淺談汽車(chē)電池管理系統（BMS）的應用保護

　　電池管理系統（BMS）主要功能就是為了能夠提高電池的利用率，防止電池出現過(guò)度充電和過(guò)度放電，延長(cháng)電池的使用壽命，監控電池的狀態(tài)。本文主要結合過(guò)流過(guò)壓成功應用案例，圍繞電池管理系統（BMS）的安全設計，進(jìn)一步說(shuō)明AEM FUSE/PPTC/TVS被動(dòng)保護元件的應用。

　　什么是BMS？

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

　　電動(dòng)汽車(chē)的BMS系統較為復雜，實(shí)現功能要求更多，如對電動(dòng)汽車(chē)的動(dòng)力電池參數進(jìn)行實(shí)時(shí)監控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、短路保護、漏電監測、顯示報警，充放電模式選擇等，并通過(guò)CAN總線(xiàn)的方式與車(chē)輛集成控制器或充電機進(jìn)行信息交互，保障電動(dòng)汽車(chē)高效、可靠、安全運行，并保證在車(chē)輛使用過(guò)程中的安全?？傊?，慨括起來(lái)就是三個(gè)基本功能：

　　1）準確估測動(dòng)力電池組的荷電狀態(tài)；

　　2）動(dòng)態(tài)監測動(dòng)力電池組的工作狀態(tài)；

　　3）單體電池間的均衡。

　　本文主要結合過(guò)流過(guò)壓成功應用案例，圍繞BMS的安全設計，進(jìn)一步說(shuō)明AEM FUSE/PPTC/TVS被動(dòng)保護元件的應用。

　　BMS 技術(shù)原理圖

　　圖1：BMS原理框圖

　　BMS 單元電路的保護應用

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

　　在產(chǎn)品設計之初，必須要符合車(chē)用ISO26262標準，通過(guò)EMC測試。 為避免單元模塊之間出現短路、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)行保護線(xiàn)路的功能和安全。

　　1）主控制單元BMU的電源輸入保護

　　圖2：DC in位置的過(guò)流保護

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

　　2）從控制器BCU的保護

　　由于各BMS廠(chǎng)家的方案技術(shù)有所不同，BCU模塊包含數據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(lèi)似如下的連接示意圖：

　　圖3：檢測板與電池模組pin to pin 連接

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

　　業(yè)界常見(jiàn)的保護方案主要對采樣板的每條電壓檢測線(xiàn)和均衡線(xiàn)上各串接1顆 fuse，防止線(xiàn)與線(xiàn)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，與其控制的電池節數有關(guān)

　　目前，市場(chǎng)上乘用轎車(chē)對電池組的要求是滿(mǎn)足300V以上才能驅動(dòng)電機工作，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(mǎn)足要求，按此對應的每顆電芯有兩條檢測線(xiàn)，故 fuse*2約200顆/車(chē)的用量；按此類(lèi)推，電動(dòng)大巴的BMS也類(lèi)似此保護，其驅動(dòng)電壓在500~600V不等，fuse用量超過(guò)400顆/車(chē)。

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

　　我們認為，在實(shí)際選型時(shí)，應充分考慮溫度的影響，fuse的分斷能力在線(xiàn)束短路時(shí)承受能力，在采樣線(xiàn)路上，fuse DCR內阻的影響等。

　　總體來(lái)說(shuō)，BMS置于電動(dòng)汽車(chē)內部，靠近電池組相連，夏天空間溫度會(huì )對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 陶瓷保險絲具備較好的耐溫特性，故適合偵測板等位置的過(guò)流保護。

　　3）CAN總線(xiàn)的過(guò)流、浪涌、靜電防護

　　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)際應用中偶然出現的發(fā)送輸出級對電源及地或負載短路及瞬態(tài)電壓干擾等現象，在設計過(guò)程中，有客戶(hù)采用fuse或PPTC串聯(lián)和TVS并聯(lián)組成保護電路，保護各種短路和其他過(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格即可滿(mǎn)足要求，也可以推薦AEM TF 系列低安培規格fuse。

　　圖5：CAN總線(xiàn)接口的防護

　　上述保護器件中，HSP（AEM高能保護器）可以替代常見(jiàn)的GDT，防浪涌保護，常用為HSP1206SN/HSP1210 SN系列，頗具性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。

　　TVS器件考慮數據傳輸速率的要求，TS04021C系列低容值的優(yōu)勢十分適合CAN線(xiàn)的數據傳輸。

　　fuse應用防浪涌型，常用F1206HI 0.5~1A。

　　結論

　　當今社會(huì )人們對嚴重的環(huán)境污染和氣候變化問(wèn)題的擔憂(yōu)，世界各國紛紛把發(fā)展可再生能源與新能源，作為未來(lái)能源戰略的重要組成部分。由于環(huán)境形勢的壓力和國家政策的支持，電動(dòng)汽車(chē)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)現完全表貼化，在BMS實(shí)際應用中也以線(xiàn)路接口位置為主，十分契合客戶(hù)的操作要求，在保障客戶(hù)BMS產(chǎn)品功能和安全性上有著(zhù)非常高的性?xún)r(jià)比優(yōu)勢。