在“双碳”目标指引下,我国新能源产业正加快步入高质量跃升发展的全新阶段,带动锂电产业进入前所未有的大发展机遇期,伴随锂电需求量激增,电池管理系统(BMS)市场规模也高速扩张,进而对电池管理芯片(BMIC)产品需求也急剧增加。上海丰宝电子,作为本土知名的元器件代理商和整合方案提供商,深耕电池储能行业,合作伙伴遍及动力电池、光伏储能、基站备电、电动车、电动工具等行业,能提供BMS相关MCU,AFE,隔离,接口等IC,及整套解决方案。
从拓扑架构上看,BMS根据不同项目需求分为了集中式和分布式两类。储能BMS因电池组规模庞大,大多都是三层架构,在从控、主控之上,还有一层总控。集中式BMS所有电芯统一用一个BMS硬件采集,具有成本低、结构紧凑、可靠性高的优点,一般常见于容量低、总压低、电池系统体积小的场景。本文以集中式48V工业储能为例阐述丰宝电子BMS解决方案。
一、48V工业储能BMS应用框图
二、AFE
鹏申PB7170(17串电池AFE)是工业48V/60V锂电池组标准解决方案芯片, 广泛应用于电动自行车、机器人、UPS等领域。此外PB7130/PB7200分别单颗支持4-13/20串电池级联应用,且可扩展菊花链,可实现24V-400V三元或磷酸铁理电池组管理,为储能市场提供极佳的多样选择。
三、MCU
Cortex-M3/M4核MCU,兼具性能及价格,是中小型储能BMS常规选择;国民N32G455,作为M4F内核主推系列,主频144Hz,Flash 128至512K,SRAM 180-44K,覆盖48至100 PIN,丰富外设及IO,以满足客户不同设计需求。
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四、通信与隔离
BMS上有低压电路,也有高压电路,高低压电路之间是需要进行通信的,如AFE与MCU之间SPI/I2C/UART通信,及MCU与外界CAN/RS485通信;高电压电路通信需设计良好隔离,以隔绝直流,, 保护操作人员和低压电路免受高电压影响, 防止通信子系统之间的地电位差, 改善抗噪性能。
4.1 纳芯微在BMS 中信号隔离方案
从低串36v至72v BMS系统,到基站备电及大型储能BMS等,纳芯微都做了相应的产品布局,且能提供高、中、低端产品,满足客户不同成本的产品隔离应用需求。
- Nsi82xx系列,双/三/四/六通道数字隔离器,用于SPI/UART/I2C, CAN/485通信隔离,及控制信号隔离;
- NIRS2x是成本优化的高可靠性双通道数字隔离器;
- 隔离运放NSI1300/NSI1311, 总线电压和电流采样;
- 带数字隔离的收发器, NCA1042/NCA1043, NCAS485
4.2菊花链通信方案及Bourns隔离信号变压器
多个AFE级联方案,借助AFE特有的Daisy-Chain隔离通信功能,常用信号变压器或电容,实现高低压之间通信的隔离。
Bourns的信号类隔离变压器适用于市场上主流的BMS芯片厂商;针对只需功能绝缘的方案,Bourns推了搞性价比高性能的产品:双通道的隔离变压器SM91502AL-E和单通道的SM91502ALA-E;针对于有绝缘耐压需求的方案,Bourns推出了加强绝缘的隔离变压器SM91534AL-E和SM91519L-E。
4.3非隔离接口
湖南芯力特是目前国内通信类接口芯片领域产品系列较全、出货量较大的IC设计厂商,车载CAN/LIN收发器芯片累计出货量超过1亿颗,与国内外十余家主机厂以及300余家Tier1/Tier2厂商建立业务合作关系,已广泛应用于汽车等众多领域; 5V/3.3V RS485、RS422、RS232接口系列芯片广泛应用于工业、通讯等、安防等领域;工业BMS行业常用型号SIT3485(485收发器), SIT1050(CAN收发器)等。
五、辅助电源及模拟电路
5.1常用电源拓扑
母线电压取决于储能电池系统,48V系统为例,一级降压BUCK及休眠LDO耐压60V,如SGM61720/SGM61630;隔离电源有专用隔离电源芯片,或变压器隔离分立方案等。
5.2充放电过流检测及短路检测
SGM8197, 支持 24 to 105V 共模输入检流运放,适用电源客户,基站客户,储能客户等客户。
5.3充放电MOS驱动
SGM48524,双通道、高速低边驱动,5A拉/灌电流,适用于BMS低边充放电MOS驱动。
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六、丰宝介绍
上海丰宝电子信息科技有限公司创办于1998年5月,本土知名的元器件代理商。总部位于上海,在北京、深圳、苏州、香港、台湾设有分公司,并在广州、东莞、厦门、南京、杭州、 武汉、西安等15个城市设有办事处。公司主营电子元器件世界品牌在中国大陆的代理销售,并致力于代理芯片产品的应用设计开发,整体解决方案在通讯、家电、工业控制得到广泛应用。公司的主要代理品牌有Bourns、Winbond、Omron、Knowles、U-blox 、Nuvoton、Digi和Torex等。
丰宝电子系上海市高新技术企业,2003至2014年连续十二年被《国际电子商情》评选为“读者最满意的十家大陆电子元器件分销商”。在2008至2011年三次获得“Omron优秀代理商销售奖”,2009至2012年三次获得“SGMC杰出成长奖”,2010年荣获“Bourns杰出业绩奖”,2011年荣获“NXP年度增长最快ID奖”,2012年荣获“NXP最佳FAE支持团队奖”,2013荣获 Torex合作伙伴奖。丰宝电子视诚信经营为企业至高荣誉,一直致力于上海市“诚信创建企业”工作认定,截止到2017年已荣升为五星级企业。