淺談汽車電池管理系統(tǒng)（BMS）的應(yīng)用保護

　　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)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。本文主要結(jié)合過流過壓成功應(yīng)用案例，圍繞電池管理系統(tǒng)（BMS）的安全設(shè)計，進一步說明AEM FUSE/PPTC/TVS被動保護元件的應(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)過度充電和過度放電，延長電池的使用壽命，監(jiān)控電池的狀態(tài)。

　　電動汽車的BMS系統(tǒng)較為復(fù)雜，實現(xiàn)功能要求更多，如對電動汽車的動力電池參數(shù)進行實時監(jiān)控、故障診斷、SOC估算、行駛里程估算、短路保護、漏電監(jiān)測、顯示報警，充放電模式選擇等，并通過CAN總線的方式與車輛集成控制器或充電機進行信息交互，保障電動汽車高效、可靠、安全運行，并保證在車輛使用過程中的安全?？傊?，慨括起來就是三個基本功能：

　　1）準(zhǔn)確估測動力電池組的荷電狀態(tài)；

　　2）動態(tài)監(jiān)測動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)合過流過壓成功應(yīng)用案例，圍繞BMS的安全設(shè)計，進一步說明AEM FUSE/PPTC/TVS被動保護元件的應(yīng)用。

　　BMS 技術(shù)原理圖

　　圖1：BMS原理框圖

　　BMS 單元電路的保護應(yīng)用

　　如上圖1，一般電動汽車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)計之初，必須要符合車用ISO26262標(biāo)準(zhǔn)，通過EMC測試。 為避免單元模塊之間出現(xiàn)短路、過載、浪涌以及靜電沖擊，這就要在各功能單元選擇FUSE 、TVS、PPTC等元件來進行保護線路的功能和安全。

　　1）主控制單元BMU的電源輸入保護

　　圖2：DC in位置的過流保護

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

　　2）從控制器BCU的保護

　　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力電池組相連，類似如下的連接示意圖：

　　圖3：檢測板與電池模組pin to pin 連接

　　任何線路的直接短路都會造成電池直接短路，對車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)界常見的保護方案主要對采樣板的每條電壓檢測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：單個BMU的fuse用量，與其控制的電池節(jié)數(shù)有關(guān)

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

　　在選型fuse時，了解到采樣電流很小只有mA級，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之分，電流存在變化，規(guī)格1~5A均有選擇 。

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

　　總體來說，BMS置于電動汽車內(nèi)部，靠近電池組相連，夏天空間溫度會對PTC的工作狀態(tài)存在較大影響，IT電流變小，觸發(fā)動作。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流保護。

　　3）CAN總線的過流、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在實際應(yīng)用中偶然出現(xiàn)的發(fā)送輸出級對電源及地或負(fù)載短路及瞬態(tài)電壓干擾等現(xiàn)象，在設(shè)計過程中，有客戶采用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

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

　　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)今社會人們對嚴(yán)重的環(huán)境污染和氣候變化問題的擔(dān)憂，世界各國紛紛把發(fā)展可再生能源與新能源，作為未來能源戰(zhàn)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，電動汽車在能源多元化、動力電氣化、排放潔凈化的優(yōu)點，具有較廣闊的發(fā)展前景。

　　AEM產(chǎn)品實現(xiàn)完全表貼化，在BMS實際應(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比優(yōu)勢。