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新國標下的電動自行車與電動摩托車BMS解決方案
時間:2020-03-25        點擊量:【 2231 】次


根據國家標準管理程序,工業和信息化部組織修訂的(GB 17761-2018)《電動自行車安全技術規范》強制性國家標準,由國家市場監督管理總局、國家標準化管理委員會批準發布,并于2019年4月15日正式開始實施。


新國標對電動自行車的技術要求作了較大調整:

增加了防篡改要求,防止產品出廠后被違規改裝;
最高時速由20公里提高到25公里;
電機功率從240W提高到400W;
含電池在內的整車質量由40公斤調整為55公斤
強化了騎行能力要求,電動自行車必須具有腳踏騎行功能。
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數據來源:SMM工信部

這個標準從速度,重量等方面強調了電動自行車的非機動車屬性,特別是是否具有腳踏騎行能力這一點,把此前比較混淆的電動自行車和電動摩托車完全區分開來,從使用上來說,電動自行車和電動摩托車將適用比電動自行車更嚴格的交通法規,比如電動摩托車必須上機動車牌照,駕駛人員要求持有駕駛證,只能在機動車道行駛等,這將大大有助于改善交通秩序,減少交通事故,從這個角度來看,電動自行車新國標為電動自行車市場的長遠健康發展奠定了規范。


電動自行車新國標中限定了整車的最大重量不超過55公斤,雖然沒有明確規定禁止使用鉛酸電池,但實際上限定了鉛酸電池只能應用在續航里程較短的電動自行車,客觀上鼓勵大家采用鋰電池。鉛酸電池對環境的危害已經是共識,去年就有人大代表提議禁止鉛酸電池的使用。目前中國每年生產3200多萬輛電動自行車,但由于鋰電池的購買成本比較高,目前的滲透率還不到12%,新國標的發布必將加快鋰電池在電動自行車上的應用。實際上,由于鋰電池的使用壽命是鉛酸電池的2~3倍以上,鋰電池的平均使用成本已經與鉛酸電池相當,隨著鋰電池產能的釋放,其成本在未來三年還有30~40%的下降空間,因此可以預計,5年內鋰電池將會占據電動自行車的大部分市場。

相比于鉛酸電池,鋰電池在過電壓,欠電壓,過電流,過溫等條件下易受到損壞,因此必須為鋰電池配以相應的充電管理電路與監控保護(BMS)電路,才能安全使用。鋰電池在電動自行車、電動摩托車上的大量使用,必將帶動鋰電池BMS系統的需求高速增長。電動自行車新國標中規定蓄電池標稱電壓≤48V,最大輸出電壓≤60V,這就規定了電動自行車最高的電芯串聯數量: 48/3.0=16 (磷酸鐵鋰電池電芯的標稱電壓通常為3.0V或3.2V),如果采用三元或錳系鋰電池的話,最高電芯串聯數為48/3.7=13,市場上常用的電芯串聯數為7、10、13、15、16,純硬件的鋰電池保護方案具有成本低、使用靈活的優點,目前是電動自行車BMS系統的主流方案。

由于不具有腳踏騎行能力,按照電動自行車新國標的規定,此前比較流行的電動踏板車將會被歸入到電動摩托車的范疇。因此,未來電動摩托車的市場比例將會顯著提高。從電池管理系統的發展來說,結合2018年9月發布,2019年4月1日開始實施的電動摩托車和電動輕便摩托車用鋰離子電池國家推薦標準(GB/T 36672-2018,暫未強制執行)規定電動摩托車應具有對單體電芯的電壓、溫度,蓄電池總電壓、電流、充放電次數、最大充電電流數據采集并有限度保存,這就要求電動摩托車的BMS系統具有采集電壓、電流、溫度的能力,純硬件保護方案不能滿足這個要求,因此,具有模擬前端與保護功能的電池監控方案將會得到更廣泛的應用。電動摩托車和電動輕便摩托車用鋰離子電池國家推薦標準要求電池管理系統與整車控制器、電機控制器、充電機的通訊要采用CAN通訊協議,因此,電動摩托車將來會更多的采用CAN 驅動器與隔離器,相應的也就需要為此配備相應的隔離電源。而電動自行車新國標并沒有這些要求,因此電動摩托車將采用比電動自行車更復雜的BMS系統。目前,大多數電動踏板車與電動摩托車采用的還是鉛酸電池,雖然GB/T 36672-2018并沒有在重量等方面限制鉛酸電池的使用,但是目前的鉛酸電池管理系統通常不具備采集電壓、電流、溫度與通訊的能力,在符合國標要求方面,鋰電池仍然具有優勢。GB/T 36672-2018 還對電動摩托車蓄電池的額定電壓做了推薦,48V/60V/72V/84V/96V/144V, 目前市場上主流的是48V/60V/72V,因此常用的電芯串聯數為13、16、17、20、24串。


總結一下,電動自行車與摩托車新國標的執行對市場的影響主要體現在:

鋰電池將會取代鉛酸電池成為電動自行車與摩托車蓄電池的主流
電動踏板車將會歸入電動摩托車的范疇,從而增加電動摩托車的市場總量
由于電動摩托車新標準的要求(暫未強制執行),具有單體電芯電壓、溫度等信息采樣能力的鋰電池管理方案將是主流
由于電動摩托車新標準的要求(暫未強制執行),CAN總線將會得到廣泛應用,相應的隔離與低靜態功耗的高壓DC-DC也將得到廣泛應用
如下是電動自行車與摩托車電池包BMS系統的典型系統框圖,除灰色標注的電池,溫度、電流檢測電阻,保險絲外 (標黃色的芯片是可選功能),TI可以為電動自行車與摩托車提供完整的解決方案,并得到廣大品牌客戶的認可。

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