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[分享] Qorvo智能BMS方案,当电池管理迈向“无线化”会发生什么?

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发表于 2024-4-17 16:17:58 | 显示全部楼层 |阅读模式
新能源产业在全球范围内的蓬勃发展,其核心科技的不断创新不仅重塑了能源格局,更深刻地影响了多个关联领域的发展路径。这一创新浪潮也为电动工具市场催生出了全新的发展机遇和挑战。

不同于人人熟知的电动汽车,电动工具涉及更广泛的应用场景,导致其需求比电动汽车市场更高出一个数量级还多。研究机构EVTank发布的《中国电动工具行业发展白皮书》数据显示,全球电动工具出货量为4.7亿台,而全球市场规模为521.6亿美元。

对此,Qorvo BMS专家刘明在近日的“2024国际绿色能源生态发展峰会”上,通过题为《智能电池管理方案(BMS)的创新和发展趋势》的主题演讲,深入剖析了Qorvo在电动工具市场,特别是BMS领域的创新焦点。



四类电源产品布局

BMS持续创新突破


Qorvo目前拥有连接与传感器、高性能模拟(即电源产品)以及先进蜂窝产品这三大类的产品线。通过近年来在电源领域的投入发展和持续创新,特别是在智能电池管理解决方案上取得了一系列重要突破。

Qorvo的BMS解决方案以高度集成的单芯片为核心,独树一帜地支持高达20串电芯的精密管理,处于业界领先水平。刘明详细介绍了Qorvo在电源领域的四类产品,包括PMIC、BMS芯片、马达驱动芯片和SiC芯片。

高度定制化PMIC:Qorvo PMIC系列允许用户根据不同应用场景定制电源参数,满足如SSD、MO-Module供电以及光模块等领域严苛的性能需求,通过可编程功能确保闭环稳定性与电压调整灵活性。

BMS芯片:Qorvo BMS芯片单颗即可支持最高20串电芯的监控,且具备先进的电池状态检测功能,能准确估算SOC(荷电状态)和SOH(电池健康状态),确保电池在整个生命周期内的高效利用。

一体化马达驱动方案:马达驱动芯片同样采用一体化设计,将MCU、AFE等功能模块封装在一起,大大降低了客户的设计复杂度和成本,同时提供优异的马达控制性能,覆盖从消费级电动工具到专业汽车应用等多个市场。

碳化硅器件技术:Qorvo引入的碳化硅产品线在降低能耗、提高效率方面表现出色。较低的导通阻抗是其最大的产品优势,电压范围从600V到1700V都有覆盖且已通过车规级认证,尤其适合电动汽车和其他高功率应用。其中内阻最低的一款产品在室温下能够低至5.4毫欧。

Qorvo的BMS芯片的设计思路与马达驱动芯片类似,同样也集成了Arm-Cortex-M0或M4的MCU,其内置的AFE芯片单颗芯片支持10-20串电芯,最大耐压能够达到145V。对于电动工具等相关应用,刘明表示:“只需1颗马达驱动芯片+1颗BMS芯片,就能满足客户的系统设计需求。”

着眼未来

将有线BMS推向无线化的新纪元


在电动化与节能技术快速发展的大背景下,市场上原本广泛应用于各类工具设备以及交通工具的传统内燃机和交流电机正在逐步被更高效、环保的直流无刷电机(BLDC)以及永磁同步电机(PMSM)所取代。与此同时,能源供应方式也开始从传统的内燃机驱动和交流供电系统,转换为锂电池作为主要能源解决方案。为此,Qorvo将BMS芯片当前的研发重点放在了两个方向:

1.将fuel gauging算法集成到芯片内部,从而使得MCU能够更加高效地处理复杂的电池状态监控任务,实时反馈电池的荷电状态以及其他关键参数。这种集成化设计极大地提高了数据采集和计算的精度与速度,增强了电池的智能化管理水平;

2.前瞻性地对有线BMS进行无线化,通过MCU内部集成蓝牙或Zigbee等无线通信模块,提升电池管理系统的灵活性与智能化水平。

“越来越多的客户开始从有线设计转到了无线设计上”,刘明在演讲中指出。Qorvo在峰会现场展出了这款智能BMS产品demo。



Bluetooth通过I2C和BMS相互沟通,将电芯的电量,电压,电流和温度实时情况传输到PC端;

BMS为Motor board供电,实现整个系统的运转;

实时更新电芯的状态,无需有线传输;

提供可视化的界面GUI,实时监控电芯的健康状态。

六大关键技术维度

直击电池管理两大核心痛点


刘明认为:“在电池相关领域,安全和延长使用时间是两大核心痛点。” Qorvo从充放电、短路保护、充放电的过流保护、延长使用时间、电池均衡、电池运输或存储过程当中的损耗控制这六大功能出发,实现了对电池安全与使用寿命的有效管控和优化。




01精细化充放电管理
通过精确控制电池充放电过程,避免过度充放电导致的电池性能衰退,延长电池使用寿命;

02短路保护机制
采用先进的电池管理系统,对短路、过热、过充、过放等危险情况进行实时监测和预警,确保电池在各种工况下的安全运行;

03充放电的过流保护
提前告知系统是否存在问题,以便用户能够及时采取相应的措施应对;

04电池实时监控
通过丰富的外设接口,BMS能够实时监测电池运行过程中的电流(I)、电压(V)和温度(T)这三个关键参数,并计算出电池的SOC。通过充放电,能够进一步计算出电池健康状态的变化。从而帮助用户采取适当的维护措施,延缓电池老化速度,有效延长电池的使用寿命;

05电池均衡技术
通过主动或被动均衡方法,减少电池组内单体电池之间的容量差异,保证电池组整体性能的一致性和长久有效性;

06低功耗休眠
缩小电池在运输或存储过程中的损耗,可变相延长电池的使用寿命。在冬眠模式下,最小功耗仅3微安,支持充电唤醒、外部按键唤醒和定时唤醒等多种唤醒模式,能够以超低功耗运行并在必要时快速响应。

“Qorvo的电池管理技术并非孤立存在,而是紧密联系、相互融合。”刘明强调道。目前Qorvo的技术创新和产品布局已在其众多应用场景中显现成效,Qorvo BMS芯片可以通过内部MCU配置相应的过流保护、电池均衡、Fuel gauging算法等,从而为客户提供更高性能、更有价值的一站式解决方案。



文章转载自Qorvo半导体微信公众号


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