BMS系統(tǒng)如何做好電源和信號隔離
出處:ZLG致遠(yuǎn)電子 發(fā)布于:2017-10-18 15:48:35
現(xiàn)今電動汽車車型日新月異,如何在諸多車型中脫穎而出呢?一款性能強(qiáng)大的電動汽車內(nèi)部一定會有一套優(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、電動汽車BMS簡介
電池管理系統(tǒng)(BATTERY MANAGEMENT SYSTEM簡稱BMS)是連接車載電力電池和電動汽車的重要紐帶,其主要功能包括:電池物理參數(shù)實(shí)時監(jiān)測,電池狀態(tài)評估,在線診斷和報(bào)警,均衡控制等。為什么電動汽車BMS會興起呢?
電動汽車的動力和儲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,在通過串并聯(lián)方式組成大功率、大容量動力電池組后,苛刻的使用條件也易誘發(fā)局部偏差,從而引發(fā)安全問題。為對電池組進(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與電動汽車的動力電池緊密結(jié)合在一起,那么BMS是如何保證對電池組進(jìn)行合理有效的管理控制呢?它具體的工作如下。
監(jiān)測電池的整體情況,通過傳感器對電池的電壓、電流、溫度進(jìn)行實(shí)時檢測;
管理電池的工作狀態(tài),對電池進(jìn)行漏電檢測、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,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輸出功率以獲得行駛里程,以及用算法控制充電機(jī)進(jìn)行電流的充電。
而這一系列信息傳輸均是通過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)時通信,終保證對電池組進(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。一臺車?yán)镉泻芏郆MS模塊,每個模塊都集中從蓄電池里取電,具體電動汽車內(nèi)部框圖如圖3所示。為保證每個模塊供電不會相互串?dāng)_,同時保證BMS單個模塊的獨(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 電動汽車內(nèi)部BMS框圖
其次,應(yīng)保證BMS能夠與電動汽車進(jìn)行實(shí)時通信,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,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,并且對防護(hù)等級和傳輸速率要求較高。
,應(yīng)保障駕駛?cè)藛T的人身安全,需要較高等級的電源隔離防護(hù)。由于多個電池串聯(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,一般也會用隔離DC-DC隔開高壓和低壓側(cè)。
四、BMS電源與信號隔離推薦方案
由于BMS的安全性考慮,系統(tǒng)之間需要進(jìn)行電源和信號隔離,BMS主板供電來源于電池組。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合也會選用6W隔離DC-DC電源模塊,如:E2412URAD-6W。對于EMI要求高的場合,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
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