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新国标下的电动自行车与电动摩托车BMS解决方案
时间:2020-03-25        点击量:【 480 】次


根据国家标准管理程序,工业和信息化部组织修订的(GB 17761-2018)《电动自行车安全技术规范》强制性国家标准,由国家市场监督管理总局、国家标准化管理委员会批准发布,并于2019年4月15日正式开始实施。


新国标对电动自行车的技术要求作了较大调整:

增加了防篡改要求,防止产品出厂后被违规改装;
最高时速由20公里提高到25公里;
电机功率从240W提高到400W;
含电池在内的整车质量由40公斤调整为55公斤
强化了骑行能力要求,电动自行车必须具有脚踏骑行功能。
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数据来源:SMM工信部

这个标准从速度,重量等方面强调了电动自行车的非机动车属性,特别是是否具有脚踏骑行能力这一点,把此前比较混淆的电动自行车和电动摩托车完全区分开来,从使用上来说,电动自行车和电动摩托车将适用比电动自行车更严格的交通法规,比如电动摩托车必须上机动车牌照,驾驶人员要求持有驾驶证,只能在机动车道行驶等,这将大大有助于改善交通秩序,减少交通事故,从这个角度来看,电动自行车新国标为电动自行车市场的长远健康发展奠定了规范。


电动自行车新国标中限定了整车的最大重量不超过55公斤,虽然没有明确规定禁止使用铅酸电池,但实际上限定了铅酸电池只能应用在续航里程较短的电动自行车,客观上鼓励大家采用锂电池。铅酸电池对环境的危害已经是共识,去年就有人大代表提议禁止铅酸电池的使用。目前中国每年生产3200多万辆电动自行车,但由于锂电池的购买成本比较高,目前的渗透率还不到12%,新国标的发布必将加快锂电池在电动自行车上的应用。实际上,由于锂电池的使用寿命是铅酸电池的2~3倍以上,锂电池的平均使用成本已经与铅酸电池相当,随着锂电池产能的释放,其成本在未来三年还有30~40%的下降空间,因此可以预计,5年内锂电池将会占据电动自行车的大部分市场。

相比于铅酸电池,锂电池在过电压,欠电压,过电流,过温等条件下易受到损坏,因此必须为锂电池配以相应的充电管理电路与监控保护(BMS)电路,才能安全使用。锂电池在电动自行车、电动摩托车上的大量使用,必将带动锂电池BMS系统的需求高速增长。电动自行车新国标中规定蓄电池标称电压≤48V,最大输出电压≤60V,这就规定了电动自行车最高的电芯串联数量: 48/3.0=16 (磷酸铁锂电池电芯的标称电压通常为3.0V或3.2V),如果采用三元或锰系锂电池的话,最高电芯串联数为48/3.7=13,市场上常用的电芯串联数为7、10、13、15、16,纯硬件的锂电池保护方案具有成本低、使用灵活的优点,目前是电动自行车BMS系统的主流方案。

由于不具有脚踏骑行能力,按照电动自行车新国标的规定,此前比较流行的电动踏板车将会被归入到电动摩托车的范畴。因此,未来电动摩托车的市场比例将会显著提高。从电池管理系统的发展来说,结合2018年9月发布,2019年4月1日开始实施的电动摩托车和电动轻便摩托车用锂离子电池国家推荐标准(GB/T 36672-2018,暂未强制执行)规定电动摩托车应具有对单体电芯的电压、温度,蓄电池总电压、电流、充放电次数、最大充电电流数据采集并有限度保存,这就要求电动摩托车的BMS系统具有采集电压、电流、温度的能力,纯硬件保护方案不能满足这个要求,因此,具有模拟前端与保护功能的电池监控方案将会得到更广泛的应用。电动摩托车和电动轻便摩托车用锂离子电池国家推荐标准要求电池管理系统与整车控制器、电机控制器、充电机的通讯要采用CAN通讯协议,因此,电动摩托车将来会更多的采用CAN 驱动器与隔离器,相应的也就需要为此配备相应的隔离电源。而电动自行车新国标并没有这些要求,因此电动摩托车将采用比电动自行车更复杂的BMS系统。目前,大多数电动踏板车与电动摩托车采用的还是铅酸电池,虽然GB/T 36672-2018并没有在重量等方面限制铅酸电池的使用,但是目前的铅酸电池管理系统通常不具备采集电压、电流、温度与通讯的能力,在符合国标要求方面,锂电池仍然具有优势。GB/T 36672-2018 还对电动摩托车蓄电池的额定电压做了推荐,48V/60V/72V/84V/96V/144V, 目前市场上主流的是48V/60V/72V,因此常用的电芯串联数为13、16、17、20、24串。


总结一下,电动自行车与摩托车新国标的执行对市场的影响主要体现在:

锂电池将会取代铅酸电池成为电动自行车与摩托车蓄电池的主流
电动踏板车将会归入电动摩托车的范畴,从而增加电动摩托车的市场总量
由于电动摩托车新标准的要求(暂未强制执行),具有单体电芯电压、温度等信息采样能力的锂电池管理方案将是主流
由于电动摩托车新标准的要求(暂未强制执行),CAN总线将会得到广泛应用,相应的隔离与低静态功耗的高压DC-DC也将得到广泛应用
如下是电动自行车与摩托车电池包BMS系统的典型系统框图,除灰色标注的电池,温度、电流检测电阻,保险丝外 (标黄色的芯片是可选功能),TI可以为电动自行车与摩托车提供完整的解决方案,并得到广大品牌客户的认可。

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