主流AFE+MCU架构设计,达锂16串BMS模块解析
前言
锂电池以其高放电能力和高能量密度的优势,被广泛的应用到电动两轮车和电动三轮车上,提供更强的动力和更长的续航。锂电池在使用中需要时刻监控电压和温度,避免电池过放和过热,来确保安全使用。
充电头网拿到了DALY达锂推出的一款16串BMS模块,这款BMS支持60A充放电,内部采用AFE+MCU架构,具备电池均衡功能,并且设有UART接口,CAN接口和RS485接口,支持连接蓝牙或者显示屏进行信息显示。还可通过CAN和RS485接口连接上位机查看设置参数。
这款BMS模块采用铝合金板组装作为外壳,为内部功率管散热,在侧面设有插座,用于连接电池组和外部设备,可连接四个热敏电阻用于检测电池不同位置的温度。下面就带来达锂这款16串BMS的解析,一起来看看内部的方案信息。
DALY达锂16串BMS外观
达锂16串BMS由BMS模块搭配蓝牙模组。
蓝牙模组连接有延长线。
蓝牙模块印有DALY达锂品牌以及产品序列号。
BMS模块焊接负极连接导线和NTC热敏电阻,采用橙色铝合金盖板。
NTC热敏电阻连接到BMS模块侧面的接口。
BMS模块正面一览,左侧连接器用于连接电池组电压采样线,NTC-A和NTC-B接口用于连接热敏电阻,下方设有UART接口,CAN,485接口,上方设有按键接口和开入开出接口。
BMS模块为三元锂电池应用,支持16串电池,为同口设计,充放电电流均为60A。
在两片铝合金盖板中间为PCB,硅胶线直接焊接连接。
电池组单体电压采样线接口特写。
在BMS模块背面设有固定螺丝。
十字固定螺丝特写。
PCBA模块通过铝合金盖板夹紧固定。
在铝合金盖板和PCBA模块之间设有通信接口。
使用游标卡尺测得BMS模块长度约为72.5mm。
BMS模块长度约为45.2mm。
BMS模块厚度约为14mm。
测得BMS模块重量约为91.5g。
蓝牙模组搭配延长线的重量约为54.5g。
DALY达锂16串BMS拆解
拧下BMS模块背面的四颗固定螺丝,拆下铝合金盖板,取出内部PCBA模块。
铝合金盖板内部对应MOS管和取样电阻的位置粘贴导热垫。
PCBA模块正面一览,左侧为连接电池单体电压采样线的插座和均衡电阻,左上方焊接降压芯片,存储器,下方焊接电池保护芯片,右侧焊接主控MCU,下方焊接光耦和隔离通信芯片,右侧焊接电池保护管,电流取样电阻和TVS二极管。
PCBA模块背面左侧焊接电池保护管和铜条,稳压芯片,右侧为电池均衡MOS管。
用于CAN总线的隔离收发器来自CHIPANALOG川土微,型号CA-IS3050G,符合ISO 11898-2物理层标准,提供5kVRMS隔离耐压,总线引脚具备故障保护,数据速率高达1Mbps,具备超低延迟,支持2.5-5.5V逻辑侧供电范围,支持-40~125℃工作温度,采用SOIC8-WB封装。
川土微 CA-IS3050G 资料信息。
RS-485通信芯片来自CHIPANALOG川土微,型号CA-IS2092A,为隔离式半双工RS-485收发器,芯片内部集成隔离DC-DC转换器,无需外部隔离电源。该产品提供较高的电气隔离并具有优异的性能,以满足工业应用的需求。
器件内部的逻辑输入与输出缓冲器之间通过二氧化硅绝缘栅隔离,能够承受高达2.5kVRMS(1分钟)的隔离电压以及±150kV/μs 的典型CMTI。绝缘栅阻断了逻辑侧与总线侧的地环路,有助于降低端口间地电势差较高的噪声,确保数据的正确传输。
CA-IS2092A产品用于支持多节点数据通信,总线侧引脚具有±8kV HBM ESD保护。接收器输入阻抗为1/8单位负载,允许同一总线上挂接256个收发器。
CA-IS2092A为半双工收发器,可通过器件的接收使能与发送使能引脚控制收发状态,支持最高0.5Mbps的通信速率。
CA-IS2092A采用LGA16封装,封装尺寸5.2x4.65mm。
CA-IS2092A将逻辑侧DC-DC供电和RS-485收发器供电分开便于逻辑侧与低压控制电路的信号交瓦。
电池保护芯片来自SINOWEALTH中颖,型号SH367309,支持5-16串锂电池和磷酸铁锂电池应用,芯片具备过充,过放,温度保护,充放电过流保护,短路保护,内部集成均衡功能,采用TQFP48封装。
电池保护管来自快捷芯,型号KJ011N10T,NMOS,耐压100V,导阻1mΩ,采用TOLL-8L封装,使用三颗并联。
在另一面设有三颗型号相同的MOS管,用于控制电池组通路。
五颗1mΩ取样电阻并联,用于检测电池组电流。
双向TVS二极管来自Liown里阳半导体,型号5.0SMDJ90CA,用于吸收浪涌电压。
另一颗TVS二极管型号相同。
BMS内置MCU来自Geehy极海半导体,型号APM32F103RBT6,芯片内置ARM Cortex-M3内核,主频为96MHz,支持FPU指令。芯片内置128KB FLASH和36KB SRAM,内置DAC和ADC,并具备UART,I2C,SPI,USB,CAN以及SDIO接口,采用LQFP64封装。
8.000MHz无源时钟晶振特写。
MCU外置存储器来自上海贝岭,型号BL24C512A,容量为64KB,用于存储参数和配置信息。
降压芯片来自OCX欧创芯,型号OC2006,是一颗支持120V输入电压的降压转换器,芯片内部集成开关管,支持1.5A输出电流,内部集成过热保护,输出短路保护,采用ESOP8封装。
47μH合金电感用于降压。
两颗SS34肖特基二极管用于续流。
绿色LED工作指示灯特写。
连接电池单体电压采集线的连接器特写。
侧面的接线端子特写。
全部拆解一览,来张全家福。
充电头网总结
DALY达锂这款16串BMS支持蓝牙连接,配有蓝牙模组。并具备UART接口,CAN接口和RS485接口,便于连接手机APP,屏幕组件和上位机软件,进行信息读取和参数配置,性能十分强大。保护板支持60A电流,支持电池均衡功能,满足主流用户需求。
通过解析发现,达锂这款BMS采用主流的AFE+MCU架构,使用中颖SH367309电池保护芯片搭配极海APM32F103RBT6 MCU,其中CAN总线接口和RS485接口均使用了川土微的隔离通信芯片。
CAN总线接口采用CA-IS3050G,RS485接口采用CA-IS2092A,两款芯片均具备高隔离能力,满足多项安全认证。其中CA-IS2092A还集成隔离电源,该集成隔离电源可以提供0.5W的输出功率,除了为自身的RS485接口供电外还可以为CA-IS3050G的CAN通讯供电,整个方案无需外置隔离电源模块,大大减小体积,满足空间要求苛刻的场合使用。
支持486072V电池组,两河电子铅酸电池组充电保护均衡模块解析
前言
在多串移动电源和户外电源中,经常提到的用于多串锂电池的均衡功能,对于铅酸电池同样适用,铅酸电池也需要充电均衡,使串联电池组中每一组电池都完整充满。以往对多串铅酸电池采用对整组电池进行过度充电,以实现电池组的均衡。
但采用过度充电的方式,会使铅酸电池中的电解液分解,降低电池容量,并缩短电池寿命。通过使用电池均衡器,单独为亏电的电池充电,就能实现精准的为电池组中亏电的电池充电,而无需为整组电池进行过充电。
充电头网拿到了两河电子推出的一款铅酸电池组充电保护均衡模块,这款模块支持12V铅酸电池使用,支持48/60/72V电池组,并内置蓝牙功能,能够在手机上查看电池电压,压差等参数。这款均衡模块通过将电池组作为输入电源,转换为亏电电池单独充电。下面就带来这款铅酸电池充电保护均衡模块的拆解,一起看看内部的设计。
两河电子铅酸电池组充电保护均衡模块外观
模块本体和连接线采用自封袋包装收纳。
均衡模块采用黑色铝合金外壳,在侧面设有接线插座。
在模块外壳上标注产品名称,型号以及规格,还有对应的指令功能。
在模块背面则标注了模块的接线图。
模块接线端子与附带的连接线一览。
模块侧面设有连接铅酸电池组的端子,电源指示灯,过充保护指示灯和均衡指示灯。
电池正极连接端子和分体线连接端子特写。
电池接线端子标注有线号,对应电池,方便安装。
实测连接线长度为90cm。
使用游标卡尺测得模块长度约为113.2mm。
模块宽度约为88.5mm。
模块厚度约为37.7mm。
测得模块重量约为243.8g。
两河电子铅酸电池组充电保护均衡模块拆解
看完了这款模块的外观,下面就进行拆解,一起看看内部的设计。
首先拧开两侧的固定螺丝,其中插座一侧盖板内部指示灯使用排线连接。
PCBA模块通过壳体内部开槽固定。
断开盖板的连接排线。
盖板背面设有连接器。
盖板内部三颗贴片LED指示灯特写。
盖板内部对应PCBA模块边角打胶加固。
PCBA模块正面一览,在上方为切换铅酸电池的MOS管,下方为二极管和切换光耦。左下角为隔离开关电源,用于将总线降压为单独的电池充电。在变压器右侧设有蜂鸣器,主控MCU和蓝牙模块。
在蓝牙模块上方为降压供电电路,右侧设有控制充电开关的MOS管,右侧为滤波电容,连接插座。在底部还焊接一块小板以及滤波电容。
PCBA模块背面没有焊接元件。
开关电源芯片上方设有散热片,通过焊接固定。
焊接拆下开关电源芯片上方的散热片。
开关电源芯片来自DK东科,型号DK112L,芯片内部集成高压启动电路,集成700V开关管,支持85-265V输入电压,支持12W输出功率,采用DIP8封装。
东科 DK112 资料信息。
开关变压器特写。
反馈光耦设置在变压器底部。
整流二极管和滤波电容焊接在PCBA模块一侧,输出滤波电容规格为1000μF35V。
输出恒压恒流控制芯片来自DIODES,型号AP4313,芯片内置1.2V电压基准,电流采样电路和两路运放,采用SOT26封装。
主控MCU来自STC宏晶,型号被蓝牙透传模块遮挡。
蓝牙透传模块通过排针焊接连接。
模块上设有蓝牙芯片和贴片晶振。
蓝牙芯片丝印E2PD2344。
用于提示告警的蜂鸣器特写。
MCU外置TL431电压基准特写。
为MCU供电的降压转换器来自XLSEMI芯龙,型号XL7015E1,是一颗支持100V输入电压的DC-DC转换器,芯片内部集成开关管,开关频率150KHz,最大输出电流0.8A,内部集成短路保护和过热关断保护功能,采用TO252-5L封装。
100μH合金电感用于降压。
模块共使用12颗MOS管用于电池切换。
另外6颗MOS管特写。
其中一种6颗MOS管来自场效应,型号CMD25N20A,NMOS,耐压200V,导阻170mΩ,采用TO252封装。
另一种6颗MOS管来自APM永源微,型号AP30P10D,NMOS,耐压100V,导阻36mΩ,采用TO-252-3L封装。
A217光耦用于驱动MOS管开关。
一颗MOS管来自安森美,型号FQD7P20,PMOS,耐压-200V,导阻690mΩ,采用D-PAK封装。
三颗MOS管来自AOS万国,型号AOD403,PMOS,耐压-30V,导阻为5.1mΩ,采用DPAK封装。
四颗SS520肖特基二极管特写,规格为5A 200V。
PCBA模块上焊接一块小板。
小板另一面焊接二极管,三极管和贴片电阻。
一颗滤波电容规格为10μF160V。
另一颗滤波电容规格为22μF50V。
两颗无极性电解电容规格为10μF100V。
两颗电解电容规格为220μF50V。
全部拆解一览,来张全家福。
充电头网拆解总结
两河电子这款铅酸电池组充电保护均衡模块支持48V/60V/72V铅酸电池组充电使用,模块采用黑色铝合金外壳,并配有90CM长连接线,连接线已制作端子,方便连接电池安装。模块内置蓝牙模块,支持手机显示电池电压等参数,掌握电池运行状态,并支持功能设置。
充电头网通过拆解了解到,这款模块内置开关电源,通过将输入电压降压,由MCU检测到串联电池亏电,由MOS管将开关电源输出接通到对应电池,为亏电的电池充电。其中开关电源主控芯片来自东科,型号DK112,MCU来自STC宏晶,MOS管采用光耦进行驱动,实现单独隔离为亏电电池充电。
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