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速度与激情:更持久耐用的电动摩托车16S-17S锂离

跟着快递办事需求的快速增长,电动摩托车因其电池容量大年夜于电动自行车和电动踏板车的上风而变得越来越受迎接。容量越大年夜,行驶光阴就越长,这有助于节省光阴,并实现更长间隔的递送。

电动摩托车电池组有多个电压平台,此中最普遍的是60V,它在一个电池组中必要16S或者17S锂离子电池

实现更长的运行光阴必要办理三个设计难题:

高精度电池电压采样以前进电池容量谋略精度。

电池电压平衡。

低系统电流损耗,分外是在待机模式下。

低电流损耗16S-17S电池组参考设计可以赞助办理以上提到的设计难题。它应用BQ76940电池监控器用于电池组低15串电池电压采样监控,应用一个双通道通用运算放大年夜器LM2904B监控高两串电池电压。经由过程外部金属氧化物半导体场效应晶体管MOSFET)实现更大年夜的电池均衡电流。电池组参考设计的框图如图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,是以低15串电池电压精度直接由BQ76940抉择。在25°C时从3.2 V到4.6 V的范例电压采样精度为±15 mV。需要时,可以经由过程额外校准进一步前进其电压采样精度。图2所示的分立电路抉择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在线性模式下事情时,LM2904B的一个通道与P沟道MOSFET Q25、R89和R96一路作为负反馈电路事情。放大年夜器的负相输入电压即是正相输入电压,即16串电池的电压。是以第17串单节电池电压加在R89两端孕育发生的电流流过Q25和R96并返回参考地,第16串单节电池采样与此类似。

经由过程应用模数转换器ADC丈量ADC_16和ADC_17电压,可以监控第16串和第17串单节电池电压。斟酌到R89、R96、R87、R94和ADC参考的容差,必要两点校准以得到更高的精度。图3显示了两点校准的历程。

图3:两点校准历程

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;结果如图4所示。精度达到±2mV。

图4:16串和17串电池电压精度(25°C时)

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,是以必须斟酌对电池均衡的影响。

图5显示了主要的电流路径。血色表示通用运算放大年夜器的电源路径,绿色表示第17串电池的电压采样路径,灰色表示第16串电池的感测路径。通用运算放大年夜器的供电电流由全部电池组供给并流回参考地,是以是对全部电池组放电,并不会导致不均衡。第17串电池的电压采样路径也是从全部电池组流回参考地,是以也不会导致不均衡。然则第16串电池的电压采样路径从低16串电池流回参考地,这将导致第17串和低16串电池之间呈现电压不均衡。这种不均衡只有在检测第16串电池电压时才会呈现。

若要削减不均衡的影响,可以在不检测第16串电池的时刻关闭Q21,并在谋略不均衡影响时斟酌Q21节制电路电流。

根据此处的阐发,并假设电压采样周期为250ms,则此参考设计的不平衡电流应小于0.1 µA。

图5:分立电路电流路径图

低系统待机耗损

在先前撰写的文章“踏板动力办理规划:为电动自行车和电动摩托车供给历久性更好的13S、48V锂离子电池组,我说清楚明了若何用LM5164和系统级设计来低落待机模式下的系统级电流耗损。现在,我想简单地评论争论一下若何低落待机模式下分立电路的电流耗损。待机模式下既不充电也不放电。电池电压感应起到保护感化,平日可以经由过程增添余暇光阴来低落频率。为了削减待机模式下的功耗,您可以在不必要感测电压的环境下关闭电路。

图2中的办理规划应用P通道MOSFET Q20将电源切换到LM2904B,并由微节制器节制。为了进一步低落电流,我增添了Q22和Q21,用来堵截电池电压传感线路,从而节省更多的能量。假设电压感应周期为250 ms,余暇光阴为250 ms,则待机时的匀称电流耗损将相称低。图2所示的办理规划中的范例电流小于1 µA。

结论

总的来说,该参考设计供给了一个具有资源竞争力的电池组办理规划,覆盖高达17S的电池,是电动摩托车的抱负选择。该设计经由过程以下要领实现更长的运行光阴:

前进电池电压采样精度。

削减待机模式下的电流耗损。

打消不均衡影响。

这种设计也适用于必要16S/48-V磷酸锂离子电池组的电信备用电池组。

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