广告

如何为电动自行车和电动摩托车提供更长的续航时间?

2019-06-18 德州仪器TI 阅读:
如何为电动自行车和电动摩托车提供更长的续航时间?
要获得更长的运行时间,需要从电池组中吸收尽可能多的能量;但若发生过过度放电,电池将被永久损坏。为避免电池过度放电,准确了解电池容量或荷电状态信息至关重要。

随着电动自行车和电动摩托车越来越受欢迎,消费者对电池组的续航能力也提出了更高的要求。延长电池组的续航时间可让车辆行驶更远里程而无需频繁充电。KNmednc

可以通过以下两种方法来提高锂离子(Li-ion)电池组的续航能力:增大电池总容量或提高能效。增大电池总容量意味着要使用更多或性能更佳的电池单元,这会显著增加电池组的总体成本。而提高能效可在不增加容量的情况下为设计人员提供更多的可用能源。有两种方法可以提高能效:提高荷电状态精度和/或降低电流消耗。KNmednc

要获得更长的运行时间,需要从电池组中吸收尽可能多的能量;但若发生过过度放电,电池将被永久损坏。为避免电池过度放电,准确了解电池容量或荷电状态信息至关重要。有三种方法可准确测量荷电状态:KNmednc

  • 电池电压测量。
  • 库仑计数。
  • 技术。

电池电压测量是最简易的方法,但它也具有低精度的过载条件。库仑计数测量并随时间积分电流。但是,实现更佳的荷电状态精度需要定期的全转-空转学习周期,且荷电状态精度将受到自放电和待机电流的影响。低温和老化的电池也会降低荷电状态的精度。Impedance Track技术通过学习电池阻抗直接测量放电速率、温度、寿命和其他因素的影响。因此,即使电池老化和温度过低,Impedance Track方法也能为您提供更佳的荷电状态测量精度。KNmednc

我们的精确测量和50μA待机电流,13S、48V锂离子电池组参考设计使用BQ34Z100-G1,一种用于锂离子、铅酸、镍金属氢化物和镍镉电池的Impedance Track电量计,且独立于电池串联电池配置工作。此设计支持外部电压转换电路。该电路可自动控制以降低系统功耗,并在每次充电时为用户提供更长的运行时间,而无需担心过度放电可能造成的损坏。由于电流消耗低,整个系统对测量结果的影响非常有限。因此,我们会在室温恒定放电电流下通过BQStudio直接从BQ34Z100-G1读取数据。图1所示为放电荷电状态测试结果。KNmednc

008ednc20190618KNmednc

图1:恒定放电电流下的放电荷电状态测试结果KNmednc

提高能效的第二种方法是降低电流消耗。精确的测量参考设计引入了优化的偏置电源解决方案,如图2所示。KNmednc

009ednc20190618KNmednc

图2:整个系统偏置功率图KNmednc

 KNmednc

此设计利用我们新的LM5164作为辅助电源。该100 V LM5164是一款宽输入、低静态电流降压DC-DC转换器,可保护系统免受标称48 V电池的潜在瞬态影响,并为3.3 V微控制器(MCU)和BQ34Z100-G1供电。LM5164的输入由两个信号控制:来自BQ76940的REGOUT和来自MSP430™ MCU的SYS。这两个信号中的任何一个均为高电平,将导通Q1并启用LM5164的输入 - 从而启用MCU电源。电路板刚出厂且电池管理电路板首次通电时,它处于出厂模式。除BQ76940外,整个系统未上电,实现低至5-μA的出厂模式电流消耗。按下按钮S1将REGOUT设置为高电平并打开系统电源。当MCU上电时,它会将SYS设置为高电平。无论BQ76940处于关闭模式还是正常模式,整个系统都具有稳定的电源。KNmednc

您需要打开MCU电源才能在待机模式下实现所有电动自行车的电池组功能,包括充电器连接/拆卸和负载连接/拆卸。Q1应该通电。要降低待机模式电流消耗,BQ76940通过I2C命令设置为关机模式。因此SYS为高电平,将Q1保持为通电状态。LM5164设置为低开关频率,以降低开关损耗,而MSP430 MCU处于低功耗模式。所有充电器连接/拆卸和负载连接/拆卸检测均通过固件实现。待机电流消耗通常为50μA,如图3所示。图4所示为主板的出厂模式电流消耗。KNmednc

010ednc20190618KNmednc

图3:待机模式电流消耗KNmednc

011ednc20190618KNmednc

图4:出厂模式电流消耗KNmednc

结论

总之,参考设计实现了精确的荷电状态测量(通过BQ34Z100-G1),并降低了待机和出厂模式电流消耗(通过优化的偏置电源解决方案)。 这两种解决方案共同提高了电动自行车电池组的能效,为用户提供了更长的使用时间。KNmednc

本文为EDN电子技术设计 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 为何从不曾在高压电线上看到鸟儿? 我们经常看到成群的鸟儿栖息在树上、屋顶上、各区域的电线杆电线上,甚至无线电天线上。然而,我发现我从未看过鸟类停在高压电线上休息…这是为什么呢?
  • 如何在嘈杂的环境中改善EV/HEV电池的健康状况 电动汽车/混合动力汽车中的噪声源具有不同频率和不同振幅,这使得如何更好地对其进行过滤成为了一个难题,从而不影响对电池电压、温度和电池组电流的测量。测量误差可能导致各种后果,包括错误报告电池充电状态、可能的过度充电和过度电池放电,这都可能会影响驾驶员、乘客和车辆的安全。
  • 创建高性价比的多功能锂离子电池测试解决方案 鉴于对锂离子电池的需求越来越多样化,因此我们迫切需要高性能、灵活的测试解决方案,从而最大限度地权衡利弊并实现成本效益。
  • 比亚迪进军无人机,能否成为大疆最强的对手 这几天,比亚迪成立新公司,进军无人机行业的事情在行业内被挖出来了。有人说比亚迪一个做汽车的公司怎么可能与大疆抗衡。我们从多个方面进行了分析。
  • 电源领域新宠:WBG组件 持续成长的功率半导体组件需求正推动WBG组件市场的成长,各家业者持续投资SiC与GaN材料与晶圆片的开发与量产。而WBG市场将往什么方向发展?谁在其中扮演要角?这些业者又如何克服数十年来WBG组件面临之高成本、低产量以及有限的供应链等挑战?
  • 如何为汽车电子系统提供供电和保护 通过总结上个世纪的经验,汽车制造商对会干扰运行、造成损坏的电子状况和瞬变进行了分类。国际标准化组织(ISO)对这些行业知识进行编译,制定出适用于道路车辆的ISO 16750-2和ISO 7367-2规范。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了