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(guó)市場(chǎng)擁有3億輛兩輪三輪電動(dòng)車(chē)，2019年我國(guó)電動(dòng)兩輪車(chē)產(chǎn)量為3609萬(wàn)輛，銷(xiāo)量為3464萬(wàn)輛，其中700萬(wàn)外賣(mài)人員和310萬(wàn)快遞人員是電動(dòng)車(chē)的重度使用者。

隨著2019年4月15日新國(guó)標(biāo)正式實(shí)施，我國(guó)鋰電兩輪車(chē)銷(xiāo)量達(dá)到680萬(wàn)輛，鋰電池在我國(guó)兩輪電動(dòng)車(chē)滲透率達(dá)到18.8%，預(yù)計(jì)2023年鋰電兩輪車(chē)滲透率將達(dá)到53%。在兩輪車(chē)行業(yè)中，鋰電池替換鉛酸電池的已經(jīng)成為必然趨勢(shì)，特別是市場(chǎng)上大量出現(xiàn)共享電動(dòng)車(chē)和鋰電池?fù)Q電服務(wù)，進(jìn)一步推動(dòng)了對(duì)智能鋰電池的大量需求。

電池管理系統(tǒng)

Battery Management System

BMS是針對(duì)電動(dòng)車(chē)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(guò)充、過(guò)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(wèn)題。

近年來(lái)，城市兩輪電動(dòng)車(chē)充電起火事件頻發(fā)，人們對(duì)電池續(xù)航能力以及電池安全性的需求持續(xù)增長(zhǎng)，電池管理系統(tǒng)BMS日益受到重視，市場(chǎng)也將持續(xù)增量，預(yù)計(jì)2025年BMS國(guó)內(nèi)市場(chǎng)將超過(guò)500億規(guī)模。

共享電動(dòng)車(chē)或換電用智能鋰電池，對(duì)鋰電池BMS有著特殊要求，BMS必須具備通訊功能，必須對(duì)鋰電池的SOC進(jìn)行精確計(jì)算，才能讓平臺(tái)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(lái)估算電量的模式。

這對(duì)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(wèn)題，基于GD32E230 MCU芯片推出了低成本、高性能的BMS解決方案，推動(dòng)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(kāi)發(fā)的BMS解決方案主要適用于16串鋰電芯管理，可對(duì)鋰電池組提供過(guò)充、過(guò)放、過(guò)流、過(guò)溫、欠溫及短路保護(hù)功能，還可提供充電過(guò)程中的電壓均衡功能；可通過(guò) 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(guò)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(wú)線通訊模塊，可將電池包監(jiān)控信息上傳監(jiān)控后臺(tái)?？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(wú)線OTA升級(jí)。

該方案通過(guò)基于芯片的底層開(kāi)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(chǎng)上同類(lèi)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(jí)

提供FRU和SDR編輯軟件

模擬輸入電壓、電流、溫度等

溫度測(cè)量和有效載荷通信

熱插拔開(kāi)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(jí)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(zhuān)利加密技術(shù)

豐富的封裝類(lèi)型： LGA20/TSSOP20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48

供電電壓：1.8V~3.6V

工業(yè)級(jí)的工作溫度范圍：-40℃-+85℃

工業(yè)級(jí)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(guò)壓、欠壓、過(guò)流、過(guò)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(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。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(jí)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