跟着快递服务需求的快速增长,电动摩托车因其电池容量大于电动自行车和电动踏板车的优势而变得越来越受欢迎。容量越大,行进时刻就越长,这有助于节约时刻,并完成更长间隔的投递。
电动摩托车电池组有多个电压渠道,其中最遍及的是60V,它在一个电池组中需求16S或许17S锂离子电池。
完成更长的运转时刻需求处理三个规划难题:
● 高精度电池电压采样以进步电池容量核算精度。
● 电池电压平衡。
● 低体系电流损耗,特别是在待机形式下。
低电流损耗16S-17S电池组参阅规划 能够协助处理以上说到的规划难题。它运用 BQ76940 电池监控器用于电池组低15串电池电压采样监控,运用一个双通道通用运算放大器 LM2904B 监控高两串电池电压。经过外部金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)完成更大的电池均衡电流。电池组参阅规划的框图如图1所示。
图1:16S-17S电池组框图
高精度电池电压采样
BQ76940 直接监控低15串电池,因而低15串电池电压精度直接由BQ76940决议。在25°C时从3.2 V到4.6 V的典型电压采样精度为±15 mV。必要时,能够经过额定校准进一步进步其电压采样精度。图2所示的分立电路决议了两个上部电池的精度。
图2:两个上部电池的分立电路图
以17串电池为例。当Q25在线性形式下作业时, LM2904B 的一个通道与P沟道MOSFET Q25、R89和R96一同作为负反馈电路作业。放大器的负相输入电压等于正相输入电压,即16串电池的电压。因而第17串单节电池电压加在R89两头发生的电流流过Q25和R96并回来参阅地,第16串单节电池采样与此相似。
经过运用模数转换器(ADC)丈量ADC_16和ADC_17电压,能够监控第16串和第17串单节电池电压。考虑到R89、R96、R87、R94和ADC参阅的容差,需求两点校准以取得更高的精度。图3显现了两点校准的进程。
我在实验室测试了校准后的第16串和第17串电池电压精度;成果如图4所示。精度到达±2mV。
图3:两点校准进程
电池均衡
因为第16串和第17串电池由分立电路监控,而下部15个电池由 BQ76940监控 ,因而有必要考虑对电池均衡的影响。
图5显现了首要的电流途径。赤色表明通用运算放大器的电源途径,绿色表明第17串电池的电压采样途径,灰色表明第16串电池的感测途径。通用运算放大器的供电电流由整个电池组供给并流回参阅地,因而是对整个电池组放电,并不会导致不均衡。第17串电池的电压采样途径也是从整个电池组流回参阅地,因而也不会导致不均衡。可是第16串电池的电压采样途径从低16串电池流回参阅地,这将导致第17串和低16串电池之间呈现电压不均衡。这种不均衡只要在检测第16串电池电压时才会呈现。
若要削减不均衡的影响,能够在不检测第16串电池的时分封闭Q21,并在核算不均衡影响时考虑Q21操控电路电流。
依据此处的剖析,并假定电压采样周期为250ms,则此参阅规划的不平衡电流应小于0.1 µA。
图4:16串和17串电池电压精度(25°C时)
低体系待机耗费
在从前编撰的文章 “踏板动力处理方案:为电动自行车和电动摩托车供给耐久性更好的13S、48V锂离子电池组, 我解说了怎么用 LM5164 和体系级规划来下降待机形式下的体系级电流耗费。现在,我想简略地讨论一下怎么下降待机形式下分立电路的电流耗费。待机形式下既不充电也不放电。电池电压感应起到维护效果,一般能够经过添加闲暇时刻来下降频率。为了削减待机形式下的功耗,您能够在不需求感测电压的情况下封闭电路。
图2中的处理方案运用P通道MOSFET Q20将电源切换到 LM2904B ,并由微操控器操控。为了进一步下降电流,我添加了Q22和Q21,用来堵截电池电压传感线路,然后节约更多的能量。假定电压感应周期为250 ms,闲暇时刻为250 ms,则待机时的均匀电流耗费将适当低。图2所示的处理方案中的典型电流小于1 µA。
图5:分立电路电流途径图
定论
总的来说,该参阅规划供给了一个具有本钱竞争力的电池组处理方案,掩盖高达17S的电池,是电动摩托车的抱负挑选。该规划经过以下方法完成更长的运转时刻:
● 进步电池电压采样精度。
● 削减待机形式下的电流耗费。
● 消除不均衡影响。
这种规划也适用于需求16S/48-V磷酸锂离子电池组的电信备用电池组 。