fēng)”的盛行，電動(dòng)兩輪車的風(fēng)向標(biāo)也在悄然轉(zhuǎn)變。

鋰電池成功上位：內(nèi)外夾擊的推波助瀾

在中國(guó)，龐大的人口帶來(lái)了多樣化的綠色出行方式，快遞及配送行業(yè)的興起促進(jìn)了及時(shí)配送與共享電單車的需求增長(zhǎng)，內(nèi)部的市場(chǎng)需求使得兩輪電動(dòng)車市場(chǎng)擁有非常大的增長(zhǎng)潛力。
與此同時(shí)，節(jié)能減排、碳達(dá)峰等政策的推出，讓鉛酸換鋰電、電動(dòng)車智能化成為大勢(shì)所趨。2019年3月26日，工業(yè)和信息化部發(fā)出消息，電動(dòng)自行車新強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》于2019年4月15日正式實(shí)施。在新國(guó)標(biāo)的促進(jìn)作用下，鋰電池在兩輪電動(dòng)車中的滲透率從曾經(jīng)的不到10%增長(zhǎng)到如今的30%左右。

瑕瑜互見的鋰電池兩輪車

鋰電池能夠成功上位，自然與其自身的先天優(yōu)勢(shì)密不可分。首先，鋰電池的使用壽命更長(zhǎng)，是同類型號(hào)鉛酸電池的兩倍，因此耐用價(jià)值更高；其次，它質(zhì)量很輕，電池提取也比較方便；另外，它更加綠色環(huán)保、能量密度大，即使是在鉛酸電池中價(jià)位比較高的石墨烯電池，續(xù)航里程也不一定比鋰電池高。

可萬(wàn)物都有其兩面性，正因?yàn)殇囯姵氐哪芰棵芏雀?，電池?nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性強(qiáng)，當(dāng)電芯出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放等非正常使用時(shí)，極有可能出現(xiàn)電池?fù)p壞，極端情況下，還會(huì)導(dǎo)致起火和爆炸，而近年來(lái)鋰電池兩輪電動(dòng)車發(fā)生的火災(zāi)事故也是屢見報(bào)端。還有，鋰電池的制造工藝及材料成本高也成為其掣肘之一。

瑕瑜互見的鋰電池兩輪車

鋰電池能夠成功上位，自然與其自身的先天優(yōu)勢(shì)密不可分。首先，鋰電池的使用壽命更長(zhǎng)，是同類型號(hào)鉛酸電池的兩倍，因此耐用價(jià)值更高；其次，它質(zhì)量很輕，電池提取也比較方便；另外，它更加綠色環(huán)保、能量密度大，即使是在鉛酸電池中價(jià)位比較高的石墨烯電池，續(xù)航里程也不一定比鋰電池高。

可萬(wàn)物都有其兩面性，正因?yàn)殇囯姵氐哪芰棵芏雀?，電池?nèi)部化學(xué)物質(zhì)活性強(qiáng)，當(dāng)電芯出現(xiàn)過(guò)充、過(guò)放等非正常使用時(shí)，極有可能出現(xiàn)電池?fù)p壞，極端情況下，還會(huì)導(dǎo)致起火和爆炸，而近年來(lái)鋰電池兩輪電動(dòng)車發(fā)生的火災(zāi)事故也是屢見報(bào)端。還有，鋰電池的制造工藝及材料成本高也成為其掣肘之一。

如何修補(bǔ)鋰電池的“瑕”

在面對(duì)鋰電池安全問題這一頭號(hào)“瑕疵”勁敵時(shí)，設(shè)計(jì)人員通過(guò)分析起火因素，了解到過(guò)充電、電池單體故障、電氣線路短路是導(dǎo)致電動(dòng)車電氣火災(zāi)的根本原因。因此，為了降低安全風(fēng)險(xiǎn)，鋰電池必須配備一套可靠的電池管理系統(tǒng)（BMS），用于隨時(shí)監(jiān)控鋰電池的電壓，電流等參數(shù)，一旦超過(guò)事先設(shè)定的閾值，則直接關(guān)斷電池主回路，保護(hù)電池包的安全。

而兩輪車相比于其他應(yīng)用，安全問題則更加任重而道遠(yuǎn)：由于其應(yīng)用環(huán)境十分惡劣，震動(dòng)幅度更大，溫度范圍更寬；同時(shí)充電不規(guī)范帶來(lái)了諸多不可控因素，很多充電系統(tǒng)來(lái)自二級(jí)市場(chǎng)，安全隱患高。因此，兩輪車應(yīng)用對(duì)BMS的保護(hù)需求更高，即更加重視BMS板的魯棒性（Robust）。當(dāng)然，成本也需要控制在可接受的范圍內(nèi)。

鑒于此，MPS推出了非常適應(yīng)市場(chǎng)需求的BMS解決方案，可以從安全、成本兩方面來(lái)幫助兩輪車鋰電池“遮瑕”，助力實(shí)現(xiàn)瑕不掩瑜。第一層“遮瑕”：雙重保護(hù)，安全可靠

MPS先進(jìn)的模擬前端（AFE）MP2797是一顆用于7-16串BMS電池監(jiān)測(cè)保護(hù)芯片，可為兩輪車鋰電池提供完整的軟硬件雙重保護(hù)，提高其安全性能。

圖注： MP2797及其典型應(yīng)用電路

首先，MP2797集成了全面的芯片硬件保護(hù)功能：充放電過(guò)流保護(hù)（OCP）、單節(jié)電芯及電池組的欠壓保護(hù)（UVP）和過(guò)壓保護(hù)（OVP）、電芯高/低溫保護(hù)、芯片高溫保護(hù)等。

其次，除了全方位的硬件保護(hù)，MP2797還可以通過(guò)多方位的數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，實(shí)時(shí)掌握電池的健康狀況，及時(shí)發(fā)出預(yù)警，做好軟件保護(hù)：

電池電壓電流監(jiān)測(cè)：通過(guò)集成兩個(gè)獨(dú)立的模數(shù)變換器（ADC）可分別對(duì)Cell電壓和電流進(jìn)行高精度監(jiān)測(cè)，以便實(shí)時(shí)掌握電池組的狀態(tài)，更安全地使用電池；

圖注：常溫下，MP2797的ADC電壓測(cè)量誤差≤5mV，電流誤差≤0.5%

電池溫度監(jiān)測(cè)：MP2797不僅可以測(cè)量芯片的溫度，還能復(fù)用15位電壓采樣ADC提供4個(gè)通道進(jìn)行外部 NTC 熱敏電阻的溫度采樣；

圖注：4通道NTC采樣第二層“遮瑕”：BOM簡(jiǎn)單，成本效益高

眾所周知，鋰電池自身的成本問題已然束縛了其普及速度，若配套的BMS方案價(jià)格不友好，則更是雪上加霜。

值得稱贊的是MP2797在成本控制方面也十分出色，其三大“王牌”招數(shù)可直接或間接地降低整體方案的成本：

內(nèi)置的軟啟動(dòng)功能可防止啟動(dòng)電流過(guò)大帶來(lái)的安全隱患，而且還直接節(jié)省了外圍預(yù)充電電路

采用極具特色的高邊驅(qū)動(dòng)，可驅(qū)動(dòng)多個(gè)并聯(lián) N 溝道 MOSFET，與低邊驅(qū)動(dòng)相比，節(jié)省了隔離電源和信號(hào)隔離器件

內(nèi)部集成最高58mA的被動(dòng)均衡MOSFET，可以滿足大部分電動(dòng)兩輪車的均衡需求，節(jié)省外部均衡管的成本，也大大節(jié)省了PCB板面積

最終，MP2797憑借自身的高性能、高性價(jià)比優(yōu)勢(shì)，對(duì)兩輪車鋰電池管理進(jìn)行了一定程度上的“遮瑕”操作，幫助其揚(yáng)長(zhǎng)避短，發(fā)揮最大優(yōu)勢(shì)。