隨著電動(dòng)自行車(chē)新國(guó)標(biāo)的執(zhí)行，鋰電池開(kāi)始加速進(jìn)入市場(chǎng)。更因?yàn)榭爝f、外賣(mài)、共享電動(dòng)單車(chē)等行業(yè)的蓬勃發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)于電動(dòng)自行車(chē)的需求日益增長(zhǎng)，政策發(fā)展與市場(chǎng)需求的同時(shí)刺激給鋰電池及其配套的BMS系統(tǒng)帶來(lái)了巨大的市場(chǎng)空間。鋰電池替代鉛酸電池給現(xiàn)有的市場(chǎng)供需格局帶來(lái)重大變化，不僅在產(chǎn)品和技術(shù)端，而且還在于整個(gè)供應(yīng)鏈體系與商業(yè)模式、運(yùn)營(yíng)模式。

本文將帶大家一起了解下BMS應(yīng)用中的隔離接口產(chǎn)品的解決方案。工業(yè)BMS分三類(lèi)，電動(dòng)車(chē)BMS系統(tǒng)，通信基站BMS系統(tǒng)以及大型儲(chǔ)能BMS系統(tǒng)。其中，電動(dòng)車(chē)BMS系統(tǒng)還包含電動(dòng)自行車(chē)、電動(dòng)摩托車(chē)、電動(dòng)滑板車(chē)等，通信基站BMS系統(tǒng)包含基站備用電源、機(jī)房備電等，大型儲(chǔ)能BMS方面包含集中式儲(chǔ)能和工廠儲(chǔ)能。以上提到的這幾部分都有隔離接口的需求。

2019年新國(guó)標(biāo)的關(guān)注點(diǎn)是整車(chē)質(zhì)量小于或等于55kg，蓄電池電壓小于等于48V，這兩點(diǎn)加速了鉛酸替代鋰電的進(jìn)程。隨著新國(guó)標(biāo)對(duì)整車(chē)質(zhì)量限制方案實(shí)施，電動(dòng)自行車(chē)鋰電BMS需求快速上升。近年來(lái)，中國(guó)的電動(dòng)自行車(chē)產(chǎn)量穩(wěn)定在3千多萬(wàn)，鋰電池的滲透率在隨后幾年將快速上升，預(yù)計(jì)2020年會(huì)有約千萬(wàn)級(jí)別鋰電池包的出貨量，其中60V/72V電摩BMS預(yù)計(jì)占30%，48V電單車(chē)BMS占70%。未來(lái)幾年動(dòng)車(chē)鋰電BMS的滲透率將會(huì)非常高，相應(yīng)BMS需求也會(huì)對(duì)應(yīng)增加。

中國(guó)電動(dòng)自行車(chē)出貨量和鋰電滲透率

下圖是一個(gè)非常典型的電動(dòng)車(chē)系統(tǒng)。模擬前端AFE是用來(lái)監(jiān)控每節(jié)電池的電壓、電流及溫度的信息，可在必要時(shí)進(jìn)行一些保護(hù)動(dòng)作。MCU是保護(hù)充電控制。根據(jù)充放電開(kāi)關(guān)MOS管的位置不同，有高邊驅(qū)動(dòng)及低邊驅(qū)動(dòng)兩種形式。高邊驅(qū)動(dòng)優(yōu)勢(shì)在于電池包和ECU共地，當(dāng)高邊開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)485/CAN 通信仍保持正常，其缺點(diǎn)是高邊開(kāi)關(guān)需要高壓PMOS，成本高、體積大、 RDSon大、充放電時(shí)發(fā)熱嚴(yán)重。而低邊驅(qū)動(dòng)優(yōu)點(diǎn)是低邊開(kāi)關(guān)使用低壓NMOS器件，成本低、體積小、RDSon小、使用中發(fā)熱量小，它的缺點(diǎn)則是接口需要隔離才能確保開(kāi)關(guān)關(guān)斷時(shí)正常通信。

高邊驅(qū)動(dòng)與低邊驅(qū)動(dòng)的對(duì)比

下面是電動(dòng)自行車(chē)36V- 48V的低邊驅(qū)動(dòng)的典型系統(tǒng)框圖，里面會(huì)用到納芯微隔離電源和485/CAN隔離產(chǎn)品。對(duì)應(yīng)的應(yīng)用有電動(dòng)自行車(chē)，電動(dòng)滑板車(chē)和電動(dòng)助力車(chē)。

電動(dòng)自行車(chē)BMS 10s~13s/36V~48V的系統(tǒng)對(duì)應(yīng)框圖

電動(dòng)摩托車(chē)和電動(dòng)輕便摩托車(chē)用鋰離子電池標(biāo)準(zhǔn)于2019年4月實(shí)施，電摩通訊速率要達(dá)到500bps左右。此時(shí)想使用低成本光耦是不現(xiàn)實(shí)的，因?yàn)楣怦畹某杀緯?huì)隨通信速率的上升而成倍增加。下圖是對(duì)應(yīng)16-20串的電池包系統(tǒng)，除隔離電源外，還有隔離I2C和CAN接口隔離方案。另外，此方案還適用于商用三輪車(chē)等系統(tǒng)。

電摩BMS 16s~20s/60~72V系統(tǒng)(雙AFE)對(duì)應(yīng)框圖

基站備電對(duì)安全可靠性的要求非常高，基站備電系統(tǒng)一般使用磷酸鐵鋰電芯，較三元鋰單節(jié)電芯電壓低，標(biāo)稱值為3.2V，故一般為15s或16s系統(tǒng)，使用單個(gè)AFE，系統(tǒng)類(lèi)似于前述電動(dòng)自行車(chē)BMS。

基站備電BMS 15s~16s/48V系統(tǒng)

大型儲(chǔ)能系統(tǒng)屬于高壓系統(tǒng)，系統(tǒng)較為復(fù)雜，需要多串AFE級(jí)聯(lián)，對(duì)可靠性安全性要求更高。一般使用高精度的AFE對(duì)電池進(jìn)行監(jiān)控，AFE之間用菊花鏈級(jí)聯(lián)，使用變壓器或電容進(jìn)行隔離通信。AFE與MCU之間通過(guò)UART或SPI或I2C通信，同時(shí)還有FaultN和WAKEUP信號(hào)，一般需要4~6通道隔離。另外，總線電壓和電流采樣部分，需要單端和差分隔離運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)采樣，如用分立方案，一般需用到2~4通道隔離。

大型儲(chǔ)能BMS系統(tǒng)對(duì)應(yīng)框圖