BMS系統(tǒng)如何做好電源和信號(hào)隔離？

現(xiàn)今電動(dòng)汽車車型日新月異，如何在諸多車型中脫穎而出呢?一款性能強(qiáng)大的電動(dòng)汽車內(nèi)部一定會(huì)有一套優(yōu)質(zhì)的電池管理系統(tǒng)(BMS)，而想要打造優(yōu)質(zhì)的BMS，隔離電源和隔離CAN收發(fā)器的選擇至關(guān)重要，那么在BMS方案中隔離電源和隔離CAN收發(fā)器該如何選擇呢?

一、電動(dòng)汽車BMS簡(jiǎn)介

電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM簡(jiǎn)稱BMS)是連接車載電力電池和電動(dòng)汽車的重要紐帶，其主要功能包括：電池物理參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，電池狀態(tài)評(píng)估，在線診斷和報(bào)警，均衡控制等。為什么電動(dòng)汽車BMS會(huì)興起呢?

電動(dòng)汽車的動(dòng)力和儲(chǔ)能電池均是采用電池組的形式，但基于現(xiàn)有的制造水平，單體電池之間尚不能達(dá)到性能的完全一致，在通過(guò)串并聯(lián)方式組成大功率、大容量動(dòng)力電池組后，苛刻的使用條件也易誘發(fā)局部偏差，從而引發(fā)安全問(wèn)題。為對(duì)電池組進(jìn)行合理有效的管理控制，BMS性能至關(guān)重要。

圖1 BMS產(chǎn)品圖片

二、BMS的工作原理

BMS與電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池緊密結(jié)合在一起，那么BMS是如何保證對(duì)電池組進(jìn)行合理有效的管理控制呢?它具體的工作如下。

監(jiān)測(cè)電池的整體情況，通過(guò)傳感器對(duì)電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè);

管理電池的工作狀態(tài)，對(duì)電池進(jìn)行漏電檢測(cè)、熱管理、電池均衡管理、報(bào)警提醒，計(jì)算剩余容量(SOC)、放電功率，報(bào)告電池劣化程度(SOH)和剩余容量(SOC)狀態(tài);

電池狀態(tài)預(yù)估，根據(jù)電池的電壓電流及溫度用算法控制最大輸出功率以獲得最大行駛里程，以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行最佳電流的充電。

而這一系列信息傳輸均是通過(guò)CAN總線接口與車載總控制器、電機(jī)控制器、能量控制系統(tǒng)、車載顯示系統(tǒng)等進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，最終保證對(duì)電池組進(jìn)行合理有效的管理控制，具體的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

圖2 BMS架構(gòu)框圖

三、BMS應(yīng)具備的三要素

那么要如何保證BMS正常工作呢?讓我們從BMS在汽車內(nèi)部的工作環(huán)境著手吧。

首先，應(yīng)避免BMS模塊之間的相互干擾，電源輸入前端使用隔離DC-DC電源。一臺(tái)車?yán)镉泻芏郆MS模塊，每個(gè)模塊都集中從蓄電池里取電，具體電動(dòng)汽車內(nèi)部框圖如圖3所示。為保證每個(gè)模塊供電不會(huì)相互串?dāng)_，同時(shí)保證BMS單個(gè)模塊的獨(dú)立性，因此需要在BMS的電源輸入前端使用隔離DC-DC電源，并且輸入電壓范圍應(yīng)較寬。

圖3 電動(dòng)汽車內(nèi)部BMS框圖

其次，應(yīng)保證BMS能夠與電動(dòng)汽車進(jìn)行實(shí)時(shí)通信，通信前端做CAN隔離處理。汽車內(nèi)部的通信環(huán)境較為惡劣，存在著浪涌、脈沖等干擾信號(hào)，為保證正常通信，同樣基于系統(tǒng)間低耦合性和配合電源安規(guī)的考慮，CAN端也需要做隔離處理，并且對(duì)防護(hù)等級(jí)和傳輸速率要求較高。

最后，應(yīng)保障駕駛?cè)藛T的人身安全，需要較高等級(jí)的電源隔離防護(hù)。由于多個(gè)電池串聯(lián)后，電池組的電壓非常高，一般可達(dá)500VDC左右，是屬于對(duì)人體有安全威脅的電壓，為保障蓄電池低壓側(cè)的安全，一般也會(huì)用隔離DC-DC隔開高壓和低壓側(cè)。

四、BMS電源與信號(hào)隔離推薦方案

由于BMS的安全性考慮，系統(tǒng)之間需要進(jìn)行電源和信號(hào)隔離，BMS主板供電來(lái)源于電池組。一般是12V(也有24V)，采用較多的是2W/3W隔離DC-DC電源模塊，如：ZY2405WHB1CS-2W，ZY2405WRBDD-3W。部分功率要求高的場(chǎng)合也會(huì)選用6W隔離DC-DC電源模塊，如：E2412URAD-6W。對(duì)于EMI要求高的場(chǎng)合，可以在隔離DC-DC電源模塊輸入端加π型濾波電路，具體的產(chǎn)品實(shí)物如圖4所示。

圖4 ZLG致遠(yuǎn)電子隔離DC-DC電源模塊

考慮到BMS的安全性，多采用CAN通信，相應(yīng)的在防干擾，隔離等方面就要花費(fèi)很大心思。如下圖5所示，ZLG致遠(yuǎn)電子專門的CTM系列隔離CAN收發(fā)器，隔離電壓達(dá)到3500VDC(如：CTM1051KT/CTM1051KAT)，工作溫度-40℃～+85℃，符合“ISO 11898-2”標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)DIP-8 引腳封裝，超小體積，在BMS、充電樁、電動(dòng)汽車等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。

圖5 ZLG致遠(yuǎn)電子CTM1051K(A)T實(shí)物圖