电动摩托车电池管理系统应用趋势分析：新唐科技模拟前端产品 - 业界独有高压工艺

2万 · 2023-8-8 15:00

业界独有高压工艺 AFE 产品在电摩 BMS 应用的分析

2017-2020年中国摩托车产销量整体维持在1700万辆左右，2021年随着摩托车企业积极抢占国际市场，外贸业务蓬勃发展拉动摩托车产销量，产销量达到2017.52万辆与2019.48万辆。截至2022年底摩托车出口规模持续扩大，据统计摩托车共出口3500万辆，出口总额达到123.17亿美元，成为摩托车第一大生产国和出口国。中国是摩托车全球市场重要的市场应用和技术的引领者。

随着近年环保理念的深入以及全球减碳政策的纷纷出台，中国传统摩托车企业纷纷布局电动新赛道，加快电摩进程，摩托车电动化已成趋势。2021年多家头部摩托车企业提出设立新能源品牌，布局新能源产品。比如，春风动力“极核”AE8已于2022年年初正式发布新款电动车型，钱江摩托车上海公司也于2021年年底正式落地，为钱江接下来新能源两轮车的发展锚定了新方向。摩托车加速布局新能源“蓝海”，进一步推动摩托车产业发展。据统计，2022年第一季度我国燃油摩托车销量占比83.2%，电动摩托车销量占比16.8%。电动摩托车产品占比正在急剧增长，不久的未来必将成为主流。

2万 · 2023-8-8 15:02

为规范电动摩托车市场和产品，2020年5月29日中国政府发布了相关强制性国家标准GB24155—2020《电动摩托车和电动轻便摩托车安全要求》。自标准实施之日起，新申请认证的电动摩托车和电动轻便摩托车产品需按照GB24155—2020标准执行。GB24155-2020标准中对于电池安全、触电防护、操作安全、安全标识等方面做了多项要求。

其中，“电池安全”是GB24155-2020标准最核心的要求之一。

与此同时，“电池管理”也是摩托车电动化最核心的“电机”、“电池”和“通讯”三大核心部分之一。

传统燃油摩托车因其自身产品特点在全球各种环境下被广泛应用，从寒带到热带，无论雨雪还是酷暑，既可以行驶在城乡公路也可以行驶在丛林戈壁，兼备高稳定性、高续航和优良的操作性等特性。摩托车用户当然**电动摩托车也能继承以上传统燃油摩托车的特性。传统燃油摩托车虽然也有ABS、闭环电喷、仪表盘等电控单元，但是整体仍是以机械结构为主的产品。然而，电动摩托车是以电机、电池、电控为基础构建的电气系统，也会面临更多电气化挑战，比如：多变的环境温度，狭小的安装空间，急剧加速或者减速时产生的电压冲击，以及行驶过程中各个电控单元共同产生的复杂电气工况等等。

新唐科技2021年在国内推出了新一代的工业级AFE产品 – KA49517A/KA49522A，可以针对上述电气挑战提供对应的解决方案。

AFE (=Analog Front End) 产品是电池管理系统的核心器件之一，主要作用是对电池电压、电流、温度等做高精度的测量及持续的监控。AFE产品特性影响着整个电池管理系统最终的控制结果。

新唐科技的工业级AFE产品有三大设计理念：“安全性”、“简易设计”和“兼容性”。

【安全性】是指：芯片采用业界独有SOI（= Silicon On Insulation）高压工艺制作AFE产品并内置多种诊断模块来实现安全性。

新唐科技的SOI工艺已经迭代到144V高压工艺。截至当前，该工艺是电池AFE业界的最高工艺电压。SOI工艺可以为AFE芯片提供更高的安全裕量来应对突发的电压波动。此外，SOI将利用绝缘层和沟道工艺将各个功能模块做绝缘分隔，除了可以防止寄生电子闩锁误动作外，还可以改善芯片内部功能模块之间的寄生分量、高频噪声以及漏电流等特性，有利于芯片在复杂电气工况下实现稳定工作。

内置的多种诊断模块在系统层面可以避免各类电池系统异常。

2万 · 2023-8-8 15:04

【简易设计】是指：芯片内置电池系统所需的多种功能模块（电池电压、电流、温度测量，电池均衡功能，充放电控制以及安全诊断等），实现All-In-One单芯片系统。

如下图所示，只需要少量外围元器件，即可基于新唐科技KA49517A/KA49522A实现高精度和高稳定性的电池管理系统。同时，HQFP64（10mm x 10mm）的芯片尺寸，也更容易实现小型化。

【兼容性】是指：统一的采集精度和pin to pin的引脚设计，更容易实现系统兼容性和平台化。

新唐科技的KA49517A/KA49522A基于高串数和pin to pin芯片的设计可以很容易实现48V ~ 72V单芯片电池管理系统平台，简化前期系统平台设计和后期生产/物料管理，降低系统整体成本。

新唐科技独特技术所带来的宽温度范围内统一的采集精度特性（如下图所示例子），不仅可以使电池系统可以应用于各种不同的环境，而且也简化了系统设计。

新唐科技基于上述芯片设计理念推出的KA49517A/KA49522A的重要特性指标：

电池采集通道和电源电压

⚫支持17路（KA49517A）/ 22路（KA49522A）串连电池

-电源范围: 12.5V ~ 85V （KA49517A）/ 12.5V ~ 110V （KA49522A）

-极限耐压: 130V

ADC 采集

⚫内置14-bits ADC 0V~ 5V 电压采集

-电压精度: typ: ±5mV; max ±10mV

-精度条件: 电压范围2.0V ~ 4.3V ; 温度范围-30C~ +65C

⚫内置低速电流采集16-bits ADC 适用于库伦计量法

⚫内置高速电流采集V-I 同步15-bits ADC

⚫5 路温度采集通道

高边MOSFET 驱动

⚫充电(CHG) & 放电(DIS) N-MOSFET 高速驱动和内置电荷泵

(Cload=20nF; Ton=50us; Toff=30us)

⚫2 路高端P-MOSFET 驱动(GPOH)

工作模式

⚫支持多种工作模式 (Active/Low Power/Standby/Sleep/Shutdown)

⚫充电器检测, 负载检测和小电流检测，且能中断MCU

安全保护功能

⚫综合的自检安全保护功能

⚫二次保险保护功能，适用于可控型保险丝

⚫充放电(CHG&DIS) 自主关断保护功能

⚫过流过压内置报警中断(ALARM)

其它

⚫SPI 通讯接口最高1MHz，支持CRC 校验以及看门狗 (Watchdog timer)

⚫3 路GPIO

⚫内置平衡MOSFET (也支持外部平衡MOSFET)

⚫LDO 稳压电源(REGEXT) : 可设定5V/3.3V/2.5V (50mA)

⚫封装: HQFP064-P-1010 (10mm2, 64管脚) (脚距= 0.5mm)

随着电动摩托车应用场景不断丰富，除了KA49517A和KA49522A外，新唐科技还将持续推出更多的工业级AFE产品支持中国摩托车电气化进程。更多产品，可以持续关注新唐科技官网网站相关信息。