Qorvo BMS專家劉明:智能電池管理方案(BMS)的創(chuàng)新和發(fā)展趨勢
新能源產業(yè)在全球范圍內的蓬勃發(fā)展,其核心科技的不斷創(chuàng)新不僅重塑了能源格局,更深刻地影響了多個關聯(lián)領域的發(fā)展路徑。這一創(chuàng)新浪潮也為電動工具市場催生出了全新的發(fā)展機遇和挑戰(zhàn)。
不同于人人熟知的電動汽車,電動工具涉及更廣泛的應用場景,導致其需求比電動汽車市場更高出一個數(shù)量級還多。研究機構EVTank發(fā)布的《中國電動工具行業(yè)發(fā)展白皮書》數(shù)據顯示,全球電動工具出貨量為4.7億臺,而全球市場規(guī)模為521.6億美元。
對此,Qorvo BMS專家劉明在近日的“2024國際綠色能源生態(tài)發(fā)展峰會”上,通過題為《智能電池管理方案(BMS)的創(chuàng)新和發(fā)展趨勢》的主題演講,深入剖析了Qorvo在電動工具市場,特別是BMS領域的創(chuàng)新焦點。
四類電源產品布局
BMS持續(xù)創(chuàng)新突破
Qorvo目前擁有連接與傳感器、高性能模擬(即電源產品)以及先進蜂窩產品這三大類的產品線。通過近年來在電源領域的投入發(fā)展和持續(xù)創(chuàng)新,特別是在智能電池管理解決方案上取得了一系列重要突破。
Qorvo的BMS解決方案以高度集成的單芯片為核心,獨樹一幟地支持高達20串電芯的精密管理,處于業(yè)界領先水平。劉明詳細介紹了Qorvo在電源領域的四類產品,包括PMIC、BMS芯片、馬達驅動芯片和SiC芯片。
高度定制化PMIC:Qorvo PMIC系列允許用戶根據不同應用場景定制電源參數(shù),滿足如SSD、MO-Module供電以及光模塊等領域嚴苛的性能需求,通過可編程功能確保閉環(huán)穩(wěn)定性與電壓調整靈活性。
BMS芯片:Qorvo BMS芯片單顆即可支持最高20串電芯的監(jiān)控,且具備先進的電池狀態(tài)檢測功能,能準確估算SOC(荷電狀態(tài))和SOH(電池健康狀態(tài)),確保電池在整個生命周期內的高效利用。
一體化馬達驅動方案:馬達驅動芯片同樣采用一體化設計,將MCU、AFE等功能模塊封裝在一起,大大降低了客戶的設計復雜度和成本,同時提供優(yōu)異的馬達控制性能,覆蓋從消費級電動工具到專業(yè)汽車應用等多個市場。
碳化硅器件技術:Qorvo引入的碳化硅產品線在降低能耗、提高效率方面表現(xiàn)出色。較低的導通阻抗是其最大的產品優(yōu)勢,電壓范圍從600V到1700V都有覆蓋且已通過車規(guī)級認證,尤其適合電動汽車和其他高功率應用。其中內阻最低的一款產品在室溫下能夠低至5.4毫歐。
Qorvo的BMS芯片的設計思路與馬達驅動芯片類似,同樣也集成了Arm-Cortex-M0或M4的MCU,其內置的AFE芯片單顆芯片支持10-20串電芯,最大耐壓能夠達到145V。對于電動工具等相關應用,劉明表示:“只需1顆馬達驅動芯片+1顆BMS芯片,就能滿足客戶的系統(tǒng)設計需求?!?/p>
著眼未來
將有線BMS推向無線化的新紀元
在電動化與節(jié)能技術快速發(fā)展的大背景下,市場上原本廣泛應用于各類工具設備以及交通工具的傳統(tǒng)內燃機和交流電機正在逐步被更高效、環(huán)保的直流無刷電機(BLDC)以及永磁同步電機(PMSM)所取代。與此同時,能源供應方式也開始從傳統(tǒng)的內燃機驅動和交流供電系統(tǒng),轉換為鋰電池作為主要能源解決方案。為此,Qorvo將BMS芯片當前的研發(fā)重點放在了兩個方向:
將fuel gauging算法集成到芯片內部,從而使得MCU能夠更加高效地處理復雜的電池狀態(tài)監(jiān)控任務,實時反饋電池的荷電狀態(tài)以及其他關鍵參數(shù)。這種集成化設計極大地提高了數(shù)據采集和計算的精度與速度,增強了電池的智能化管理水平;
前瞻性地對有線BMS進行無線化,通過MCU內部集成藍牙或Zigbee等無線通信模塊,提升電池管理系統(tǒng)的靈活性與智能化水平。
“越來越多的客戶開始從有線設計轉到了無線設計上”,劉明在演講中指出。Qorvo在峰會現(xiàn)場展出了這款智能BMS產品demo。
Bluetooth通過I2C和BMS相互溝通,將電芯的電量,電壓,電流和溫度實時情況傳輸?shù)絇C端;
BMS為Motor board供電,實現(xiàn)整個系統(tǒng)的運轉;
實時更新電芯的狀態(tài),無需有線傳輸;
提供可視化的界面GUI,實時監(jiān)控電芯的健康狀態(tài)。
六大關鍵技術維度
直擊電池管理兩大核心痛點
劉明認為:“在電池相關領域,安全和延長使用時間是兩大核心痛點?!?Qorvo從充放電、短路保護、充放電的過流保護、延長使用時間、電池均衡、電池運輸或存儲過程當中的損耗控制這六大功能出發(fā),實現(xiàn)了對電池安全與使用壽命的有效管控和優(yōu)化。
01 精細化充放電管理
通過精確控制電池充放電過程,避免過度充放電導致的電池性能衰退,延長電池使用壽命;
02 短路保護機制
采用先進的電池管理系統(tǒng),對短路、過熱、過充、過放等危險情況進行實時監(jiān)測和預警,確保電池在各種工況下的安全運行;
03 充放電的過流保護
提前告知系統(tǒng)是否存在問題,以便用戶能夠及時采取相應的措施應對;
04 電池實時監(jiān)控
通過豐富的外設接口,BMS能夠實時監(jiān)測電池運行過程中的電流(I)、電壓(V)和溫度(T)這三個關鍵參數(shù),并計算出電池的SOC。通過充放電,能夠進一步計算出電池健康狀態(tài)的變化。從而幫助用戶采取適當?shù)木S護措施,延緩電池老化速度,有效延長電池的使用壽命;
05 電池均衡技術
通過主動或被動均衡方法,減少電池組內單體電池之間的容量差異,保證電池組整體性能的一致性和長久有效性;
06 低功耗休眠
縮小電池在運輸或存儲過程中的損耗,可變相延長電池的使用壽命。在冬眠模式下,最小功耗僅3微安,支持充電喚醒、外部按鍵喚醒和定時喚醒等多種喚醒模式,能夠以超低功耗運行并在必要時快速響應。
“Qorvo的電池管理技術并非孤立存在,而是緊密聯(lián)系、相互融合?!眲⒚鲝娬{道。目前Qorvo的技術創(chuàng)新和產品布局已在其眾多應用場景中顯現(xiàn)成效,Qorvo BMS芯片可以通過內部MCU配置相應的過流保護、電池均衡、Fuel gauging算法等,從而為客戶提供更高性能、更有價值的一站式解決方案。
審核編輯:劉清
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