BMS系統如何做好電源和信號隔離？

現今電動汽車車型日新月異，如何在諸多車型中脫穎而出呢?一款性能強大的電動汽車內部一定會有一套優質的電池管理系統(BMS)，而想要打造優質的BMS，隔離電源和隔離CAN收發器的選擇至關重要，那么在BMS方案中隔離電源和隔離CAN收發器該如何選擇呢?

一、電動汽車BMS簡介

電池管理系統(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：電池物理參數實時監測，電池狀態評估，在線診斷和報警，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，但基于現有的制造水平，單體電池之間尚不能達到性能的完全一致，在通過串并聯方式組成大功率、大容量動力電池組后，苛刻的使用條件也易誘發局部偏差，從而引發安全問題。為對電池組進行合理有效的管理控制，BMS性能至關重要。

圖1 BMS產品圖片

二、BMS的工作原理

BMS與電動汽車的動力電池緊密結合在一起，那么BMS是如何保證對電池組進行合理有效的管理控制呢?它具體的工作如下。

監測電池的整體情況，通過傳感器對電池的電壓、電流、溫度進行實時檢測;

管理電池的工作狀態，對電池進行漏電檢測、熱管理、電池均衡管理、報警提醒，計算剩余容量(SOC)、放電功率，報告電池劣化程度(SOH)和剩余容量(SOC)狀態;

電池狀態預估，根據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進行最佳電流的充電。

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、電機控制器、能量控制系統、車載顯示系統等進行實時通信，最終保證對電池組進行合理有效的管理控制，具體的結構框圖如圖2所示。

圖2 BMS架構框圖

三、BMS應具備的三要素

那么要如何保證BMS正常工作呢?讓我們從BMS在汽車內部的工作環境著手吧。

首先，應避免BMS模塊之間的相互干擾，電源輸入前端使用隔離DC-DC電源。一臺車里有很多BMS模塊，每個模塊都集中從蓄電池里取電，具體電動汽車內部框圖如圖3所示。為保證每個模塊供電不會相互串擾，同時保證BMS單個模塊的獨立性，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較寬。

圖3 電動汽車內部BMS框圖

其次，應保證BMS能夠與電動汽車進行實時通信，通信前端做CAN隔離處理。汽車內部的通信環境較為惡劣，存在著浪涌、脈沖等干擾信號，為保證正常通信，同樣基于系統間低耦合性和配合電源安規的考慮，CAN端也需要做隔離處理，并且對防護等級和傳輸速率要求較高。

最后，應保障駕駛人員的人身安全，需要較高等級的電源隔離防護。由于多個電池串聯后，電池組的電壓非常高，一般可達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的安全，一般也會用隔離DC-DC隔開高壓和低壓側。

四、BMS電源與信號隔離推薦方案

由于BMS的安全性考慮，系統之間需要進行電源和信號隔離，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，具體的產品實物如圖4所示。

圖4 ZLG致遠電子隔離DC-DC電源模塊

考慮到BMS的安全性，多采用CAN通信，相應的在防干擾，隔離等方面就要花費很大心思。如下圖5所示，ZLG致遠電子專門的CTM系列隔離CAN收發器，隔離電壓達到3500VDC(如：CTM1051KT/CTM1051KAT)，工作溫度-40℃～+85℃，符合“ISO 11898-2”標準，標準DIP-8 引腳封裝，超小體積，在BMS、充電樁、電動汽車等領域被廣泛應用。

圖5 ZLG致遠電子CTM1051K(A)T實物圖