深度解析BMS兩輪電動(dòng)車保護(hù)板電路圖

第第頁(yè)深度解析BMS兩輪電動(dòng)車保護(hù)板電路圖現(xiàn)階段以鉛酸電池電動(dòng)車為主，（鋰電池）滲透率逐漸提升

中國(guó)兩輪電動(dòng)車在儲(chǔ)能類型上分為三類：鉛酸電池、鋰電池、氫能源。目前，市面上銷售的兩輪電動(dòng)車以鉛酸電池為主，具備技術(shù)成熟，價(jià)格便宜，可回收利用率高等特點(diǎn)；鋰電池在兩輪電動(dòng)車中的滲透率不足10%，其主要原因有：1）鋰電池技術(shù)門檻高，研發(fā)成本高；2）鋰電池產(chǎn)業(yè)鏈不完善，回收以及售后服務(wù)環(huán)節(jié)不足；3）消費(fèi)者價(jià)格敏感，對(duì)鋰電池動(dòng)力的需求不夠強(qiáng)烈。與鉛酸電池相比，鋰電池?fù)碛袎勖L(zhǎng)、質(zhì)量輕、綠色環(huán)保、能量密度大等優(yōu)點(diǎn)，在新國(guó)標(biāo)的促進(jìn)作用下，鋰電池在兩輪電動(dòng)車中的滲透率有望進(jìn)一步提高。此外，氫能源電池兩輪車（產(chǎn)品）也在積極的探索與研發(fā)中，未來(lái)也將成為中國(guó)兩輪車市場(chǎng)的重要組成部分。

根據(jù)“新國(guó)標(biāo)”技術(shù)規(guī)范，兩輪電動(dòng)車分為三類《電動(dòng)自行車安全技術(shù)規(guī)范》(GB17761-2023)強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)出臺(tái)后，長(zhǎng)期以來(lái)不明確的“電動(dòng)車”“電動(dòng)踏板車”被重新定義，根據(jù)《新國(guó)標(biāo)》技術(shù)規(guī)范，兩輪電動(dòng)車可劃分為三類：電動(dòng)自行車、電動(dòng)輕便摩托車、電動(dòng)摩托車。電動(dòng)自行車：又稱國(guó)標(biāo)車，要求必須具備腳踏騎行功能，蓄電池作為輔助能源，速度不超過(guò)25km/h，屬于非機(jī)動(dòng)車。電動(dòng)輕便摩托車：由電力驅(qū)動(dòng)，（電機(jī)）額定功率總和不大于4KW，最高設(shè)計(jì)車速不大于50km/h的摩托車，屬于機(jī)動(dòng)車。電動(dòng)摩托車：由電力驅(qū)動(dòng)，電機(jī)額定功率總和大于4KW，最高速度大于50km/h的摩托車，屬于機(jī)動(dòng)車。

2023年中國(guó)兩輪電動(dòng)車行業(yè)規(guī)模達(dá)1046億元2023年，中國(guó)兩輪電動(dòng)車市場(chǎng)規(guī)模達(dá)1046億元，2023-2023年兩輪電動(dòng)車的規(guī)模增長(zhǎng)貢獻(xiàn)主要來(lái)自新國(guó)標(biāo)替換產(chǎn)生的銷量增長(zhǎng)。新國(guó)標(biāo)后，低端兩輪電動(dòng)車產(chǎn)品被淘汰，兩輪電動(dòng)車產(chǎn)品平均單價(jià)有所提升，預(yù)計(jì)2022年兩輪電動(dòng)車市場(chǎng)規(guī)?？蛇_(dá)1443億元。

鋰電池能量密度一般為120-180wh/kg，顯著高于鉛酸電池28-40wh/kg。鋰電池符合新國(guó)標(biāo)輕量化需求，以雅迪小叮當(dāng)系列為例，鉛酸電池重量17kg，遠(yuǎn)高于鋰電池4.7kg。鉛酸版車型若要滿足新國(guó)標(biāo)要求，除電池外其他部件重量不能超過(guò)40公斤，這就需要考慮將車型的尺寸減小或采用輕型材料設(shè)計(jì)，而輕型材料往往售價(jià)高昂。鋰電池另一大優(yōu)勢(shì)在于體積小、可拆卸提出，方便用戶充電，還能降低電池被盜風(fēng)險(xiǎn)。

（電池管理）系統(tǒng)設(shè)計(jì)概述：

電池管理系統(tǒng)大的方向講，在電動(dòng)汽車和混合動(dòng)力汽車中必不可少，必須對(duì)電池進(jìn)行（檢測(cè)），才能保證電池正常充放電，防止過(guò)充和過(guò)放，延長(zhǎng)使用壽命，保證續(xù)航里程。

鋰電池能量密度高，電池內(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。因此，鋰電池需要有一套監(jiān)控系統(tǒng)，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。

兩輪電動(dòng)車BMS行業(yè)內(nèi)成為兩輪電動(dòng)車電池保護(hù)板

保護(hù)板分為（硬件）板與軟件板

所謂硬件板，就是保護(hù)板上沒(méi)有可以進(jìn)行（編程）的（芯片），只是按照特定的線路進(jìn)行連接，保護(hù)板的參數(shù)是固定的。這一類保護(hù)板一般成本較低，功能簡(jiǎn)單，很難實(shí)現(xiàn)邏輯上的特殊控制要求。而軟件板則是在硬件板的基礎(chǔ)上，加了可以編程的芯片，因此這類保護(hù)板除了實(shí)現(xiàn)基本功能以外，還能實(shí)現(xiàn)很多特殊的功能。只要通過(guò)修改程序和添加外設(shè)，基本可以實(shí)現(xiàn)任何功能。比如遠(yuǎn)程引爆車輛中的鋰電池。

分口與同口保護(hù)板

保護(hù)板為了現(xiàn)實(shí)保護(hù)電池的功能，必須要能夠主動(dòng)切斷電池主回路。因此，在電池包內(nèi)部，電池的主回路是要經(jīng)過(guò)保護(hù)板的。為了對(duì)充電和放電都能進(jìn)行控制，保護(hù)板必須具有兩個(gè)開關(guān)，分別控制充電和放電回路（姑且這么理解）。在同口保護(hù)板中，這兩個(gè)開關(guān)串在一條線上，接到電池包外部，充電和放電都經(jīng)過(guò)此線。而在分口保護(hù)板中，電池分出兩根線，分別接充電開關(guān)和放電開關(guān)，再接到電池外部。

之所以會(huì)出現(xiàn)同口和分口保護(hù)板，是為了降低成本：一般電動(dòng)車鋰電池包的充電電流要比放電電流小，如果兩個(gè)開關(guān)串到一條線上，那么兩個(gè)開關(guān)就得照著大的買。而分口的話，充電電流小，就可以用一個(gè)更小的開關(guān)。這里說(shuō)的開關(guān)，其實(shí)就是（MOSFET），是鋰電保護(hù)板的主要成本，而且國(guó)內(nèi)相關(guān)產(chǎn)品技術(shù)受限，核心部件需要進(jìn)口。

按照串?dāng)?shù)和持續(xù)放電電流大小來(lái)分

串?dāng)?shù)比較好理解，常見的7串（三元24v），13串（三元48v），17串（三元60v），20串（三元72v）。保護(hù)板需要采集每一串電芯的電壓，因此串?dāng)?shù)不同，保護(hù)板是不同的。而電流大小，就是決定了如上所說(shuō)開關(guān)的大?。∕OS數(shù)量），對(duì)價(jià)格的影響很重。

鐵鋰常見的就是15/16串48v，20串60v，24串72v。我公司就是只做鐵鋰，因?yàn)殍F鋰更安全，有更長(zhǎng)的壽命，適合出口。當(dāng)然我們?cè)趪?guó)內(nèi)的銷售額也很好。

鋰電池體積小、可拆卸提出，方便用戶充電，

降低電池被盜風(fēng)險(xiǎn)。

最后就是按照電芯材料來(lái)分

不同的電芯材料，放電截止電壓和充電截止電壓是不一樣的。因此，所使用的保護(hù)板也是不一樣的，最常見的就是三元保護(hù)板和磷酸鐵鋰保護(hù)板，一般三元電芯電壓范圍為2.7-4.2v，而磷酸鐵鋰則是2.5-3.6v。

他們的主要功能

過(guò)充電壓、過(guò)充保護(hù)延時(shí)、過(guò)充恢復(fù)電壓過(guò)放電壓、過(guò)放保護(hù)延時(shí)、過(guò)放恢復(fù)電壓

下面，我們來(lái)看電流保護(hù)相關(guān)的參數(shù)。保護(hù)板的電流保護(hù)，一方面是防止充電電流太大，另一方面是防止放電電流太大。過(guò)大的電流，會(huì)傷害電池，也可能燒壞保護(hù)板自身。首先，保護(hù)板有一個(gè)基本的關(guān)鍵參數(shù)：放電電流和充電電流。該電流是保護(hù)板的持續(xù)放電或者充電電流，它代表了保護(hù)板自己的載流能力，和電池?zé)o關(guān)。除了該參數(shù)以外，保護(hù)板還有一對(duì)電流參數(shù)，即充電保護(hù)電流和放電保護(hù)電流。顧名思義，就是在充電或者放電過(guò)程中，電流超過(guò)該值的大小就關(guān)斷。同之前的道理一樣，電流的保護(hù)也是有延時(shí)的，不過(guò)電流保護(hù)的恢復(fù)是自動(dòng)的，只要電流減小就會(huì)自動(dòng)恢復(fù)。

現(xiàn)在，我們又多了兩組共4個(gè)數(shù)據(jù)和一對(duì)單獨(dú)的數(shù)據(jù)：

放電過(guò)流保護(hù)電流大小、放電過(guò)流保護(hù)延時(shí)充電過(guò)流保護(hù)電流大小、充電過(guò)流保護(hù)延時(shí)持續(xù)放電電流、持續(xù)充電電流

短路保護(hù)，同過(guò)流保護(hù)一樣，當(dāng)電流超過(guò)設(shè)定值時(shí)切斷回路。也有延時(shí)控制功能。不過(guò)恢復(fù)模式有兩種，主動(dòng)恢復(fù)和被動(dòng)恢復(fù)。

（電流檢測(cè)）和短路保護(hù)，需要選擇合適的電流（傳感器）。我們可以把電流檢測(cè)分為幾個(gè)范圍：

1，檢測(cè)5A到70A的直流或交流電流。

檢測(cè)5A到50A的直流或交流電一般選用芯片式的霍爾電流傳感器，比如

CH701電流傳感器（IC），是工業(yè)、汽車、商業(yè)和（通信）系統(tǒng)中交流或直流電流傳感的經(jīng)濟(jì)而精確的解決方案。小封裝是空間受限應(yīng)用的理想選擇，同時(shí)由于減少了電路板面積而節(jié)省了成本。典型應(yīng)用包括（電機(jī)控制）、負(fù)載檢測(cè)和管理、（開關(guān)電源）和過(guò)電流故障保護(hù)。參考文章：霍爾傳感器芯片該如何選型

CH701可以檢測(cè)到50A峰值的電流。

如果需要檢測(cè)更大電流，需要更高的隔離電壓，可以選擇更大電流范圍的產(chǎn)品，比如16腳的CH701W系列，電流范圍可以到70A，絕緣耐壓可以到4800（Vr）ms：

2，檢測(cè)50A到200A的直流或交流電流。

可以選用直插型的電流傳感器

CH704是專為大電流檢測(cè)應(yīng)用開發(fā)的隔離集成式電流傳感芯片。CH704內(nèi)置0.1mΩ的初級(jí)導(dǎo)體（電阻），有效降低芯片發(fā)熱支持大電流檢測(cè)：±50A,±100A,±150A,±200A。其內(nèi)部集成獨(dú)特的溫度補(bǔ)償電路以實(shí)現(xiàn)芯片在-40到150度全溫范圍內(nèi)良好的一致性。出廠前芯片已做好靈敏度和靜態(tài)（零電流）輸出電壓的校準(zhǔn)，在全溫度范圍內(nèi)提供±2%的典型準(zhǔn)確性。

參考文章：意瑞（半導(dǎo)體）推出250A霍爾電流傳感器產(chǎn)品，可以替換（Allegro）的（AC）S758/ACS770/ACS772

溫度保護(hù)，溫度保護(hù)分上限溫度和下限溫度，當(dāng)溫度超出該范圍時(shí)，保護(hù)板關(guān)斷電池。不同的保護(hù)板功能不一，有些只有高溫保護(hù)，有些高低溫都有。而有些可以設(shè)置充電和放電不同的保護(hù)溫度。這主要是和保護(hù)板所使用的芯片有關(guān)。關(guān)于具體的東西，后面會(huì)更詳細(xì)的說(shuō)一下。

上面，我們說(shuō)了保護(hù)板的電壓過(guò)充和過(guò)放保護(hù)，電流過(guò)流和短路保護(hù)，溫度高低溫保護(hù)。其中電壓、電流保護(hù)，高溫保護(hù)是保護(hù)板的基本功能，前兩項(xiàng)更是必不可少的，高溫保護(hù)也相對(duì)比較重要。下面，我們就來(lái)說(shuō)說(shuō)保護(hù)板的自身參數(shù)，比如自耗電和內(nèi)阻等，他們不起保護(hù)作用，但是對(duì)電池的性能是有影響的。

自耗電

自耗電分為工作自耗電和靜態(tài)（睡眠）自耗電，保護(hù)板自耗電的電流一般是ua級(jí)別。工作自耗電電流較大，主要為保護(hù)芯片、mos驅(qū)動(dòng)等消耗。保護(hù)板的自耗電太大會(huì)過(guò)多消耗電池電量，如果長(zhǎng)時(shí)間擱置的電池，保護(hù)板自耗電可能導(dǎo)致電池虧電。

保護(hù)板的主回路內(nèi)阻也是一個(gè)很重要的參數(shù)，保護(hù)板的主回路內(nèi)阻主要來(lái)源于（pcb）板上鋪設(shè)阻值，mos的阻值（主要）和分流電阻的阻值。在保護(hù)板進(jìn)行充放電時(shí)，特別是mos部分，會(huì)產(chǎn)生大量的熱，因此一般保護(hù)板的mos上都需要貼一大塊的鋁片用于導(dǎo)熱和散熱。

好了，上面就是一個(gè)保護(hù)板的基本功能和參數(shù)了，除了這些基本功能以外，為了使用不同的應(yīng)用場(chǎng)景個(gè)需求，保護(hù)板還有各種各樣的附加功能（如均衡），特別是帶軟件的保護(hù)板中，功能更是異常豐富，比如（藍(lán)牙）、wifi、GPS、串口、（CAN）等應(yīng)有盡有，再高階一點(diǎn)，就成了電池管理系統(tǒng)了（BMS）。

鋰電池保護(hù)板電流選擇

1.鋰電池保護(hù)板電流是由保護(hù)IC檢測(cè)電壓和MOS管內(nèi)阻決定的，如果保護(hù)IC無(wú)法更改，可以改MOS管，比如DW01與8205MOS，用一顆MOS管是2~5A，用兩顆MOS管并聯(lián)電流就會(huì)增加一倍?，F(xiàn)在的大容量移動(dòng)（電源）有的用3~4顆MOS管并聯(lián)。

2.保護(hù)板保護(hù)電流＝過(guò)流檢測(cè)電壓/MOS管內(nèi)阻（由于是兩顆MOS管串聯(lián)，計(jì)算時(shí)MOS管內(nèi)阻要乘2）

3.鋰電池選保護(hù)板要根據(jù)電池的容量來(lái)定

鋰電池保護(hù)板選購(gòu)要點(diǎn)

為了保護(hù)鋰電池組壽命，建議任何時(shí)候電池充電電壓都不要超過(guò)3.65v，就是鋰電池保護(hù)板保護(hù)電壓不高于3.65v，均衡電壓建議3.4v-3.5v，電池放電保護(hù)電壓一般2.5v以上就可以。

充電器建議最高電壓為3.5串?dāng)?shù)，自放電越大，均衡需要時(shí)間越長(zhǎng)，自放電過(guò)大的電芯已經(jīng)很難均衡，需要剔除。所以挑選鋰電池保護(hù)板的時(shí)候，盡量挑選3.6v過(guò)壓保護(hù)的，3.5v左右啟動(dòng)均衡的。

總之鋰電池保護(hù)板的內(nèi)阻越低越好，越低越不發(fā)熱。保護(hù)板限流大小是靠康銅絲取樣電阻決定的，但持續(xù)電流能力是mos決定的

儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)（ESBMS）與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)（BMS）的不同之處

儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)，與動(dòng)力電池管理系統(tǒng)非常類似。但動(dòng)力電池系統(tǒng)處于高速運(yùn)動(dòng)的電動(dòng)汽車上，對(duì)電池的功率響應(yīng)速度和功率特性、SOC估算精度、狀態(tài)參數(shù)計(jì)算數(shù)量，都有更高的要求。

儲(chǔ)能系統(tǒng)規(guī)模極大，集中式電池管理系統(tǒng)與儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)差異明顯，這里只拿動(dòng)力電池分布式電池管理系統(tǒng)與其對(duì)比。

2.1電池及其管理系統(tǒng)在各自系統(tǒng)里的位置有所不同

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，儲(chǔ)能電池在（高壓）上只與儲(chǔ)能變流器發(fā)生交互，變流器從交流電網(wǎng)取電，給電池組充電；或者電池組給變流器（供電），電能通過(guò)變流器轉(zhuǎn)換成交流發(fā)送到交流電網(wǎng)上去。

儲(chǔ)能系統(tǒng)的通訊，電池管理系統(tǒng)主要與變流器和儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)有信息交互關(guān)系。一方面，電池管理系統(tǒng)給變流器發(fā)送重要狀態(tài)信息，確定高壓電力交互情況；另一方面，電池管理系統(tǒng)給儲(chǔ)能電站的調(diào)度系統(tǒng)PCS發(fā)送最全面的監(jiān)測(cè)信息。

電動(dòng)汽車的BMS，在高壓上，與電動(dòng)機(jī)和充電機(jī)都有能量交換關(guān)系；在通訊方面，與充電機(jī)在充電過(guò)程中有信息交互，在全部應(yīng)用過(guò)程中，與整車（控制器）有最為詳盡的信息交互。如下圖所示。

2.2硬件邏輯結(jié)構(gòu)不同

儲(chǔ)能管理系統(tǒng)，硬件一般采用兩層或者三層的模式，規(guī)模比較大的傾向于三層管理系統(tǒng)。

動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，只有一層集中式或者兩分布式，基本不會(huì)出現(xiàn)三層的情況。小型車主要應(yīng)用一層集中式電池管理系統(tǒng)。兩層的分布式動(dòng)力電池管理系統(tǒng)，如下圖所示。

從功能看，儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)第一層和第二層模塊基本等同于動(dòng)力電池的第一層采集模塊和第二層主控模塊。儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)的第三層，則是在此基礎(chǔ)上增加的一層，用以應(yīng)對(duì)儲(chǔ)能電池巨大的規(guī)模。

打一個(gè)不是那么恰當(dāng)?shù)谋确健Ｒ粋€(gè)管理者的最佳下屬數(shù)量是7個(gè)人，如果這個(gè)部門一直擴(kuò)張，出現(xiàn)了49個(gè)人，那么只好7個(gè)人選一個(gè)組長(zhǎng)，再任命一個(gè)經(jīng)理管理這7個(gè)組長(zhǎng)。超越個(gè)人能力，管理容易出現(xiàn)混亂。

映射到儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)上，這個(gè)管理能力就是芯片的計(jì)算能力和軟件程序的復(fù)雜度。

2.3通訊協(xié)議有區(qū)別

儲(chǔ)能電池管理系統(tǒng)與內(nèi)部的通訊基本都采用CAN協(xié)議，但其與外部通訊，外部主要指儲(chǔ)能電站調(diào)度系統(tǒng)PCS，往往采用互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議格式TCP/IP協(xié)議。

動(dòng)力電池，所在的電動(dòng)汽車大環(huán)境都采用CAN協(xié)議，只是按照電池包內(nèi)部組件之間使用內(nèi)部CAN，電池包與整車之間使用整車CAN做區(qū)分。

2.4儲(chǔ)能電站采用的電芯種類不同，則管理系統(tǒng)參數(shù)區(qū)別較大

儲(chǔ)能電站出于安全性及經(jīng)濟(jì)性考慮，選擇鋰電池的時(shí)候，往往選用磷酸鐵鋰，更有的儲(chǔ)能電站使用鉛酸電池、鉛碳電池。而電動(dòng)汽車目前的主流電池類型是磷酸鐵鋰電池和三元鋰電池。

電池類型的不同，其外部特性區(qū)別巨大，電池模型完全不可以通用。而電池管理系統(tǒng)與電芯參數(shù)必須是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。不同廠家出品的同一種類型的電芯，其詳細(xì)參數(shù)設(shè)置也不會(huì)相同。

2.5閾值設(shè)置傾向不同

儲(chǔ)能電站，空間比較富裕，可以容納較多的電池，但某些電站地處偏遠(yuǎn)，運(yùn)輸不便