怎么做好 BMS 系統(tǒng)的電源和信號(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)，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 BM S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。

l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);

l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);

l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?BMS 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(kāi)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。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。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。

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。