淺談汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用保護(hù)

　　電池管理系統(tǒng)（BMS）主要功能就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充電和過(guò)度放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。本文主要結(jié)合過(guò)流過(guò)壓成功應(yīng)用案例，圍繞電池管理系統(tǒng)（BMS）的安全設(shè)計(jì)，進(jìn)一步說(shuō)明AEM FUSE/PPTC/TVS被動(dòng)保護(hù)元件的應(yīng)用。

　　什么是BMS？

　　電池管理系統(tǒng)（BMS）主要功能就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現(xiàn)過(guò)度充電和過(guò)度放電，延長(zhǎng)電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。

　　電動(dòng)汽車的BMS系統(tǒng)較為復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)功能要求更多，如對(duì)電動(dòng)汽車的動(dòng)力電池參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、短路保護(hù)、漏電監(jiān)測(cè)、顯示報(bào)警，充放電模式選擇等，并通過(guò)CAN總線的方式與車輛集成控制器或充電機(jī)進(jìn)行信息交互，保障電動(dòng)汽車高效、可靠、安全運(yùn)行，并保證在車輛使用過(guò)程中的安全?？傊ㄆ饋?lái)就是三個(gè)基本功能：

　　1）準(zhǔn)確估測(cè)動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)；

　　2）動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)；

　　3）單體電池間的均衡。

　　本文主要結(jié)合過(guò)流過(guò)壓成功應(yīng)用案例，圍繞BMS的安全設(shè)計(jì)，進(jìn)一步說(shuō)明AEM FUSE/PPTC/TVS被動(dòng)保護(hù)元件的應(yīng)用。

　　BMS 技術(shù)原理圖

　　圖1：BMS原理框圖

　　BMS 單元電路的保護(hù)應(yīng)用

　　如上圖1，一般電動(dòng)汽車BMS均包含有數(shù)據(jù)采集、均衡單元，控制單元，CAN通信單元和顯示單元等。

　　在產(chǎn)品設(shè)計(jì)之初，必須要符合車用ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)EMC測(cè)試。 為避免單元模塊之間出現(xiàn)短路、過(guò)載、浪涌以及靜電沖擊，這就要在各功能單元選擇FUSE 、TVS、PPTC等元件來(lái)進(jìn)行保護(hù)線路的功能和安全。

　　1）主控制單元BMU的電源輸入保護(hù)

　　圖2：DC in位置的過(guò)流保護(hù)

　　目前常用的規(guī)格有1~3A，推薦SolidMatrix HI Series Fuse保護(hù)。部分廠商采用1顆PTC進(jìn)行過(guò)流防護(hù)。

　　2）從控制器BCU的保護(hù)

　　由于各BMS廠家的方案技術(shù)有所不同，BCU模塊包含數(shù)據(jù)采樣單元和均衡電路等。 該部分基本直接與動(dòng)力電池組相連，類似如下的連接示意圖：

　　圖3：檢測(cè)板與電池模組pin to pin 連接

　　任何線路的直接短路都會(huì)造成電池直接短路，對(duì)車輛和人身安全造成危害，故對(duì)功能的安全性要求非常高。

　　業(yè)界常見的保護(hù)方案主要對(duì)采樣板的每條電壓檢測(cè)線和均衡線上各串接1顆 fuse，防止線與線之間因各種不可控因素造成短路。

　　例如下圖：

　　圖4：?jiǎn)蝹€(gè)BMU的fuse用量，與其控制的電池節(jié)數(shù)有關(guān)

　　目前，市場(chǎng)上乘用轎車對(duì)電池組的要求是滿足300V以上才能驅(qū)動(dòng)電機(jī)工作，若單顆電池電芯約3.3V，即至少需要100顆電芯組成的多個(gè)電池組才能滿足要求，按此對(duì)應(yīng)的每顆電芯有兩條檢測(cè)線，故 fuse*2約200顆/車的用量；按此類推，電動(dòng)大巴的BMS也類似此保護(hù)，其驅(qū)動(dòng)電壓在500~600V不等，fuse用量超過(guò)400顆/車。

　　在選型fuse時(shí)，了解到采樣電流很小只有mA級(jí)，常用的電流規(guī)格有1206 FA 0.5A/ 0603 HI 1A，均衡線路又有主被動(dòng)之分，電流存在變化，規(guī)格1~5A均有選擇 。

　　我們認(rèn)為，在實(shí)際選型時(shí)，應(yīng)充分考慮溫度的影響，fuse的分?jǐn)嗄芰υ诰€束短路時(shí)承受能力，在采樣線路上，fuse DCR內(nèi)阻的影響等。

　　總體來(lái)說(shuō)，BMS置于電動(dòng)汽車內(nèi)部，靠近電池組相連，夏天空間溫度會(huì)對(duì)PTC的工作狀態(tài)存在較大影響，IT電流變小，觸發(fā)動(dòng)作。AEM SolidMarix 陶瓷保險(xiǎn)絲具備較好的耐溫特性，故適合偵測(cè)板等位置的過(guò)流保護(hù)。

　　3）CAN總線的過(guò)流、浪涌、靜電防護(hù)

　　BMS中，各單元模塊之間通信，完成信息的傳遞。主要采用CAN bus接口協(xié)議。為了防止CAN bus在實(shí)際應(yīng)用中偶然出現(xiàn)的發(fā)送輸出級(jí)對(duì)電源及地或負(fù)載短路及瞬態(tài)電壓干擾等現(xiàn)象，在設(shè)計(jì)過(guò)程中，有客戶采用fuse或PPTC串聯(lián)和TVS并聯(lián)組成保護(hù)電路，保護(hù)各種短路和其他過(guò)電流的情形，考慮CAN bus的通用性，其工作電流通常為幾十mA，通常選用低安培電流規(guī)格即可滿足要求，也可以推薦AEM TF 系列低安培規(guī)格fuse。

　　圖5：CAN總線接口的防護(hù)

　　上述保護(hù)器件中，HSP（AEM高能保護(hù)器）可以替代常見的GDT，防浪涌保護(hù)，常用為HSP1206SN/HSP1210 SN系列，頗具性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。

　　TVS器件考慮數(shù)據(jù)傳輸速率的要求，TS04021C系列低容值的優(yōu)勢(shì)十分適合CAN線的數(shù)據(jù)傳輸。

　　fuse應(yīng)用防浪涌型，常用F1206HI 0.5~1A。

　　結(jié)論

　　當(dāng)今社會(huì)人們對(duì)嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候變化問(wèn)題的擔(dān)憂，世界各國(guó)紛紛把發(fā)展可再生能源與新能源，作為未來(lái)能源戰(zhàn)略的重要組成部分。由于環(huán)境形勢(shì)的壓力和國(guó)家政策的支持，電動(dòng)汽車在能源多元化、動(dòng)力電氣化、排放潔凈化的優(yōu)點(diǎn)，具有較廣闊的發(fā)展前景。

　　AEM產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)完全表貼化，在BMS實(shí)際應(yīng)用中也以線路接口位置為主，十分契合客戶的操作要求，在保障客戶BMS產(chǎn)品功能和安全性上有著非常高的性價(jià)比優(yōu)勢(shì)。