市场分析
BMS电池管理系统(Battery Management System)俗称之为电池保姆或电池管家,主要就是为了智能化管理及维护各个电池单元,防止电池出现过充电和过放电,延长电池的使用寿命,监控电池的状态。
BMS是新能源汽车动力电池系统的核心部件之一,相比于传统消费类锂电池,新能源汽车动力电池无论是结构的复杂度、所搭载电池的单体个数,还是整体对于安全性能的要求,都使得BMS的重要性尤为突出。受益于政策的优惠,我国新能源汽车市场从2014年开始快速发展,新能源汽车产销量大幅上升,预计2021年销量高达220万辆。
近年来,随着新能源汽车产销量快速增长,极大的促进了BMS行业的发展。2020年,全球汽车BMS市场规模达到了217.44亿元,预计2027年将达到884.744亿元,年复合增长率为26.19%。地区层面来看,中国市场在过去几年变化较快,2020年市场规模为87.66亿元,约占全球的40%,预计2027年将达到382.44亿元,届时全球占比将达到43.23%。
但从BMS产业发展趋势看,全球范围内的BMS产业尚处于发展初期阶段,属于新兴产业。未来,随着电子计算机、信息通讯、大数据和云计算等技术的不断发展,BMS相关软件算法不断优化,以及新能源汽车动力电池性能不断提升,BMS在数据监测精度、可靠性、状态的估算进度和安全管理等诸多方面将会不断的改进与提高,BMS逐步朝着高集成化、高精度估算、智能化的趋势发展。
随着BMS市场需求的大幅增加,我国BMS厂商数量逐步增多,产品类型更加丰富,已形成包含整车厂商、动力电池厂商和第三方BMS专业厂商等多种类型BMS研发和生产主体并行发展的完整产业链和市场竞争格局,BMS产品正在进入技术创新、产品升级换代和规模化发展的新阶段。未来,随着我国新能源汽车相关行业标准的不断完善,以及新能源电动汽车的动力电池系统性能逐步升级,我国电池管理系统未来的发展空间十分广阔。
BMS系统的核心就是电池充电管理IC,除了要对电池充电过程进行有效管理外,还需要实现对充电及使用过程的全程保护。电池充电管理芯片不仅具有完备的保护功能,而且保护精度如电池电压、延时时间的检测和控制精度达到实用要求。同时电池充电管理芯片具有足够低的电流消耗,能够降低功耗以延长供电电池的使用寿命。兆易创新最新推出的电源管理芯片GD30BC2501x是一款高度集成的低静态电流开关电池充电器控制IC,具有高达90%的效率,集成逐周期限流、欠压、电压锁定和热关断等多种保护功能。随着这款芯片的推出,兆易创新在电源管理领域又新增一大应用方向,并将不断丰富完善。
Demo方案介绍
# 方案概述
GD32E230F-4S Charger板是一款电源管理开发平台,采用Cortex®-M23内核的GigaDevice GD32E230F4V6芯片作为主控MCU,以I2C接口方式与电源管理芯片PMU(GD30BC2501)进行通信,完成对4节锂电池的充电管理。同时,DEMO板自带一颗AFE芯片,用于均衡每节电池的充电电流和监控每节电池的实时电压,防止4节电压不一致的电池充电时,电压最高的电池发生过充的危险。
# 产品系统框图
# 元件规格介绍
GD30BC2501 PMU主要规格介绍:
◆ 供电范围广,支持18V-32V的电源输入;
◆ 支持最大5A的充电电流,可由外部电阻自由配置充电电流;
◆ 支持4/6节电池充电,多种化学成分的电池,4.1/4.2/4.3/4.35V @0.5%;
◆ 全充电流程:预充电、恒流充、恒压充;
◆ 过流、高低温、过压/欠压等多种保护;
◆ 支持25mA输出的3.3VLDO;
GD32E230系列MCU主要规格介绍:
◆ Arm Cortex-M23@72MHz, 55DMIPS的处理性能;
◆ Flash:64KB/32KB/16KB;
◆ SRAM:8KB/6KB/4KB;
◆ 高速高精度ADC, 12BitsADC x 1@2.6Msps,10通道;
◆ 高级定时器x1,可产生6路死区可调的互补PWM输出;
◆ 通用定时器x5;
◆ Flash带硬件加密保护;
◆ 多种串行通讯方式:I2Cx2, SPIx2, UARTx2;
◆ 丰富的封装类型:TSSOP20/LGA20/QFN28/QFN32/LQFP32/LQFP48;
◆ 供电电压:1.8V~3.6V;
◆ 工业级的工作温度范围:-40℃~+85℃;
◆ 工业级的ESD特性:6000 Volt;
GD32E230F-4S Charger Demo板
GD30BC2501-EVAL 板
# 方案特点
1. 供电范围广
支持18V-32V的电源输入。
2. 充电电流大
支持最大5A的充电电流,可由外部电阻自由配置充电电流。
3. 实时监控功能
单节电池电压、总电池电压、充放电电流、电量SOC、温度等信息实时监控显示。
4. 保护种类多
支持过流,电池高低温,过压/欠压等多种保护,自带AFE芯片,防止单节电池过充。
本平台硬件电路设计灵活,用户只需按照操作指南连接好对应接口即可;同时此方案自带AFE芯片,防止电池过充;GD32提供完善的软件资源,并配备专门的固件库,便于用户开发。