电池办理专用IC的呈现和开展是和锂电池运用过程中遇到的种种问题休戚相关的。最早是为了处理锂电池的过充过放而规划出了单节电池的充放电维护芯片,后来在锂电池多节串联运用中又开展出运用于多串的芯片,这时候就成为了电池办理芯片,主要是对电池组中的每节电池电压数据进行收集。再以后为了应对电池不一致的问题,进一步集成了功率开关的驱动功用,这便是带有均衡功用的电池办理IC。
客观的讲,电池办理专用IC成果了前期的BMS工业,也引领了BMS产品的开展。正是由于有了专用芯片,BMS的规划才干大大简化,产品的小型化和可靠性才有了很大进步,可是一起,咱们也要看到专用芯片的限制性。前面说过,电池办理专用芯片也是跟着锂电池的运用开展起来的,而前期的锂电池多用于小型电子设备,后来在笔记本电脑中得到广泛运用,至此电池办理专用芯片一向都是为低串数、小型设备服务。
当锂电池组运用到电动汽车时,状况开端有了改变。电动汽车用锂电池组是高串数、大容量的电池串联运用,动辄几十串乃至上百串的数量现已不是笔记本电脑中几串这种个位数等级的串联运用能够比较的。专用IC也没有闲着,敏捷地推出了更多串数运用的产品,可是考虑到电压和运用杂乱度一般都不超越20串。运用这些IC规划的BMS的典型架构是集中式架构。BMS和电池组之间只要连线,连线数量取决于电池组串数,在BMS电路板上的电池办理专用芯片数量也取决于电池组串数。
从暗示图中能够看出,集中式BMS产品的长处是结构简略,成本低。在电池组串数较低时,比方说10来串,连线还算不太杂乱,并且在电池组容量小的状况下,BMS装置方位能够接近整个电池组,缩短连线间隔,电池组—-BMS,整个能量体系比较紧凑一体,在电动自行车和电动摩托车上比较合适。可是在电动汽车锂电池组上运用时,由于需求电池容量大,成组后物理尺度比较大,连线会较长,并且犬牙交错,再加上串数许多,连线数量也就许多,几十条乃至上百条线的排布十分费事。
还有一个重要的细节便是这些连线的次序是需求固定的,由于专用芯片的管脚现已事前界说了电池串联次序,所以每串电池上的连线要接入到BMS指定的接插件脚位。虽然在BMS规划作业上这并没有什么困难,可是在BMS与电池组的实践衔接作业中却是一个不小的费事事。一般线都是一端和电池衔接在一起,另一端经过插件接入BMS,与电池衔接这些作业现在都是人工完结,将来也很难由机器完结,衔接在每串电池每个电极上的线都不能出任何失误,这整个的作业量巨细可想而知。经过集中式架构的剖析,咱们看到,专用IC比较适用于小容量、低串数的场合,在大容量、高串数的场合会有连线杂乱,需求一一对应的缺陷。
再看均衡的问题,集中式架构比较合适完结被迫均衡,电路规划上不添加杂乱度,现在的干流专用IC也都有此功用。可是电流才能有限,百毫安等级,在电池组运用初期一致性不同不大的状况下问题倒也不大,在中后期一致性不同较大的状况下就会有电池不均衡纠正不及的危险。假如要参加自动均衡功用,现有架构根本没有任何协助,需求额定的线束和开关矩阵,电路杂乱程度急剧上升。开关矩阵需求很多的电子开关,MOSFET,可是由于数量多,其控制电路适当杂乱,有企业用继电器替代,简化了规划,可是带来了继电器作为一个机械开关的寿数问题和误动作危险。
当然也能够经过下降继电器的开关频率来延伸其寿数,经过误动作查看来避开危险,可是这样做始终是无法确保器材的均匀无故障作业时间,更何况继电器的数量也是适当多,不止一个。这是一种不得已而为之的退让计划,而不是处理自动均衡开关矩阵难题的正解。
为了处理连线杂乱的难题,呈现了分布式架构的BMS。这种BMS是将信息收集传递的功用与其他功用独立别离,整个体系分成了CSC(单体办理单元)、BMU(电池办理控制器),CSC装置在单串电池上,担任本串电池信息收集和传递,每串电池的信息经过总线传入BMU。这种架构经过总线处理了线束杂乱的难题,并且装置相对简略,效率高,柔性好,合适不同电池组规划巨细。分布式的BMS能够不必电池办理专用IC,是抛开专用IC进行立异规划的一个相对成功的思路。
缺乏的是,分布式架构也没有处理一一对应的联系和自动均衡的难题,CSC相同需求设置地址(虽然能够在装置后设置,比集中式架构在装置前就需求确认要简略完结,犯错概率小),自动均衡依然需求额定的线束和开关矩阵。并且由于每个CSC上都需求MCU和带有阻隔的通讯总线,价格要高于集中式架构BMS,尤其在低串数上优势不大。
分布式的思路给了集中式的一个很好的提示,这便是经过总线处理线束问题,专用IC也看到了其间的长处,敏捷推出了带有无需阻隔的通讯总线,进一步完善了自己。半分布式架构,实践上是二级集中式的架构成为了BMS干流规划之一。这便是将整个电池组分为几个模组,每个模组运用选用专用芯片规划成的一个小BMS,然后经过总线衔接到一个终究的控制器上。半分布式架构集中了分布式的线束少的长处和集中式的规划简略的长处,可是惋惜的是,曾经架构没能处理的问题也跟着承继下来,一一对应的联系和自动均衡的难题依然存在。
追根究底,一一对应的联系和自动均衡中开关矩阵的难题都来自于电池办理专用芯片的先天限制,虽然电池办理专用芯片也在不断进化。由于是多串运用,在专用IC上,每个电池检测通道有必要事前就要确认编号,过后再得知每个通道的次序无法幻想,现在看任何IC都无法规划出这么一个功用。相同,开关矩阵也是来源于多串运用,又由于涉及到功率部分,这更是IC的天然弱势,现有架构对自动均衡力不从心的原因就在于此。所以,假如是低串数,无需自动均衡功用的运用,选用专用IC计划是可行的,比方电动工具、电动自行车和电动摩托车;在电动汽车等级的运用中,尤其是要完结自动均衡功用,选用专用IC来规划BMS仍是比较费劲的。
从2015年的产值上看,电动汽车现已顺利完结了工业的导入期,后边便是开展期。BMS急需处理痼疾,商场呼喊新品,只要跳出专用%&&&&&%计划,BMS立异方可等待。